交大光伏家用5KW光伏发电系统设计方案

一、项目背景1.光伏发电意义

Ø  抗击雾霾、治理环境。大气污染日益严重，雾霾治理已上升为国家战略。应对环境危机，加快清洁能源的应用势在必行。光伏发电是清洁能源的重要组成部分按照一吨煤可以发电3000度左右，如果一个300户小区都使用光伏发电，每天可节省半吨煤，按照1度电的CO2排放是960g左右计算，一天可少排放1.44吨碳排放量，一年可少排放525.6吨。

Ø  调整结构、转型升级。大力发展光伏发电规模化应用，减少以煤炭和石油为主的传统能源的利用比例，提高可再生能源在能源结构中的比例；大力发展光伏发电应用，一方面有利于推动我国光伏产业的终端应用，从而推动我国光伏产业的转型升级，另一方面鼓励和支持传统企业利用太阳能发电，有利于减少高耗能企业的煤电使用量，从而实现产业发展的转型升级。

Ø  免费用电、普惠民生。分布式光伏发电应用领域非常广泛：如居民别墅屋顶、花园洋房、农业大棚、企业厂房、学校、医院、酒店、商城等各类场所，具有装机容量较小，一次性投资的成本费用较低，建设周期短，投资风险小，靠近用户侧安装能够实现就近供电，投资回报率较高，使用自己光伏电站发电，免费用电，还能拿到国家的新能源高额补贴。

Ø  2.光伏发电原理

Ø  智能光伏发电系统。该系统有别于以往对传统光伏发电设备的简单组装，而是运用云计算和互联网技术打造的一款全新升级产品。该产品能很好的满足小型家用和兆瓦级太阳能电站客户的需求。该系统可以给客户带来高投资回报的同时，还具备运行安全，安装简单，运维便捷的特点。通过此系统将太阳能直接转换成电能的同时，可以轻松实现用户电能的合理分配给负载供电，及时将富余的电量上传国家电网，进行售电结算。

Ø  系统原理及构成。光伏发电系统主要由光伏组件、标准支架、光伏逆变器、直流汇流箱、交流配电柜、智能监控系统等组成，可以安装在城镇居民屋顶、别墅屋顶、学校屋顶、医院等民用屋顶，也可安装在工业园区、企业厂房、大型商场、星级酒店、农业大棚、大型鱼塘等工商业屋顶区域，发电量自发自用、余电上网。原理图  如下图

Ø  图1：智能光伏发电系统原理图。

①    光伏组件阵列：太阳能面板或组件，是蒙城科技绿色能源智能光伏发电系统中的核心部件，一般安装在屋顶。由太阳能电池组成，可将阳光直接转换成直流电。

②    光伏逆变器：将直流电转换成交流电的设备。太阳能面板发出的直流电会传输到逆变器，逆变器将其转换成交流电，使其成为您家庭或企业所用的标准电力。

③    交流配电箱：实现空开、防雷保护等功能。

④    建筑内部负载：把电能转换成其他形式能的装置，如各种家用电器或企业用电设备。

⑤    监控系统：太阳能光伏发电系统的所有发电数据将被上传到云数据中心。用户通过移动终端登录智能监控系统，可不间断地监控太阳能光伏电站的实时运行情况。

⑥    公共电网：公用电网接入家庭或企业，当太阳能系统发出的电小于您的电力需求量时，公用电网会给您的家庭或企业输送电力，系统多余的电量可以卖给电网。

.项目基本情况

Ø  项目地址： 上海市奉贤区        。

Ø  项目概况：根据业主提供的图纸，屋顶安装太阳能发电实际有效利用面积约为50㎡，初步设计安装光伏发电系统容量为：5kw，

4.施工建设内容

Ø  该项目为单位申请的分布式屋顶光伏并网发电系统，其实施范围在单位房顶，工程承包范围为：该项目工程的设计、采购、安装、接线、调试、并网等工作，光伏发电系统总装机容量为5kw。

