新能源作业

光伏建筑一体化设计可行性研究为适应逐步发展的经济社会对用电的需求，充分利用地区及其丰富的太阳能资源，开发利用地区屋顶现有建筑进行光伏发电，同时，构建就地发电、就地使用、依存电网、动态平衡、智能调控这一发变供电模式，构建光伏厂房建筑光伏发电系统，探索光伏发电损耗最小化路径，优化能源供给模式具有独特的示范作用和显著的应用优势。

基于光伏组件屋顶，布置区域分布的太阳能电池方阵，采集太阳能发电。

地区建筑内预留配电室，将电池方阵汇流后接入配电室内低压防雷配电柜，后接入逆变器。

逆变器输出400V,通过电缆接入就近配电室低压配电柜内。

接入点配置自动保护装置。

以最大利用太阳能资源为目标，为今后大规模太阳能光电厂房建筑的设计内容和设计模式都提供了有益借鉴，具有积极地示范作用。

依附于光伏组件生产厂房，屋顶至厂房配电室建筑预设穿线钢管，屋顶按照太阳能组件支架安装要求进行钢结构设计，以便与屋顶之间连接固定，楼内外直埋电力电缆和通信控制电缆随土建同步施工，按照设计要求提前预埋，并做好电缆标记，建筑物接地与电力系统接地随土建同期进行，分开布置。

电缆沟、防火墙、电缆支架随土建同期进行，并作好接地处理。

一、光伏系统采用400V 并网系统。

400V 太阳能光伏并网发电系统分别由光伏组件子系统、直流监测配电系统、并网逆变器系统等组成，各子系统整合以后，以400V三相交流电接至本配电室低压配电柜。

根据工程实际情况，石河子地区屋顶258.5kWp分成2个100kWp系统和1个50kWp 的系统；地区屋顶244.4 kW分成2个100kWp系统和1个50kWp勺系统，并网逆变器采用输出功率为100kW与50kW勺逆变器。

共用235Wp太阳能板1040块，每20块一串，共计52串，石河子地区共用235Wp太阳能板1100块，每20块一串，共计55串，石河子与钟家庄均采用8路输入的汇流箱，每8串电池组件并联接入汇流箱,经汇流箱并联接入直流防雷配电柜，再接入逆变器。

二、离网/ 并网系统设计（1）光伏并网发电对电网的影响由于太阳能光伏发电属于能量密度低、稳定性差，调节能力差的能源，发电量受天气及地域的影响较大。

1）昼夜变化，东西部时差以及季节的变化对电网的影响。

由于阳光和负荷出现的周期性，光伏并网发电量的增加并不能减少对电网装机容量的需求。

2）降耗问题。

光伏并网发电的一个主要优势是可替代矿物燃料的消耗。

由于光伏并网发电增加了发电厂发电机的旋转备用或者是热备用，因此，光伏并网发电的实际降耗比率应该扣除旋转备用机组或热备用机组损失的能量。

光伏并网发电的降耗效率应该考虑到由于光伏并网发电系统提供的电力导致发电公司机组利用小时数降低带来的效率损失。

三、并网技术问题系统电压波动：太阳能光伏发电装置的实际输出功率随光照强度的变化而变化，白天光照强度最强时，发电装置输出功率最大，夜晚几乎无光照，输出功率基本为零。

