分布式光伏電站設(shè)計(jì)全過(guò)程及投資收益分析

2017-10-28 12:01:01 全民光伏　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

光伏發(fā)電特指采用光伏組件，將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電系統(tǒng)。　　它是一種新型的、具有廣闊發(fā)展前景的發(fā)電和能源綜合利用方式，它倡導(dǎo)就近發(fā)電，就近并網(wǎng)，就近轉(zhuǎn)換的原則，不僅能夠有效提高同等規(guī)模光伏

光伏發(fā)電特指采用光伏組件，將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電系統(tǒng)。

　　它是一種新型的、具有廣闊發(fā)展前景的發(fā)電和能源綜合利用方式，它倡導(dǎo)就近發(fā)電，就近并網(wǎng)，就近轉(zhuǎn)換的原則，不僅能夠有效提高同等規(guī)模光伏電站的發(fā)電量，同時(shí)還有效解決了電力在升壓及長(zhǎng)途運(yùn)輸中的損耗問(wèn)題。

　　1　光伏發(fā)電系統(tǒng)成本構(gòu)成

　　光伏發(fā)電系統(tǒng)由組件、支架、逆變器、輔材、施工等組成，其中組件占成本的大部分，而支架占成本的一小部分，如下圖。

　　2　分布式光伏發(fā)電具有以下特點(diǎn)

　　輸出功率相對(duì)較小

　　一般而言，一個(gè)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的容量在數(shù)千瓦以?xún)?nèi)。

　　與集中式電站不同，光伏電站的大小對(duì)發(fā)電效率的影響很小，因此對(duì)其經(jīng)濟(jì)性的影響也很小，小型光伏系統(tǒng)的投資收益率并不會(huì)比大型的低。

　　污染小，環(huán)保效益突出

　　分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目在發(fā)電過(guò)程中，沒(méi)有噪聲，也不會(huì)對(duì)空氣和水產(chǎn)生污染。

　　能夠在一定程度上緩解局地的用電緊張狀況

　　但是，分布式光伏發(fā)電的能量密度相對(duì)較低，每平方米分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率僅約100瓦，再加上適合安裝光伏組件的建筑屋頂面積有限，不能從根本上解決用電緊張問(wèn)題。

　　可以發(fā)電用電并存

　　大型地面電站發(fā)電是升壓接入輸電網(wǎng)，僅作為發(fā)電電站而運(yùn)行；而分布式光伏發(fā)電是接入配電網(wǎng)，發(fā)電用電并存，且要求盡可能地就地消納。

　　3　設(shè)計(jì)原則

　　1、合理性

　　由于分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)也是屬于光伏電站的一種，所以其設(shè)計(jì)、施工均需滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)《GB50797-2012光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，將根據(jù)其對(duì)項(xiàng)目站址選址、太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)、電氣部分、接入系統(tǒng)進(jìn)行合理性設(shè)計(jì)。

　　2、安全性

　　設(shè)計(jì)的光伏系統(tǒng)需安全可靠，防止意外情況造成的人身意外傷害與公共財(cái)產(chǎn)的損失。光伏系統(tǒng)的安裝施工納入建筑設(shè)備安裝施工組織設(shè)計(jì)，并制定相應(yīng)的安裝施工方案和特許安全措施。

　　3、美觀(guān)性

　　對(duì)光伏方陣與地面上的土建房屋等進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì)，美觀(guān)大方，實(shí)現(xiàn)整體協(xié)調(diào)。

　　4、高效性

　　優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，盡可能的提高光伏系統(tǒng)的整體發(fā)電效率，減少不必要是能耗損失。達(dá)到充分利用太陽(yáng)能、提供最大發(fā)電量的目的。

　　5、經(jīng)濟(jì)型

　　作為光伏項(xiàng)目，在滿(mǎn)足光伏系統(tǒng)外觀(guān)效果和各項(xiàng)性能指標(biāo)的前提下，最大限度的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，合理選用各種材料，把不必要的浪費(fèi)消除在設(shè)計(jì)階段，降低工程造價(jià)，為業(yè)主節(jié)約投資。

