广东东莞0.9M分布式屋顶光伏并网发电项目设计实例研究

徐臻

（鹿岛建设（中国）有限公司）

引言

本文通过广东省东莞市的理光高科技电子厂房分布式屋面光伏发电项目，系统的论述了设计的基本过程，光伏发电系统的构成和电气系统设计方法。

1 广东东莞0.9M分布式屋顶光伏并网发电项目概况

根据2014年1月国家能源局颁布《关于进一步加强光伏电站建设与运行管理工作的通知》（国能新能[2014]445号）的通知，利用现有混凝土厂房屋顶建设分布式太阳能发电项目。

项目建设地位于广东省东莞市，地处北纬 22°39′～23°09′，东经 113°31′～114°15′，太阳总辐射量与日照时数充足，累年平均太阳总辐射量为109158.19K/cm2，累年平均日照总时数约为1950～2150h。该地阳光资源充足，按《中华人民共和国气象行业标准—太阳能资源评估方法》中对太阳能资源丰富程度等级的划分标准，属于我国太阳能资源三类区域，比较适合建设太阳能光伏发电项目。

目前计划利用一栋现有生产厂房屋面大约1万m2屋面进行建设容量0.9MW的屋顶太阳能发电工程。

2 分布式屋顶光伏并网发电项目系统设计方案选择

光伏发电系统可分为独立式太阳能光伏发电系统和并网式太阳能光伏发电系统。

独立式太阳能发电系统是指太阳能光伏发电用蓄电池进行电量存储，而不与国家电网连接的发电方式。并网式太阳能发电系统是指太阳能光伏发电作为电网的补充输送到到国家电网的发电方式。

根据本项目的建设方意向，实施目的在于充分利太阳能资源，并作为现有电网的补充。且通过全厂布局及设置条件的确认后，考虑到现有建筑内没有蓄电池组设置位置及楼面承载力也可能达不到设置要求，所以采用的无蓄电池的并网太阳能发电系统作为本项目的方案。

3 分布式光伏并网发电原理及系统介绍

光伏发电是指利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转换为电能的技术。其关键元件在于太阳能电池。把太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳能电池组件，在再配合上功率控制器等部件形成光伏发电系统装置。分布式光伏发电，指的是在用户所在场地附近敷设，运行方式以用户侧自发为主，多余电量上网的光伏发电设置。

4 分布式屋顶光伏并网发电整体系统构成

分布式光伏发电系统组成包括：光伏组件、逆变器、并网柜、数据监控等主要部件组成，如图1所示。

5 光伏阵列布置设计

通过以下公式确定太阳能电池列阵的安装方式和安装位置，以便合理的利用屋顶空间和保证最大的年度发电量，同时均匀一年内发电量的波动值。

5.1 按方位角设置

图1 并网光伏发电系统示意图

方位角设置按以下公式计算，确保电池输出负荷出力最大：

5.2 倾斜角度

倾斜角应选择光伏发电系统年度总发电量最大的角度，按如下公式估算：

5.3 光伏电池组件阵列间距

最小间距应保证按冬日9：00～15：00期间，尽量保证光伏列阵不出现遮挡。利用以下公式估算：

经核算后确定，大约需要9400万m2屋面面积能达到较好的发电效果，目前现有屋顶1万m2的面积，除去无法利用面积并保证安全的前提下，满足0.9MW太阳能电池组列阵的实际要求。

6 光伏发电系统组成设计及接入方案

并网光伏电站主要由光伏方阵、并网逆变器、并网柜及书记通信系统组成，包括太阳电池组件、直流电缆、汇流箱、逆变器、交流并网配电柜等。

项目主要安装在房屋屋顶上，采用3384块270W多晶组件，装机容量为0.9MWp，使用30台30kW组串式光伏逆变器，每个30KWp的发电单元，太阳能电池组件初选为18块一串，逆变器输出电压为三相交流400W。

