1、4MWp太阳能光电建筑应用一体化示范工程项目申请报告4MWp太阳能光电建筑应用一体化示范工程项目申请报告一、工程概况项目名称：新厂房4MWp太阳能光电建筑应用一体化示范工程项目项目单位：地理位置：本项目实施地市县工业园区。县位于省东南部,大运河西岸,界于东经,北纬-之间。全县辖镇乡，个行政村，总面积平方公里，全县呈簸萁形，由西南向东北逐渐倾斜坦，最高点海拔米，最低点米。项目区地理位置见图2.1：县地理位置图。图2.1 县地理位置市县地处中纬度欧亚大陆东缘，属于暖温带大陆性季风气候。太阳辐射的季节性变化显著，地面的高低气压活动频繁，四季分明，光照充足，年平均气温12.5 ,年平均降水量554毫米
2、。寒暑悬殊，雨量集中，干湿期明显，夏冬季长，春秋季短。衡水市属于太阳能辐射三类地区，太阳能辐射量在50205860MJcm2.a，年总日照时数为22003000h，属太阳能资源较丰富地区。县工业园区正处于我国日照资源丰富的地区，本地区太阳能资源见图2.2：中国太阳能资源分布图；日照情况见表2.1：县日照峰值及日照时数各月情况表。图2.2 中国太阳能资源分布图表2.1 县日照峰值及日照时数各月情况表月份空气温度相对湿度日平均峰值日照时数（水平面）风速C%kWh/m2/d米/秒1月-5.139.5%2.812.82月-1.440.3%3.712.93月5.538.2%4.753.24月14.933
3、.7%5.783.55月21.238.1%6.263.06月24.752.8%5.762.67月25.569.0%5.122.08月24.569.1%4.761.79月21.153.3%4.432.010月14.343.4%3.722.211月4.643.8%2.822.712月-2.441.9%2.472.7平均12.346.9%4.372.6建设规模：利用有限公司新建厂房的楼顶。采取太阳能电池板与楼顶表面、相结合的形式，建设4MWp太阳能光电建筑，太阳电池组件方阵由21052块190Wp组件组成，总面积约61348平方米。电站主要满足厂房内所以生产设备、办公区域、厂区内照明等电器设备用电，
4、并与电网相连结，采用用户侧并网方式，太阳能供电不足时有电网补充，与电网形成互补，缓解高峰用电压力，具有调峰作用。（总平面图见图一：厂区规划图）投资估算：该项目总投资11801.50万元。企业自筹资金5901.05余万元，申请国家补贴5900万元。经济环保效益：4MWp太阳能光电建筑应用示范工程项目的年发电量为480万多kWh，按照该电站20年运营期计算，累计发电12200万 kWh，相当于每年可节省煤炭约1600多吨，减排灰渣约470吨，减排二氧化碳约4000多吨，减排二氧化硫约69多吨，减排可吸入颗粒物约14吨，20年可节省煤炭约32000多吨，减排二氧化碳约7.3万吨。实际运行20年后，该
5、电站仍具有发电能力。二、示范目标及主要内容为响应国家加快发展新能源产业的政策号召，推进太阳能光伏行业在我市的发展，加快结构调整，促进节能减排和科普示范，计划投资11801.50万元，利用新建厂房房顶无遮挡区域，建设4MWp太阳能光电建筑应用示范工程项目。县公司4MWp太阳能建筑一体化项目位于太阳辐射分布的高值区内，建设光伏电站具有天然优势。利用县公司车间屋顶建设太阳能光伏并网电站，具有独特优势。电站由国内太阳能领军企业山东力诺太阳能电力工程有限公司承建、并由山东电力研院做技术支持，设备选用国际知名的逆变电厂家，各项技术达到国际一流水平，在技术和规模上将取得重大突破，可望在大型MW级建筑一体化电
6、站建设上形成自有的知识产权。对今后响应国家可再生能源发展和绿色建筑、低碳生活上起到示范作用，促进省绿色建筑、低碳生活了快步发展。公司太阳能建筑一体化项目是县政府首次批准的科技示范单位，该项目的实施具有充分的示范意义。太阳能光伏发电系统是利用太阳能光伏电池组件将太阳能转换成直流电能，再通过逆变器将直流电逆变成50HZ、380V的三相交流电。逆变器的输出端通过配电柜与变电所内的变压器低压端（230/400伏）并联，对负载供电，并将多余的电能送入电网；太阳能光伏并网电站结合数据监控系统，检测太阳能光伏并网电站的运行情况、外界环境情况等，与Internet连接实现电站远程控制、数据共享等。其主要研究：
