太阳能光电建筑一体化应用项目技术方案.doc
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1、太阳能光电建筑一体化应用项目技术方案1.1 建筑围护结构体系本项目选择的建筑主体包括*公用建筑的屋面均为钢筋混凝土框架结构,建设年限610年,按照7度地震烈度设防,建筑高度16.534米。现浇屋面,刚性防水保温层,设计活荷载为2.0KN/,可上人,散水坡度0.5%1%。屋顶女儿墙高度1.11.2米,并设有防雷装置。各建筑物的外墙均为空心砖(空心砌块)砌筑,铝合金窗,无遮阳。在此类建筑围护结构上进行BIPV光电一体化改造,仅有屋面架设方式能够最大程度地利用有效受光面积,最小程度地减少对原有建筑结构的影响和破坏,同时也最为经济地实现BIPV建筑一体化。在光电系统的设计和施工中应注意对原有建筑防水保
2、温层的保护和恢复,对屋面原有组织排水的影响和解决措施,以及光伏组件架设高度原则上不超过建筑物防雷装置高度的设计要求。1.2 光电系统技术设计方案1.2.1 设计依据及说明本项目主要根据下列文件和资料进行设计及编制的:IEC 61727(2004)(并网光伏系统)IEC 61173 光伏系统过电压保护IEC 61835(2007)光伏系统名词术语(10大类415条)IEC 62108 (2007) 聚光光伏组件及组合件的设计鉴定和定型IEC 60364-7-712 (2002) 光伏系统在建筑安装上的特殊要求IEC 62116(2005)光伏并网逆变器防孤岛测试方法光伏系统并网技术要求GB/T
3、19939-2005光伏电站接入电力系统技术规定GB/Z19964-2005光伏(PV)系统电网接口特性GB/T 20046-2006江苏省工程建设标准太阳能光伏与建筑一体化应用技术规范DGJ32/J 87-2009污水综合排放标准(GB8978-96)二级标准环境空气质量标准(GB3095-1996)二级标准 城市区域环境噪声标准(GB3096-93)3类标准 建筑施工场界噪声限值GB12523-90建筑设计防火规范GB50016-2006 火力发电厂与变电站设计防火规范GB50229-2006 建筑抗震设计规范GB50011-2001 建筑物防雷设计规范GB500572000工业企业设计卫
4、生标准GBZ 1-2002 工业企业总平面设计规范GB50187-1993 工业企业厂内铁路、道路运输安全规程GB4387-1994建筑照明设计标准GB50034-2004 采暖通风与空气调节设计规范GB50019-2003 生产过程安全卫生要求总则GB12801-1991 生产设备安全卫生设计总则GB5083-1999)火力发电厂劳动安全和工业卫生设计规程(DL5053-1996) 光伏(PV)发电系统过电压保护-导则SJ/T 11127本系统包括的产品设计依据其企业标准。1.2.2 光伏建筑一体化设计 建筑规模本项目选址位于*他公用建筑屋面布置太阳能组件,实现光伏建筑一体化设计。整个校区内
5、拟使用屋顶面积为37000m2,除去有遮挡和有其他构筑物的面积,可以以最佳倾角30固定安装方式安装1500kWp光伏组件;可用于建设太阳能光伏发电建设的建筑屋顶周围地形目前暂无明显的高大障碍物对建筑屋顶的光照有大面积遮挡。所选择利用其屋顶建设光伏发电项目的建筑朝向正南,太阳能开发利用资源条件理想。 光伏系统的基本情况1)供电类型:低压侧并网发电;2) 项目规模:发电规模约为1500kWp,光伏电池板总面积约10188m2;3)电池板类型:晶体硅产品,组件全光照面积的光电转换效率为15.1%;4)电池板结构形式:带边框平板玻璃封装标准组件。 光伏组件的布置1、安装方式光伏发电项目的电池板安装方式
6、可选范围:沿屋面倾斜方向架设、以最佳倾角倾斜架设、太阳光追踪。对以上三种安装方式的优缺点比较如表3-1所示:表3-1 三种安装方式比较安装方式优 点缺 点沿屋面倾斜方向架设同样屋面面积,可实现装机容量最大,安装成本最低。太阳光入射角度并非最佳,发电效率较低。以最佳倾角倾斜架设倾角是优化计算的结果,阳光资源利用率较高,发电效率较高,安装成本较低,适合屋面光伏发电系统。前后组件之间存在阴影影响,阴影面积不能利用,屋面面积利用率较低。太阳光追踪全天保持阳光垂直入射,阳光资源利用率最高,发电效率最高,同样装机容量,可实现发电量最多,适合荒漠光伏电站。组件之间存在阴影影响,屋面面积利用率最低;支架及其控
