厂房屋顶分布式光伏发电示范项目技术经济分析.doc
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1、厂房屋顶分布式光伏发电示范项目技术经济分析1.1技术可行性分析系统设计方案设想将在以下几个方面来阐述: 光伏方阵及结构本次工程光伏组件选型及性能,及组件安装方式的认定各建筑安装结构方案。 系统主要设备包括逆变器、防雷汇流箱、直流配电箱设备选型及配合。 系统主电路系统功率认定和系统主电路构成。 光伏电场监控系统光伏发电场监控系统,监控显示方案构建。 系统主要设备材料清单项目主要设备材料清单列表。 防雷接地系统直接雷防护及感应雷防护,系统接地保护系统。1.1.1光伏方阵及结构1)太阳能组件在市面上出售的各种太阳能电池中晶体硅太阳能电池组件技术成熟,且产品性能稳定,使用寿命长。商用的太阳能电池组件中
2、,单晶硅组件转换效率最高,多晶硅其次,但两者相差不大;晶体硅电池组件故障率极低,运行维护最为简单;使用晶体硅光伏组件安装简单方便,布置紧凑,可节约场地,使用寿命期较长,25年。因此,本工程拟选用常州天合生产的成熟可靠的TSM-250PC05A型多晶组件。电池组件详细技术参数见表5-1:表5-1太阳能电池组件技术参数表太阳电池种类多晶硅电池太阳电池生产厂家常州天合光能有限公司太阳电池组件生产厂家常州天合光能有限公司太阳电池组件型号TSM-250PC05A指标单位数据峰值功率Wp250(0+3%)开路电压(Voc)V37.8短路电流(Isc)A8.9工作电压(Vmppt)V30.5工作电流(Imp
3、pt)A8.2尺寸(薄边框)mm165099226安装尺寸mm990941重量kg11.5峰值功率温度系数%/K-0.41开路电压温度系数%/K-0.32短路电流温度系数%/K0.0532)方阵安装倾角及间距常州市处于3109-3204、东经11908-12012。本项目的光伏组件全部采用固定式安装方式。选择合适的组件安装倾角,将使并网发电系统具有较好的全年发电量。一般情况下,组件的安装倾角选择等于或在纬度附近值,系统全年发电量较好。根据经验和模拟的结果,本项目组件选择了25安装倾角。合适的光伏方阵间距才能避免发电量的损失,一般情况下,光伏方阵的安装要求,每年冬至日的上午九点到下午三点之间,前
4、排方阵不会遮挡后排方阵的直射阳光。如下图5-1所示:图5-1方阵阴影示意图方阵间距的计算公式为:D=0.707H/tanrcsin(0.648cos?-0.399sin?)式中:H为前排方阵高度(或遮挡物)?为当地纬度根据常州的纬度计算获得,间距倍率为1.987(H高度的)。方阵的高度与方阵的布置方案有关。项目将大部分采用单行组件竖向布置的方布置方案。TSM-250PC05A组件的外形尺寸为1650mm*992mm*46mm。单行方阵前后间距为1395mm,如下图所示:图5-2方阵前后间距示意图3)方阵安装结构平屋顶平屋顶为预应力屋面,有较好的承载能力,经与原建筑设计单位初步复核,可在屋面现浇
5、筑水泥墩,后安装光伏方阵。安装过程中要求单行方阵高度一致(方阵东西方向高度一致)。屋面水泥墩设计主要考虑以下因素:方阵布置为四行方式,考虑安装方阵后给建筑增加了荷载,因此水泥墩自身不能过重,以免给局部连接点增加荷载过多;充分考虑水泥墩的固定连接方案,防止方阵在最大风力下可能出现的滑动、侧翻等;制作过程中水泥墩要直接从屋面板生根,不能在保温层上部生根制作,以使水泥墩有更强固着力;水泥墩底部放入钢筋以防止后期打化学锚栓的过程中出现水泥墩开裂;及时补做防水材料。在方阵周围要求留有足够的维护维修通道。因屋面沿中间的分水线呈3%的两个散水坡,制作水泥墩的过程中,要求相邻的三列水泥墩顶部保持在一个水平面,