二、方案设计设计标准规范

l  《中华人民共和国可再生能源法》

l  IEC 62093《光伏系统中的系统平衡部件-设计鉴定》

l  IEC 60904-1《光伏器件第一部分:光伏电流-电压特性的测量》

l  IEC 60904-2《光伏器件第二部分:标准太阳电池的要求》

l  DB37/T729-2007《光伏电站技术条件》

l  SJ/T 11127-1997《光伏（PV）发电系统过电保护－导则》

l  CECS84-96《太阳光伏电源系统安装工程设计规范》

l  CECS 85-96《太阳光伏电源系统安装工程施工及验收技术规范》

l  GB2297-89《太阳光伏能源系统术语》

l  GB4064-1984《电气设备安全设计导则》

l  Q/3201GYDY01-2002《逆变电源》

l  Q/3201GYDY02-2002《太阳能电源控制器》

l  GB3859.2-1993《半导体逆变器应用导则》

l  JB-T7064-1993《半导体逆变器通用技术条件》

l  GB/T 14007-92《陆地用太阳电池组件总规范》

l  GB/T 14549-1993《电能质量 公用电网谐波》

l  GB/T 15543-1995《电能质量 三相电压允许不平衡度》

l  GB/T 12325-2003《电能质量  供电电压允许偏差》

l  GB/T 15945-1995《电能质量  电力系统频率允许偏差》

l  GB/T 18210-2000《晶体硅光伏方阵I-V特性的现场测量》

l  GB/T 18479-2001《地面用光伏（PV）发电系统概述和导则》

l  GB/T 19939-2005《光伏系统并网技术要求》

l  GB/T 19964-2005《光伏发电站接入电力系统技术规定》

区位气候条件

本项目位于上海市，东经121°29′，北纬31°14′.

图2：我国太阳能资源分布图(来源：中国数字科技馆地球资源博览馆能源资源)

 

为了科学合理地分析具体的太阳能资源，并通过太阳辐射量计算并网电站发电量，我们参考了美国NASA（美国航天局）网站提供的气象资料，以上海市地区的日照资源对系统进行设计。下表中数据均为该地区10年平均值。

图3：上海地区10年平均日照资源对照表

 

方案设计示意

根据业主提供的房屋屋顶平面结构图，建筑物屋面安装光伏系统实际可利用总面积约为：50㎡

蒙城科技光伏组件JC-260M-24/A+  面积：1.638*0.992=1.62㎡ ；

光伏板组件数量20块.

建议使用260w高效多晶硅组件，进行如下图平铺排列，安装空间主要以南面、西面为主，东面的日照时长短，且倾斜角度发电效率低，故东面不装。总共20片光伏板，260w×20pcs，总装机容量为5kw。光伏排版示意图如下：

相邻太阳能组件之间间距为 20mm，每一个光伏方阵预留维护通道，维护通道为 500mm 或 1000mm，同时避开女儿墙阴影，其他障碍物以及周边建筑物阴影区域。

经过 PVSYST 软件计算可知，当地最优角度为 25°。

如下图所示：

 

 

 

 

 

 

图4:上海最佳倾角辐照度计算图

安装效果图

      光伏阵列的设计应按照尽量减少占地面积，提高屋面利用率和光伏板之间不得相互遮挡的原则设计。如果是平面屋顶，建议采用固定支架调整到合适的角度。如果是斜面屋顶，建议将光伏组件沿斜面屋顶平铺。设计时候需要考虑到光伏阵列周边的建筑物遮挡情况，建议避开较大遮挡区域，避免阴影对被遮挡的光伏组件造成较大的影响。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图5：平面屋顶与彩钢瓦屋顶安装效果图

 

 

 

 

 

 

图6：在屋顶固定U型钢

 

图7：安装完工图

5.系统关键设备

Ø  光伏组件

太阳能电池组件是整个工程的关键设备之一，其产品质量的优劣将直接关系到整套系统发电量的情况。本项目将选用优质高效率多晶硅太阳能电池组件，转换效率最高可达17.6%，处于业内的领先水平，其性能参数表1：

260w 多晶硅电池组件性能参数

型 号	HH260M-24/A+
最大功率，Pmax	260 W
开路电压，Voc	37.3 V
最佳工作电压，Vmp	31.2 V
短路电流，Isc	8.84A
最佳工作电流，Imp	8.29 A
电池转换效率	17.7 %
组件转换效率	15.4%
最大系统电压	1000VDC(IEC)/600V DC(UL)
熔丝电流	15A
工作温度	-40 ~85 ℃
组件尺寸	1640×992×40 mm
重量	19kg
接线盒	防护等级IP67 / IP65
导线	4mm2，900mm
连接器	MC4 / MC4兼容
最大功率温度系数	-0.42% / ℃
开路电压温度系数	-0.32% / ℃
短路电流温度系数	0.046% / ℃
质保期	30年

所选用的组件均已通过信息产业部化学物理电源产品质量监督检测中心检测、CE认证、UL认证、VDE认证、CQC认证及Intertek认证。通过IEC61215、IEC61730测试和UL1703安全测试，证明能够承受极端天气。同时：