7、制系统复杂,成本高,故障概率大;系统成本最高。为保证项目建设的示范效果及对整个光伏发电系统的经济性、可行性等方面的考虑,经过对建筑物屋顶安装太阳能光伏电池组件宏观、微观条件分析,本项目采用第二种安装方式,即以最佳倾角倾斜架设。通过RETsceens软件的计算分析,确定太阳能电池方阵支架倾角为30,以达到最佳发电量。2、方位角对于北半球而言,光伏阵列固定式安装朝向正南即方阵垂直面与正南的夹角为0时,光伏阵列在一年中获得的发电量是最大的。而且本项目建设光伏电站的位置周围没有高楼等高大的障碍物对学校屋顶的光照有大面积遮挡,所以本项目方阵水平方位角选择正南方向,可考虑在10内调整,以达到最佳发电量。3
8、、太阳能方阵阵列间距为保证组件全年受光均匀,尽量是减少冬季对组件受光的影响,光伏方阵阵列间距应不小于D:式中:f为纬度(北半球为正、南半球为负),H为阵列前排最高点与后排组件最低位的高度差。此项目计划采用1636992型标准组件,单排竖装,见图3-1。当支架倾角为30时,经计算,太阳能电池方阵阵列的间距为1.8m,每一列支架在东西方向处于同一条直线。为了方便检修和巡查,本项目在东西方向上每方阵之间的行间距定为1米。图3-1 子阵列示意图 建筑结构承载*其他公用建筑的屋面均为钢筋混凝土现浇屋面,按上人屋面设计,根据建筑结构荷载设计规范荷载取值为:2.0KN/,满足组件架设及临时施工条件。太阳能电
9、池组件及支架根据不同厂家的资料新增荷载为:2030kg/m2,满足使用要求。太阳能光伏电池组件采用Q235热镀锌角钢和铝型材做支架固定在屋面梁板结构上,组件采用倾斜角30固定式安装,设计使用年限为25年,光伏组件与屋面之间留有0.3米左右间隙,以保证屋面排水通畅。钢结构支架施工时将屋面保温层、防水层局部临时破开,待施工结束后再将保温层、防水层按相应的屋面工程设计、施工规范进行恢复。钢结构支架与屋面结构梁板采用螺栓固定连接,便于安装和拆卸。局部斜拉到女儿墙上进行再加固。所有支架与屋面结构梁板固定的点均采用植筋固定并立模浇筑300*300*300的C30钢筋混凝土柱墩,以增加支架的稳定性。 1.2
10、.3 并网系统设计1.2.1.1 用电负荷情况项目选址于*公共建筑屋顶,现对学院楼近一年8:0020:00用电量进行分析,取其数学平均值得出每月8:0020:00时段平均负荷情况。表3-2 学院楼近一年平均用电负荷情况时间段8:00-20:00月份建筑学院楼(kwh)115990072124367331563475414568745152794161492407714924078143910791439107101314740111421341121776676月平均用电负荷(KWh)1687841近一年用电负荷(KWh)20254108本工程预计年均发电量为1669218kwh,不足用于建设
11、光伏电站的建筑年平均用电量的8.3%,光伏发电站所发电量可以被完全消纳。1.2.1.2 光伏发电工程电气主接线太阳能光伏发电系统由光伏组件、配电箱、并网逆变器、计量装置及上网配电系统组成。太阳能通过光伏组件转化为直流电力,通过直流监测配电箱汇集至并网型逆变器,将直流电能转化为与电网同频率、同相位的正弦波电流。根据电池板分布情况以及各区域电池板出力情况,整个系统相对独立,分别由光伏组件、配电箱、并网逆变器等组成。各子系统逆变成三相交流电后升压至400V,接至*的配电系统。1.2.1.3 400V升压变电站电气设计 电气一次1、 电气主接线由于本工程装机容量为1500kWp,按此选用干式变压器升压