6、并重复循环,以降低后续施工难度。屋面靠北最后一排的方阵与前面的方阵有区别,为两行布置方式,因此最后一排方阵具有三排水泥墩。支架采用可调轻钢结构设计,采用稳定三角支撑结构,前后立杆采用化学锚栓与水泥墩锚固。所有支架热浸镀锌防锈防腐处理,强度要求满足GB50009-2001建筑结构荷载规范。图5-3平屋顶安装示意图彩钢瓦顶采用目前较先进的彩钢瓦屋面光伏阵列安装技术直接在彩钢瓦使用夹具安装。这种安装方式示意图如图5-4所示,其相对传统彩钢板屋顶项目安装方式具有如下优势:优点1:无需打穿屋顶结构,100%防漏:优点2:专业的模具设计,让夹具与彩钢板波峰完美结合,最大限度节省材料,相对传统安装方式节约多
7、35%钢材用量优点3:使用钢材量,荷载降低,对工程结构荷载要求低,同时产品经过专业人员力学验算,软件模拟及第三方机构的受力测试,力学性能保证,全铝型材设计,25年质量保证,美观实用优点4:100%环保,可循环使用,安装简单方便快捷,相对传统安装方式施工时间、成本节约一半左右屋面水泥墩设计施工主要考虑以下因素:首先屋面修设木板或竹板施工栈道,避免材料二次搬运直接踩踏在屋面板上,导致屋面板变形,密封胶脱开而漏水;明确原屋面结构檩条的位置,弹墨线标识出具体位置;施工人员在屋面上行走,必须穿绝缘软底鞋,走波谷,每天必须清除屋面板上杂物,防止锈蚀和划伤屋面板。所有需要敷设密封膏的位置不得有遗漏。屋面外板
8、安装完毕后,清除屋面全部杂物、铁屑,如发现屋面板涂层划伤,须用彩板专用修补漆进行修补。拉铆钉及自攻螺钉如发生空钉,应随时用铆钉和密封膏补牢,橡胶垫圈不能损坏。图5-4彩钢瓦屋面安装示意图1.1.2建筑荷载分析1)钢结构彩钢瓦屋面荷载验算厂区彩钢瓦屋面全部为钢结构,根据上述彩钢瓦屋面组件安装方案,组件、支架和夹具的安装增加原有屋面的恒荷载。组件尺寸为1.65m0.992m,重量为11.5kg,支架和夹具约1.5kg。总增加荷载为16kg/m2,约0.1KN/M2。载荷原设计屋面恒载0.25KN/M2,现增加屋面荷载(恒载)0.1KN/M2,按0.35KN/M2校核钢檩条和钢梁,(活载按0.5KN
9、/M2)满足使用要求,配筋包络和钢结构应力比图如图5-5。校核计算书详见附件7。图5-5配筋包络和钢结构应力比图钢结构应力比图说明:柱左:强度计算应力比右上:平面内稳定应力比(对应长细比)右下:平面外稳定应力比(对应长细比)梁左上:上翼缘受拉时截面最大应力比右上:梁整体稳定应力比(0表示没有计算)左下:下翼缘受拉时截面最大应力比右下:剪应力比2)钢筋砼屋面荷载验算根据上述彩钢瓦屋面组件安装方案,组件、支架、夹具及混凝土的安装增加原有屋面的恒荷载。组件尺寸为1.65m0.992m,重量为11.5kg,支架和夹具约1.5kg,单个混凝土重约265kg,供四块组件使用。总增加荷载约为50kg/m2,
10、即0.5KN/M2。原设计屋面活载2KN/M2,按上人屋面考虑,先增加屋面荷载(恒载)0.5KN/M2,但屋面活载按0.5KN/M2(不上人)考虑,总荷载减少1.0KN/M2,经校核能满足使用要求。1.1.2系统主要设备1)逆变器一般情况下,单台逆变器容量越大,转换效率越高。大型逆变器具有效率和价格上的优势。但在实际使用中,逆变器的选用并不是容量越大越好,还要考虑安装条件、电网条件以及与光伏方阵匹配等多种因素。具体要求如下:逆变器的选择必须与光伏方阵的优化匹配结合,才能获得较高的系统效率;安装条件:选择适合现场条件和要求的逆变器在上述两条的基础上,尽量选择大容量,高转换效率的逆变器。技术先进、
11、性能稳定可靠、价格低廉。本项目将配置多种逆变器,该平台将成为一个系统整合多种逆变器技术试验平台,为后续规模化推广同类项目提供设计参考数据,也为同类项目实施积累经验。本系统为多种逆变器试验平台(同一厂家不同规格产品)。并网逆变器是太阳能发电系统中的关键设备。并网逆变器的品质好坏直接影响系统的运行效果;并网逆变器的效率高低,直接影响系统的发电量。根据对该产品的市场调研,以及支持本土和国内光伏技术的发展总指导原则,本工程分别根据项目屋顶装机容量。拟选用合肥阳光电源有限公司的SG100K3SG500K3并网逆变器,其主要技术参数见表5-2:表5-2合肥阳光逆变器参数概表直流侧参数最大直流电压880Vd
