【正文】 模塊六 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 周亞東 情境二 項(xiàng)目設(shè)計(jì) 學(xué)習(xí)內(nèi)容要點(diǎn) ? 掌握光伏電站設(shè)計(jì)的總的流程及原則 ? 掌握現(xiàn)場勘察的要領(lǐng)及實(shí)際勘察能力 情境二 光伏電站建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì) 一、光伏電站設(shè)計(jì)原則與設(shè)計(jì)優(yōu)化 ? ?設(shè)計(jì)是對(duì)擬建工程的實(shí)施，在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上所進(jìn)行的全面而詳盡的安排是整個(gè)工程的決定性環(huán)節(jié)，是組織實(shí)施的依據(jù)。 ?設(shè)計(jì)范圍一般包括單項(xiàng)設(shè)計(jì)、初步可行性研究、可行性研究、初步設(shè)計(jì)、司令圖設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)、竣工圖設(shè)計(jì)等相關(guān)技術(shù)服務(wù)；另一種為工程總承包的設(shè)計(jì)，包括基本設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、竣工圖設(shè)計(jì)。 ?初步設(shè)計(jì)闡明在指定的地點(diǎn)、時(shí)間和投資控制數(shù)內(nèi)，擬建工程在技術(shù)上的可行性、經(jīng)濟(jì)上的合理性。 ?司令圖是全廠總布置圖，是由工廠布置專業(yè)根據(jù)參與設(shè)計(jì)專業(yè)人員提出的各種裝置布置要求、管網(wǎng)走向要求、工程地形和地質(zhì)情況等 因素經(jīng)綜合平衡考慮和工程優(yōu)化后形成的設(shè)計(jì)輸出 。 ?施工圖設(shè)計(jì)主要是根據(jù)批準(zhǔn)的方案設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求， 對(duì)建設(shè)項(xiàng)目的 施工總圖，結(jié)構(gòu)、土建、電氣等 繪制出正確完整和盡可能詳盡的圖紙，應(yīng)能滿足預(yù)算及施工組織設(shè)計(jì)的編制。 施工圖設(shè)計(jì)包括： ?設(shè)備接線圖 。 ?設(shè)備位置圖 ?系統(tǒng)走線圖 ?線纜選型 ?設(shè)備細(xì)化選型 ?防雷設(shè)計(jì) ?配電設(shè)計(jì) ?基礎(chǔ)設(shè)計(jì) ?支架強(qiáng)度計(jì)算 ?系統(tǒng)效率計(jì)算 ?1）通過多方案比較，確定較為合理的技術(shù)方案。 ?2）分析選址資源情況。 ?3）合理布局太陽電池方陣。 ?4）大尺寸組件安裝、快速便捷。 ?5） 設(shè)備與設(shè)備之間的連線盡量采用短連線，要做到近處匯流。 ?6） 選擇合適的變壓器是提高效率的重要環(huán)節(jié)。 ?7）系統(tǒng)要集中監(jiān)控，預(yù)防事故的發(fā)生。 二、現(xiàn)場考察內(nèi)容 ?環(huán)境包括地理環(huán)境和人文環(huán)境：首先了解地理環(huán)境對(duì)當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境做適當(dāng)?shù)牧私猓ń?jīng)緯度、降雨量、濕度、氣溫，最大風(fēng)力等。而后了解人文環(huán)境、用戶的需求，了解用戶每年每月大致用電量和用戶對(duì)項(xiàng)目的要求，并記錄。 2. 安裝位置區(qū)域勘察 ?首先根據(jù)項(xiàng)目信息，到項(xiàng)目建設(shè)現(xiàn)場進(jìn)行勘查，了解現(xiàn)場的實(shí)際情況如：場址大概是什么地貌，地表附著物情況，有無墳頭，是否涉及賠償；有無軍事設(shè)施、文物等敏感物；路徑情況、確定道路寬度，材料堆放場所的位置及寬度，腳手架搭建的位置及高度寬度情況，屋面的高度和寬度，廠區(qū)屋面或地面是否有障礙物和遮擋物，確定各方陣電池板的安裝的具體點(diǎn)位。 