因此，除设备故障因素以外，发电装置输出功率随日照、天气、季节、温度等自然因素而变化，输出功率极不稳定。

根据《电网若干技术原则的规定》，低压400 V电压允许偏差值的范围均是+7%〜一7%。

现按此标准来计算太阳能光伏发电系统突然切机对系统电压的影响。

谐波：太阳能光伏发电系统通过光伏组件将太阳能转化为直流电能，再通过并网型逆变器将直流电能转化为与电网同频率、同相位的正弦波电流，并入电网。

在将直流电能经逆变转换为交流电能的过程中，会产生大量谐波。

光伏并网发电系统采用并网型逆变器将直流逆变为400 V 交流。

并网型逆变器逆变后总电压波形畸变率在3.0 %〜4.0 %，基本上能满足国家标准规定。

但是，由于其逆变后总电压波形畸变率本身已接近限值4.0 %，并网时与系统接入点的背景谐波叠加后，有可能超过其限值，因此并网时还需进行实际检测。

对于注入公共连接点的谐波电流允许值的规定，由于太阳能光伏发电系统的输出功率比较不稳定，实际注入公共连接点的谐波电流需在发电装置并网时按规定测量方法进行测量。

因此，太阳能光伏发电系统实际并网时需检测其谐波电压、电流是否满足国家标准，如不满足，需采取加装滤波装置等相应措施，滤波装置可与无功补偿装置配合安装。

无功平衡：太阳能光伏发电系统所发电力功率因数较高，约在0. 98以上，基本上为纯有功输出。

根据《电网若干技术原则的规定》，为满足无功补偿按分层分区和就地平衡的原则，太阳能光伏发电系统接入的变电所配置适当的无功补偿装置，以满足电网对无功的要求，提高电压质量，降低线损。

本项目工厂已设计无功补偿设备，故光伏发电项目不另增加相关设计。

短路电流问题：并网系统一般装有逆功率继电器，正常运行时不会向电网注入功率，系统发生故障时，由于逆变器提供的短路电流不会超过 1.1倍额定电流，所以对电力系统影响很小，可以忽略不计。

四、并网方案根据国家金太阳工程电力接入要求太阳能所发电能直接接入用户侧电网，多余电能允许上网的原则，计量方法如下：企业380V交流母线企业所用光伏发电量=光伏电站发电表计量电量-双向计量表中的逆流上网电量五、设备选型（1）电池组件企业用电光伏发电系统通过将大量的同规格、同特性的太阳能电池组件，经过若干电池组件串联成一串以达到逆变器额定输入电压，再将这样的若干串电池板并联达到系统预定的额定功率。

这些设备数量众多，为了避免它们之间的相互遮挡和维护方便，须按一定的间距进行布置，构成一个方阵，这个方阵称之为光伏发电方阵。

其中由同规格、同特性的若干太阳能电池组件串联构成的一个回路是一个基本阵列单元。

每个光伏发电方阵包括预定功率的电池组件、逆变器和低压配电室配电箱等组成。

若干个光伏发电方阵通过电气系统的连接共同组成一个光伏系统。

(1)太阳能电池分类目前太阳电池按基体材料主要分为：(1)硅太阳电池：主要包括主要包括单晶硅(Si ngle Crystali ne-Si)电池、多晶硅(Polycrystaline-Si)电池、非晶硅(Amorphous-Si)电池、微晶硅(^C i)电池以及HIT 电池等。

( 2)化合物半导体太阳电池：主要包括单晶化合物电池如砷化傢(GaAs)电池、多晶化合物电池如铜铟傢硒(CIGS)电池、碲化镉(CdTe)电池等、氧化物半导体电池如Cr2O3和Fe2O3等。

(3)有机半导体太阳电池：其中有机半导体主要有分子晶体、电荷转移络合物、高聚物三类。

(4)薄膜太阳电池：主要有非晶硅薄膜电池(a Si)、多晶硅薄膜电池、化合物半导体薄膜电池、纳米晶薄膜电池等。

目前市场生产和使用的太阳能光伏电池大多数是用晶硅体材料制造的，随着晶硅体太阳电池生产能力和建设投资力度的不断增长，一些大型新建、扩建的项目也陆续启动。

我国的太阳能光伏发电产业发展迅猛。

目前我国共有500 多家光伏企业和研发单位，年生产太阳能光伏电池组件已达3000MW左右。

( 2)太阳电池性能技术比较结合目前国内太阳电池市场的产业现状和产能情况，选取目前市场上主流太阳电池(即晶体硅电池和非晶硅薄膜电池)进行技术性能比较。

( 1)晶体硅太阳电池单晶硅电池是发展最早，工艺技术也最为成熟的太阳电池，也是大规模生产的硅基太阳电池中，效率最高的电池，目前规模化生产的商用电池效率在14%~20%，曾经长期占领最大的市场份额；规模化生产的商用多晶硅电池的转换效率目前在13%~15%，略低于单晶硅电池的水平。

