包含太阳能光伏发电设计方案的词条

扫码手机浏览

我国是世界上人口最多的国家,然而资源却十分有限。在能源消耗方面,工业、交通运输、建筑业一直是三大能耗大户,其中建筑能耗约占社会总能耗的30%左右,建筑能源消耗逐年递增,能源供需矛盾日益突出,节能降耗势在必行。为此,国家和地方相继出台了多个政策、法规和文件,要求大幅度提高可再生能源在建筑用能中的比例。近年来,太阳能等可再生能源作为取之不尽、用之不竭的新型环保...

我国是世界上人口最多的国家 ,然而资源却十分有限。在能源消耗方面 ,工业 、交通运输 、建筑业一直是三大能耗大户,其中建筑能耗约占社会总能耗的30%左右,建筑能源消耗逐年递增 ,能源供需矛盾日益突出,节能降耗势在必行 。为此,国家和地方相继出台了多个政策、法规和文件 ,要求大幅度提高可再生能源在建筑用能中的比例 。

近年来,太阳能等可再生能源作为取之不尽、用之不竭的新型环保能源,已经在民用建筑中得到越来越多的应用。据国家能源局发布的2017年前11个月统计数据 ,我国的光伏发电总量高达1069亿kWh,同比增长了72%,节能减排作用十分明显。

2 光伏发电系统在民用建筑应用的可行性分析 树上鸟教育电气设计

本文以某二星级绿色建筑设计方案中可再生能源应用论证为例 ,对光伏发电系统在民用建筑中的应用可行性进行技术经济比较和经济效益分析 。

2.1项目概况及相关政策

本项目位于广西南宁市,为一栋高约185m的超高层写字楼 、商业建筑综合体,地上45层 ,地下3层 ,总建筑面积约为110500m2,其中地下室建筑面积约为22000m2,地下室主要为变电所、水泵房、风机房 、中央空调冷冻站等设备用房及车库 ,地下车库停车数量约为500辆,属Ⅰ类汽车库,地下三层为平战结合全埋附建式甲类人防工程。地上建筑面积约为88500m2 ,地上1~5层为商业、会所、物业用房及公共活动空间,6~45层为办公室。全楼设置中央空调 。根据《广西壮族自治区民用建筑节能条例》等文件规定,经论证具备可再生能源利用条件的下列建筑应当至少选择一种可再生能源在建筑中规模化(装机容量不小于50kWp)应用:

a.建筑面积1万m2以上使用中央空调的公共建筑和机关办公建筑。

b.集中提供热水的宾馆 、酒店、医院、学校建筑。

c.12层及以下的住宅建筑 。

d.建筑面积5万m2以上的建筑群。

本项目主要为办公性质 ,无热水需求,故按设置太阳能光伏发电系统考虑。

2.2太阳能资源概况

南宁市属于亚热带季风气候,气候温和 ,霜少无雪,夏长冬短,雨量充沛 。根据《南宁市可再生能源建筑一体化应用技术管理规定》第六条可知 ,南宁市太阳年日照数为1400~2200h ,年太阳辐射总量为4190~5016MJ/(m2·a)。一年中以7 、8月最高,1、2月最低,属于第III类资源一般区 ,具备应用太阳能光伏发电技术的条件。

2.3太阳能光伏发电系统分类简述

建筑太阳能光伏发电系统按系统装机容量大小可分为小型(<20kWp)、中型(20~100kWp)和大型(>100kWp)系统 。一般体量的民用建筑中因为屋顶安装场地有限,多为中小型系统,少数体量较大且屋面面积较大的建筑可为大型系统 。

太阳能光伏发电系统按接入公共电网的方式可分为并网光伏发电系统和独立光伏发电系统。独立光伏发电系统为不与公共电网联结的光伏发电系统 ,主要用于不在公共电网覆盖的山区 、岛屿等边远地区;并网光伏发电系统为与公共电网联结的光伏发电系统,用于已存在公共电网的区域。并网光伏发电系统与独立光伏发电系统相比,其优点是可以不配置蓄电池而利用公共电网作为系统的储能装置 ,可减少投资,经济效益和环保效益明显 。

