耒陽太平風電場生產樓屋頂光伏項目方案設計及成效概算

樊磊明 國家電投集團（北京）新能源投資有限公司

一、系統整體方案設計

1.逆變器選型

光伏并網逆變器是光伏電站的核心設備之一，其基本功能是將光伏電池組件輸出的直流電轉換為交流電。

光伏并網逆變器可以分為大功率集中型逆變器和小型組串式逆變器兩種。根據本工程裝機容量考慮采用小型組串式逆變器。目前市場上應用最為廣泛的小型組串式逆變器為20kW級，這個容量等級的逆變器技術成熟、供應充足、價格也較為合理，因此本次按單機20kW逆變器選擇（見表1）。

表1 逆變器主要技術參數表

2.光伏子方陣設計

多晶硅組件選用260型多晶硅光伏組件，為了保證系統安全可靠運行，根據耒陽多年最低氣溫為-12℃，最高氣溫40.6℃的氣象資料，考慮電池組件工作時的溫度上升。光伏系統在-12.5℃－+60℃的情況下能夠正常工作。

根據《光伏發電站設計規范（GB50797-2012）》中數據，可以算出，光伏組件串聯數量應該18≤N≤21 塊，可選擇18、19、20、21塊組件作為一串。因為啟動電壓、接線方式及屋頂狀況等因素，本項目以18個電池組件為一個組件串。

3.光伏方陣及陣列間距設計

采用固定式方陣，根據子方陣設計的18塊組件為一組串，每個屋面支架方陣由18塊電池組件組成，剛好滿足一串子方陣數量，輸出電壓554V，組串輸出功率4680W。

陣列間距設計。電站總平面布置方案按電池板方陣尺寸和相應電池板個數進行規劃布置。按照經驗，電池組件間的間距要滿足以下條件：如果在太陽高度角最低的冬至那一天，從當地時間午前9時至午后3時之間，其電池板組件的影子互相不影響，則對陣列的電池板陣輸出沒有影響。

耒陽電場生產樓長27米，寬9.5米，按照組件正面東南144度設計，組件仰角為30度，每個支架設置兩排，每排9塊布置，共計8列，144塊光伏組件，考慮運輸破損及備件問題，增加16塊備件，合計160塊。8列組件支架之間相互用鋼管做連接，使8列成為一個整體，每列兩端用角鐵固定件與屋頂女兒墻做固定（女兒墻高度50cm，固定點16個），第一列與第八列橫向面與GIS室外墻和女兒墻做固定（固定點8個）。

4.接線方案設計

本期光伏電站項目裝機規模37.44kW，初步設計為2組逆變器發電，集中并網，逆變器安裝在GIS室東側一樓樓梯下墻上。

屋面發電區的每個組串直流輸出由阻燃電纜穿線槽敷設方式集中接至逆變器輸入側。逆變器整流逆變后輸出400V三相交流電，經電能計量表通過三相四線電纜匯至380V配電柜，最后并入35kV站用接地變低壓400V側。

表2 電氣一次、二次設備表

二、電纜敷設設計

1.電纜敷設及電纜防火

交流電纜以3*16+1*10三相四線制電纜為主，線路由逆變器出線，經35kV配電室東側電纜溝道進入，可將線纜順至380V配電柜電纜溝道，從而接到380V配電柜。

直流電纜擬采用光伏發電ZRC級阻燃電纜至逆變器、均采用電纜穿管敷設，逆變器柜下孔洞及穿墻孔洞均采用防火堵料進行封堵。本工程大部分為直流電纜，直流電流切斷困難，易引發火災。本工程按電力防火規程和國家消防法規，設置二氧化碳滅火器4組。

2.附表

如表2所示。

三、項目概算

考慮到屋頂防水保護，對耒陽屋頂光伏項目支架的支腿部分采用絕緣墊作為緩沖，光伏組件安裝情況是一組支架需要用16個支撐，8列組串方陣大概需要128塊絕緣墊。

關口表采用380V正泰三相電子式電表（型號DTS634），和大功率三相 LCD紅外直接式電表（型號DTS63415（60）A）。

組串電纜：估算生產樓屋頂面積約為256平方米，8列組串方陣布置采用直流電纜敷設，其距離約為300米，正負極兩相需要購買4平方直流電纜600米即可（各300米紅黑纜）。

從逆變器到400V配電柜采用3*16+ 1*10三相四線制電纜約60米。

防火泥需要10千克。

逆變器采用華為SUN2000-20KTL型逆變器，兩臺。

項目屬于修舊利廢，組件及支架均來自公司所屬各光伏場站，其他材料需采購，設備安裝均由場站職工自行安裝，人工成本為零，項目計劃投資2.56萬元。

四、項目收益

理論年發電量=年平均太陽輻射總量*電池總面積*光電轉換效率，計算如下：

年平均太陽輻射總量3900（參考相鄰場站）

電池總面積=144*1.9=273.6m2

光電轉換效率：17.5%

理論年發電量=3900*273.6*17.5%=186732MJ=186732*0.28

kwh=52284.96kwh

影響發電量的因素：

1.實際輸出功率。太陽電池板輸出的直流功率是太陽電池板的標稱功率。在現場運行的太陽電池板往往達不到標準測試條件，輸出的允許偏差是5%，因此，在分析太陽電池板輸出功率時要考慮到0.95的影響系數。

2.溫度。當溫度升高時，光伏組件的輸出功率會下降，其峰值溫度系數大概在0.38-0.44%之間。對于晶體硅組件，當光伏組件內部的溫度達到50-75℃時，它的輸出功率降為額定的89%，在分析太陽電池板輸出功率時要考慮到0.89的影響系數。

3.積灰遮擋。光伏組件表面灰塵的累積，會影響太陽照射到電池板表面的輻射強度，同樣會影響太陽電池板的輸出功率。據相關文獻報道，此因素會對光伏組件的輸出產生7%的影響，在分析太陽電池板輸出功率時要考慮到0.93的影響系數。

4.光照、線損。考慮到太陽輻射的不均勻性、光伏組件的不匹配性和線損等影響因素，太陽電池板輸出功率系數按0.95計算。

5.安裝角度。并網光伏電站考慮安裝角度因素折算后的效率為0.88。

所以實際發電效率如下：

0.95*0.89*0.93*0.95*0.88=65.7%

系統預估實際年發電量=理論年發電量*實際發電效率= 52284.96*65.7% = 34351.22度。

按當前購網電價每度0.58元計算，年收益約為=34351.22度*0.58元/度=19923.7元 ≈1.99萬元。

五、結束語

通過設計、核算，可以得出耒陽太平風電場生產樓屋頂光伏項目既實現了修舊利廢，也為風場創造了效益，切實可行。