屋顶光伏电站(EPC)方案设计

屋顶光伏电站（EPC）方案设计要点夏征勇一屋顶光伏电站直流侧设计要点二屋顶光伏电站交流侧设计要点三报价分析四向业主索取资料一、屋顶光伏电站直流侧设计要点1、预备知识工程总承包（又称EPC模式）EPC是三个英文单词的第一个大写字母，其含义如下：Engineer—--设计（包括前期咨询、可研等）Procure—--采购（包括分包）Construct—--施工（包括试运行服务，又称交钥匙Turnkey）EPC模式的特点（1）业主不具体组织实施，完全由总承包商完成。（2）业主把风险转移给总承包商。（3）通常业主与总承包商都是签订总价合同。注意：任何一个合同，可以不公平，但必须清楚。EPC模式不适应的项目为规避EPC风险，总承包商应慎重考虑以下几点：（1）投标人没有时间或资料，仔细研究业主的要求，无法评估风险，甚至连编制投标文件的时间都没有。（2）投标人对建设地的情况，如：水、电，地质、人工、地材价格等不掌握。（对光伏项目，电网接入更应认真对待）（3）业主对承包商的工作严格监督，甚至审核大部分施工图纸。（4）工程进度款支付条件过于苛刻。屋顶光伏电站特点•大都是在已建成的建筑物上实施，受荷载、屋面结构制约。•大都是在用户侧并网，受并网点位置、用户已有变压器容量及用电负荷制约。•屋顶很少上人，出现故障不易发现，设备、材料、施工质量应重点考虑。设计、设备、材料及施工还要满足消防要求。•并网不上网，自发自用，所发电量全部消化在用户侧。如图所示，屋顶光伏电站所发电量全部消化在用户内部用电负荷上，否则应采取防逆流装置。2、屋顶光伏电站组件安装功率估算平屋顶（混凝土屋面）光伏组件安装功率测算•以济南地区为例，在最佳倾角范围(28°∽34°)，每KW组件大概占用屋顶面积15平方米。(1KW/15㎡或50∽70W/㎡）•避免遮挡屋顶凸起物高度的2.5倍范围内不允许布置光伏组件。•例题1：今有一座厂房，混凝土平面屋顶，东西长150米，南北宽80米，东、北、南女儿墙高度0.8米，西边为5米高错层，屋顶中部有4X4米见方，高3.5米电梯井一个，请估算光伏组件安装功率。•估算：1）厂房屋顶总面积=150米X80米=12000平方米；2）刨去西边错层高5米阴影遮挡面积=5X2.5X南北宽80米=1000平方米；3）刨去东女儿墙高0.8米阴影遮挡面积=0.8X2.5X南北宽80米=160平方米4）刨去南女儿墙高0.8米阴影遮挡面积=0.8X2.5X东西长150米=300平方米5）刨去中部电梯井高3.5米阴影遮挡面积=3.5X2.5X4米X3倍=105平方米；（3倍是东、北、西三面遮挡）6）合计实用总面积=12000-(1000+160+300+105)=12000-1565=10435平方米；7）估算光伏组件安装总功率=10435㎡÷15㎡=696KW答：该厂房可以安装光伏组件总功率约696KW注：在济南地区北部和南部，每KW占地面积可根据具体情况适当加大或缩小，如：赤峰地区可按18㎡/KW，南阳地区可按13㎡/KW8）首年发电量估算首年年发电量=光伏组件安装总功率X峰值日照时数X系统效率X365天=696KWX4.26hX0.8X365天=865768KWh=86.58万度特别提醒：各地区峰值日照时数一定要记住！习题：郑州市有一座大楼如下图，中间为凸起部分，屋顶及女儿墙标高如图所示，请估算该楼房屋顶能安装多少千瓦光伏组件，并估算出首年发电量。