和单晶硅电池相比，多晶硅电池虽然效率有所降低，但是生产成本也较单晶硅太阳电池低，具有节约能源，节省硅原料的特点，易达到工艺成本和效率的平衡，目前已成为产量和市场占有率最高的太阳电池。

晶体硅类太阳电池在二十一世纪的前20年内仍将是居主导地位的光伏器件，并将不断向效率跟高、成本更低的方向发展。

(2)非晶硅薄膜电池(a -Si )薄膜类太阳电池由沉积在玻璃、不锈钢、塑料、陶瓷衬底或薄膜上的几微米或几十微米厚的半导体膜构成。

在薄膜类电池中，非晶薄膜电池所占市场份额最大。

其主要具有如下特点：①用材少，制造工艺简单，可连续大面积自动化批量生产，制造成本低；②制造过程消耗电力少，能量偿还时间短；③基板种类可选择；④弱光效应好，温度系数低，发电量多；③ 售价较低。

目前约比晶体硅电池售价低1/3-1/2 。

紧紧围绕提高光电转换效率和降低生产成本两大目标，世界各国均在进行各种新型太阳电池的研究开发工作。

目前，晶硅类高效太阳电池和各类薄膜太阳电池是全球新型太阳电池研究开发的两大热点和重点。

已进行商业化应用的单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池、非晶硅薄膜太阳电池、碲化镉薄膜太阳电池、铜铟傢硒薄膜太阳电池主要特性如表3-1所示。

表3-1主要商用太阳电池特性表根据上表可知，晶硅类太阳能电池由于制造技术成熟、产品性能稳定、使用寿命长、光电转化效率相对较高的特点，北广泛应用于大型并网光伏电站项目。

非晶硅薄膜太阳能电池尽管转化效率较低、占地面积较大，但其成本亦较晶硅电池低，且在弱光条件下性能好于晶硅类太阳能电池。

因此，其在兆瓦级太阳能光伏电站的应用中具备一定的竞争力。

两种晶硅电池最大的差别是单晶硅的光电转化效率略高于多晶硅电池，也就是相同功率的电池组件，单晶硅电池组件的面积小于多晶硅电池组件的面积。

两种电池组件的电性能、寿命等重要指标相差不大，若仅考虑技术性能，再工程实际应用过程中，无论单晶硅还是多晶硅电池都可以选用。

非晶硅薄膜电池与晶硅电池相比，制造工艺相对简单、成本低、不需要高温过程、能源消耗少、单片面积大、组装简单、易于大规模生产等特点，其所占的市场份额组件增加。

但目前相对效率较低、稳定性不佳，考虑到工程场址区的气候特点，同时由于非晶硅薄膜电池自身封装特点，其顶电极与背电极距离较近，在电池互联处容易发生电池短路情况；另外针孔及电池材料的腐蚀或损坏的区域也可能会导致短路概率更大。

在技术性能上考虑，非晶硅薄膜电池有一定的优势，但产品稳定性和适应性方面目前缺点相对明显，需要更多实际工程的检验。

（3）太阳电池类型的确定石河子地处中亚腹地，属典型大陆性气候。

夏季酷热，冬季严寒，采暖期155 天。

日照时间长，热量较丰富。

年平均无霜冻期173天，最大年平均降水量：160.9 伽，年均气温6.7度，极端高温42.1度，极端低温42.3度。

本项目工程代表年太阳总辐射量为5279.1MJ/m2年日照时数为2935h。

从太阳辐照特征和环境条件的角度来说，本工程场址区内各种类型的太阳电池均可应用，但在具体应用时应进行合理的系统设计，以达到最佳运行效果。

对市场上所占份额最大的两类电池（晶硅太阳电池和非晶硅薄膜太阳电池）的技术经济进行综合比较后，考虑到晶硅电池成熟度较高，效率稳定，国内外均有交大规模应用的实例，太阳电池市场占有率最大，目前市场多晶硅电池价格相对又有所下降，趋于合理。

故本工程推荐全部选用多晶硅电池组件。