而并网光伏发电系统按允许通过上级变压器向主电网馈电的方式可分为逆流光伏系统和非逆流光伏系统;按并网光伏发电系统在电网中的并网位置分为集中式并网发电系统和分散式并网发电系统。

2.4太阳能光伏发电系统设置 树上鸟教育电气设计

根据太阳能光伏发电系统不同分类特点,本项目拟采用非逆流分散式并网光伏发电系统。

为获得更多太阳辐照 ,光伏板应尽量朝南向布置,且周边不应有遮挡物 。根据这个原则,分析屋面各区域布置光伏板的适宜性。

本建筑有两个屋面 ,屋面Ⅰ为商业裙楼5层屋面(23m高) ,屋面Ⅱ为主楼45层屋面(185m高),均为平屋顶:

a.屋面Ⅰ位于主楼投影外的区域面积约为600m2,其东面设置一个面积约200m2的露天咖啡座 ,西面规划为绿建需要的屋顶绿化区域,北面布置中央空调室外冷却塔 、风机等设备以及柴油发电机房和裙楼餐饮厨房的排烟设施,屋面Ⅰ仅剩下100m2左右的区域 ,若布置光伏板,冬季时将被其南面185m高的主楼遮挡,故不考虑在屋面Ⅰ布置光伏板。

b.屋面Ⅱ面积约为1900m2 ,中间核心筒及屋顶水池水泵房的面积约400m2,核心筒高出屋面9m,会对北侧屋面造成遮挡 ,北面已布置了空调多联机室外机组等设备,故北面不宜布置光伏板,东西向靠北面规划为绿化休闲花园 ,核心筒顶部的屋顶水池和电梯机房屋面作为预留直升机停机坪位置 ,也无法布置光伏板,故考虑在屋面Ⅱ太阳光照射较充裕的南面和部分东西面布置光伏板,其面积(含检修维护通道)约为750m2 。

太阳能光伏发电系统优先使用在无自然采光的公共区域(如地下车库及公共交通空间)。屋面可布置光伏板的面积有限 ,无法同时满足地下室和楼上走道、楼梯间等公共场所的照明用电,由于本项目地下室面积较大,故本光伏发电系统装机容量仅按地下室照明考虑。照明总计算负荷如表1所示 。

树上鸟教育电气设计

采用综合系数法对装机容量进行估算。考虑实际输出的允许偏差 ,光伏组件温升、衰减 、折旧的影响,光伏组件表面灰尘累积的影响,太阳辐射不均匀性的影响 ,安装角度、环境等因素的影响以及适当冗余容量,系数K1取0.7;同时考虑到本项目屋顶装饰用玻璃幕墙高度较高(约7m高),透光衰减对光伏板吸收太阳能造成一定的影响 ,此透光衰减系数K2取0.85,则综合系数K=0.7×0.85≈0.6,若要提供32.5kW电量 ,则太阳能光伏系统的装机容量约为32.5÷0.6≈54kWp。选用0.25kWp/块多晶硅电池组件(主要产品参数如表2所示) ,则需要太阳能光伏板的总数量为54÷0.25=216块,相应的光伏组件总面积约为354m2;拟选用2台30kWp并网逆变器(主要产品参数如表3所示) 。光伏组件及逆变器配置如表4所示 。

本光伏发电系统主要由光伏组件、防雷直流汇流配电箱 、并网逆变器、并网专用交流开关计量箱、监控系统等组成,系统框架如图1所示。根据屋面建筑布局和系统所需的光伏板总数量 ,考虑设置2个方阵,每个方阵光伏板数量分别为108块,分别对应2台并网逆变器。 树上鸟教育电气设计

2个光伏方阵接入防雷汇流箱和直流配电箱后 ,通过并网逆变器接入并网专用交流开关计量箱,再接入配电房低压交流母线或地下室车库照明配电箱并网点供用户使用 。

屋顶光伏板平面布置图如图2所示。

2.5 年发电量估算及经济效益分析

太阳能光伏发电系统年发电量按下式估算:

