顺德区建筑太阳能光伏系统设计导则(试行).doc
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1、顺德区建筑太阳能光伏系统设计导则(试行本)2011年4月前 言 根据顺德区推广使用太阳能光伏系统的要求,导则编制组经广泛调查研究,认真总结实践经验,参照有关国际标准和国内先进标准,反复讨论修改,制定本导则。本导则的主要技术内容是:1 总则;2 术语;3 一般规定;4系统分类; 5 系统设计;6 配电电气系统;7 系统接入;8 储能系统设计;9 环境保护及安全防护;10 光伏系统投资经济分析。本导则由佛山市顺德区国土城建和水利局负责组织编制和管理,由中国建筑设计研究院负责具体技术内容的解释。在执行过程中如有修改或补充之处,请将意见或有关资料寄送中国建筑设计研究院(地址:北京市西城区车公庄大街19
2、号,邮编:,邮箱shundedaoze),以便修订时参考。本导则主编部门:佛山市顺德区国土城建和水利局本导则批准部门:广东省住房和城乡建设厅佛山市顺德区人民政府本导则主编单位:中国建筑设计研究院中国可再生能源学会太阳能建筑专业委员会本导则参编单位:顺德中山大学太阳能研究院中山大学太阳能系统研究所伟景太阳能科技有限公司北京市计科能源新技术开发公司本导则主要起草人:沈 辉 郑寿森 孙韵琳 周 勋 叶东嵘 陈 跃 张晓泉 王路成 刘 芳 本导则主要审核人:范长英 欧阳杞 刘力行 何喜军 杨 权 肖 俊廖启行 韩金萍 郭天宇 许弟春 吕剑虹 张 磊 刘树军 周彝馨 徐佩清 黄 芳 李 享 龚正宇 黄
3、钢 蔡锦辉 陈小琼 邹雯莉 左英志 郑永民 曾祖勤 何湛邦 黄家宽 本导则主要审定人:杨小晶 陈仲贤 徐守堂 黄杰光目 次前 言11 总则12 术语23 一般规定43.1 基本要求43.2 主要设备选择43.3 系统性能44 系统分类85 系统设计105.1 太阳辐射数据及气象信息105.2 地质、地貌或建筑物条件105.3 常用光伏系统的组成115.4 光伏系统的设备性能要求115.5 光伏电池方阵的设计115.6 方阵支架的设计及计算原则115.7 逆变器的选型原则115.8 监控系统设计原则125.9 直流侧电缆设计126 配电电气系统136.1 光伏发电机房的设计要求与原则136.2
4、变压器的选用原则146.3 并网配电装置的设计要求157 系统接入177.1 光伏系统与公共电网并网的要求177.2 光伏系统与公共电网之间的隔离措施177.3 光伏系统应该具有自动检测功能和并网切断功能177.4 光伏系统无功补偿的标准及要求177.5 通信与电能计量的要求188 储能系统设计198.1 储能装置的选用与储能系统设计198.2 充电设备的选用原则199 环境保护及安全防护219.1 环境保护219.2 安全防护2110. 光伏系统投资经济分析2210.1 投资估算2210.2 发电量估算2310.3 电价费效比2410.4 投资收益率分析24本导则用词说明25引用标准名录26
5、条文说明271 总 则1.0.1为推动太阳能光伏系统(简称光伏系统)在顺德区建筑中的应用,指导太阳能光伏系统设计,制定本导则。1.0.2 本导则规定了光伏发电系统的并网方式、电能质量、安全保护和安装要求。本导则适用于通过静态变换器(逆变器)用户以低压方式与公共电网连接的所有光伏发电系统(包括顺德地区民用建筑中的光伏发电系统和在地面安装的光伏发电站等)。光伏系统中大于1000V电压并网的相关部分,也可参照本标准。1.0.3 光伏系统接入公用电网除应符合本导则要求外,还应符合现行国家的有关法律法规和广东省电力行业相关标准及规定。2 术 语2.0.1 太阳能光伏系统 solar photovolta