·           防水接线盒和组件背部的高强度复合板材，确保组件在密封条件下免潮和物理上的损害。

·           高透光性、低铁、超白压花、钢化玻璃

·           独特的排水孔和铝框承压设计。

·           卓越的可靠性，确保＋/－3%的功率输出公差。

·           材料和工艺30年的寿命，输出功率有30年内80.7%的保证。

·           电池经过单独测试，筛选和调制后互联。

·           通过国际认可标准并获得TUV，IEC,UL,MCS,CE,CEC,ISO等认证。

 

Ø  光伏并网组串式逆变器

光伏并网逆变器选用组串式逆变器，该产品通过国家CQC认证。最高效率98%, 宽电压输入范围内置直流开关GT拓扑结构设计无变压器,无风扇设计多路MPP技术多路并联组串IP65设计,声控LCD安装简单。

 

5kw组串式逆变器性能参数

设 备 型 号	5000UE
尺寸(W / H / D) mm	460/570/235mm
重量	25KG
最大直流输入功率	5000W
最大直流输入电压	1000 V
MPPT工作电压范围	400V-800V
MPP追踪器数量/ 各追踪器最大并联组串数	2/3
各追踪器的最大输入电流	20A
额定交流输出功率	5kw
电网频率/范围	50Hz/60Hz;+-5Hz
最大效率	99%
MPPT效率	99.7%
直流输入开关	YES
电网检测	YES
运行温度范围	-25...+60°C(-13...+140°F)超过45°C(131°F)降额
噪声指数(通常)	≤ 55 dB(A)
显示	LCD
认证与许可	DE-AR-N4105,CE10-21,CE.VDE0126-1-1IEC 62109,RD1663/2000 G59/2.EN50438.AS4777.AS/NZS 3100
保修期	20年

6.交流配电箱                                                                                                                                                     

交流配电箱用来隔离太阳能并网发电系统与市电，并提供雷电防护与电力计量。

该交流配电箱可以接入3路交流输入，每路接一串交流总线，为了保护电力线路不遭受雷电袭击，采用了8/20μs，1200kA的防雷模块，对每相进行雷电防护。

空开：漏电保护

避雷器：防雷击

SMU：统计系统发电数据，通过路由器上传服务器以便用户登录web-server进行查看

三相PLC耦合器：采集三相电网的电力线载波通信数据。

7.标准支架（平面屋顶支架与彩钢板支架）

 

以上为交流配电箱

为平面屋顶摆放、安装、固定太阳能面板而设计的支撑装置，一般材质有铝合金、碳钢或不锈
钢

2.为本彩钢瓦屋面摆放、安装、固定太阳能面板而设计的支撑装置，一般材质有铝合金、碳钢或304不锈钢。

3.彩钢瓦屋顶安装方式

    彩钢瓦屋顶上组件采用平铺方式。与最优角度相比在保证低辐照量损失下，减小了风力的受力面积，增加了安全系数。

在彩钢瓦屋顶上通过专业彩钢瓦夹具铺放固定铝轨，再在上面完成整个系统的安装。支撑件全部采用钢材和铝材整个支撑结构简单牢固。采用快装压块组合安装，安装简单快捷，大大提高了整个系统的安装效率。从而降低了安装成本。

效果图：

特点：针对角驰型彩钢瓦屋顶设计，直接在彩钢瓦屋顶安装组件；系统的安装不需要破坏彩钢瓦，无需考虑防水问题（T 型彩钢

 

瓦需另行设计）；精心设计每个链接部分，相互之间配合性好；支架结构件全部铝型材，抗腐蚀性能力强、强度高；所有标准

 

件采用304不锈钢材质；所有铝材部件表面阳极氧化。

 

彩钢瓦屋顶系统的连接简图

系统的连接固定方式

通过彩钢瓦夹具和组件边压块、中压块以及铝轨安装固定组件在彩钢瓦屋顶。

4.彩钢瓦夹块组件的固定彩钢瓦夹具与屋顶彩钢瓦的固定方式

利用彩钢瓦凸起瓦楞固定“彩钢瓦夹具”，为铝轨的放置做好备。

5.彩钢瓦夹块组件的固定

为了后期铝轨的铺放以及光伏组件的铺放，按相应的尺寸将所有彩钢瓦夹块组件固定在彩钢瓦屋顶上。

 