3. 安裝區(qū)域線纜路徑勘察 ?主要確定場址附近是否有可接入的變電站，距離多少，多大電壓等級(jí)，容量是多少，有無間隔；確定現(xiàn)場橋架走向優(yōu)劣勢、電房位置及通向路徑、防雷建設(shè)程度、電房及柜體安放位置、通信走向等 4．資料收集內(nèi)容 ?（ 1）看 對(duì)地面并網(wǎng)工程，首先要對(duì)施工現(xiàn)場進(jìn)行勘察，在整體上對(duì)本工程的形式有一定的掌握；對(duì)于 BIPV工程，同樣要對(duì)在建或已建建筑進(jìn)行勘察。其次，看施工現(xiàn)場的工程圖紙，若是還未完工的工程，通過圖紙能有更直觀的了解。再次，觀察工程周圍的環(huán)境，看是否有較高的建筑或遮擋物，會(huì)不會(huì)對(duì)后續(xù)的工程設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響。 ?（ 2）聽（溝通，問） 對(duì)地面并網(wǎng)工程，通過和項(xiàng)目客戶、相關(guān)人員、當(dāng)?shù)厝罕姷淖稍儯私庹莆债?dāng)?shù)氐那闆r 。對(duì)老客戶，可直接切入重點(diǎn)；對(duì)新客戶，積極發(fā)展；官方客戶，政策方針很重要；對(duì)政府工程，更關(guān)注工程帶來的形象效應(yīng)；對(duì)于非政府工程，則更關(guān)注工程的投資及經(jīng)濟(jì)性； 對(duì)于 BIPV工程，需要對(duì)建筑的結(jié)構(gòu)受力充分的了解。 ?首先和施工現(xiàn)場的工程師溝通，結(jié)合圖紙對(duì)項(xiàng)目建筑的整體狀況有充分的把握。其次通過和項(xiàng)目客戶的溝通，了解客戶對(duì)本項(xiàng)目的要求及側(cè)重點(diǎn)。 ?（ 3）查 對(duì)地面并網(wǎng)工程，要重點(diǎn)查項(xiàng)目當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料，最好能有當(dāng)?shù)貧庀缶值臄?shù)據(jù)報(bào)告。對(duì)于 BIPV項(xiàng)目，還要查項(xiàng)目地的地理資料。 ?現(xiàn)場勘察就是到擬建設(shè)工程項(xiàng)目現(xiàn)場勘探查看“三通一平”、周圍環(huán)境、地質(zhì)條件、水文等實(shí)際情況。 ?通常的招標(biāo)項(xiàng)目勘查現(xiàn)場一般都是在會(huì)招標(biāo)文件中規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，由招標(biāo)人或招標(biāo)代理組織投標(biāo)人到現(xiàn)場勘查，或者由投標(biāo)人自行前去勘查。 三、項(xiàng)目詳細(xì)設(shè)計(jì) ? ?由于并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)沒有蓄電池、太陽能充放電控制器，因此，如果條件允許的話可以將并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)逆變器放在并網(wǎng)點(diǎn)的低壓配電室內(nèi)，否則需要單獨(dú)建立變配電室。 2．并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的防雷設(shè)計(jì) ?主要有以下幾個(gè)方面： ?1）地線是避雷、防雷的關(guān)鍵，在進(jìn)行配電室基礎(chǔ)建設(shè)和太陽電池方陣基礎(chǔ)建設(shè)的同時(shí)，選擇光伏發(fā)電站附近土層較厚、潮濕的地點(diǎn)，挖 2m深地線坑，采用 40扁鋼，添加降阻劑并引出地線，引出線采用 35mm2 銅芯電纜，接地電阻應(yīng)小于 1Ω。 ?2）在配電室附近建一避雷針，高 15m，地線與配電室地線相連。 ?3）太陽電池方陣電纜進(jìn)入配電室的電壓為 DC220V，采用 PVC管地埋，加防雷器保護(hù)。電池板方陣的支架應(yīng)保證良好的接地，也與配電室地線相連。 ?4）并網(wǎng)逆變器交流輸出線采用防雷箱一級(jí)保護(hù)（并網(wǎng)逆變器內(nèi)有交流輸出防雷器）。 3．電池陣列的設(shè)計(jì)及裝機(jī)容量計(jì)算 ?光伏方陣中，同一光伏組件串中各光伏主件的電性能參數(shù)要保持一致，光伏組件串的串聯(lián)數(shù)應(yīng)按照公式計(jì)算得到 ? 主要依據(jù)是用戶側(cè)每路的用電量和各施工區(qū)域所能安裝的電池板數(shù)量 ?裝機(jī)容量＝每塊電池板的峰值功率 *總的電池板數(shù)目 ?支架的設(shè)計(jì)主要側(cè)重于系統(tǒng)的選址、支架的夾角、支架的抗壓強(qiáng)度以及光伏組件支架系統(tǒng)的連接方式、材質(zhì)、選型。 （ 1）光伏支架與基礎(chǔ)設(shè)計(jì) ?1）對(duì)于地面電站，如果安裝地為疏松土質(zhì)，一般采用混凝土底座，混凝土底座以柱形基礎(chǔ)為主，對(duì)于堅(jiān)硬土質(zhì)可采用混凝土底座或直接使用螺旋樁直打入地面以下 。 ?對(duì)于混凝土柱形基礎(chǔ)型地面電站，其支架組成部分與混凝土屋面電站有很大相似之處 。 ?2）對(duì)于混凝土屋面電站，如果是新建房，可以在澆制混凝土屋面時(shí)預(yù)埋件 ； 如果是現(xiàn)有建筑，其基座可考慮采用水泥壓塊負(fù)重、條形基礎(chǔ)、柱形基礎(chǔ)安裝 。 ?3）對(duì)于金屬屋面，要根據(jù)金屬屋面的結(jié)構(gòu)選擇相應(yīng)的固定方式，有采用不銹鋼夾塊、雙頭螺桿以及特殊的導(dǎo)軌固定方式等， （ 2）支架鋼材選擇 ? 不同形式的光伏電站，鋼材作為支架中最重要的組成部分，它的選擇直接影響系統(tǒng)的使用壽命，而正確的選擇鋼材，不僅使得系統(tǒng)整體美觀，還會(huì)節(jié)約成本、配重合理，增加使用年限，選擇鋼材時(shí)可根據(jù)鋼材的長度、厚度、孔徑、材質(zhì)、荷載、撓度、重量等多方面綜合考慮。 6. 混凝土屋面和地面基礎(chǔ)荷載設(shè)計(jì) ?（ 1）混凝土屋面基礎(chǔ)分析 ?江蘇無錫某 光伏電站， ?每棟建筑屋面尺寸均為90m 48m，此 4棟建筑屋面均為上人屋面 ?屋面設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為 2kN/㎡。 ?屋面為結(jié)構(gòu)找坡，坡度為 3%。 ?屋面電站組件功率為 255Wp，組件尺寸為 ，重量為 20kg，組件間距為 ，組件每個(gè)方陣為 2排 9列，共 18塊，組件朝南，傾角 25176。 ?基礎(chǔ)采用獨(dú)立支墩，屋面粗糙度類別為 B類 ?屋面最高處離地面高度接近 20m， ?支架間距取 ，每方陣長寬為 ，支架前后支墩跨距為 ， ?組件及支架自重取 ,初步選定前支墩尺寸為 m m，間距， 1）風(fēng)壓荷重。 ? 垂直于組件的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為： ? =βgzμsμz （ 63） ? 式中，為風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（ kN/m2）； ? βgz為高度 20m處的風(fēng)振系數(shù)為 ； ? μs為風(fēng)荷載體型系數(shù)，取 50年一遇為 ； μz為風(fēng)壓高度變化系數(shù)， ? μz取 ； ? W0為基本風(fēng)壓（ kN/m2）取 。 ? 則 =βgzμsμz ==㎡ 2）前后支墩抗傾覆力矩 ?所取支架系統(tǒng)的組件面積 ?＝（ 3+ 2）*＝ 。 ?其中 （ m）； （ m）。 ?垂直于組件平面的風(fēng)荷載 ? =㎡ =； ?風(fēng)力對(duì)組件的傾覆力矩 ? ?式中， L為組件到傾覆點(diǎn)“ O”的力臂長度 ,這里通過數(shù)學(xué)計(jì)算為 。 ?則 = = 3）抗傾覆力矩。 ?