　　4　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　本方案屋頂有效面積約30m2，采用260Wp光伏組件12塊組成，支架采用了可以使用30年鋁合金支架，由分布式光伏支架專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)商固拓能源生產(chǎn)，共計(jì)建設(shè)3.12KWp屋頂分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)。

　　系統(tǒng)采用1臺(tái)3KW光伏歐姆尼克逆變器將直流電逆變?yōu)?20V交流電，接入220V線(xiàn)路送入戶(hù)業(yè)主原有室內(nèi)進(jìn)戶(hù)配電箱，再經(jīng)由220V線(xiàn)路與業(yè)主室內(nèi)低壓配電網(wǎng)進(jìn)行連接，即可送電進(jìn)入市電網(wǎng)。

　　項(xiàng)目所處地理位置

　　本項(xiàng)目所在地紅安縣位于湖北省東北部大別山南麓，東鄰黃岡麻城，西接孝感大悟，南臨武漢黃陂，北接河南信陽(yáng)，縣城距省會(huì)武漢80公里。

　　地跨東經(jīng)114°23′—114°49′，北緯30°56′—31°35′之間。全縣國(guó)土總面積為1796平方公里，轄12個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)場(chǎng)，396個(gè)行政村，人口66.36萬(wàn)人，其中農(nóng)村人口52.9萬(wàn)人，城鎮(zhèn)人口13.46萬(wàn)。

　　紅安縣地勢(shì)北高南低，海拔高度一般為200米。縣東北部為山區(qū)，坡度15°—40°，最高點(diǎn)為縣北的老君山，海拔840.5米。縣境最低處是南部的太平橋鎮(zhèn)與新洲縣交界的倒水河畔杜家灣，海拔僅30米。

　　紅安縣南部多丘陵，坡度5°—20°。全縣河谷平原少，為半山半丘陵地區(qū)。屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫為15.7℃，最高氣溫為41.5℃，最低氣溫為-14.5℃。

　　全縣無(wú)霜期平均為236.4天；全縣年平降水量為1116.2毫米，夏季降雨量占年總雨量的一半，年平降雪日為8.3天，年平相對(duì)濕度77%，年平均風(fēng)力3級(jí)。年均總?cè)照諡?998.8小時(shí)，占可照時(shí)數(shù)45%，屬于太陽(yáng)能資源三類(lèi)可利用地區(qū)。

　　5　光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　光伏組件選型

　　本項(xiàng)目選用260P-60多晶硅太陽(yáng)電池組件產(chǎn)品，額定功率260Wp。

　　光伏并網(wǎng)逆變器選型

　　根據(jù)本項(xiàng)目業(yè)主為居民分布式，電網(wǎng)入戶(hù)電壓為AC220V，故選用單相光伏逆變器。

　　站址的選擇

　　對(duì)于居民及家用分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)而言，其站址一般選在居民屋頂或空曠地面之上，故在此暫不考慮大范圍上的自然條件（太陽(yáng)輻射量、地理位置、交通條件、水源）和接入電網(wǎng)條件（接入點(diǎn)的距離、接入點(diǎn)的間隔等）。

　　環(huán)境影響更能直接影響到居民及家用分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的選址，其關(guān)鍵要素如下：

　　A. 有無(wú)遮光的障礙物（包括遠(yuǎn)期與近期的遮擋）

　　B. 鹽害、公害的有無(wú)

　　C. 冬季的積雪、結(jié)冰、雷擊等災(zāi)害

　　本案安裝在業(yè)主屋頂，周?chē)鸁o(wú)高大建筑物，在設(shè)計(jì)布局時(shí)無(wú)需對(duì)此進(jìn)行陰影分析。

　　光伏最佳方陣傾斜角與方位

　　為了保證本項(xiàng)目收益最大化，并且也為了組件安裝簡(jiǎn)便與效果美觀(guān)，通過(guò)專(zhuān)業(yè)光伏模擬軟件分析得出，此地的最佳太陽(yáng)能傾斜角度為 26 度，及朝正南向傾斜26度安裝。