6.彩钢瓦屋顶铝轨的固定

铝轨铺放在彩钢瓦夹具上，铝轨的长度方向与彩钢瓦的排水方向垂直。铝轨与彩钢瓦夹具之间采用 T 型螺栓组合连接固定

7.彩钢瓦屋顶组件的固定

组件平铺在铝轨上，采用单侧压块和双侧压块组合固定组件。

单侧压块适用在只有一块组件边需要固定的情况；双侧压块适用于左右均有组件需要固定的情况。

材

材是一种通用性的不锈钢材料，防锈性能比200系列的不锈钢材料要强。耐高温方面也比较好，能高到1000-1200度。304不锈钢具有优良的不锈耐腐蚀性能和较好的抗晶间腐蚀性能。对氧化性酸，在实验中得出：浓度≤65%的沸腾温度以下的硝酸中，304不锈钢具有很强的抗腐蚀性。对碱溶液及大部分有机酸和无机酸亦具有良好的耐腐蚀能力。

8.光伏电缆

     光伏电缆时常暴露在阳光之下，太阳能系统常常会在恶劣环境条件下使用，如高温和紫外线辐射。在欧洲，晴天时将导致太阳能系统的现场温度高达100°C。目前，我们可采用的各种材料有PVC、橡胶、TPE和高质量交叉链接材料，但遗憾的是，额定温度为90°C的橡胶电缆，还有即便是额定温度为70°C的PVC电缆也常常在户外使用，目前国家金太阳工程频频上马，有许多承建商为了节省成本，不选择太阳能系统专用电缆，而是选择普通的pvc电缆来替代光伏电缆，显然，这将大大影响系统的使用寿命。

     光伏电缆的特性是由其电缆专用绝缘料和护套料决定的，我们称之为交联PE，经过辐照加速器辐照以后，电缆料的分子结构会发生改变，从而提供其个方面的性能。抗机械载荷实际上，在安装和维护期间,电缆可在屋顶结构的锐边上布线，同时电缆须承受压力、弯折、张力、交叉拉伸载荷及强力冲击。如果电缆护套强度不够，则电缆绝缘层将会受到严重损坏，从而影响整个电缆的使用寿命，或者导致短路、火灾和人员伤害危险等问题的出现。

1. 高温压力试验(GB/T 2951.31-2008)

温度(140±3)℃，时间240min， k=0.6，压痕深度不超过绝缘与护套总厚度的50%。并进行AC6.5kV、5min电压试验，要求不击穿。

2 湿热试验

样品在温度90℃、相对湿度85%的环境下放置1000h，冷却至室温后与试验前相比，抗拉强度变化率≤-30%，断裂伸长率的变化率≤-30%。

3 耐酸碱溶液试验(GB/T 2951.21-2008)

两组样品分别浸于浓度为45g/L的草酸溶液和浓度为40g/L的氢氧化钠溶液中，温度为23℃，时间168h，与浸溶液前相比，抗拉强度变化率≤±30%，断裂伸长率≥100%。

4 相容性试验

电缆整体经7×24h，(135±2)℃老化后，绝缘老化前后抗拉强度变化率≤±30%，断裂伸长率变化率≤±30%;护套老化前后抗拉强度变化率≤-30%，断裂伸长率变化率≤±30%。

5 低温冲击试验(GB/T 2951.14-2008中的8.5)

冷却温度-40℃，时间16h，落锤质量1000g，撞击块质量200g，下落高度100mm，表面不应有目力可见裂纹。

6 低温弯曲试验(GB/T 2951.14-2008中的8.2)

冷却温度(-40±2)℃，时间16h，试棒直径为电缆外径的4～5倍，绕3～4圈，试验后护套表面不应有目力可见裂纹。

7 耐臭氧试验

试样长度20cm，干燥器皿内放置16h。弯曲试验所用试棒直径为电缆外径的(2±0.1)倍，试验箱：温度(40±2)℃，相对湿度(55±5)%，臭氧浓度(200±50)×10-6%，空气流量：0.2～0.5倍试验箱容积/min。样品放置试验箱72h，试验后护套表面不应有目力可见裂纹。

8 耐气候性/紫外线试验

每个周期：洒水18min，氙灯干燥102min，温度(65±3)℃，相对湿度65%，波长300～400nm条件下的最小功率：(60±2)W/m2。持续720h后进行室温下弯曲试验。试棒直径为电缆外径的4～5倍，试验后护套表面不应有目力可见裂纹。

9 动态穿透试验

室温条件下，切割速度1N/s，切割试验数：4次，每次继续试验样品须向前挪动25mm，并顺时针旋转90°后进行。记录弹簧钢针与铜线接触瞬间的穿透力F，所得均值≥150·Dn1/2 N(4mm2截面Dn=2.5mm)