組件和支架本身重力為 ： ?G3K =㎡ ?前腿支墩重力 ：G1k= 25kN/= ?假設(shè)后腿支墩重力 ： G2k＝b b 25kN/=15 b2kN ?抗傾覆力矩 ：Mk=G1k +G2k +G3k =m+ b2kNm； ?抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算公式Mk/Mq≥: ?m+ b2kNm≥8 ?得取 b≥ ?選擇 后支墩能滿足本項(xiàng)目方陣需求，后腿支墩重力為 G2k＝ 25kN/＝ kN。 4）雪荷載。 ? 屋面水平投影面上的雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)下式計(jì)算： ? Sk=μrSo ? Sk為雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值（ kN/㎡）； ? μr屋面積雪分布系數(shù)，根據(jù)規(guī)范取值 ? So為基本雪壓（ kN/㎡），依無錫地區(qū) 50年一遇最大雪荷載查規(guī)范取值 ㎡； ? 則該項(xiàng)目最大雪荷載參考值為 Sk=μrSo =㎡。 （ 2）金屬屋面基礎(chǔ)及支架設(shè)計(jì) ? 金屬屋面基礎(chǔ)和支架主要是由：鋁合金夾具和鋁合金檁條組成，夾具的設(shè)計(jì)主要根據(jù)金屬屋面的背脊形狀而定，檁條則根據(jù)兩相鄰彩光帶之間的距離而定。 四、光伏電站設(shè)計(jì)完整實(shí)例 ? ?項(xiàng)目名稱：廣東漢能光伏有限公司農(nóng)夫山泉廠區(qū) 5MWp光伏發(fā)電示范項(xiàng)目。 ?項(xiàng)目所屬類別：屋頂電站。 ?建設(shè)項(xiàng)目發(fā)電類型：屋頂非晶硅太陽能發(fā)電站用戶側(cè)并網(wǎng)發(fā)電項(xiàng)目。 ?占地面積：約 10000m2。 ?裝機(jī)容量：一期、二期共 5MW。 ?電網(wǎng)接入方案： 10kV用戶側(cè)并網(wǎng) 。 ?預(yù)計(jì)年均發(fā)電量： 640萬 KWh。 ?光伏電站所發(fā)電量自發(fā)自用，余量上網(wǎng)。 ?項(xiàng)目建設(shè)單位：深圳藍(lán)波綠建集團(tuán)股份有限公司。 ?內(nèi)容包括項(xiàng)目所處的地理位置、交通、氣象條件、項(xiàng)目平面圖、項(xiàng)目現(xiàn)場條件等，是項(xiàng)目立項(xiàng)的基礎(chǔ)，為項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營作準(zhǔn)備。 ?河源市位于廣東省東北部、東江中上游。其范圍是東經(jīng)114176。 14’至 115176。 36’，北緯23176。 10’至 24176。 27’。 ?主要?dú)夂蛱攸c(diǎn)：氣溫偏高，年平均氣溫 ℃ ，比常年偏高℃ ，全年氣溫變化異常，高溫日數(shù)多；年平均降水量，年日照總時(shí)數(shù)為。 ?本工程處于廠區(qū)工作地帶，受地理環(huán)境限制，施工現(xiàn)場不能堆放大批量的材料。業(yè)主單位提供系統(tǒng)專項(xiàng)工程施工場地，包括辦公、材料臨時(shí)堆放及加工，工具設(shè)備布置場地等。 ? 如圖 614所示，根據(jù)美國國家航空航天局（ National Aeronautics and Space Administration NASA）數(shù)據(jù)，河源地區(qū)水平面所接受的日照輻射總量呈中間高兩邊低的態(tài)勢分布，即每年 5～ 10月份，是日照輻射總量最高的時(shí)段。 ? 利用 RETScreen軟件模擬氣象數(shù)據(jù) ? ? 系統(tǒng)優(yōu)化主要針對(duì)項(xiàng)目在設(shè)計(jì)與施工方面所必須考慮的實(shí)際問題，同時(shí)要考慮建筑與光伏系統(tǒng)的協(xié)調(diào)與統(tǒng)一，做到建筑與系統(tǒng)的絕對(duì)安全、建筑與系統(tǒng)和協(xié)統(tǒng)一，以及系統(tǒng)發(fā)電的最大化。