复习：我国太阳能资源分为五类地区：一类地区：年辐照总量为1889∽2333KWh/㎡,相当于峰值日照时数5.1∽6.4h，西藏、新疆、青海、宁夏等地。二类地区：年辐照总量为1625∽1889KWh/㎡,相当于峰值日照时数4.5∽5.1h，甘肃、山西、内蒙等地。三类地区：年辐照总量为1389KWh/㎡∽1625KWh/㎡，相当于峰值日照时数3.8∽4.5h，山东、河南等地。四类地区：年辐照总量为1167KWh/㎡∽1389KWh/㎡，相当于峰值日照时数3.2∽3.8h，湖南、湖北、广东、广西等地。五类地区：年辐照总量为930KWh/㎡∽1167KWh/㎡，相当于峰值日照时数2.5∽3.2h，四川、贵州等地。斜屋顶（彩钢瓦屋面）光伏组件安装功率测算•一般斜屋面都是沿屋面平铺，必要时要考虑检修通道。•斜度在最佳倾角下，每减少前三个5°，峰值日照时数减小约0.03∽0.07；后面每减少5°，峰值日照时数减小约0.1；•平铺100∽120W/㎡•朝向不同，逆变器应选多通道MPPT或多台逆变器组合方式。如：济南地区倾角28°，峰值日时为4.26；倾角23°，为4.23；倾角18°为4.18；倾角13°为4.11；倾角8°为4.02；倾角3°，为3.91；倾角0°，为3.84；注意：倾角为负值时(北），仍可以发电。如：倾角-5°，为3.69；倾角-10°，为3.54；倾角-15°，为3.36；倾角-20°，为3.17；由上可知，-20°的峰值日照时数仅比最佳倾角28°∽34°少发电约1.1。3、屋顶支架结构形式平屋顶（混凝土屋面），在已有屋面上实施，混凝土支架及底座增加荷载90Kg/㎡,见下图示。平屋顶（混凝土屋面），直接在屋面生根，见下图示。此方式一般在建设初期或设计阶段就要考虑，安装的支架及组件增加屋面荷载30Kg/㎡。彩钢瓦屋面，一般有三种形式：1.直立锁边彩钢瓦2.角驰型彩钢瓦3.普通波纹彩钢瓦1）直立锁边彩钢瓦金属屋面结构方案，如下图：下面三种形式无论何种方案，支架与组件将增加屋顶荷载15Kg/㎡2）角驰820型彩钢瓦金属屋面结构方案，如下图：3）普通波纹板彩钢瓦金属屋面结构方案，如下图：缺点：彩钢瓦钻孔，无论何种密封胶，长时间孔锈蚀后仍然漏水注意：1）屋顶电站设计前必须重新核算屋顶载荷，征得原设计单位书面同意意见方可设计。2）混凝土屋面绝不可破坏防水层，支架基础若需要与屋面扎根，必须处理好被破坏的防水层，建议采用配重式预制基础。3）彩钢瓦屋面原则上不许在屋面上开孔，必须采用开孔方式，必须做好孔洞的长久防水措施。二、屋顶光伏电站交流侧设计要点1、变压器容量对光伏组件总功率的制约根据国家电网Q/GDW617-2011文件要求，用户侧（380V）并网，光伏组件并网总功率不得超过该并网变压器供电最大负荷的25%。例题2：已知例题1光伏组件安装总功率为696KW，并网变压器容量为1000KVA，该变压器供电区域最大用电负荷约800KW，组件安装总功率是否满足电网文件要求？答：按照国家电网文件要求，该变压器最大用电负荷约800KW的25%=800KWX0.25=200KW，696KW已远远超出要求。例题3：如果例题1该厂房有4台1000KVA变压器并列运行，每台变压器最大供电负荷均为800KW，光伏组件安装总功率696KW是否满足国家电网文件要求？答：4台变压器总供电最大负荷=4X800KW=3200KWX25%=800KW＞696KW，满足要求。