办公楼屋顶光伏发电系统设计方案

一、项目概述

项目地点：桐乡河山装机容量约20KW

地理位置：经度：121纬度 31

本项目光伏发电系统总装机容量约20kWp,类型为屋顶太阳能光伏发电系统。建筑整体构架为水泥混凝土结构,装机面积有350平方米左右,年预计发电量为16644度〔kwh。

本项目的安装位置位于北纬31度、东经121度,其地处北部杭嘉湖平原,东连市秀洲区,南邻市,西毗德清县、市余杭区,西北接市南浔区,北界省吴江市。市区距市140千米,距市65千米。沪杭高速斜穿境域南部,320国道从东北向西南斜穿市境中部。属典型的亚热带季风气候。冬暖湿润,四季分明,雨水丰沛,日照充足。具有春湿、夏热、秋燥、冬冷的气候特点。

二、系统原理及主要组成

2.1并网不上送型发电系统

并网不上送型发电系统就是光伏组件所产生的直流电经过逆变器转换成符合电网要求的交流电, 接入具有防逆流装置的交流电柜,之后与市电以并联的方式接入负载控制柜。并网不上送型发电系统中光伏组件所产生电力供给交流负载；当负载用电量小于系统装机总发电量时,通过防逆流柜的控制功能,自动关闭部分逆变器的发电模式,以达到减少系统的发电量,防止多余电力反馈到国家电网。

2.2 并网发电系统组成

<1>太阳能电池组件

<2>光伏并网逆变器

<3>防逆流并网柜

<4>环境及发电系统通讯监控装置

<5>组件支架系统

<6>电气接线系统

三、系统设计方案

3.1设计依据

本设计主要参考标准如下：

1、光伏组件标准:IEC61727:2004\IEC61215\IEC61730

2、《光伏系统并网技术要求》GB/T 19939-2005

3、《光伏发电站接入电力系统的技术规定》GB/Z9964-2005

4、《光伏系统电网接口特性》GB/T20046-2006

5、《电压波动和闪变》G光控密码锁B 12326-200

6、《公共电网谐波》GB/T4549-1993

7、《城市电力规划规》GB 50293-1999

8、《低压配电设计规》GB 50054-95

9、《电力工程电缆设计规》GB 50217-94

10、《电力装置的电测量仪表装置设计规》GBJ63－90

11、《供配电系统设计规》GB 50052-95

12、《通用用电设备配电设计规》GB50055—93

13、《建筑与建筑综合布线系统工程设计规》 GB/T 50311-2000

14、《建筑结构载荷规》GB50009-2001

15、《钢结构设计规》GB50017-2003

16、《建筑物防雷设计规》GB50057-2003

17、《建筑设计防火规》GBJ12-87〔2001版

18、《建筑抗震设计规》GB50011-2001

3.2太阳能电池阵列倾角计算

倾斜角是太阳电池方阵平面与水平地面的夹角,并希望此夹角是方阵一年中发电量为最大时的最佳倾斜角度。一年中的最佳倾斜角与当地的地理纬度有关,当纬度较高时,相应的倾斜角也大。但是,和方位角一样,在设计中也要考虑到屋顶的倾斜角及积雪滑落的倾斜角<斜率大于50%-60%>等方面的限制条件。对于积雪滑落的倾斜角,即使在积雪期发电量少而年总发电量也存在增加的情况,因此,特别是在并网发电的系统中,并不一定优先考虑积雪的滑落,此外,还要进一步考虑其它因素。对于正南<方位角为0°度>,倾斜角从水平<倾斜角为0°度>开始逐渐向最佳的倾斜角过渡时,其日射量不断增加直到最大值,然后再增加倾斜角其日射量不断减少。特别是在倾斜角大于50°～60°以后,日射量急剧下降,直至到最后的垂直放置时,发电量下降到最小。方阵从垂直放置到10°～20°的倾斜放置都有实际的例子。对于方位角不为0°度的情况,斜面日射量的值普遍偏低,最大日射量的值是在与水平面接近的倾斜角度附近。以上所述为方位角、倾斜角与发电量之间的关系,对于具体设计某一个方阵的方位角和倾斜角还应综合地进一步同实际情况结合起来考虑。

计算依据：电力学院MERGENET光伏系统并网设计软件和当地理位置和气候。桐乡市地处东南沿海,属典型的亚热带季风气候。温暖湿润,四季分明,雨水丰沛,日照充足。年平均降水量1233.9毫米,年际变化大。全年有3个明显降水时段即4～5月〔春雨,6～7月〔梅雨和8