6、ic (PV) system利用太阳电池的光伏效应将太阳辐射能直接转换成电能的发电系统。简称光伏系统。2.0.2 电网 grid输电、配电的各种装置和设备、变电站、电力线路或电缆的组合。它把分布在广阔地域内的发电厂和用户联接成一个整体,把集中生产的电能配送到众多个分散的电能用户。在本标准中特指供电区电力变压器次级输出到用户端的输电网络。2. 0.3 电网保护装置 protection device for grid监测光伏系统并网的运行状态,在技术指标越限情况下将光伏系统与电网安全解列的装置。2. 0.4 并网接口 utility interface 光伏系统与电网配电系统之间相互联接的公共连
7、结点。2. 0.5 孤岛效应 islanding effect电网失压时,并网光伏系统仍保持对失压电网中的某一部分线路继续供电的状态。2. 0.6 并网逆变器 grid-connected inverter将来自太阳电池方阵的直流电流变换为符合电网要求的交流电流的装置。2. 0.7 光伏系统有功功率 active power of PV power station光伏系统输出的总有功功率。2. 0.8 光伏系统无功功率reactive power of PV power station光伏系统输出的总无功功率。2. 0.9 光伏系统功率因数 power factor of PV power s
8、tation由光伏系统输出的总有功功率与总无功功率计算而得到的功率因数。一段时间内的平均功率因数(PF)计算公式为:式中: 光伏系统输出的总有功功率(kWh); 光伏系统输出的总无功功率(kvarh)。2. 0.10 公共连接点 point of common coupling光伏系统与所接入的电力系统的连接处。2. 0.11 独立光伏系统 stand-alone PV system 不与公共电网联接的光伏系统。也称离网光伏系统。2. 0.12 并网光伏系统 grid-connected PV system与公共电网联接的光伏系统。2. 0.13光伏建筑一体化 building integra
9、ted photovoltaic (BIPV)在建筑上安装光伏系统,并通过专门设计,实现光伏系统与建筑的良好结合。3 一般规定3.1 基本要求3.1.1 与建筑物相结合的光伏系统,其光伏组件设计应符合光伏(PV)组件安全鉴定第一部分:结构要求GB/T20047.1规定的应用等级A的要求。3.1.2 地面建设项目应不影响公共用地、农田、鱼塘、耕地等。3.2 主要设备选择3.2.1光伏组件应符合光伏(PV)组件安全鉴定第一部分:结构要求 GB/T20047.1的产品安全要求。3.2.2光伏组件应符合地面用晶体硅光伏组件设计鉴定和定型 GB/T9535或地面用薄膜光伏组件设计鉴定和定型GB/T189
10、11的要求。3.2.3户用控制柜应符合家用和类似用途电器的安全第1部分:通用要求GB4706.1的要求。3.2.4 并网逆变器应符合国标规定的各项技术性能参数要求。3.2.5 铅酸蓄电池应符合储能用铅酸蓄电池GB/T 22473的要求;锂离子蓄电池应符合相关国标的各项技术性能能要求。3.3 系统性能3.3.1输出电压:光伏系统中的逆变器输出电压应与当地电网电压相匹配。正常运行时,并网型光伏系统与电网接口处的电压允许偏差应符合电能质量 供电电压偏差GB/T12325的规定。三相并网型光伏系统输出电压的允许偏差为额定电压的,单相电压的允许偏差为额定电压的、。3.3.2输出频率:并网型光伏系统应与电
11、网同步运行。光伏系统的频率允许偏差应符合电能质量电力系统频率偏差GB/T15945的规定,即偏差值允许在50Hz。3.3.3谐波和波形畸变:谐波电压和电流的允许水平取决于配电系统的特性、供电类型、所连接的负载/设备,以及电网的现行规定。并网型光伏系统的输出电流应有较低的电流畸变,以确保不会对连接到电网的其他设备造成不利影响。总谐波电流应小于逆变器额定输出的5%,各次谐波应限制在表3.3.3-1、表3.3.3-2所列的百分比之内。此范围内的偶次谐波应小于低的奇次谐波限值的25%。表3.3.3-1 奇次谐波电流畸变限值奇次谐波畸变限值3次到9次11次到15次17次到21次23次到33次表3.3.3