图2 分布式光伏发电系统一次系统图

7 系统主要设备选型

7.1 光伏组件的简介及本项目选型

光伏组件：简单来说就是将太阳能电池光伏板组合构成。由于单片太阳能电池片的电流和电压都较小，所以我们把单片组件先串联起来以获得高电压后再并联获得高电流后，通过二极管进行输出。本次采用多晶硅材质电池组件，初步选用组件功率为270W/块，共计3384块。具体参数如表1。

表1 多晶组件技术参数

7.2 并网逆变器简介及本项目选型

并网逆变器：把由太阳能量一次转化为直流的电能后经二次转变为与交流电网同频率、同相位的正弦波交流电并馈入电网实现并网发电功能的仪器。本项目宜选用30台30kW组串式光伏逆变器，逆变器具体参数如表2所示。

8 防雷接地装置

8.1 防雷简介及等级确定

为了保证本项目光伏并网发电系统安全性及可靠性，防止因浪涌、雷击等外在因素导致系统器件的损坏等情况发生，系统必须设置防雷接地装置。根据整个系统情况合理考虑直流交流的防雷配电和防雷接地具体措施。

广州东莞当地的雷暴时期经计算后本工程属于三类防雷建筑。

8.2 光伏组件的防雷措施

光伏组件的防雷应充分利用原建筑物的防雷设施，此外还要采取如下措施；考虑到光伏组件为无金属边框组件，故采用20m×20m或16m×24m的避雷带网格作为防雷保护接闪器，并与金属支架进行可靠连通，并与建筑物防雷引下线连接。屋面光伏发电装置的直流侧的正负极均悬空且不接地。

8.3 直流侧和交流侧的防雷措施

直流侧防雷措施：光伏电池阵列之间敷设镀铝锌电缆桥架，并连接到防雷汇流箱，汇流箱内设置高压避雷器，阵列汇流后再接入直流防雷配电柜，设置多级防雷装置从而有效地避免雷击导致的设备损坏。交流侧防雷措施：逆变器的交流输出经过交流防雷配电柜，可有效地避免雷击和电网浪涌所产生的设备损坏。总接地电阻不大于1Ω。

表2 逆变器技术参数

9 并网光伏发电的效率计算

并网光伏发电系统的总效率由光伏组件陈列效率、逆变器效率和交流并网三部分组成。

9.1 光伏阵列效率η1

在1000W/m2太阳辐射强度下，光伏阵列实际的直流输出功率与标称功率之比。光伏阵列在能量转换传输过程中的损失有：光伏组件的匹配损失、不可利用的太阳辐射损失、表面尘埃遮挡损失、温度的影响以及直流线路损失等。以上综合考虑，一般取η1效率为86%。

9.2 逆变器转换效率η2

逆变器输出的交流电功率与直流输入功率之比。逆变器进行电能转换时的损失包括逆变器转换的损失、最大功率点跟踪精度的损失等。对于本项目拟采用的并网逆变器，取η2效率98%。

9.3 交流并网效率η3

从逆变器输出至高压电网的传输效率。这里指的是升压变压器的效率和交流电气连接的线路损耗，一般η3取94～96%。但是在本项目中，并网系统是直接在用户侧低压并网，并没有使用变压器，因此可取η3效率99%。

9.4 总效率η总

综上所述，系统的总效率即上述各效率的乘积，即：

光伏组件的输出功率在光照及常规大气环境中使用会随着时间衰减，根据本项目采用的多晶硅太阳电池组件。

10 结束语

初步完成了本项目的工程设计方案，到实际的施工，调试，试运行和正式运行还有一段时间。在此期间，如何充分合理利用屋面进行太阳能光伏板的敷设，针对对屋面承载力选择合适的支架并考虑到今后的维护等都是即将迎来的新问题。会持续跟进该项目直至成功运行。

参考文献

[1]分布式光伏发电接入系统典型设计.国家电网公司，2012，02.

[2]周志敏.分布式光伏发电系统工程设计与实例.中国电力出版社，2014，10.

[3]罗先进.新能源利用技术.合肥工业大学出版社，2014，10.