別墅屋頂家用太陽能發電系統并網方案
一、項目背景
目前太陽能的利用主要分為以下幾個方面家庭小型太陽能電站、大型并網電站、建筑一體化光伏玻璃幕墻、太陽能路燈、風光互補路燈、風光互補供電系統等。中型并網光伏系統是光伏發電應用的重要組成部分,也是眾多園林、工廠以后選擇的必然趨勢。國家鼓勵低碳生活,走可持續發展道路,并大力支持家庭并網電站的建設,國內將迎來建設家庭并網電站的高潮
本項目位于上海市南匯區新場別墅區,據現場考察以及業主的意向擬在業主的屋頂和車庫位置進行光伏電站的設計安裝。
二、太陽能資源分布情況
太陽能資源是由當地的太陽總輻射量決定的。一個國家或一個地區的太陽總輻射量與當地所處緯度、海拔以及天氣情況有關,全球太陽輻射資源分布情況見下圖。
2.1上海市氣象資料
上海市地處東經120°51′122°12′北緯30°40′31°53′位于太平洋西岸,亞洲大陸東沿,屬于亞熱帶季風氣候,光照條件較好,年平均日照時間達到3.8小時。氣象站分布及氣象資料如下
上海地區太陽總輻射的季節分布圖四、圖五為上海地區總輻射量、雨日、8 時—14 時平均總云量、日照百分率季節分布,以上數據為1961 年—2008 年上海地區11站平均值,圖中總云量、日照百分率用百分比表示,以及各季平均太陽高度角分布(11 站平均)。圖中可見,夏季總輻射量(1593MJ/m2)最大,其次是春季(1275MJ/m2)、秋季(1052MJ/m2)、冬季(772MJ/m2),與各季正午的平均太陽高度角分布一致。值得注意是,雖然,春季正午的平均太陽高度角比秋季高許多(17 度),但是由于春季的雨日、8 時—14 時平均總云量比秋季多,日照百分率比秋季小,天空遮蔽度比秋季大,春季總輻射量只比秋季多220 MJ/m2。
2.2上海市太陽輻射量分布特點
地區因為地域面積小,太陽總輻射的空間分布差異較小。從年總輻射量的空間分布的來看,東北部及南部沿海地區最多,中西部及中東部最少,最多站(浦東)比最少站(青浦)僅多189J/m2。從季總輻射量的空間分布的來看,春季東北部最多,西南部最少,最多站(崇明)比最少站(青浦)僅多67MJ/m2,夏季南部沿海最多、其次是北部、中部最少,最多站(金山)比最少站(徐家匯)多86MJ/m2,秋季北部最多、其次是南部沿海、中部最少,最多站(寶山)比最少站(徐家匯)多51MJ/m2,冬季太陽總輻射的空間分布與秋季相似,最多站(寶山)比最少站(青浦)多27MJ/m2(圖5)。上海地區月總輻射量的空間分布差異更小,1 月、11 月、12 月最多站與最少站只相差(6-10)MJ/m2,地區差異非常小,2 月—5 月東北部最多,西南部最少,最多站與最少站只相差(13-24)MJ/m2,6月最多北部、其次是南部沿海、中部最少,最多站與最少站相差26MJ/m2,7月-8月南部最多、其次是北部、中部最少,最多站比最少站相差(29-43)MJ/m2,9 月-10 月北部最多、其次是南部沿海、中部最少,最多站比最少站相差(18-24)MJ/m2。
三、系統方案設計
3.1并網太陽能發電系統原理
系統中,通過三相并網逆變器將太陽能電池板發出來的直流電轉換成符合國家電網標準的正弦波交流電380V,50Hz,進入交流配電箱,最后并入380V低壓電網。
3.2設計原則
本項目別墅區中,各別墅樓排列整齊、大方,在進行太陽能光伏家庭并網電站設計時應該考慮到以下幾個主要因素
(1)美觀性
本項目所在地為別墅區,因為此別墅區中各棟別墅的外形比一般的樓房特殊,屋頂朝有北的斜面、朝東的斜面,卻沒有朝南的斜面.因此,電站的建設要與別墅區整體美觀性相協調,避免破壞別墅區的整體美觀性。