10 耐凹痕

取3段样品，每段样品上相隔25mm，并旋转90°处共制作4个凹痕，凹痕深度0.05mm且与铜导线相互垂直。3段样品分别置于-15℃、室温、+85℃试验箱内3h，然后在各自相应的试验箱内卷绕于芯轴上，芯轴直径为(3±0.3)倍电缆最小外径。每个样品至少一个刻痕位于外侧。进行AC0.3kV浸水电压试验不击穿。

11 垂直燃烧试验

成品电缆在(60±2)℃放置4h后，进行GB/T 18380.12-2008规定的垂直燃烧试验。

4 绝缘、护套材料机械性能

老化前绝缘抗拉强度≥6.5N/mm2，断裂伸长率≥125%，护套抗拉强度≥8.0N/mm2，断裂伸长率≥125%。

经(150±2)℃、7×24h老化后，绝缘及护套老化前后抗拉强度变化率≤-30%，绝缘及护套老化前后断裂伸长率变化率≤-30%。

Ø  其他材料

以上系统设备齐备后，现场工程所用的其他材料包括：光伏专用电缆、信号电缆、工程五金材料等需要准备，材料的用量取决于现场状况。

9.交流并网设计

交流汇流箱用来就近汇集所有单相交流支线，以节省布线成本。汇流箱出线接入并网汇流箱用来隔离太阳能并网发电系统与市电，并提供雷电防护、发电量计量(由电力局提供双向电表计算)以及系统监控（可选配件）。

注：

汇流箱将光伏主件所发的电汇聚在一起，并起到短路等情况的防护作用。然后通过逆变器将光伏主件所发的直流电转换成交流电，接到控制柜里面，对整个系统进行控制，再接上双向电表（用来计算发电量与家庭用电量），一端供应家庭用电使用。一端接到国家电网，与国家并网。

三、投资收益 1.光伏补贴政策

国家政策：2013年8月26日，国家发改委颁布《关于发挥价格杠杆作用促进光伏产业健康发展的通知》，提出对分布式发电采用全电量“度电补贴”的政策，补贴标准为0.42元/KWh（20年），通过可再生能源发展基金予以支付，由电网企业转付，对上网的电量，由电网企业按照当地脱硫煤机组标杆上网电价收购。

地方政策：2014年5月4日，上海市政府出台《上海市可再生能源和新能源发展专项资金扶持办法》，提出在国家分布式光伏补贴的基础上，再给予分布式光伏项目投资主体以补贴奖励，其中个人、学校用户补贴标准为0.4元/ KWh，工商业企业用户补贴标准为0.25元/ KWh，期限为五年。

2.材料清单报价：5kw屋顶项目主要材料清单及报价明细见下表

序号	设备	规格	数量	价格(元)	品牌	保修
1	光伏组件	JC300M-24/A+	20	36500.00	Jdsolar	30年
2	逆变器	5000UE-US	1个	6,061.50	德国	20年
3	光伏支架	阳极氧化铝A16005‐T5	1套	4,260.00	Jdsolar	30年
4	配电箱	防雷模块、空开、断路器等	1套	3,770.00	Jdsolar	30年
5	汇流箱	定制，国标CGC/GF002:2010	1套	3210.00	Jdsolar	30年
6	光伏线缆	光伏专用电缆、接头	1套	2500.00	国标	30年
7	材料安装费	其他材料，安装施工费		4000.00
	合计			60301.50
	优惠价			52800.00
优惠价（含税）		人民币伍万贰仟捌佰元整

附加说明：1、本小区第一家安装的，本公司实行免费先安装，与国家并网成功使用正常后付全款；

          2、公司承诺:在2年内，每年定期上门安检及清洗（每季度一次）；

3、公司可以做到与您的手机及电脑联网，您在任何一个地方（包括国外）都能知道光伏板每天发多少电，哪块光伏板出了什么问题。（业主如需要这种功能，需要向供电局一次性缴纳1500元）

Ø  发电能力预测

根据上海交通大学电力电子实验室研究，每千瓦每日均发电量约为3.05kwh，年平均发电量为约为1100kwh，按照10年以后系统发电量为初始发电90%，20年后系统发电量为初始发电量的80%，则30年每一千瓦光伏系统的发电量为25300kwh。

 

 

每日每千瓦发电量统计表
北纬：	31.41	光伏电站装机容量（kw）:	1
东经：	121.48	电站电能转换效率（%）:	86%
月份		太阳辐射量（与水平线呈5度夹角）	并网电站发电量能力
		（kWh/m2/d）	（kWh/kW/d）

​