Ep=HA×A×ηi×K式中:Ep———发电量,kWh;HA———太阳能年辐射量 ,kWh/m2·a;A———屋面安装光伏组件面积,m2;ηi———组件转换效率;K———综合系数。

根据GB50797-2012《光伏发电站设计规范》附录B内容,本地日辐射量为12515kJ/m2 ,斜面日均辐射量为12734kJ/m2,取斜面日均辐射量作为计算依据,相应年辐射量为12734×365=4647910kJ/m2=4647910×1/3600=1291kWh/m2 。

本工程光伏组件安装面积为354m2 ,光电转换效率取15% ,考虑综合系数K取0.6,则太阳能光伏发电系统实际年发电量约为1291kWh/m2×354m2×0.15×0.6=4.11万kWh。电价按0.842元/kWh(工商业用电价格),4.11万kWh/年×0.842元/kWh=3.46万元/年 ,则每年可节约电费3.46万元。按照目前太阳能光伏发电系统设备的市场价约6元/Wp(含光伏组件 、逆变器、直流汇流箱、交流配电柜 、监控系统等),

光伏发电系统设备成本为:

250Wp×216块×6元/Wp=32.40万元,加上20%的系统安装费及附件费成本:32.40万元×20%=6.48万元 ,则该系统设备、安装投资约:32.40万元+6.48万元=38.88万元;外加12%的其他费(含设计费、系统集成费 、工程管理费 、安全措施费、营业税、增值税 、教育附加费及运维费等):38.88万元×12%=4.67万元 。

则该系统总成本为:32.40万元+6.48万元+4.67万元=43.55万元。

收回成本需要年限:43.55万元÷3.46万元/年=12.6年。

光伏发电系统的全寿命周期一般为25年,本系统12.6年可收回成本,经济效益较高 。故设置该系统是合理可行的。

2.6可再生能源能耗量、发电量比例估算本建筑的办公、商业部分建筑面积为88500m2 ,其中办公面积为78500m2,商业面积为10000m2。根据广西工程建设地方标准DBJ/T45-006-2013《广西壮族自治区商务办公建筑综合能耗 、电耗定额》及DBJ/T45-008-2013《广西壮族自治区商场建筑综合能耗、电耗定额》,可估算出本项目可再生能源能耗量比例及可再生能源发电量比例 。

2.6.1可再生能源占总能耗量比例估算 树上鸟教育电气设计

(如表5所示)本项目年总能耗量不大于1280.5tce(吨标准煤) 。本项目可再生能源(太阳能)年发电量为4.11万kWh ,标准煤折标系数取1.229t/万kWh,折合标准煤为4.11万kWh×1.229t/万kWh=5.05t,则本项目可再生能源(太阳能)所对应的能耗量约占总能耗量的比例为5.05÷1280.5×100%=0.39%。

2.6.2可再生能源发电量比例估算

(如表6所示)本项目年总用电量不大于1000万kWh ,则本项目可再生能源(太阳能)年发电量约占总耗电量的比例为4.11÷1000×100%=0.41%。

由于超高层建筑一般容积率都比较大 ,占地面积小,屋面面积也较小,而总建筑面积较大 ,年总耗电量基数也较大,年光伏发电量占年总耗电量的比例相对较低;而一般多层或小高层建筑由于总建筑面积较小,年总耗电量基数也较小 ,年光伏发电量占年总耗电量的比例相对较高,在绿建评分项中比较容易得分 。

3 光伏发电系统设计中的几个问题分析(以第2章工程项目为例)

3.1光伏方阵串并数量设计及光伏系统安全要求 树上鸟教育电气设计

根据GB50797-2012《光伏发电站设计规范》公式6.4.2-1、公式6.4.2-2,光伏方阵光伏组件串的串联数按下列公式计算:

上文第2章工程项目太阳能多晶硅电池组件产品主要参数和并网逆变器产品主要参数如表2 、表3所示。相关数据代入公式(1)得N=19.3;相关数据代入公式(2)得15.6≤N≤20.2。应注意需同时满足上述两个公式且取整数 ,故16≤N≤19 。