12、-2 偶次谐波电流畸变限值偶此谐波畸变限值2次到8次10次到32次注:由于电压畸变会导致更严重的电流畸变,致使谐波的测试很困难。注入谐波电流不应包括任何由未连接光伏系统电网上的谐波电压畸变引起的谐波电流。满足上述要求的型式试验逆变器应视为符合条件,不需要作进一步的测试。3.3.4 功率因数(PF):当光伏系统中逆变器的输出大于其额定输出的50%时,平均功率因数应不小于0.9。3.3.5 直流分量:光伏系统在并网运行时,逆变器向电网馈送的直流电流分量不应超过其交流额定值的1%。3.3.6 电压不平衡度:光伏系统并网运行(仅对三相输出)时,并网点的三相电压不平衡度不应超过电能质量 三相不平衡度GB
13、/T15543规定的数值,允许值为2%,短时不得超过4%。3.3.7 电压波动和闪变:并网型光伏发电系统在公共连接点引起的电压波动和电压闪变应满足电能质量 电压波动和闪变GB/T 12326的要求。3.3.8 安全和保护:光伏系统在电网异常或故障时,为保证设备和人身安全,应具有相应的并网保护功能:1 过/欠电压保护:当电网接口处电压超出3.3.1规定的电压范围时,光伏系统应停止向电网送电。此要求适用于多相系统中的任何一相。本导则中述及到的所有系统电压均指当地标称电压。系统应能检测到异常电压并作出反应。电压的均方根值在电网接口处测量,应满足表3.3.8的条件。表3.3.8 异常电压的响应电压(电
14、网接口处)最大分闸时间0.1s2.0s继续运行2.0s0.05s最大分闸时间是指异常状态发生到逆变器停止向电网送电的时间。主控与监测电路应切实保持与电网的连接,从而继续监视电网的状态,使得“恢复并网”功能有效。主控与监测的定义参见GB/T18479。2 过/欠频率:当电网接口处频率超出3.3.2规定的频率范围时,过/欠频率保护应在0.2s内动作,将光伏系统与电网断开。3 短路保护:光伏系统对电网应设置短路保护,当电网短路时,逆变器的过电流应不大于额定电流的150%,并在0.1s以内将光伏系统与电网断开。4 防雷和接地:光伏系统和并网接口设备的防雷及接地应符合光伏(PV)发电系统过电保护SJ/T
15、11127中的规定。5 防孤岛效应:当光伏系统并入的电网失压时,必须在规定的时限内将该光伏系统与电网断开,防止出现孤岛效应。光伏系统应各设置至少一种主动和被动防孤岛效应保护。主动防孤岛效应保护方式主要有频率偏移、有功功率变动、无功功率变动、电流脉冲注入引起阻抗变动等;被动防孤岛效应主要有电压相位跳动、3次电压谐波变动、频率变化率等。当电网失压时,防孤岛效应在2s内动作,将光伏系统与电网断开。注:光伏系统与电网断开不包括用于监测电网状态的主控和监测电路。6 恢复并网:由于超限状态导致光伏系统停止向电网送电后,在电网的电压和频率恢复到正常范围的20s到5min内,光伏系统不应向电网送电。7 隔离与
16、开关:在光伏系统对电网连接的开关柜中应提供手动和自动的断路开关,断路开关应采用可视断点的机械开关。8 逆向功率保护:系统在不可逆流的并网方式下工作,当检测到供电变压器次级处的逆流为逆变器额定输出的5%时,逆向功率保护应在0.5s 2s内将光伏系统与电网断开。3.3.9有功功率控制:并网型光伏系统在下列特定的情况下,光伏系统需要根据电力系统调度中心的指令控制其输出的有功功率。500kWp 以下的光伏系统不需要该条功能。一般逆变器本身不具备该条功能。在下列特定的情况下,光伏系统需要根据电力系统调度中心的指令控制其输出的有功功率:1 光伏系统能够接受电力系统调度中心发出的有功功率控制信号,并进行相应
17、的有功功率控制;2 电网故障时,需要降低光伏系统发出的有功功率,确保电力系统稳定运行;3 当电力系统调频能力不足时,需要限制光伏系统的功率变化率(MW/min);4 当电网频率过高时,如果常规调频电厂容量不足,则需降低光伏系统输出的有功功率。3.3.10最大功率变化率:总装机容量大于400kWp的光伏系统应具有调整输出功率的最大功率变化率的能力。最大功率变化率应根据光伏系统所接入电力系统的电网状况、光伏系统运行特性及其技术性能指标确定。3.3.11停机:除发生电气故障或接收来自于电力系统调度中心的指令外,光伏系统同时切除的功率应在电网允许的范围内。3.3.12 晶体硅太阳电池组件光电转化效率应
