耒阳太平风电场生产楼屋顶光伏项目方案设计及成效概算

樊磊明 国家电投集团（北京）新能源投资有限公司

一、系统整体方案设计

1.逆变器选型

光伏并网逆变器是光伏电站的核心设备之一，其基本功能是将光伏电池组件输出的直流电转换为交流电。

光伏并网逆变器可以分为大功率集中型逆变器和小型组串式逆变器两种。根据本工程装机容量考虑采用小型组串式逆变器。目前市场上应用最为广泛的小型组串式逆变器为20kW级，这个容量等级的逆变器技术成熟、供应充足、价格也较为合理，因此本次按单机20kW逆变器选择（见表1）。

表1 逆变器主要技术参数表

2.光伏子方阵设计

多晶硅组件选用260型多晶硅光伏组件，为了保证系统安全可靠运行，根据耒阳多年最低气温为-12℃，最高气温40.6℃的气象资料，考虑电池组件工作时的温度上升。光伏系统在-12.5℃－+60℃的情况下能够正常工作。

根据《光伏发电站设计规范（GB50797-2012）》中数据，可以算出，光伏组件串联数量应该18≤N≤21 块，可选择18、19、20、21块组件作为一串。因为启动电压、接线方式及屋顶状况等因素，本项目以18个电池组件为一个组件串。

3.光伏方阵及阵列间距设计

采用固定式方阵，根据子方阵设计的18块组件为一组串，每个屋面支架方阵由18块电池组件组成，刚好满足一串子方阵数量，输出电压554V，组串输出功率4680W。

阵列间距设计。电站总平面布置方案按电池板方阵尺寸和相应电池板个数进行规划布置。按照经验，电池组件间的间距要满足以下条件：如果在太阳高度角最低的冬至那一天，从当地时间午前9时至午后3时之间，其电池板组件的影子互相不影响，则对阵列的电池板阵输出没有影响。

耒阳电场生产楼长27米，宽9.5米，按照组件正面东南144度设计，组件仰角为30度，每个支架设置两排，每排9块布置，共计8列，144块光伏组件，考虑运输破损及备件问题，增加16块备件，合计160块。8列组件支架之间相互用钢管做连接，使8列成为一个整体，每列两端用角铁固定件与屋顶女儿墙做固定（女儿墙高度50cm，固定点16个），第一列与第八列横向面与GIS室外墙和女儿墙做固定（固定点8个）。

4.接线方案设计

本期光伏电站项目装机规模37.44kW，初步设计为2组逆变器发电，集中并网，逆变器安装在GIS室东侧一楼楼梯下墙上。

屋面发电区的每个组串直流输出由阻燃电缆穿线槽敷设方式集中接至逆变器输入侧。逆变器整流逆变后输出400V三相交流电，经电能计量表通过三相四线电缆汇至380V配电柜，最后并入35kV站用接地变低压400V侧。

表2 电气一次、二次设备表

二、电缆敷设设计

1.电缆敷设及电缆防火

交流电缆以3*16+1*10三相四线制电缆为主，线路由逆变器出线，经35kV配电室东侧电缆沟道进入，可将线缆顺至380V配电柜电缆沟道，从而接到380V配电柜。

直流电缆拟采用光伏发电ZRC级阻燃电缆至逆变器、均采用电缆穿管敷设，逆变器柜下孔洞及穿墙孔洞均采用防火堵料进行封堵。本工程大部分为直流电缆，直流电流切断困难，易引发火灾。本工程按电力防火规程和国家消防法规，设置二氧化碳灭火器4组。

2.附表

如表2所示。

三、项目概算

考虑到屋顶防水保护，对耒阳屋顶光伏项目支架的支腿部分采用绝缘垫作为缓冲，光伏组件安装情况是一组支架需要用16个支撑，8列组串方阵大概需要128块绝缘垫。

关口表采用380V正泰三相电子式电表（型号DTS634），和大功率三相 LCD红外直接式电表（型号DTS63415（60）A）。

组串电缆：估算生产楼屋顶面积约为256平方米，8列组串方阵布置采用直流电缆敷设，其距离约为300米，正负极两相需要购买4平方直流电缆600米即可（各300米红黑缆）。

从逆变器到400V配电柜采用3*16+ 1*10三相四线制电缆约60米。

防火泥需要10千克。

逆变器采用华为SUN2000-20KTL型逆变器，两台。

项目属于修旧利废，组件及支架均来自公司所属各光伏场站，其他材料需采购，设备安装均由场站职工自行安装，人工成本为零，项目计划投资2.56万元。

四、项目收益

理论年发电量=年平均太阳辐射总量*电池总面积*光电转换效率，计算如下：

年平均太阳辐射总量3900（参考相邻场站）

电池总面积=144*1.9=273.6m2

光电转换效率：17.5%

理论年发电量=3900*273.6*17.5%=186732MJ=186732*0.28

kwh=52284.96kwh

影响发电量的因素：

1.实际输出功率。太阳电池板输出的直流功率是太阳电池板的标称功率。在现场运行的太阳电池板往往达不到标准测试条件，输出的允许偏差是5%，因此，在分析太阳电池板输出功率时要考虑到0.95的影响系数。

2.温度。当温度升高时，光伏组件的输出功率会下降，其峰值温度系数大概在0.38-0.44%之间。对于晶体硅组件，当光伏组件内部的温度达到50-75℃时，它的输出功率降为额定的89%，在分析太阳电池板输出功率时要考虑到0.89的影响系数。

3.积灰遮挡。光伏组件表面灰尘的累积，会影响太阳照射到电池板表面的辐射强度，同样会影响太阳电池板的输出功率。据相关文献报道，此因素会对光伏组件的输出产生7%的影响，在分析太阳电池板输出功率时要考虑到0.93的影响系数。

4.光照、线损。考虑到太阳辐射的不均匀性、光伏组件的不匹配性和线损等影响因素，太阳电池板输出功率系数按0.95计算。

5.安装角度。并网光伏电站考虑安装角度因素折算后的效率为0.88。

所以实际发电效率如下：

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

系统预估实际年发电量=理论年发电量*实际发电效率= 52284.96*65.7% = 34351.22度。

按当前购网电价每度0.58元计算，年收益约为=34351.22度*0.58元/度=19923.7元 ≈1.99万元。

五、结束语

通过设计、核算，可以得出耒阳太平风电场生产楼屋顶光伏项目既实现了修旧利废，也为风场创造了效益，切实可行。