耒陽太平風(fēng)電場生產(chǎn)樓屋頂光伏項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)及成效概算

樊磊明 國家電投集團(tuán)（北京）新能源投資有限公司

一、系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)

1.逆變器選型

光伏并網(wǎng)逆變器是光伏電站的核心設(shè)備之一，其基本功能是將光伏電池組件輸出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電。

光伏并網(wǎng)逆變器可以分為大功率集中型逆變器和小型組串式逆變器兩種。根據(jù)本工程裝機(jī)容量考慮采用小型組串式逆變器。目前市場上應(yīng)用最為廣泛的小型組串式逆變器為20kW級，這個(gè)容量等級的逆變器技術(shù)成熟、供應(yīng)充足、價(jià)格也較為合理，因此本次按單機(jī)20kW逆變器選擇（見表1）。

表1 逆變器主要技術(shù)參數(shù)表

2.光伏子方陣設(shè)計(jì)

多晶硅組件選用260型多晶硅光伏組件，為了保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，根據(jù)耒陽多年最低氣溫為-12℃，最高氣溫40.6℃的氣象資料，考慮電池組件工作時(shí)的溫度上升。光伏系統(tǒng)在-12.5℃－+60℃的情況下能夠正常工作。

根據(jù)《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50797-2012）》中數(shù)據(jù)，可以算出，光伏組件串聯(lián)數(shù)量應(yīng)該18≤N≤21 塊，可選擇18、19、20、21塊組件作為一串。因?yàn)閱?dòng)電壓、接線方式及屋頂狀況等因素，本項(xiàng)目以18個(gè)電池組件為一個(gè)組件串。

3.光伏方陣及陣列間距設(shè)計(jì)

采用固定式方陣，根據(jù)子方陣設(shè)計(jì)的18塊組件為一組串，每個(gè)屋面支架方陣由18塊電池組件組成，剛好滿足一串子方陣數(shù)量，輸出電壓554V，組串輸出功率4680W。

陣列間距設(shè)計(jì)。電站總平面布置方案按電池板方陣尺寸和相應(yīng)電池板個(gè)數(shù)進(jìn)行規(guī)劃布置。按照經(jīng)驗(yàn)，電池組件間的間距要滿足以下條件：如果在太陽高度角最低的冬至那一天，從當(dāng)?shù)貢r(shí)間午前9時(shí)至午后3時(shí)之間，其電池板組件的影子互相不影響，則對陣列的電池板陣輸出沒有影響。

耒陽電場生產(chǎn)樓長27米，寬9.5米，按照組件正面東南144度設(shè)計(jì)，組件仰角為30度，每個(gè)支架設(shè)置兩排，每排9塊布置，共計(jì)8列，144塊光伏組件，考慮運(yùn)輸破損及備件問題，增加16塊備件，合計(jì)160塊。8列組件支架之間相互用鋼管做連接，使8列成為一個(gè)整體，每列兩端用角鐵固定件與屋頂女兒墻做固定（女兒墻高度50cm，固定點(diǎn)16個(gè)），第一列與第八列橫向面與GIS室外墻和女兒墻做固定（固定點(diǎn)8個(gè)）。

4.接線方案設(shè)計(jì)

本期光伏電站項(xiàng)目裝機(jī)規(guī)模37.44kW，初步設(shè)計(jì)為2組逆變器發(fā)電，集中并網(wǎng)，逆變器安裝在GIS室東側(cè)一樓樓梯下墻上。

屋面發(fā)電區(qū)的每個(gè)組串直流輸出由阻燃電纜穿線槽敷設(shè)方式集中接至逆變器輸入側(cè)。逆變器整流逆變后輸出400V三相交流電，經(jīng)電能計(jì)量表通過三相四線電纜匯至380V配電柜，最后并入35kV站用接地變低壓400V側(cè)。

表2 電氣一次、二次設(shè)備表

二、電纜敷設(shè)設(shè)計(jì)

1.電纜敷設(shè)及電纜防火

交流電纜以3*16+1*10三相四線制電纜為主，線路由逆變器出線，經(jīng)35kV配電室東側(cè)電纜溝道進(jìn)入，可將線纜順至380V配電柜電纜溝道，從而接到380V配電柜。

