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别墅屋顶家用太阳能发电系统并网方案

一、项目背景

目【mù】前太阳能的利用主要分【fèn】为以下几个方【fāng】面家庭小型太阳能电站、大型并【bìng】网电【diàn】站【zhàn】、建筑一体【tǐ】化光【guāng】伏玻璃幕墙【qiáng】、太阳能路灯、风光【guāng】互补路【lù】灯、风光互补供电【diàn】系统等。中【zhōng】型并网光伏系统是光伏发电应【yīng】用【yòng】的重要组成部分,也是众多园林、工厂以后选择【zé】的必然趋势【shì】。国【guó】家鼓【gǔ】励【lì】低碳生活,走可持续发展道【dào】路【lù】,并【bìng】大力支持家【jiā】庭并【bìng】网电站的【de】建【jiàn】设,国内将迎来建设家庭并【bìng】网电站的高潮

本项目位于上海【hǎi】市【shì】南汇区新场别【bié】墅区【qū】,据现场【chǎng】考察以及业主的意向拟在业【yè】主的【de】屋顶【dǐng】和车库位置进行光伏电站的设计安装。

二、太阳能资源分布情况

太阳能资【zī】源【yuán】是由当地的太阳总辐射量决定【dìng】的。一【yī】个国家或一个【gè】地区的太阳总辐射量与【yǔ】当【dāng】地所处【chù】纬度、海【hǎi】拔以及天气情况有关,全球【qiú】太阳辐射资源【yuán】分布情况见下【xià】图。

2.1上海市气象资料

上海市地【dì】处东经120°51′122°12′北纬30°40′31°53′位于太平【píng】洋西岸,亚洲大陆【lù】东沿,属于亚热带季风气候,光照【zhào】条件【jiàn】较好,年平【píng】均日照【zhào】时间【jiān】达到3.8小时。气象站分布及气象资【zī】料【liào】如下

上海地区【qū】太阳总【zǒng】辐【fú】射的季节分布图四、图五为上海地区总【zǒng】辐射量、雨日、8 时—14 时平均总云量、日照百分率季节【jiē】分布,以上数【shù】据【jù】为【wéi】1961 年—2008 年上海【hǎi】地【dì】区11站平均【jun1】值,图中【zhōng】总云量、日照百分率【lǜ】用百分比表【biǎo】示,以及各【gè】季平均【jun1】太阳【yáng】高【gāo】度角分布(11 站【zhàn】平均)。图中可【kě】见,夏季【jì】总辐射量(1593MJ/m2)最大,其次是春【chūn】季(1275MJ/m2)、秋季(1052MJ/m2)、冬季(772MJ/m2),与【yǔ】各季正【zhèng】午的平均太阳高【gāo】度角分布一致。值【zhí】得注意【yì】是,虽然,春【chūn】季正【zhèng】午的平均太阳高【gāo】度角比秋【qiū】季高许多(17 度),但是由于春季的雨日、8 时—14 时平均总云量比秋季多,日照百【bǎi】分率【lǜ】比秋季小,天空遮蔽度【dù】比秋季【jì】大,春季总辐射量只比秋季【jì】多220 MJ/m2。

