【文章內(nèi)容簡介】 技術原則 國家、地區(qū)的產(chǎn)業(yè)政策和技術政策 太陽能光伏發(fā)電屬國家大力支持的可再生能源產(chǎn)業(yè)，具有明顯的環(huán)保和節(jié)能效果。光伏發(fā)電是直接利用太陽能發(fā)電的一項高新技術，它具有許多優(yōu)點，如：安全可靠、無噪聲、無污染，能量隨處可得，不受地域限制，無需消耗燃料，無機械轉(zhuǎn)動部件，故障率低，維護簡便，可以無人值守，建站周期短，規(guī)模大小隨意，無需額外架設輸電線路，可以方便地與建筑物相結合等。這些優(yōu)點都是常規(guī)發(fā)電和其他發(fā)電方式所不可比擬的。 本項目是國家財政部為貫徹 實施《可再生能源法》，落實國務院節(jié)能減排戰(zhàn)略部署，加強政策扶持，加快推進太陽能光電技術在城鄉(xiāng)建筑領域的應用，在條件適宜的地區(qū)，組織支持開展一批光電建筑應用示范工程，實施“太陽能屋頂計劃”，在此背景下進行的一個項目。其目的是通過示范工程調(diào)動社會各方發(fā)展積極性，促進落實國家相關政策。加強示范工程宣傳，擴大影響，增強市場認知度，形成發(fā)展太陽能光電產(chǎn)品的良好社會氛圍。 系統(tǒng)設計技術措施 本可行性研究報告根據(jù)當?shù)貙嶋H情況，充分考慮了方案的技術和經(jīng)濟的可行性，選取了性能價格比最優(yōu)的光伏示范電站方案。 在 太陽能光伏電站的設計、設備選型方面，也遵循了如下原則： 可靠性高：設備余量充分，系統(tǒng)配置先進、合理，設備、部件質(zhì)量可靠； 通用性強：設備選型盡可能一致，互換性好，維修方便。通信接口、監(jiān)控軟件、充電接口配置一致，兼容性好 ,便于管理； 南京農(nóng)副產(chǎn)品物流中心屋頂光伏發(fā)電 示范 項目 可行性研究報告 8 安全性好：著重解決防雷擊、抗大風、防火、防爆、防觸電和關鍵設備的防寒、防人為破壞等安全問題； 操作性好：自動化程度高，監(jiān)控界面好，平時能做到無人值守，設備做到免維護或少維護； 直觀可視性好：現(xiàn)場安裝有顯示屏，可實時顯示電站的發(fā)電量、太陽輻射、溫度、瞬時功率以及二氧化碳減排量。 性 能價格比高：在設備選型和土建工程設計中，在保證系統(tǒng)質(zhì)量、性能的前提下，盡量采用性價比最優(yōu)的設備，注重經(jīng)濟性和實用性，以節(jié)省項目費用，減少投資。 2 電力系統(tǒng) 接入系統(tǒng)方案 本工程太陽電池組件總裝機容量為 。擬根據(jù)建筑分布及中心變電站位置情況，擬將本項目分為 2 個發(fā)電子系統(tǒng)，每個發(fā)電系統(tǒng)由太陽電池組件、直流防雷匯流箱、并網(wǎng)逆變器、升壓變壓器等組合而成。輸出接至中心變電站 10kV 用戶配電系統(tǒng)，（具體接入系統(tǒng)方案在接入系統(tǒng)報告評審后確定）。 南京農(nóng)副產(chǎn)品物流中心屋頂光伏發(fā)電 示范 項目 可行性研究報告 9 3 太陽能資源分析 太陽能資源概況 地球上 太陽能資源的分布與各地的緯度、海拔高度、地理狀況和氣候條件有關。資源豐度一般以全年總輻射量和全年日照總時數(shù)表示。就全球而言，美國西南部、非洲、澳大利亞、中國西藏、中東等地區(qū)的全年總輻射量或日照總時數(shù)最大，為世界太陽能資源最豐富地區(qū)。 下圖為我國國家氣象局風能太陽能資源評估中心發(fā)布的我國日照資源分布圖： 圖 41 我國太陽能資源分布圖 按照日照輻射強度上圖中將我國分為四類地區(qū)。 一類地區(qū)（資源豐富帶）全年輻射量在 6700 MJ/m2以上。相當于 230kg 標準煤燃燒所發(fā)出的熱量。