(2)太陽輻照量
為了增加光伏陣列的輸出能量,應盡可能將更多的光伏組件至于陽光下,避免光伏組件互相遮光,或者其他高建筑物,樹木遮擋陽光。
(3)電纜長度
從光伏組件到接線箱、接線箱到逆變器以及逆變器到并網交流配電柜的電力電纜應竟可能保持在最短距離,以減小線路壓降損失,提高系統輸出量,減小電纜尺寸以降低成本。
3.3方案設計
由于此別墅樓頂的特殊性,以及為了充分利用車庫位置,本方案中共設計了四個方案模塊,即朝北屋頂方案模塊、朝東屋頂方案模塊和車庫方案模塊。(特別提醒,此別墅樓頂存在保溫層,建設本電站的前提條件是拆除樓頂保溫層,當電池板安裝后也可起到隔熱作用)。
3.3.1 朝北屋頂方案
1、朝北屋頂方案分析
朝北屋頂若直接沿著屋面鋪設太陽能電池板,那么這樣只有在夏天的情況下能發出稍微多一點的電量,在其他季節,基本上無發電能力,為了提高其發電量,只有在朝北的屋頂上架設鋼架結構,使得太陽能電池板的安裝朝向為正南方向。
2、朝北屋頂方案設計
朝北屋頂方案示意圖,如下所示
圖1 朝北屋頂方案示意圖單家
圖中選擇的太陽能電池板規格為250W多晶硅太陽能電池板,尺寸為1950*991*40,以下方案相同。
圖1所示,圖中使用鋼架結構,此時后排支架高度已達到3米左右,使得太陽能電池板的傾斜角為20度左右,這樣就大大提高了電池板的發電量。此時,從圖中可以看出朝北屋面可安裝太陽能電池板的容量為5500W。
3、朝北屋頂方案的評價
優點:本方案的優點是提高的系統的發電效率。
缺點:增加安裝成本,并且嚴重影響了別墅區的整體美觀性。
4、建議
由于存在上述缺點,不建議此方案的實行。
3.3.2 朝東屋頂方案
1、朝東屋頂方案分析
由于屋面是朝東的,所以朝東的方案可以考慮兩個方面。一是沿著屋面鋪設,二是通過架設鋼架結構使安裝后的電池板朝著正南方向。由于架設鋼架結構和朝北屋面方案存在同樣的缺點,強烈建議不采用此方案。
2、朝東屋頂方案
朝東屋頂方案選在采用沿著屋面鋪設。由于原先屋頂上存在架設保溫層的方鋼結構,所以本方案將利用方鋼結構,使得太陽能電池板下部與原方鋼結構保持在同一水平面上,方案示意圖如下圖所示
3、朝東屋頂方案評價
朝東屋頂方案,單家朝東屋面可以安裝約10KW電池板,由于電池板沿著屋頂鋪設,對于別墅區的整體美影響不是太大,但是由于電池板安裝朝向為正東方向,其發電效率大大降低,欲估計年發電量約為6000KWh。
4、建議
由于電池板安裝是沿著屋面安裝,故不會對別墅的整體美觀性造成影響,但是由于安裝方向為正東方向,其發電效率會降低很多。業主可以選擇安裝,也可以選擇不安裝,本方案持中立態度。
3.3.3 停車位方案
1、停車位方案分析
經過現場勘探,業主家的停車位約為16.6M×6.0M左右的平地,若停車位上建設能夠滿足安裝太陽能電池板的停車棚,那么這樣對于太陽能發電系統的安裝就十分的有利,不存在任何缺點。車棚的設計可以有貴方業主設計,我方給出合適的建議,如果可以,我方也可以為貴方設計停車棚,并在停車棚上安裝太陽能發電系統。
2、停車位方案設計
停車位方案設計,如下圖所示(圖中僅為電池板安裝效果草圖不代表本公司對車棚的最終設計)。
3、車庫位置方案評價
建立車庫后安裝電池板的容量約為12000W,年發電量預計大約為12000KWh。另外,若業主有需要,也可在車庫上安裝LED顯示屏,用來顯示發電量。
優點:設計建成車庫后,美觀、大方,突顯車庫完整性,可以防雨、防曬發電效果較好。 缺點:造價高,建設周期長。
3.3.4 方案綜合評價及報價
本方案去除朝北屋頂方案,后保留朝東屋面(沿著屋面鋪設)和車庫位置方案。評價及報價見表1所示。
FR:光伏精英匯