　　這樣可保證系統(tǒng)發(fā)電量在全年周期中的最大化。

　　另考慮到光伏支架強(qiáng)度、系統(tǒng)成本、屋頂面積利用率等因素。在保證系統(tǒng)發(fā)電量降低不明顯的情況下（降低不超過(guò)1%）盡可能降低光伏方陣傾斜角度，以減少受風(fēng)面做到增加支架強(qiáng)度，減少支架成本、提高有限場(chǎng)地面積的利用率。

　　經(jīng)分析得出，本項(xiàng)目建議傾斜角約為17度左右（屋面正南面傾斜角度）。

　　光伏方陣前后最佳間距設(shè)計(jì)

　　為了追求太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)全年的最佳發(fā)電量并盡可能的提高屋面利用率，我們?cè)诖艘笤诙寥眨磕甑?2月22日或12月23日）當(dāng)天9:00至15:00，光伏方陣列不會(huì)互相遮擋，此時(shí)的前后間距即為最佳間距。

　　經(jīng)專(zhuān)業(yè)PV軟件模擬可知，光伏方陣傾斜角度17度，組件陣列與陣列間最低點(diǎn)間距保持在5M，冬至日當(dāng)天9:00至15:00，光伏方陣列基本不會(huì)互相遮擋。

　　光伏方陣串并聯(lián)設(shè)計(jì)

　　分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中太陽(yáng)能電池組件電路相互串聯(lián)組成串聯(lián)支路。串聯(lián)接線(xiàn)用于提升集電系統(tǒng)直流電壓至逆變器電壓輸入范圍，應(yīng)保證太陽(yáng)能電池組件在各種太陽(yáng)輻射照度和各種環(huán)境溫度工況下都不超出逆變器電壓輸入范圍。

　　考慮到適用于晶體硅電池的逆變器最大直流電壓（最大陣列開(kāi)路電壓）為550V，最大功率電壓跟蹤范圍為70~550V，MPPT路數(shù)為1路/1并。

　　對(duì)于本項(xiàng)目選用12塊260W多晶硅太陽(yáng)電池組件，每個(gè)太陽(yáng)電池組件額定工作電壓為31.2V，開(kāi)路電壓為38V，串聯(lián)支路太陽(yáng)電池?cái)?shù)量初步確定為12個(gè)。

　　在環(huán)境溫度為25±2℃、太陽(yáng)輻射照度為1000W/m2的額定工況下，12個(gè)太陽(yáng)電池串聯(lián)的串聯(lián)支路額定工作電壓為374.4V，開(kāi)路電壓456V，均在逆變器允許輸入范圍內(nèi)，可確保正常工作。

　　在工況變化時(shí)考慮在平均極端環(huán)境溫度為-10℃時(shí)，太陽(yáng)能電池組件串的最大功率點(diǎn)工作電壓為12×31.2×（0.35%×35+1）=420.3V，滿(mǎn)足550V最高滿(mǎn)載MPPT點(diǎn)的輸入電壓要求；在極端最高環(huán)境溫度為42℃時(shí)，太陽(yáng)能電池組件的工作電壓為12×31.2×（-0.35%×17+1）=352.1V，滿(mǎn)足70V最低MPPT點(diǎn)的輸入電壓要求?？紤]系統(tǒng)電壓線(xiàn)損為2%，可以看出上述方案完全滿(mǎn)足使用要求。

　　經(jīng)上述校核，確定串聯(lián)支路太陽(yáng)電池?cái)?shù)量為12。

　　電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　根據(jù)光伏組件選型、光伏并網(wǎng)逆變器選型、光伏方陣串并聯(lián)設(shè)計(jì)等，結(jié)合業(yè)主低壓接入情況，對(duì)本案光伏發(fā)電進(jìn)行電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

　　防雷接地設(shè)計(jì)

　　太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的基本組成為：太陽(yáng)電池方陣、光伏匯流箱、箱變和逆變器等。

　　太陽(yáng)電池方陣的支架采用金屬材料并占用較大空間且一般放置在開(kāi)闊地，在雷暴發(fā)生時(shí)，尤其容易受到雷擊而毀壞，并且太陽(yáng)電池組件和逆變器比較昂貴，為避免因雷擊和浪涌而造成經(jīng)濟(jì)損失，有效的防雷和電涌保護(hù)是必不可少的。