主要包括青藏高原、甘肅北部 、寧夏北部、新疆南部、河北西北部、山西北部、內(nèi)蒙古南部、寧夏南部、甘肅中部、青海東部、西藏東南部等地。 二類地區(qū)（資源較富帶）全年輻射量在 5400～ 6700 MJ/m2，相當于 180～ 230kg 標準煤燃燒所發(fā)出的熱量。主要包括山東、河南、河北東南部、山西南部、新疆北部、吉林、遼寧、云南、陜西北部、甘肅東南部、廣東南部、福建南部、江蘇中北部和安徽北部等地。 項目所在地 南京農(nóng)副產(chǎn)品物流中心屋頂光伏發(fā)電 示范 項目 可行性研究報告 10 三類地區(qū)（資源一般帶）全年輻射量在 4200～ 5400 MJ/m2。相當于 140～ 180kg 標準煤燃燒所發(fā)出的熱量。主要是長江中下游、福建、 浙江和廣東的 一部分地區(qū)，春夏多陰雨，秋冬季太陽能資源還可以。 四類地區(qū) 全年輻射量在 4200MJ/m2 以下。主要包括四川、貴州兩省。此區(qū)是我國太陽能資源最少的地區(qū)。 從全國太陽能資源空間分布來看，南京地區(qū)水平面年均日照輻射總量為，屬于三類地區(qū)，太陽能資源一般帶 ，適合建設光伏項目。 當?shù)?氣候 資源概況 南京屬于北亞熱帶季風氣候，四季分明，冬夏長而春秋短，年平均氣溫 16℃ 。夏季盛行西南風，歷史最高氣溫 ℃ （ 1959 年 8 月 22 日）；冬季盛行東北風，歷史最低氣溫 ℃ （ 1955 年 1 月 6 日）。南京雨水充沛，年平均降雨 117 天，降水量 ，一般在 6 月下旬至 7 月中旬處于陰雨連綿的梅雨季節(jié)，夏季和秋季還有西太平洋臺風帶來的大量雨水。 建設光伏電站結論 南京 市 屬我國第三類太陽能資源區(qū)域，并網(wǎng)接入條件優(yōu)越，適合建設 太陽能光伏 電站。南京農(nóng)副產(chǎn)品物流中心屋頂光伏發(fā)電 示范 項目 可行性研究報告 11 4 建廠條件 廠址概述 本項目所建 光伏發(fā)電工程的主體建筑為南京農(nóng)副產(chǎn)品物流中心、南京潤恒物流發(fā)展公司的冷庫屋頂，位于南京市江寧開發(fā)區(qū)，項目所在地經(jīng)緯度為 東經(jīng) 、 北緯 。 水文氣象 南京城內(nèi)主要河 流有長江和秦淮河．長江南京段從江寧 銅井鎮(zhèn) 南開始，至江寧營防鄉(xiāng)東為 止，境內(nèi)長約 95 公里。秦淮河全長 103 公里；到南京 武定 門外分兩股，一股為 干流 ，稱外秦淮河，繞城經(jīng)中華門、 水西門 、定淮門外由三汊河注入長江；又一股稱內(nèi)秦淮河，由通濟門 東水關 入城，在 淮清橋 又分為南北兩支，南支為 ―十里秦淮 ‖，經(jīng)夫子廟文德橋至水西門西水關出城，與干流匯集，北支即古運瀆、經(jīng)內(nèi)橋至 張公橋出涵洞口入干流。 南京市北部有滁河，干流全長 110 公里，河道彎曲， 集水面積 7900 平方公里 。南部有淳溧運河和天生橋河。 南京市 風向玫瑰圖及氣象資料數(shù)據(jù)如下所示： 南京農(nóng)副產(chǎn)品物流中心屋頂光伏發(fā)電 示范 項目 可行性研究報告 12 圖 22 風向頻率玫瑰圖 南京農(nóng)副產(chǎn)品物流中心屋頂光伏發(fā)電 示范 項目 可行性研究報告 13 站址 屋面 條件 原有屋頂分為輕鋼屋面和混凝土屋面，并且輕鋼屋面比混凝土屋面高 米左右 。 結論與建議 考慮到陽光遮擋及充分利用現(xiàn)有空間，混凝土屋面上考慮再做輕型支架屋面，并在其上布置光伏組件；對于 輕型屋面結構 可 采用專用緊固件固定 光伏組件。 以上兩種布置方式可能涉及到對原有混凝土柱、輕鋼屋面的加固，查閱結構圖紙得知原有混凝土結構柱截面為 600x700，經(jīng)初步核算加固量較小。