7、1、多路子系统组成的并网发电系统的优化设计研究；2、太阳能电池组件和方阵的运行特性研究；3、太阳能电池组件与建筑物一体化设计的研究；4、计算机数据采集的自动控制传输系统与监控系统的研究。三、技术方案设计（一）项目初步规划本项目位于县工业园区，环境优越，交通便利。得天独厚的地理位置为公司提供了便利的交通环境。本项目厂区占地115198，建（构）筑物占地面积70725m2，包括厂房、库房、办公楼等，其中两栋厂房建筑面积，厂房房顶实施太阳能电站项目，太阳能电池板采光面积58000平方米，总装机容量4 MWp。电站主要由两大部分组成，一部分1号厂房房顶1.5MWp；另一部分 为2号厂房房顶2.5MWp
8、。各部分面积及建设容量见下表：位置名称单个楼顶装机容量(KWp)房顶面积电池组件数量（块）容量（KWp）1号厂房150025000789415002号厂房250036400131582500（二）光电系统技术设计方案设计1、设计原则在对4MWp太阳能光电建筑应用示范工程项目设计时，需要考虑以下几个主要设计原则：(1)与建筑的有机结合由于世界各国对环境和能源短缺的日益关注，持续发展必将成为今后建筑设计的重要指导思想。将太阳能光伏发电应用于建筑，并与建筑一体化的新型太阳能建筑已在欧、美和日本等国进行示范，公众反响强烈。安装在公司4MWp太阳能光伏组件将与建筑结构密切配合，达到光伏建筑一体化。(2)
9、最大限度地获得太阳辐照量为了增加光伏阵列的输出能量，尽可能地保证光伏组件普照在阳光下，避免光伏组件之间互相遮光，以及其他障碍物遮挡阳光。(3)减低电缆传输距离，优化设计输配电为了实现以下目的，从光伏组件到接线箱、接线箱到逆变器以及从逆变器到并网交流配电柜的电力电缆应尽可能保持在最短距离。2、技术方案设计太阳能光伏发电系统是利用光伏组件将太阳能转换成直流电能，再通过逆变器将直流电逆变成50赫兹、380V的三相交流电。逆变器的输出端通过配电柜与变电所内的变压器低压端（230/400伏）并联，对负载供电，并将多余的电能送入电网。同时太阳能光伏并网系统结合监控系统，检测太阳能光伏并网电站的运行情况、外
10、界环境情况等。本电站无蓄电池储能设备，阴雨天或夜间时，由电网供电给负载。2.1 系统方案设计2.1.1、太阳能光伏电池组件的选择根据性价比本方案推荐采用190Wp太阳能晶体硅电池组件，全部采用我力诺生产的生产的125125的太阳能电池，光电转换效率达到17 .7%，采取72片封装成太阳能电池组件，其在标准测试条件下主要技术参数见下表： 标准测试条件：光谱辐照度1000W/ 2、光谱AM1.5 3、电池温度252.1.1.1太阳能电池组件参数：太阳能电池组件拟选用山东力诺生产的单晶硅太阳能电池组件，型号为：LNPV-125*125C 190Wp（1) 正常工作条件1） 环境温度：40-85；2）
11、 相对湿度：95（25）；3） 海拔高度：5500m；4） 最大风速：150 km/h。（2) 太阳能电池组件性能1） 产品通过TUV 认证，金太阳认证并符合国家强制性标准要求。2） 提供的组件功率偏差为3%。3） 组件的电池上表面颜色均匀一致，无机械损伤，焊点无氧化斑。4） 组件的每片电池与互连条排列整齐，组件的框架整洁无腐蚀斑点。5） 在标准条件下（即：大气质量AM=1.5，标准光强E=1000W/m2，温度为251，在测试周期内光照面上的辐照不均匀性5%），太阳电池组件的实际输出功率均大于标称功率。6） 太阳电池片的效率17.75%，组件效率15.00%。7） 光伏电池组件具有较高的功率
12、/面积比，功率与面积比=144 W/m2。功率与质量比=11.6 W/Kg，填充因子FF0.7。8） 组件第一年内功率的衰减5%，使用10 年输出功率下降不超过使用前的10%；组件使用25 年输出功率下降不超过使用前的20%。9） 组件使用寿命不低于25 年。10） 太阳能电池组件强度通过IEC61215 光伏电池的测试标准10.17节中钢球坠落实验的测试要求。并满足以下要求：撞击后无如下严重外观缺陷： 破碎、开裂、弯曲、不规整或损伤的外表面； 某个电池的一条裂纹，其延伸可能导致组件减少该电池面积10%以上； 在组件边缘和任何一部分电路之间形成连续的气泡或脱层通道； 表面机械完整性，导致组件的