　　太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)電站防雷的主要措施有：

　　外部防雷裝置主要是避雷針、避雷帶和避雷網(wǎng)等，通過(guò)這些裝置可以減小雷電流流入建筑物內(nèi)部產(chǎn)生的空間電磁場(chǎng)，以保護(hù)建筑物和構(gòu)筑物的安全。太陽(yáng)能光伏發(fā)電設(shè)備和建筑的接地系統(tǒng)通過(guò)鍍鋅鋼相互連接，在焊接處也要進(jìn)行防腐防銹處理，這樣既可以減小總接地電阻又可以通過(guò)相互網(wǎng)狀交織連接的接地系統(tǒng)可形成一個(gè)等電位面，顯著減小雷電作用在各地線(xiàn)之間所產(chǎn)生的過(guò)電壓。

　　水平接地極鋪設(shè)在至少0.5m深的土壤中（距離凍土層深 0.5m ），使用十字夾相互連接成網(wǎng)格狀。同樣，在土壤中的連接頭必須用耐腐蝕帶包裹起來(lái)。

　　針對(duì)本案光伏發(fā)電系統(tǒng)，防雷設(shè)計(jì)包括外部防雷裝置（接地引下線(xiàn)）和內(nèi)部防雷裝置（浪涌保護(hù)）

　　防雷設(shè)計(jì)說(shuō)明：

　　外部防雷：將露天安裝的光伏方陣構(gòu)件（方陣支架、組件等金屬外殼部件）利用接地水平接地極與屋頂原有防雷帶有效連接。

　　內(nèi)部防雷：將光伏并網(wǎng)逆變器交流輸出端，零線(xiàn)、火線(xiàn)與地線(xiàn)之間加裝Ⅱ級(jí)浪涌保護(hù)器，浪涌保護(hù)器接地端利用接地水平接地極與接地網(wǎng)（原有或新建）有效連接。

　　6　收益分析

　　主要依據(jù)有：

　　1）《建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法與參數(shù)（第三版）》（國(guó)家發(fā)改委和建設(shè)部2006年7月頒發(fā)）、《國(guó)務(wù)院關(guān)于固定資產(chǎn)投資項(xiàng)目試行資本金制度的通知》，以及國(guó)家現(xiàn)行的有關(guān)政策。

　　2）湖北省相關(guān)政策。

　　3）國(guó)家現(xiàn)行貸款利率、有關(guān)財(cái)稅制度及規(guī)定。

　　本工程靜態(tài)總投資2.81萬(wàn)元，計(jì)算期20年，其中建設(shè)期1個(gè)月，運(yùn)行期20年。資本金比例為100%本金，計(jì)算基準(zhǔn)年為第一年，基準(zhǔn)點(diǎn)為第一年年初。折舊年限為20年，殘值率為5%。

　　本次財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)中其它參數(shù)，參照國(guó)家相關(guān)財(cái)務(wù)規(guī)定或行業(yè)規(guī)范取值。

　　注：對(duì)于居民小型分布式發(fā)電，國(guó)家采取免收增值稅的優(yōu)惠政策。

　　本項(xiàng)目總裝機(jī)容量3.12KWp，20年累計(jì)發(fā)電量63690KWH，采取自發(fā)自用余電上網(wǎng)模式，自用電比例為70%。資本金內(nèi)部收益率為6.37%，投資回收期限7.76年。

　　7　節(jié)能減排

　　本項(xiàng)目建成后，3.12KW光伏電站年發(fā)電量3123kwh（25年計(jì)算），平均每千瓦時(shí)（即每度）火力供電需煤耗為350g標(biāo)準(zhǔn)煤（理論值）計(jì)算，節(jié)能減排如下表所示：

　　3.12KW屋頂分布式光伏扶貧項(xiàng)目總投資2.81萬(wàn)元，年發(fā)電量約3184度，年創(chuàng)收約0.32萬(wàn)元。

　　因此，分布式家用光伏不僅具有投資收益穩(wěn)定、節(jié)能減排效果好的優(yōu)點(diǎn)，更能有效解決貧困人口實(shí)際收入問(wèn)題，真正實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)脫貧。

責(zé)任編輯：lixin

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