例题4：如果是下图情况，是否可以并网；2、并网点应注意的事项1）屋顶电站建在厂房屋面上一般这种情况厂房内或附近有中小型变电站，站内有低压配电室，其内部的配电盘接线基本与下图相似：屋顶光伏电站一般情况都是接入备用开关。逆变器对配电室或房间尺寸要求，如下图：逆变器尺寸参考上页，图中所标注为最小尺寸，如单独配置交直柜，长度应放大1.6米。图中0.8∽2.4是50KW∽500KW逆变器占用长度。2）屋顶电站建在住宅楼及学校教室或宿舍屋面上这种情况都是区域内有单独小型变电所，并网点应就近接在楼宇的进线总开关上，如右图：3）电池组件安装总功率与汇流箱的配置关系195W单晶硅电池组件工作电压一般为36∽37伏左右，50KW及以上逆变器MPPT范围一般在450∽820伏，交流输出为400伏，此时的电池组件串联数量都在16块，进入汇流箱的并联数见下表：逆变器功率16并--单台功率/数量12并/单台功率/数量8并/单台功率/数量50KW1台1.5台（不推荐）2台100KW2台3台（不推荐）4台250KW5台7台（不推荐）10台500KW10台13.5台（不推荐）20台240W多晶硅电池组件工作电压一般为30伏左右，50KW及以上逆变器MPPT范围一般在450∽820伏，交流输出为400伏，此时的电池组件串联数量都在20块，进入汇流箱的并联数见下表：逆变器功率16并--单台功率/数量10并/单台功率/数量8并/单台功率/数量50KW1台1.5台（不推荐）100KW1台+8并2台3台（不推荐）250KW3台+8并5台6.5台（不推荐）500KW6台+10并10台+8并13台三、报价分析由于屋顶电站的不规则、不确定性因素较多，下面按1MW常规条件下（参照山东建筑大学）的屋顶电站造价进行分析：1、组件：4.5∽5.5元/W，450∽550万；2、混凝土平屋顶支架：0.5∽0.6元/W，50∽60万；3、彩钢瓦屋顶支架及连接件：0.7∽0.8元/W，70∽80万；4、逆变器：1∽1.2元/W，100∽120万元；5、汇流箱：0.1∽0.15元/W，10∽15万；6、4mm²光伏电缆：0.1∽0.12元/W，10∽12万；7、2X16∽2X35mm²汇流直流电缆：0.13∽0.15/W，13∽15万；8、三相四线交流电缆：0.2∽0.23/W，20∽23万；9、并网设备(交、直流柜等)：0.3∽0.35元/W，30∽35万；10、混凝土屋面施工(含电气施工、水泥墩及电缆槽盒)：1.1∽1.2元/W，110∽120万；11、彩钢瓦屋面施工(含电气施工及电缆槽盒)：0.75∽0.85元/W，75∽85万元1MW屋顶电站投资以上合计：•混凝土屋面：793∽950万元，不考虑组件每瓦约在3.4∽4元•彩钢瓦屋面：778∽935万元，不考虑组件每瓦约在3.3∽3.9元•结论：屋顶电站单位造价约8元/W∽9.5元/W四、向业主索取资料1、土建及结构专业1）混泥土屋顶载荷（上人200Kg/㎡、非上人70Kg/㎡）；防水层结构；凸起物高度及周边尺寸；女儿墙高度；2）彩钢瓦屋面恒荷载≥35Kg/㎡及动荷载≥50Kg/㎡；彩钢瓦规格(直立锁边彩钢瓦，角驰820型彩钢瓦；普通波纹板彩钢瓦)；2、电气专业1）并网点变压器台数及容量(KVA)；2）用电设备装机功率（包括照明灯），乘以0.3∽0.7可粗略得到用电负荷功率；3）并网点配电盘电气系统图，主要问是否有预留备用断路器及断路器额定电流；4）并网点配电室配电盘平面布置图，主要问是否有安放逆变器的位置；对于分散楼宇采用壁挂式逆变器可不询问此事。谢谢！山东力诺太阳能电力集团2012.9.15