13、安装和/或工作都受到影响。 标准测试条件下最大输出功率的衰减不超过实验前的5%。 绝缘电阻应满足初始实验的同样要求。11） 太阳能电池组件防护等级IP65。12） 连接盒采用满足IEC 标准的电气连接，采用工业防水耐温快速接插，防紫外线阻燃电缆。13） 1组件的封层中没有气泡或脱层在某一片电池与组件边缘形成一个通路，气泡或脱层的几何尺寸和个数符合IEC61215 规定。14） 组件在外加直流电压2000V 时，保持1 分钟，无击穿、闪络现象。15） 绝缘性能：对组件施加500V 的直流电压，测量其绝缘电阻应不小于200M。16） 组件采用EVA、玻璃等层压封装，EVA 的交联度大于65， EV
14、A与玻璃的剥离强度大于30N/cm2。EVA 与组件背板剥离强度大于15N/cm2。17） 光伏电池受光面有较好的自洁能力；表面抗腐蚀、抗磨损能力满足IEC61215 要求。18） 边框与电池片之间应有足够距离，确保组件的绝缘、抗湿性和寿命。19） 为保证光伏电池组件及整个发电系统安全可靠运行，提供光伏电池组件有效的防雷接地措施。20） 组件背面统一地方粘贴产品标签，标签上注明产品商标、规格、型号及产品参数，标签保证能够抵抗二十年以上的自然环境的侵害而不脱落、标签上的字迹不会被轻易抹掉。21） 产品包装符合相应国标要求，外包装坚固，内部对组件有牢靠的加固措施及防撞措施。全包装箱在箱面上标出中心
15、位置、装卸方式、储运注意标识等内容。（3) 内部结构光伏电池组件内部结构见下图。（4) 特性曲线图光伏电池组件特性曲线（I-V）见下图。（5) 尺寸图光伏电池组件尺寸见下图。（6) 太阳能电池组件参数编号项目技术参数与规格1电池片单晶硅 125*1252型号190Wp3尺寸结构1590*808*42重量15.5kg4在AM1.5、1000W/m2的辐照度、25C的电池温度下的峰值参数4.1标准功率190Wp4.2峰值电压36.92V4.3峰值电流5.15A4.4短路电流5.56A4.5开路电压44.31V4.6最大系统电压1000V5温度系数5.1峰值功率温度系数-0.528%/K5.2短路电
16、流温度系数0.074%/K5.3开路电压温度系数-0.356%/K6温度范围-40+807功率误差范围38表面最大承压2400Pa9承受冰雹直径25mm的冰球，冲击试验速度23m/s10接线盒类型防护等级IP65连接线长度970mm2.1.2、电池组件方阵安装角度的选择太阳能电池组件安装角度会对其发电量产生较大的影响。为了增加光伏电站的年发电量和建筑一体化的美观为更好的融入建筑的设计理念，电池板应朝向正南方向，并与地平面保持一定40度夹角，相关计算如下：倾斜面光伏阵列表面的太阳辐射量： 计算日辐射量的公式:R= Ssin(-)/sin + D式中;R 倾斜方阵面上的太阳总辐射量 D 散射辐射量
17、,假定D与斜面倾角无关; S 水平面上的太阳直接辐射量 方阵倾角 中午时分的太阳高度角.对于北半球地理纬度=的地区, 与太阳赤纬角的关系如下: = 90-+ 其中, =23.45*sin360*(284+N)/365(度)； N为一年中某日的日期序号，如1月1日的N=1,2月1日的N=32, 12月31日的N=365等。根据当地气象局提供的太阳能辐射数据，按上述公式计算不同倾斜面的太阳辐射量，具体数据见下表： 角度30323436381月87.54487.55987.56887.57287.5712月108.629108.754108.833108.870108.8633月118.039118
18、.410118.649118.758118.7394月109.710110.308110.693110.870110.8395月148.889149.970150.665150.982150.9276月145.265146.431147.179147.519147.4607月94.04994.76995.23195.44295.4058月94.33594.91795.29295.46495.4349月106.661107.076107.344107.467107.44510月109.803110.000110.126110.184110.17411月106.649106.697106.7281