所选的光伏板串联数量应能确保逆变器正常运行,接入同一逆变器的光伏板,其每并(回路)的串联数量(电压)、方阵朝向、倾角宜一致;估算单个逆变器所接的光伏组件串最大并联数量为80A/7.35≈10。串并数量需进行适当调整 ,先按上述方法确定串联数量,然后按单个逆变器所接的光伏板块数除以串联数量确定并联数量,最终确定每个光伏方阵分别为18串6并 ,具体实施时串并数量应根据组件承包厂家的详细参数进行调整。

光伏方阵接入防雷汇流箱和直流配电箱后 ,通过并网逆变器接入并网专用交流配电计量箱 。超高层建筑由于高度较高,为节省电缆投资和减小电缆路径所占空间,多台逆变器配出的电缆回路宜通过交流配电箱合成一个总回路 ,穿金属线槽沿电气竖井引至配电房低压交流母线或地下室车库照明配电箱并网点供用户使用。并网逆变器应具备自动运行和停止功能 、最大功率跟踪控制功能和防孤岛效应功能及并网保护装置,并网控制设备应报备当地供电部门并满足其要求;光伏系统应设置防触电警示标识,在并网点应设置并网专用开关箱(柜) ,并应设置专用标识和“警告 ”“双电源 ”提示性文字和符号。光伏组件和构件的金属外框应可靠接地 。

3.2光伏组件安装分析 树上鸟教育电气设计

光伏组件朝南布置,采用型钢支架架空安装,安装高度约2~3m。光伏板安装在2m以上的高度 ,与紧贴地面安装方式相比,可防止无关人员踩踏和损坏,且支架下方的空间可以起到通风隔热的作用 ,有利于顶层的节能降耗,还可以作为室外遮阴活动场地,最大程度利用空间。但应注意不宜高于女儿墙或屋顶装饰用外围结构 ,以免影响建筑外立面美观 ,安装高度太高也不利于日常维护,存在安全风险;光伏板应避免跨越结构变形缝,以防止结构变形位移造成组件脱落、漏电等危险 。组件安装应安全牢固可靠 ,结构设计需考虑光伏板和支架的重量和风荷载,还应考虑地震的影响,进行抗震设计;光伏组件阵列之间适当预留日常检修维护保养通道 ,通道宽度一般至少为0.6m,若方阵规模较大,如多排光伏板组成的方阵 ,为了避免前排光伏方阵对后排光伏方阵造成遮挡,还需根据光线投影计算通道宽度;日积月累的灰尘将会造成光伏板接收太阳辐照能力减弱,导致发电效率降低 ,所以光伏板除了保证定期维护清洁保养外,应优先考虑合适的倾角安装,与水平安装相比 ,一定的倾斜角度有利于光伏板获得更多的太阳能 ,且有利于借助雨水自清洁冲刷光伏板表面上累积的灰尘,减少透光衰减,节省人力物力 。

坡屋顶建筑一体化顺坡镶嵌安装光伏板时 ,因坡度固定,光伏板安装角度受限,可能无法按照最佳倾角布置 ,光伏板接收到的太阳光可能会减少,所以坡屋顶建筑需要建筑专业配合设计,尽量按照当地纬度±10°来确定屋面坡度。受各种因素影响 ,实际最佳倾角应根据各地建筑具体情况确定,有条件时可采用自动跟踪型支架系统,可根据太阳入射方向实时跟踪自动旋转支架 ,调节方阵角度以获取更多的太阳能。

鉴于自动跟踪型系统其投资及占地面积比传统固定型系统大,上文案例项目暂不作考虑 。 树上鸟教育电气设计

4 结语

建筑物太阳能光伏发电是我国大力引导发展的清洁可再生能源,只要项目安装环境适宜 ,在建筑项目中应考虑应用太阳能光伏发电系统。大力发展光伏发电产业 ,可缓解能源短缺状况,可减少温室气体和污染物排放,对保护环境 ,推进生态文明建设,建设资源节约型、环境友好型社会具有重要意义。

树上鸟教育语录:学习要加,骄傲要减 ,机会要乘,懒惰要除 。

坚持是一种信仰,专注是一种态度!

本文转载自互联网,如有侵权,联系删除