18、大于14%,非晶硅光伏电池组件光电转化效率应大于6%,光伏组件正常条件下的使用寿命不低于25年。3.3.13 数据监测系统:监测的各类数据中应包含电压、电流、功率、瞬时并网电量、发电功率、日发电量和总发电量,宜有环境参数和减排数据等。4 系统分类4.0.1 并网系统中根据光伏系统是否允许通过供电区的变压器向高压电网送电,光伏系统可分为可逆流型光伏系统和不可逆流型光伏系统。1 逆流型光伏发电系统:允许通过供电变压器向公用电网馈电的光伏系统;2 非逆流型光伏发电系统:不允许通过供电变压器向公用电网馈电的光伏系统。4.0.2 并网系统按是否有储能装置分为储能型光伏发电系统和非储能型光伏发电系统。1储
19、能型光伏发电系统:配置储能装置的光伏发电系统;2非储能型光伏发电系统:没有配置储能装置的光伏发电系统。4.0.3 并网系统按容量大小分为小型系统、中型系统、大型系统。 1小型系统:总装机容量小于100kWp; 2中型系统:总装机容量100kWp-1MWp; 3大型系统:总装机容量1MWp及以上。4.0.4 并网型光伏系统按并网接口可分为单相光伏并网系统和三相光伏并网系统。4.0.5 根据光伏系统安装场地及与建筑结合的形式,在建筑物外墙或其它明显位置放置光伏系统指示牌,通过该指示牌应能清楚的反映出电站的安装形式。4.0.6 指示牌可分为地面安装、屋顶倾斜安装、斜屋顶安装、阳台遮阳安装、光伏幕墙安
20、装和平铺式屋顶安装方式。图4.0.6-14.0.6-6分别为以上六种安装方式的指示牌: 图4.0.6-1 地面安装标识 图4.0.6-2屋顶倾斜安装标识 图4.0.6-3斜屋顶安装标识 图4.0.6-4阳台遮阳安装标识 图4.0.6-5光伏幕墙安装标识 图4.0.6-6平铺式屋顶安装标识5 系统设计5.1 太阳辐射数据及气象信息5.1.1 根据顺德地区的纬度及太阳辐射数据,固定式安装方式采用17o作为最佳安装倾角,同时方位角尽可能小,最佳为0o,即朝向正南方向安装。若为光伏建筑一体化项目,可以不按此规定。5.1.2 顺德地区近十年平均水平面太阳总辐射数据见表5.1.2:表5.1.2 顺德地区近
21、十年平均水平面太阳总辐射月份日平均总辐射(kWh/m2)1月2.382月2.363月2.204月2.785月3.446月3.627月4.168月3.889月3.9310月3.7511月3.2112月2.90年均3.22(数据来源:NASA)5.2 地质、地貌或建筑物条件5.2.1 建筑设计应与光伏发电系统设计紧密结合,并应根据不同的区域、地理位置、环境及规划要求,合理选择预留安装光伏发电系统的位置。5.2.2 建筑体型及空间组合应与光伏发电系统紧密结合,并为光伏组件接收较多的太阳能创造条件。建筑设计宜满足光伏组件在冬至日9:0015:00时段内至少有3小时光照不受遮挡的要求。5.2.3 建筑物
22、周围的环境景观、绿化种植和设施,应避免对光伏组件造成遮挡。5.3 常用光伏系统的组成5.3.1 独立光伏系统由光伏组件、直流配电柜、充放电控制器、独立逆变器、储能装置、监控系统、连接电缆等部分构成。5.3.2 并网光伏系统:光伏组件、直流配电柜、并网逆变器、交流配电柜、监控系统、连接电缆等部分构成。5.4 光伏系统的设备性能要求5.4.1 光伏发电系统的设备,应符合国家对电子产品有毒有害物质控制的规定,产品应通过国家认证认可机构的认证,并注明已达到国家控制的有毒有害物质含量规定和环保使用期限标识。5.4.2 热镀锌金属支架的镀层厚度(单面)须大于50微米,使用寿命大于25年。金属支架、金属连接
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