12、c最大功率电压跟踪范围450820Vdc最大直流功率30500kWp最大输入电流1501200A最大输入路数6交流侧参数额定输出功率30500kW额定电网电压400Vac允许电网电压310450Vac额定电网频率50Hz/60Hz允许电网频率4751.5Hz/5761.5Hz总电流波形畸变率3%(额定功率)功率因数0.99(额定功率)系统最大效率97.3%(含变压器)欧洲效率96.7%(含变压器)防护等级IP20(室内)夜间自耗电30W允许环境温度-25+55冷却方式风冷允许相对湿度095%,无冷凝允许最高海拔6000米显示与通讯显示LCD标准通讯方式RS485可选通讯方式以太网/GPRS机械
13、参数外形尺寸(宽x高x深)1020x1964x770mm重量900kg2)项目规划与逆变器的匹配光伏发电系统的设计过程中,在电气上需将系统分为多个独立的发电单元,以便于设计规划、建设施工、后续维护,更利于提高系统性能。发电单元的划分需与光伏方阵现场安装结合考虑,原则上单元划分根据方阵布局,方阵的布局配合电气单元划分。项目中各栋建筑位置和安装面积已经确定,建筑所处位置分散,因此难以选择集中式中大型地面的大型逆变器,选择大型逆变器会因为电缆长度差异大而使效率损失;各区厂房逆变器配置如下表所示:表5-3分区逆变器配置表厂区名称厂房数厂房名称装机容量(W)30KW50KW100KW250KW500KW
14、配置逆变器容量(KW)常州*厂房机械有限公司1二分厂1,000,000210002技术质量大楼(新)90,00011803办公楼(两部分)115,00011004中小件分厂1,000,000210005大件分厂1,000,000210006厂11,125,00011211307厂2700,000217008厂3375,0001113809连铸加工车间400,00011140010大型装配厂房700,0002170011轴承座加工中心机械加工特区375,00011138012连珠设备装配车间750,0001175013空压机房105,000110014制造事业部铸钢车间225,000122301
15、5中小件分厂堆焊和辊装配325,0001135016制造事业部45,00015017制管工具事业部机加工车间350,0001135018制管工具事业部铸铁车间500,000150019热处理厂1300,0001130020热处理厂2250,000125021厂4150,0001115022机电仓库120,0001100项目总计4516812100003)直流防雷汇流箱并网系统防雷汇流箱应用原理基本一致,常用产品有六进一出、八进一出、十六进一出。本项目根据各屋顶容量选择防雷汇流箱。以减少接入组件数量,减少组件组串连接电缆损耗原则进行选择。防雷汇流箱的主要特点:不锈钢外壳,满足室外安装的使用要求;
16、每路配10A,1000Vdc保险丝;配有光伏专用高压防雷器,正极负极都具备防雷功能;采用正负极分别串联的四极断路器提高直流耐压值。本项目采用的防雷汇流箱直接安装于各方阵支架后部。4)直流防雷配电柜直流防雷配电柜安装在机房逆变器旁。直流配电柜主要是将汇流箱输出的直流电进行二次汇流,再接至并网逆变器。该配电柜含有直流输入断路器、输出断路器、光伏防雷器。方便操作和维护。本项目共采用的直流防雷配电箱,每台直流柜对应输入一台并网逆变器,其主要特点:规格:10kW500kW简化并减少系统布线操作简单维护方便提高系统可靠性、安全性选用ABB断路器,魏德米勒防雷器等高品质器件1.1.3系统主电路项目在实际设计
17、过程中,根据已经确定的组件安装方式及建筑楼顶安装面积,经过现场确认安装范围,结合现场实际勘察结果,各建筑的装机功率如表5-3。根据电气布局及场区布局结合的需要,逆变器的配置是根据场区布局的划分,即根据各分区组件安装功率来配置逆变器的数量及总功率。逆变器与组件的组串匹配主要是为了电压匹配,根据逆变器的技术数据,此次使用的逆变器的MPP电压范围普遍在450Vdc800Vdc之间,最大直流电压为880Vdc以上?,综合考虑逆变器其它各项特点、天合光能组件特点、环境特点,选定每串组件的串联数量为20块TSM-250PC05A串联连接。根据建筑的安装要求及组串数量要求,将每栋建筑安装的组件数量确定为组串