對于原有輕鋼屋面 加固可采用加密檁條、改變隅撐支撐形式、施加預應力等方式實現(xiàn)。南京農(nóng)副產(chǎn)品物流中心屋頂光伏發(fā)電 示范 項目 可行性研究報告 14 5 工程設想 廠區(qū)總平面規(guī)劃 本光伏電站裝機容量 ， 系統(tǒng)采用用戶側并網(wǎng)的方式，廠房屋頂?shù)奶栯姵亟M件方陣經(jīng)過匯流由逆變器逆變后經(jīng)升壓變壓器升壓到 10KV，并入用戶側電網(wǎng)。具體接入方案以系統(tǒng)接入報告為準 。 根據(jù)建筑物分布情況，分為兩個電站，每個電站太陽電池組件分散布置在各個廠房上，所發(fā)電量通過逆變、升壓就近接入附件 10KV 裝置 。 南京農(nóng)副產(chǎn)品物流中心屋頂光伏發(fā)電項目場址位 于江蘇省南京市江寧經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，工程利用物流中心屋頂建設太陽能發(fā)電工程。根據(jù)現(xiàn)場踏勘搜集資料，物流中心內(nèi)可利用你建筑物屋面面積約 萬平方米，其中混凝土屋面面積約 萬平方米。項目規(guī)劃安裝容量 。 南京農(nóng)副產(chǎn)品物流中心屋頂光伏發(fā)電 示范 項目 可行性研究報告 15 總體方案設計 該光伏并網(wǎng)系統(tǒng)主要由光伏陣列、并網(wǎng)逆變設備、數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)、陣列 支架 、交、直流電力網(wǎng)絡、交流配電柜組成。系統(tǒng)示意圖如下圖。 并網(wǎng)配電裝置太陽能電池陣列逆變器集線箱用電負載公共電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集傳感器 監(jiān)控顯示 圖 51 系統(tǒng)示意框圖 整體系統(tǒng)設計 光伏電站的系 統(tǒng)整體設計由光伏發(fā)電系統(tǒng)和機電設計兩個部分組成，其中光伏發(fā)電系統(tǒng)指從太陽電池組件至逆變器之間的所有電氣設備，包括太陽電池組件、直流接線箱、直流電纜、直流匯流柜、逆變器等；機電部分指從逆變器交流側至電站送出部分的所有電氣、控制保護、通信及通風等。 太陽能通過光伏組件轉(zhuǎn)化為直流電力，再通過并網(wǎng)型逆變器將直流電能轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)同頻率、同相位的交流電，升壓后并入電網(wǎng)。 針對本項目實際情況，我們通過技術可行性和經(jīng)濟效益論證，提出如下具有針對性整體方案設計： 本光伏電站裝機容量 ， 擬采用 10kV 并網(wǎng)；為 了防止光伏并網(wǎng)系統(tǒng)逆向發(fā)電，系統(tǒng)需要配置一套防逆流裝置，通過實時監(jiān)測配電變壓器低壓出口側的電壓、電流信號來調(diào)節(jié)光伏系統(tǒng)的發(fā)電功率（限功率、切斷），從而達到光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的防逆流功能。 南京農(nóng)副產(chǎn)品物流中心屋頂光伏發(fā)電 示范 項目 可行性研究報告 16 主要設備選型 太陽 電池概述 太陽能光伏系統(tǒng)中最重要的是電池，是收集陽光的基本單位。大量的電池合成在一起構成光伏組件。太陽能光伏電池主要有：晶體硅電池（包括單晶硅 MonoSi、多晶硅 MultiSi、帶狀硅 Ribbon/SheetSi）、非晶硅電池（ aSi）、非硅光伏電池（包括硒化銅銦 CIS、碲化鎘 CdTe）。