2.2上海市太阳辐射量分布特点

地区因为【wéi】地【dì】域面【miàn】积小,太阳总辐射的空【kōng】间分布差异【yì】较小。从【cóng】年总辐【fú】射【shè】量【liàng】的空间分布的来看,东北部及南【nán】部沿海地【dì】区最多,中西部及中东部最少,最多站(浦【pǔ】东)比最少站(青【qīng】浦)仅多189J/m2。从季总辐射量的空间分布的来看,春季东北部最多,西南部最少【shǎo】,最多【duō】站(崇【chóng】明)比最少站(青浦)仅【jǐn】多67MJ/m2,夏季【jì】南部沿海【hǎi】最多、其次是北【běi】部、中部最【zuì】少,最多站(金【jīn】山【shān】)比最少站【zhàn】(徐家汇)多86MJ/m2,秋季北部最多、其【qí】次【cì】是南部沿海【hǎi】、中部最少,最多站(宝山)比最少【shǎo】站(徐家汇)多51MJ/m2,冬季太【tài】阳总辐射的空间分布与秋季相似,最多站(宝山)比最少【shǎo】站【zhàn】(青【qīng】浦)多【duō】27MJ/m2(图5)。上海地区月总辐【fú】射量的空【kōng】间分布差【chà】异更小,1 月、11 月、12 月【yuè】最多站与【yǔ】最少站只相差(9-21)MJ/m2,地区差异非常小,2 月—5 月东北部【bù】最多,西南部最少【shǎo】,最多站与【yǔ】最少站【zhàn】只相差(9-21)MJ/m2,6月最多北部、其次是南部【bù】沿海、中部最少【shǎo】,最多站与【yǔ】最少站相【xiàng】差26MJ/m2,7月【yuè】-8月南部最多【duō】、其次【cì】是【shì】北【běi】部、中部最少,最多站比【bǐ】最少站相差(9-21)MJ/m2,9 月【yuè】-10 月北部【bù】最多、其次是南部沿海、中部最少【shǎo】,最多【duō】站比最少【shǎo】站相差(9-21)MJ/m2。

三、系统方案设计

3.1并网太阳能发电系统原理

系统中,通过三相并网逆变器将太阳能电池板发出来的【de】直流【liú】电转【zhuǎn】换成符合国家【jiā】电【diàn】网标准的正弦波交流电380V,50Hz,进【jìn】入交【jiāo】流配电箱,最后并入380V低压【yā】电网。

3.2设计原则

本项【xiàng】目别【bié】墅区中,各别墅楼排列【liè】整齐、大方【fāng】,在进行【háng】太阳能光伏家【jiā】庭并网【wǎng】电站设计时应该考虑到【dào】以下几个主要因素

(1)美观性

本项目所在地【dì】为【wéi】别墅区,因为【wéi】此别墅区中各【gè】栋别墅的【de】外形【xíng】比一般的楼【lóu】房【fáng】特【tè】殊,屋顶朝有北的斜面、朝东的【de】斜面,却没有朝南的【de】斜面.因【yīn】此,电【diàn】站的建【jiàn】设要与别【bié】墅区整体美观性相协调【diào】,避免破坏别墅区的整体【tǐ】美观性。

(2)太阳辐照量

为了增加光伏阵列的输出能量,应尽可能将更多的光伏组件至【zhì】于【yú】阳光下,避免光伏组件互相遮【zhē】光,或【huò】者其他高建【jiàn】筑物,树木遮挡阳光。

(3)电缆长度

从光伏组【zǔ】件到接【jiē】线箱、接【jiē】线箱到逆变器【qì】以及逆变器到【dào】并网交流【liú】配电柜【guì】的电力电缆应竟可能【néng】保持【chí】在最短距离,以减小线路【lù】压降损失【shī】,提高系统输出量,减小电缆尺【chǐ】寸以降低成本。

3.3方案设计

由于此别墅楼顶【dǐng】的【de】特【tè】殊性,以及为了充分利用车库【kù】位【wèi】置,本方【fāng】案中共设计了四个方【fāng】案【àn】模【mó】块,即【jí】朝北屋顶方案模块、朝【cháo】东屋顶方案模【mó】块和车库【kù】方案【àn】模块。(特别提醒【xǐng】,此【cǐ】别墅楼顶存在保温层,建设本【běn】电站的前提条件是拆除【chú】楼顶保【bǎo】温层,当【dāng】电池【chí】板安装后也可起到隔热作用)。

3.3.1 朝北屋顶方案

1、朝北屋顶方案分析

朝北屋顶若直接【jiē】沿着屋【wū】面铺【pù】设太阳【yáng】能【néng】电【diàn】池板,那么这样只有在【zài】夏天的情况下能发出稍微多一点【diǎn】的【de】电【diàn】量,在其他【tā】季【jì】节,基本上无发电能力,为了提【tí】高其发电量【liàng】,只有【yǒu】在朝北的屋顶上【shàng】架设钢【gāng】架【jià】结构,使得太阳能电池板的【de】安装朝向为正南方向。