12、,升压变容量按500kVA考虑,电压比为0.4/0.23kV。2、 主要电气设备选择 1)升变压:升压变容量按500kVA考虑。2)低压进线柜(按照500KW发电单元考虑):选用MNS型低压抽出式开关柜。低压总开关柜额定电流计算:500/(1.732*0.38)=759.69A,低压总开关柜额定电流选择800A。3)逆变器交流配电开关:根据计算电流的大小,选择配电开关。3、电气设备布置本工程采用单层布置,分别为逆变器室、电子设备间、保护屏、计量屏等。 电气二次1、 监控系统电气综合楼设置计算机监控系统一套,全面监控升压站运行情况,并将所有重要信息传送至监控前台。监控系统采集三相电流、电压、功率
13、、开关状态及发电量等信息。 监控系统通过群控器实现多路逆变器的并列运行。群控器控制多台逆变器的投入与退出,具备同步并网能力,具有均分逆变器负载功能,可降低逆变器低负载时的损耗,并延长逆变器的使用寿命。监控系统通过群控器采集各台逆变器的运行情况。2、 继电保护及安全自动装置汇流箱里的每组电池串配熔断器作为整个电池串的保护,出现设直流空气开关用来保护汇流箱至直流配电柜之间的电缆。逆变器设过流、过载、过压、欠压、短路、孤岛效应、电网异常、接地等保护,装置异常时自动脱离系统。低压进线开关具备过流脱扣功能。干式升压变设置高温报警和超温跳闸保护。3、 计量计量装置可根据用户系统实际电网情况具体配置,旨在计
14、量光伏发电系统并网电量。4、 同期本工程选用的并网型逆变器根据电网侧频率、相位自动捕同期。5、 照明站内控制室采用荧光灯照明。 防雷接地1、 防雷本工程电气配电装置采用全户内布置,为使光伏电池组件在受到直击雷和感应雷的雷击时能有可靠的保护,把光伏电池组件支架进行有效连接至建筑原有的防雷系统装置上。2、 接地建筑已经设置防雷接地装置,为保证人身安全,需把整个光伏系统与原建筑防雷系统进行有效连接;所有电气设备都装设接地装置,并将电气设备外壳接地。接地电阻值按小于1考虑。1.1.1.4 接入系统1、 接入系统方案本工程拟在*屋顶安装太阳能光伏发电系统,拟定总装机容量为1500kWp。根据光伏发电系统
15、装机容量和*电网实际情况,提出如下接入系统方案:建议该工程通过一回380V线路就近并入*380V用户侧,应在公共区域安装开关,并设置明显断开点,以利于检修和事故处理安全。2、 方案分析本工程中太阳能光伏发电场的总装机容量在系统中所占比例较小,但由于太阳能光伏发电系统的一些特点,发电装置接入电网时对系统电网会有一定不利影响。太阳能光伏发电场并网时在电压偏差、频率、谐波和功率因数方面应满足实用要求并符合标准。本工程光伏发电场总装机容量占上级变电站主变容量比例较小,经计算光伏发电场并网时对系统侧电压波动影响较小,在标准允许范围以内。太阳能光伏发电场运行时,选用的逆变器装置产生的谐波电压的总谐波畸变率
16、控制在5%以内,达到GB 14549-1993电能质量公用电网谐波规定。本工程选配的逆变器装置输出功率因数能达到0.99,可以直接升压至400V电压等级接入系统。光伏发电场并网运行(仅对三相输出)时,电网公共连接点的三相电压不平衡度不超过GB 15543-1995电能质量三相电压允许不平衡度规定的数值,接于公共连接点的每个用户,电压不平衡度允许值一般为1.3。3、 系统保护由于太阳能光伏发电容量很小,接入系统电压等级较低,且不提供短路电流,建议仅在系统侧配置相应的保护设备快速切除故障即可,光伏发电场侧不配置线路保护。1.2.4 主要产品、部件及性能参数 太阳能光伏组件太阳能光伏组件拟用*的产品
17、,组件技术参数见表3-3。表3-3 太阳能光伏组件技术参数表晶体硅组件 编号名称单位参数1峰值功率Wp2短路电流 (Isc)A3开路电压 (Voc)V4工作电压 (Vmp)V5工作电流 (Imp)A6组件效率%7额定工作温度8峰值功率温度系数%/9开路电压温度系数%/10短路电流温度系数%/11外形尺寸mm1225年功率衰减13绝缘强度14冲击强度15抗风力或表面压力注:组件功率范围上下浮动5%。 直流防雷汇流箱表3-4 汇流箱主要技术参数表编号名称参数1接线路数2每路最大额定电流3最大接入方阵开路电压4熔断器最大耐压电压5直流断路器耐压值6额定工作温度7绝缘强度8机械冲击强度9安全防护等级1
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