19、06.742106.74012月99.07199.06899.06599.06399.064全年1338.6431343.9591347.3751348.9321348.660从上表可以得出，光伏矩阵倾角为40时，倾斜面上所接受的太阳辐射量最大，相应的发电量也就最多，但为了更好的和建筑相结合，考虑到电池板表面的自洁能力，我们采用40夹角设计。通过以上分析可以看出地区的太阳辐射与日照时数的变化趋势基本吻合，太阳辐射的可利用条件相对较好。2.1.3逆变器的选择1、逆变器技术要求 （1）相关技术措施保证优质电能的输出 并网逆变器作为另外一路电源，要实现与公共电网的并联运行，必须保持其输出的电压、相位
20、、频率等参数与电网相一致。在公共电网的电压、频率和相位等参数在正常变化范围内时，并网光伏发电系统的输出可跟踪公共电网的电压、频率和相位的变化，随时调整自身上述参数的输出，使之与电网相匹配。此外，并网逆变器应具有高性能滤波电路,使逆变器交流输出的电能质量很高，不会对电网质量造成污染,满足国家电网电能质量要求。在输出功率50额定功率,电网电压波动5%情况下,逆变器的交流输出电流总谐波分量5。 （2）最大功率点跟踪（MPPT）技术保证系统高效运行 太阳能电池方阵的输出随太阳辐射照度和太阳能电池方阵表面温度而变动，因此需要跟踪太阳能电池方阵的工作点并进行控制，使方阵始终处于最 大输出，以获取最大的功率
21、输出。该系统逆变器采用最大功率点跟踪技术，来实现以上目的。每隔0.5s让并网逆变器的直流工作电压小幅变动一次，在这个时间间隔内对直流输入功率进行测量并获取平均值， 并同上次进行比较，使并网逆变器的直流电压始终沿功率变大的方向变化。 （3）可靠防止孤岛效应的发生 孤岛效应是指在电网失电的情况下，发电设备仍作为孤立电源对负载供电这一现象。孤岛效应对设备和人员安全存在重大隐患，主要体现在：一方面，当检修人员停止电网的供电，并对电力系统线路和设备进行检修时，如果并网太阳能发电系统仍继续供电，可造成人员伤亡事故；另一方面，当因电网故障造成停电时，若并网逆变器仍工作，一旦电网回复供电，电网电压、并网逆变器
22、的输出电压在相位上可能有较大差异，会在瞬间产生很大的冲击电流，从而损坏设备。 当电网失压时， 防孤岛效应保护应在 2s内动作，将光伏系统与电网断开。逆变器可采用两种“孤岛效应”检测方法，包括被动式和主动式两种。被动式检测方法指实时检测电网电压的幅值、频率和相位,当电网失电时,会在电网电压的幅值、频率和相位参数上,产生跳变信号,通过检测跳变信号来判断电网是否失电。 主动式检测方法指对电网参数产生小干扰信号,通过检测反馈信号来判断电网是否失电。其中一种方法就是通过测量逆变器输出的谐波电流在并网点所产生的谐波电压值,通过计算电网阻抗来进行判断,当电网失电时,会在电网阻抗参数上发生较大变化， 从而判断
23、是否出现了电网失电情况。 此外,在并网逆变器检测到电网失电后,会立即停止工作,当电网恢复供电时,并网逆变器并不会立即投入运行,而是需要持续检测电网信号在一段时间（如90s）内完全正常,才重新投入运行。 需要指出的是,任何一种孤岛效应的检测的方法均具有其局限性,要同时从电站管理上来杜绝检修人员伤亡事故的发生，当停电对设备和线路进行检修时,必须先断开并网逆变器。 同时,逆变器均带有隔离变压器,使得逆变器的直流输入和交流输出之间电气隔离开来。直流侧的光伏组件阵列为“浮地”，正负极与地之间都没有电气连接,且逆变器在运行过程中,随时检测直流正负极的对地阻抗,从而保证逆变器直流侧的短路故障不会影响到电网。
24、2、逆变器选择采用低压逆变并网方案。根据现场情况选择分散式并网方案即尽量采用小型并网逆变器（相对于系统发电量），增加并网系统数量，增加系统的安全性，同时兼顾经济性。A户型安装容量18.24kWp，投入2台德国KACO的Powador6400xi、1台Powador4000xi并网逆变器;B户型安装容量11.02kWp，投入1台德国KACO的Powador6400xi、1台Powador4000xi并网逆变器。发电系统数据采集系统主要采集直流侧电压、电流、电网电压、电流、每日发电量、总发电量等，以及气象数据采集包括辐照度、环境温度、组件温度等有关数据。系统设计上采用目前成熟的设计理念，产品配置与