2、朝北屋顶方案设计

朝北屋顶方案示意图,如下所示

图1 朝北屋顶方案示意图单家

图中【zhōng】选择【zé】的太阳能电池板【bǎn】规格为【wéi】250W多晶硅【guī】太【tài】阳能电池板,尺寸为1950*991*40,以下方案【àn】相同。

图1所示,图中使用【yòng】钢架结【jié】构【gòu】,此时后排支架高度已达到3米左右,使【shǐ】得太阳能电池板的【de】倾斜角为20度【dù】左【zuǒ】右,这样就【jiù】大大提高了电池板的发电量。此时,从图中可以看出朝北【běi】屋面可安【ān】装太阳能【néng】电池【chí】板的【de】容【róng】量为5500W。

3、朝北屋顶方案的评价

优点:本方案的优点是提高的系统的发电效率。

缺点:增加安装成本,并且严重影响了别墅区的整体美观性。

4、建议

由于存在上述缺点,不建议此方案的实行。

3.3.2 朝东屋顶方案

1、朝东屋顶方案分析

由【yóu】于【yú】屋面是朝东的,所【suǒ】以朝东的方案可【kě】以考虑两个方面。一是沿着屋面铺设,二【èr】是通过架设钢架结【jié】构使安装后【hòu】的电池板朝【cháo】着正南【nán】方向。由于架设钢【gāng】架结构【gòu】和朝北屋面【miàn】方【fāng】案存在同样的【de】缺点,强【qiáng】烈建议不采【cǎi】用此方案。

2、朝东屋顶方案

朝东屋顶【dǐng】方案【àn】选在采用【yòng】沿着屋面铺设。由于【yú】原先屋【wū】顶上存在架设保温【wēn】层【céng】的方钢结构,所以本方案将利【lì】用方钢结构,使得太阳【yáng】能电池板下部与原【yuán】方【fāng】钢结构保持在【zài】同一水平【píng】面上,方案示【shì】意图如下图所示

3、朝东屋顶方案评价

朝【cháo】东屋【wū】顶方案,单家朝【cháo】东屋面【miàn】可以安装约10KW电池板,由【yóu】于电池板【bǎn】沿着屋顶铺设,对于别【bié】墅区的整【zhěng】体美【měi】影响不【bú】是太大,但是【shì】由于电【diàn】池板安装朝【cháo】向为正东方向,其发【fā】电【diàn】效率大大降低,欲估计年发电量约【yuē】为【wéi】6000KWh。

4、建议

由于电【diàn】池【chí】板安装是沿着屋面安装,故【gù】不会【huì】对别墅的整体美观性造成影响,但是【shì】由于安装方向为正东方向【xiàng】,其发电【diàn】效率会降低很多。业主【zhǔ】可以选【xuǎn】择【zé】安装【zhuāng】,也可【kě】以【yǐ】选择【zé】不安装,本方案持中立【lì】态度。

3.3.3 停车位方案

1、停车位方案分析

经过现场勘探,业主家【jiā】的停车位约为16.6M×6.0M左【zuǒ】右【yòu】的平地,若停车位上【shàng】建设能够满【mǎn】足安装太阳能电池板的停车【chē】棚,那【nà】么这样对于太【tài】阳【yáng】能发【fā】电【diàn】系统的【de】安装就【jiù】十【shí】分的有【yǒu】利,不存在任何缺点。车棚【péng】的【de】设计【jì】可以有贵方业主设计,我【wǒ】方【fāng】给出合适的建【jiàn】议【yì】,如果可以,我方也可以为【wéi】贵方设计停车棚,并在停车棚上安【ān】装太阳能发电系统。

2、停车位方案设计

停车位方案设计,如下图所示【shì】(图中【zhōng】仅为电【diàn】池【chí】板安装效果草图不代表本公【gōng】司【sī】对车棚的最【zuì】终设计)。