直流電纜擬采用光伏發(fā)電ZRC級阻燃電纜至逆變器、均采用電纜穿管敷設(shè)，逆變器柜下孔洞及穿墻孔洞均采用防火堵料進(jìn)行封堵。本工程大部分為直流電纜，直流電流切斷困難，易引發(fā)火災(zāi)。本工程按電力防火規(guī)程和國家消防法規(guī)，設(shè)置二氧化碳滅火器4組。

2.附表

如表2所示。

三、項(xiàng)目概算

考慮到屋頂防水保護(hù)，對耒陽屋頂光伏項(xiàng)目支架的支腿部分采用絕緣墊作為緩沖，光伏組件安裝情況是一組支架需要用16個(gè)支撐，8列組串方陣大概需要128塊絕緣墊。

關(guān)口表采用380V正泰三相電子式電表（型號DTS634），和大功率三相 LCD紅外直接式電表（型號DTS63415（60）A）。

組串電纜：估算生產(chǎn)樓屋頂面積約為256平方米，8列組串方陣布置采用直流電纜敷設(shè)，其距離約為300米，正負(fù)極兩相需要購買4平方直流電纜600米即可（各300米紅黑纜）。

從逆變器到400V配電柜采用3*16+ 1*10三相四線制電纜約60米。

防火泥需要10千克。

逆變器采用華為SUN2000-20KTL型逆變器，兩臺(tái)。

項(xiàng)目屬于修舊利廢，組件及支架均來自公司所屬各光伏場站，其他材料需采購，設(shè)備安裝均由場站職工自行安裝，人工成本為零，項(xiàng)目計(jì)劃投資2.56萬元。

四、項(xiàng)目收益

理論年發(fā)電量=年平均太陽輻射總量*電池總面積*光電轉(zhuǎn)換效率，計(jì)算如下：

年平均太陽輻射總量3900（參考相鄰場站）

電池總面積=144*1.9=273.6m2

光電轉(zhuǎn)換效率：17.5%

理論年發(fā)電量=3900*273.6*17.5%=186732MJ=186732*0.28

kwh=52284.96kwh

影響發(fā)電量的因素：

1.實(shí)際輸出功率。太陽電池板輸出的直流功率是太陽電池板的標(biāo)稱功率。在現(xiàn)場運(yùn)行的太陽電池板往往達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)測試條件，輸出的允許偏差是5%，因此，在分析太陽電池板輸出功率時(shí)要考慮到0.95的影響系數(shù)。

2.溫度。當(dāng)溫度升高時(shí)，光伏組件的輸出功率會(huì)下降，其峰值溫度系數(shù)大概在0.38-0.44%之間。對于晶體硅組件，當(dāng)光伏組件內(nèi)部的溫度達(dá)到50-75℃時(shí)，它的輸出功率降為額定的89%，在分析太陽電池板輸出功率時(shí)要考慮到0.89的影響系數(shù)。

3.積灰遮擋。光伏組件表面灰塵的累積，會(huì)影響太陽照射到電池板表面的輻射強(qiáng)度，同樣會(huì)影響太陽電池板的輸出功率。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，此因素會(huì)對光伏組件的輸出產(chǎn)生7%的影響，在分析太陽電池板輸出功率時(shí)要考慮到0.93的影響系數(shù)。

4.光照、線損?？紤]到太陽輻射的不均勻性、光伏組件的不匹配性和線損等影響因素，太陽電池板輸出功率系數(shù)按0.95計(jì)算。

5.安裝角度。并網(wǎng)光伏電站考慮安裝角度因素折算后的效率為0.88。

所以實(shí)際發(fā)電效率如下：

0.95*0.89*0.93*0.95*0.88=65.7%

系統(tǒng)預(yù)估實(shí)際年發(fā)電量=理論年發(fā)電量*實(shí)際發(fā)電效率= 52284.96*65.7% = 34351.22度。

按當(dāng)前購網(wǎng)電價(jià)每度0.58元計(jì)算，年收益約為=34351.22度*0.58元/度=19923.7元 ≈1.99萬元。

五、結(jié)束語

通過設(shè)計(jì)、核算，可以得出耒陽太平風(fēng)電場生產(chǎn)樓屋頂光伏項(xiàng)目既實(shí)現(xiàn)了修舊利廢，也為風(fēng)場創(chuàng)造了效益，切實(shí)可行。