光伏发电系统方案专业设计书

1光伏发电工程项目方案设计书2目录一、概述..............................................................31.1项目概况.........................................................31.2编制依据.........................................................3二、建设地址资源简述..................................................32.1日照资源..........................................................32.2接入系统条件.....................................................4三、总体方案设计......................................................43.1光伏工艺部分......................................................43.2太阳电池组件选型..................................................53.3光伏阵列设计......................................................93.4系统效率分析.....................................................12四、电气部分.........................................................134.1概述.............................................................134.2系统方案设计选型.................................................134.3电气主接线.......................................................164.4主要设备选型.....................................................164.5防雷及接地.......................................................234.6电气设备布置.....................................................234.7电缆敷设及电缆防火...............................................23五、工程案例..........................................错误!未定义书签。六、系统配置以及报价..................................错误!未定义书签。3一、概述1.1项目概况1)建设规模：光伏系统用来供给小区道路亮化用电及楼宇亮化用电。该系统设计使用最大负荷50KVA，为保证系统在连续阴雨天或其它太阳辐射不足情况下正常使用，系统接入市电作为辅助能源，提高系统的稳定性能。为减少系统因直流端电流过大造成的线路损耗，系统采用220V直流接入逆变输出三相380V/220V交流。针对固定式安装电池板，采用最佳倾角进行安装，石家庄地区最佳角度为46度（朝向正南），控制柜、逆变器及蓄电池储能系统均须安放于在室内。1.2编制依据本初步设计说明书主要根据下列文件和资料进行编制的：1)GB50054《低压配电设计规范》；2)GB50057《建筑物防雷设计规范》；3)GB31／T316—2004《城市环境照明规范》；4)GBJl33—90《民用建筑照明设计标准》；5)JGG／T16—921《民用建筑电气设计规范》；6)GBJ１6—87《建筑设计防火规范》；7)《中华人民共和国可再生能源法》；8)国家发展改革委《可再生能源发电有关管理规定》；二、建设地址资源简述2.1日照资源我国属世界上太阳能资源丰富的国家之一，全年辐射总量在917～2333kWh/㎡年之间。全国总面积2/3以上地区年日照时数大于2000小时。我国的太阳能资源按日照时间和太阳能辐射量的大小，全国大致上可分为五类地区：一类地区:全年日照时数达到3200～3300小时的地区，主要包括青藏高原、甘肃省北部、宁夏北部和新疆南部等地。二类地区:全年日照时数达到3000～3200小时的地区，主要包括河北省西北部、山西省北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃省中部、青海省东部、西藏东南部和新疆南部等地。三类地区:全年日照时数达到2200～3000小时的地区，主要包括山东省、河南4省、河北省东南部、山西省南部、新疆北部、吉林省、辽宁省、云南省、陕西省、甘肃省东南部、广东省南部、福建省南部、江苏省北部和安徽省北部等地。四类地区:全年日照时数达到1400～2200小时的地区，主要是长江中下游，福建省、浙江省和广东省的一部分地区，此类地区的特点是：春夏多雨或阴天，秋冬季太阳能资源较丰富。五类地区:全年日照时数达到1000～1400小时的地区，主要包括四川省、贵州省两省。此区是我国太阳能资源较少的地区。一、二、三类地区，年日照时数大于2000h，是我国太阳能资源丰富或较丰富的地区，面积约占全国总面积的2／3以上，具有利用太阳能的良好条件。四、五类地区虽然太阳能资源条件较差，但仍有一定的利用价值。如图2-1图2-1全国太阳能资源分布图2.2接入系统条件本工程采用低压交流380V输出的方式。用户可以直接在交流输出端通过配电接入负载即可。该系统灵活方便，并配备了市电进行补充，保证系统安全稳定运行。三、总体方案设计3.1光伏工艺部分3.1.1设计依据建筑结构平、立、剖面图，电气施工图等资料。