25、系统组成均采用目前市场上成熟、定型的产品，从而保证了系统的可靠向、稳定性、先进性。并网逆变器(Powador6400xi、Powador4000xi):能量转换效率高达97.1%以上MPPT 范围 : 350V 600V，最大直流输入电压 :800V工作环境温度： -25C . +40C 数据采集系统PROLOG 数据采集器通讯监控原理网络传输示意图该采集器每台可以同时采集32个MPPT的发电等数据，对于Powador 00xi以及01XI/02XI系列，每台数据采集器ProLOG 可以同时管理32台逆变器。该数据采集监控装置可以通过手机短信，电子邮件及传真等方式对光伏系统进行故障报警。各台逆
26、边器之间用 RS485 讯联接，采集器将其采集汇总，通过局域网或双绞数据线，可以将采集器PROLOG与当地PC机联接，使用KACO公司的Powador-Monitor 软件即可进行当地数据处理。 PROLOG在线采集到的各台逆变器数据也可以通过因特网传送到KACO公司的服务器上，通过软件 Powador-web， 用户可以随时在世界各地有网络的地方，通过输入自己密码，进入自己光伏系统数据图像统计页面，随时监控观察系统。2.1.4、太阳能电池组件方阵设计根据并网逆变器输入电压范围、最大输入电流等环境因素考虑，太阳能光电建筑应用项目的太阳能电池组件输入方阵为：固定式面向正南安装, 倾角40，共分布
27、1个并网系统组合而成。2.1.5太阳能光伏组件间距的设计为了避免阵列之间遮阴,起到挡雨遮阳的目的，光伏电池组件为平铺到楼房的屋顶。效果图如下：2.1.6土建及结构设计（1）太阳电池方阵承载方案楼顶均为钢筋混凝土结构，屋面设计为保温防水保温上人屋面，在女儿墙内侧安装支架，安装太阳能电池组件，荷载在原来的基础上每平方米增加0.47KN， 根据设计核载标准核算结果验证，此小区楼顶顶完全满足建设条件，在屋面承受荷载范围之内。（2）主要生产建筑（构）物的布置及结构选型 建筑设计以安全、适用、经济、美观为原则，根据生产工艺流程、使用要求、自然条件、建筑材料、建筑技术等因素，结合工艺设计进行建筑物的平面布置
28、、空间组合及建筑造型设计并考虑到建筑群体与周围环境的协调。2.1.7系统接入方案设计在厂区配电相处，采用最近接触方法接入到公共电网。2.1.8 监测系统方案本项目设置数据采集系统一套，主要监视并网逆变器的运行状态。数据采集系统包括数据采集控制器、显示终端、就地测量仪表等设备。并网逆变器及电网的数据信息通过通讯的方式（RS485总线、INTERNET）传输至数据采集控制器，数据采集控制器与厂内局域网相连，操作人员通过厂内局域网在办公室计算机上对并网逆变器进行监视。就地设有大屏幕显示器，大屏幕显示器也与厂内局域网相连，数据采集系统的信息也可在大屏幕显示器上实时显示。此外，并网型太阳能光伏发电系统还
29、需要对就地的温度、风力、太阳能辐射强度进行监测。 2.1.9防雷接地1、防雷太阳能光伏并网电站防雷主要是防直接雷和感应雷两种，防雷措施应依据光伏（PV）发电系统过电压保护-导则（SJ/T11127）中有关规定设计。直击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。防直击雷的基本措施是安装避雷针。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流引起的。根据SJ/T11127 中有关规定,该系统主要采取以下措施:(1）在每路直流输入主回路内装设浪涌保护装置,并分散安装在直流配电箱内。屋顶光伏并网发电系统在组件与逆变器之间加入直流配电箱,不仅对屋顶太阳能电池组件起到防雷保护作用,还为系统的检测、维修、维护提供了方便。缩小了电池组件故障检修范围。(2）在并网接入的交流配电箱中安装避雷元件,以防护从低压配电线侵入的雷电波及浪涌。2、接地为保证人身和设备的安全，所有设备的某些可导电部分均应可靠接地。每件金属物品都要单独接到接地干线，不允许串联后再接到接地干线上。2.1.10主要设备配置公司4KWp太阳能光电建筑应用示范项目主要设备配置清单：序 号