目前市場生產(chǎn)和使用的太陽能光伏電池大多數(shù)是用晶體硅材料制作的， 2021 年占 88％左右；薄膜電池中非晶硅薄膜電池占據(jù)薄膜電池大多數(shù)的市場。從產(chǎn)業(yè)角度來劃分，可以把太陽能光伏電池劃分為硅基電池和非硅電池，硅基電池以較佳的性價比和成熟的技術，占據(jù)了絕大多數(shù)的市場份額。未來隨著光伏電池技術的發(fā)展，染料敏化太陽能光伏電池、聚合物太陽能光伏電池等有望取代硅基電池的優(yōu)勢地位。 （ 1）晶體硅光伏電池 晶體硅仍是當前太陽能光伏電池的主流。 單晶硅電池是最早出現(xiàn)，工藝最為成熟的太陽能光伏電池，也是大規(guī)模生產(chǎn)的硅基太陽能電 池中，效率最高。單晶硅電池是將硅單晶進行切割、打磨制成單晶硅片，在單晶硅片上經(jīng)過印刷電極、封裝等流程制成的，現(xiàn)代半導體產(chǎn)業(yè)中成熟的拉制單晶、切割打磨，以及印刷刻版、封裝等技術都可以在單晶硅電池生產(chǎn)中直接應用。大規(guī)模生產(chǎn)的單晶硅電池效率可以達到 1320%。由于采用了切割、打磨等工藝，會造成大量硅原料的損失；受硅單晶棒形狀的限制，單晶硅電池必須做成圓形，對光伏組件的布置也有一定的影響。 多晶硅電池的生產(chǎn)主要有兩種方法，一種是通過澆鑄、定向凝固的方法，制成多晶硅的晶錠，再經(jīng)過切割、打磨等工藝制成多晶硅片，進一步 印刷電極、封裝，制成電池。澆鑄方法制造多晶硅片不需要經(jīng)過單晶拉制工藝，消耗能源較單晶硅電池少，并且形狀不受限制，可以做成方便光伏組件布置的方形；除不需要單晶拉制工藝外，制造單晶硅電池的成熟工藝都可以在多晶硅電池的制造中得到應用。另一種方法是在單晶硅襯底上采用化學氣相沉積（ CVD）等工藝形成無序分布的非晶態(tài)硅膜，然后通過退火形成較大晶粒，以提高發(fā)電效率。多晶硅電池的效率能夠達到 1018%，略低于單晶硅電池的水平。和單晶硅電池相比，多晶硅電池雖然效率有所降低，但是節(jié)約能源，節(jié)省硅原料，達到工藝成本和效率的平衡 。晶體硅電池片如圖 ， 所示： 南京農(nóng)副產(chǎn)品物流中心屋頂光伏發(fā)電 示范 項目 可行性研究報告 17 圖 單晶硅硅片 圖 多晶硅硅片 由電池片組成的電池組件的外形結構如圖 所示 。 南京農(nóng)副產(chǎn)品物流中心屋頂光伏發(fā)電 示范 項目 可行性研究報告 18 圖 多晶硅、單晶硅太陽能電池組件外形 （左為多晶硅組件，右為單晶硅組件 ） （ 2）非晶硅電池和薄膜光伏電池 非晶硅電池是在不同襯底上附著非晶態(tài)硅晶粒制成的，工藝簡單，硅原料消耗少，襯底廉價，并且可以方便的制成薄膜，并且具有弱光性好，受高溫影響小的特性。自上個世紀 70 年代發(fā)明以來，非晶硅太陽能電池，特別是非晶硅薄膜電池經(jīng)歷了 一個發(fā)展的高潮。 80 年代，非晶硅薄膜電池的市場占有率一度高達 20%，但受限于較低的效率， 加之晶硅電池價格大幅下降， 非晶硅薄膜電池的市場份額逐步被晶體硅電池取代。 非硅薄膜太陽電池是在廉價的玻璃、不銹鋼或塑料襯底上附上非常薄的感光材料制成，比用料較多的晶體硅技術造價更低，其價格優(yōu)勢可抵消低效率的問題。 目前正在研發(fā)中和已有產(chǎn)品出售的薄膜太陽能電池主要有以下幾種 : （ 1）非晶硅薄膜電池：是薄膜太陽能電池中最成熟的產(chǎn)品之一。 （ 2）多晶硅硅薄膜電池：其轉(zhuǎn)換效率高于非晶硅薄膜太陽能電池，又無效率衰退問題，并且有可能 在廉價襯底材料上制備，但由于控制薄膜中硅晶粒大小的技術沒有解決，尚未