国家颁布的有关的技术标准及行业技术标准、法规及规范的有效版本。项目所在地53.1.2设计原则本项目装机容量55.35kW，采用单晶硅太阳能电池组件270块固定式安装，安装倾角为朝南46度。3.1.3设计内容本项目光伏工艺设计内容包括太阳电池组件的选型，光伏阵列设计，系统效率分析，系统发电量计算，光伏工艺总平面布置，支架设计。3.2太阳电池组件选型太阳能光伏发电系统是利用光生伏打效应原理制成的太阳能电池将太阳能直接转换成电能的。工作原理的基础是半导体p-n结光生伏打效应，简言之，就是当物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。当太阳光或其它光照射半导体p-n结时，就会在p-n结的两边出现电压，叫做光生电压。这种现象就是著名的光生伏打效应。使p-n结短路，就会产生电流。太阳能电池单体是用于光电转换的最小单元。它的尺寸约4平方厘米到100平方厘米。太阳能电池单体工作电压为0.45～0.50伏，工作电流为20mA/cm2，一般不能单独作为电源使用。将姗能电池单体进行串联并联和封装后，就成为太阳能电池组件。太阳能电池再经过串联，并联装在支架上，就构成了大阳能电池方阵。它的功率从几瓦到几百瓦，可以单独作为电源，它也可以输出几百瓦，几千瓦或更大的功率，是光伏电站的电能产生器。太阳能电池的电气特性与参数：图3-1太阳能电池的伏安特性图3-1从图中可得当太阳能电池组件短路时，即负载v=0时，此时的电流为短路电流Isc，当电路开路时，I=0，此时的电压为开路电压VOC。当太阳能电池两端的电压从0上升时，例如逐渐增加负载电阻，在光辐射恒定的条件下，开始太阳能电池的输出6电流几乎不变，输出功率不断增加。当电池电压增加到一定值时，输出电流开始变小，输出功率达到一个最大值，即最大功率点，之后随着电池电压的升高，输出电流和功率都不断变小，最后输出电流减为0，输出电压达到最大值开路电压。太阳能电池的伏安特性还与温度有关系，随着温度的上升开路电压减小，在最大功率点的典型温度系数为-0.4%/℃。在衡量太阳能电池组件的性能时需用到峰值功率，其单位是峰瓦（Wp)。在标准条件下（光谱幅照度1000W/mq，光谱AM1.5，电池温度25℃），太阳能电池组件所输出的最大功率被称为峰值功率。目前整个光伏发电的行业使用的均为硅太阳能电池。以硅材料作为基体的太阳能电池。如单晶硅太阳电池，多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池等。制作多晶硅太阳能电池的材料，用纯度不太高的太阳级硅即可。而太阳级硅由冶金级规用简单的工艺就可以加工制成。多晶硅材料又有带状硅、铸造硅、薄膜多晶硅等。用它们制造的太阳能电池有薄膜和片状两种。1)单晶硅太阳能电池单晶硅太阳电池是当前开发最快的一种太阳电池，它的结构和生产工艺已定型，产品已广泛用于空间和地面。这种太阳电池以高纯的单晶硅棒为原料，纯度要求99.999%。为了降低生产成本，现在地面应用的太阳电池等采用太阳能级的单晶硅棒，材料性能指标有所放宽。单晶硅太阳能电池的制造成本较高，但光电转化效率也最高，国际公认最高效率在AM1.5条件下为24％，地面用大量生产的在AM1条件下多在11—18％之间。目前单晶硅的转化效率是其他晶硅材料中最高的。2)多晶硅太阳能电池目前多晶硅太阳电池使用的多晶硅材料多半是含有大量单晶颗粒的集合体，或用废次单晶硅材料和冶金级硅材料熔化浇铸而成，然后注入石墨铸模中，待慢慢凝固冷却后，即得多晶硅锭。这种硅锭可铸成立方体，以便切片加工成方形太阳电池片，可提高材料利用率和方便组装。多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，其光电转换效率约12%左右，稍低于单晶硅太阳电池，但其材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，但转化率较单晶硅电池比低很多。3)非晶硅太阳能电池非晶硅太阳电池是1976年出现的新型薄膜式太阳电池，它与单晶硅和多晶硅太7阳电池的制作方法完全不同，硅材料消耗很少，电耗更低，非常吸引人。非晶硅太阳电池的结构各有不同，其中有一种较好的结构叫PIN电池，它是在衬底上先沉积一层掺磷的N型非晶硅，再沉积一层未掺杂的I层，然后再沉积一层掺硼的P型非晶硅，最后用电子束蒸发一层减反射膜，并蒸镀银电极。此种制作工艺，可以采用一连串沉积室，在生产中构成连续程序，以实现大批量生产。同时，非晶硅太阳电池很薄，可以制成叠层式，或采用集成电路的方法制造，在一个平面上，用适当的掩模工艺，一次制作多个串联电池，以获得较高的电压。现在日本生产的非晶硅串联太阳电池可达2.4伏。非晶硅太阳电池存在的问题是光电转换率偏低，且不够稳定，所以尚未大量用作大型太阳能电源，多半用于如袖珍式电子计算器、电子钟表及复印机等方面。综上所述在晶体硅系列太阳能电池中，单晶硅大阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，而且由于目前单晶硅材料价格已经多晶硅材料相差不大，在光伏系统中被大量使用，该系统中设计使用单晶硅光伏电池组件，单块功率200W，电池片效率高达17.8%。参数如下表：表3-1光伏组件参数一览表序号项目内容1型式常规单晶硅组件2型号HG205S3尺寸结构1580×808×50（mm）4在AM1.5、1000W/m2的辐照度、25℃的电池温度下的峰值参数：4.1标准功率200W4.2峰值电压37.5V4.3峰值电流5.33A4.4短路电流5.66A4.5开路电压45V4.6系统电压1000V5峰值电流温度系数0.017%/℃6峰值电压温度系数-0.34%/℃7短路电流温度系数0.017%/℃88开路电压温度系数-0.34%/℃9温度范围-40/℃～+85℃10功率误差范围±3%11表面最大承压5400Pa12承受冰雹直径25mm的冰球，试验速度23m/s13接线盒类型BOX0714接线盒防护等级IP6515电池片效率17.8%16组件效率15.6%17保证值15.3%框架结构铝合金18背面材料TPT19重量16.