～9月〔秋雨。年平均日照1842.3小时。其中7月～8月最多,月平均日照分别为2117.3小时和2199.6小时；1月～2月最少,月平均日照分别为1169.6小时和1107.4小时；地理坐标为北纬30°28′～30°47′、东经120°17′～120°39′,距市65千米,部分天气数据近似为市数据为准。

另据来自于NASA<美国国家航空航天局>航天科学数据中心的世界各地太阳能总辐照参数[为过去22年<1979年～2010年>的平均值],桐乡地区的参数值如下表所示：

Parameters for Tilted Solar Panels:

Monthly Averaged Radiation Incident On An Equator-Pointed Tilted Surface <kWh/m2/day>
Lat 30.38 Lon 120.32	Jan		Feb	Mar	Apr	May	Jun	Jul	Aug	Sep	Oct	Nov	Dec	Annual Average
SSE HRZ	2.63		2.90	3.21	4.03	4.51	4.34	5.21	4.72	3.87	3.37	2.79	2.67	3.69
K	0.44		0.40	0.36	0.39	0.40	0.38	0.46	0.44	0.41	0.43	0.45	0.48	0.42
Diffuse	1.14		1.45	1.80	2.18	2.43	2.50	2.47	2.27	1.95	1.56	1.21	1.02	1.83
Direct	3.29		2.78	2.35	2.81	防震床 3.05	2.69	4.01	3.66	3.07	3.30	润滑油回收3.35	3.82	3.19
Tilt 0	2.57		2.88	3.17	3.94	4.49	4.33	5.18	4.70	3.81	3.34	2.72	2.63	3.65
Tilt 15	3.06		3.21	3.34	4.01	4.43	4.22	5.07	4.71	3.98	3.69	3.18	3.23	3.85
Tilt 30	3.39		3.39	3.36	3.90	4.18	存档文件3.95	4.73	4.52	3.97	3.87	3.49	3.66	3.87
Tilt 45	3.55		3.41	3.24	3.63	3.76	3.52	4.19	4.12	3.78	3.86	3.62	3.90	3.72
Tilt 90	2.92		2.54	2.12	2.05	1.93	1.80	1.99	2.16	2.32	2.77	2.90	3.34	2.40
OPT	3.56		3.42	3.37	4.01	4.49	4.33	5.18	4.73	4.00	3.89	3.62	3.94	4.05
OPT ANG	50.0		39.0	25.0	13.0	3.00	0.00	0.00	9.00	22.0	氨基酸洗发水配方37.0	48.0	54.0	20.9
NOTE:		Diffuse radiation, direct normal radiation and tilted surface radiation are not calculated when the clearness index <K> is below 0.3 or above 0.8.

3.3太阳电池阵列间距计算

考虑到尽量与原有3KW 系统的一致,高度角可调式,故采用高度角最大化35度来进行计算；阵列间距主要考虑单排电池阵列的遮挡距离,太阳电池阵列阴影,所使用电池组件尺寸为:1650mmX992mm。如图所示,电池阵列直线高度为：

h=sinθ×L=sin350×1650=946mm

桐乡冬至〔约12月22日日的太阳角度为：90度减纬差.

冬至日太阳直射点是在南回归线<23.5S>,90度减当天太阳直射点与桐乡<30.38N>的纬度差,即：公式:90-<23.5+30.38>=36.12

因此：冬至日桐乡的太阳高度角是36.12 度.

所以电池阵列阴影长度为：

l= h / tg36.12= 946/0.73=1297mm

根据以上计算的倾角和阴影长度,电池阵列支架设计为：阵列倾角取350,前后排距离应大于1297mm,取1.3米,如图2 所示：

太阳能电池阵列支架设计图

方阵场安装地的选择应避免阴影的影响,各阵列间应有足够间距,保证全年每天中当地时间的上午 9 时至下午 4 时之间光伏组件无阴影遮挡。平顶上光方阵支架采用钢结构,支架设计保证光伏组件与支架连接牢固、可靠,底座与基础连接牢固。考虑屋顶面积,并且方便维护和检修,留出检修维护通道。

3.4防雷设计

结合原始建筑防雷保护区域,组件安装支架通过扁铁与四周避雷带牢固焊接；为防止感应雷对整个系统的破坏,在所有设备部〔逆变器防逆流交流电柜等设备中均对地加装了SPD,即防雷器,以防止感应雷对整个系统的损坏。

3.5 阵列布置图

四、系统配置及设备选型

序号	名称	型号规格	数量	厂家
1	太阳能电池组件	230Wp	90块	天达
2	光伏并网逆变器	SG 12KTL SG 10KTL	2台
3	防逆流并网柜		1台
4	监控装置		1套
5	环境监测仪		1套
6	组件支架系统		1套
7	电气接线系统		1套