18、数量的整数倍,以减少组串电缆数量和组串电能损耗。逆变器的配置是根据场区布局分区的匹配的,各分区配置的逆变器功率与分区内方阵功率较好匹配,才能保证稳定运行,并不致造成过剩浪费。数据监控系统是指通过安装数据计量和采集装置,同时对采集到的生产数据进行加工处理,并由专业的软件进行展示和监控、分析,而且采用远程数据传输手段,将数据实时、在线上传给国网电科院数据中心,数据中心是接收示范项目上传的监控数据,并进行汇总、分析和展示等。光伏电站数据监控系统由数据采集单元、内网、服务器、操作站等组成。数据采集单元采集逆变器、环境监测仪、多功能仪表和电能质量监测仪的数据。数据通过企业内部划分网段的网络与服务器进行通
19、信,数据保存在服务器中。通过操作站可以对监控数据进行远程监控和分析。图5-6监控系统示意图1.1.5系统主要设备材料清单项目主要设备材料清单列表。表5-4项目配置表序号名称型号及规格单位数量1太阳能组件TSM-250PC05AW100000002太阳能组件安装支架及平屋面方阵基础工程热浸镀锌钢支架/铝型材彩钢瓦支架项13逆变器根据各屋顶配置容量项14直流防雷汇流箱及配电柜根据各屋顶配置容量项15交流配电柜根据各屋顶配置容量项16升压每个区域1套项17监控显示系统含整个项目监控显示系统及气象站项18电缆各种型号项19辅材金属桥架、连接器、接线端子、线管等项11.1.6防雷接地系统对于与建筑结合安
20、装的光伏发电系统,不做单独的接地系统。按照建筑设计要求,每栋建筑都有可靠的联合接地体,接地电阻1。光伏系统的接地直接使用建筑联合接地体。雷电分为感应雷和直接雷,按发生的时期分为夏季雷和冬季雷。直接雷是指直接落到太阳能电池阵列、低压配电线路、电气设备以及在其旁的雷击。直接雷的电流峰值在1520kA以下的大约占50,也可观测到200300kA范围的雷。由于这样的雷击的能量非常大,作为防直接雷的措施有安装避雷针。本项目中,安装在户外的是光伏方阵,但在厂区建筑群中,用于项目安装的建筑并不是最高建筑,遭受直接雷击的风险降低;光伏方阵全部为热镀锌金属支架,组件边框为铝金属边框,安装过程中,整个金属方阵将连
21、接为一个等电位体,并按照建筑防雷要求,将方阵支架与建筑联合接地体焊接连接:具体做法为使用热镀锌扁铁,每隔20米与建筑防雷网焊接连接,并将焊接点做防锈防腐处理,以此达到防直接雷击效果。感应雷分为有静电感应形成的雷和电磁感应形成的雷。由静电感应形成的雷是因雷云形成,例如电缆感应所产生的正电荷和雷击产生的地表的电荷中和后剩下形成雷电浪涌。由电磁感应形成的雷,是由于落到电缆附近的雷击产生的雷电电流使电缆感应形成雷电浪涌。太阳能光伏发电系统的雷电浪涌入侵途径,除了太阳能电池阵列外,还有配电线路、接地线以及它们的组合;从接地线侵入是由于近旁的雷击使大地电位上升,相对比电源高,从而产生从接地线向电源侧反向电
22、流引起的。因此还需要防止感应雷击损坏的可能。防止感应雷击的方法是在系统输入端(分别为直流端和交流端)安装专业防雷浪涌模块,并将所有设备与建筑联合接地体做可靠接地连接。下图是安装在直流输入端的防雷汇流箱中的魏德米勒防雷浪涌模块。在直流防雷配电柜中安装有同样型号防雷模块。图5-7直流防雷配电柜交流侧的防雷措施来自两个方面,一是安装在升压站系统高压防雷器,二是安装在逆变器内的防雷模块。1.2财务评价1.2.1主要经济指标1)工程投资概算本工程为6kV并网型太阳能光伏发电,拟选用晶体硅太阳能电池,组件总的安装容量为10MWp。组件布置方式为与屋顶紧密集合,能产生建筑节能的效果。太阳能光伏发电系统由光伏
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