分布式光伏发电站设计及经济性评估(学术参考)

本科毕业设计（论文）分布式光伏发电站设计及经济性评估

华南理工大学

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太阳能光伏发电，是人类目前所研发的众多新型能源当中最可靠、最具实力、最具有代表性的发电技术。通过光伏发电把光能直接转换为电能，既能满足居民的日常用电需求，又减少了传统化石燃料的消耗，对节约资源、保护环境意义重大。可以减少温室气体排放，减少温室效应，保护环境，投资成本较低，拥有着良好的经济前景和开阔的市场；太阳能产业化的发展，给人们提供越来越多的就业机会。

本设计项目建设本于广东省佛山市联邦工业厂房，主要对其进行屋顶分布式光伏电站设计，依据最光伏建筑一体化的技术，将太阳能发电站与建筑本体完美地结合在一起，核算其造价，以达到形成分布式光伏电站初步设计方案的目标，以形成对分布式光伏电站的电气部分有深入了解以及熟悉电力工程造价方面的计算方法的目的。

该屋顶分布式太阳能光伏发电站可用面积达1.8万平方米，装机容量为1.25MWp，首

年发电量为141万度电，减少炭粉尘306.25t CO

2排放量1125t、SO

排放量为33.75t、NO

排放量17.5t，此外还可节约大量的水资源，具有显著社会效益。由此可见，光伏电站节能减排的力度和意义对于企业、国家乃至整个社会是非常重大的。

关键词：太阳能；分布式光伏电站；经济性评估

Solar photovoltaic power generation, is currently developing human new energy among the many most reliable, most powerful, the most representative of power generation technology. By the photovoltaic solar energy directly into electricity, both to meet the daily electricity needs of residents, but also reduce the consumption of traditional fossil fuels, to conserve resources and protect the environment is significant. Can reduce greenhouse gas emissions, reduce greenhouse gas emissions, protect the environment, lower investment costs, has a good economic prospects and open markets; the development of solar energy industry, to provide people with more job opportunities.

The design of the project in Foshan City, Guangdong Province, the federal industrial plants, primarily its roof design of distributed photovoltaic power plants, according to the most BIPV technologies, the solar power plant and building the perfect combination of body, its cost accounting in order to achieve the goal of distributed PV power plants form the preliminary design to form the electrical part of the distributed photovoltaic power plants have a good understanding and familiarity with the calculation method of the power project cost purposes.

The roof of distributed solar photovoltaic power stations available area of 18000 square meters, installed capacity 1.25MWp, the first annual generation capacity of 1.41 million kWh, reduce carbon dust 306.25t CO2 emissions 1125t, SO2 emissions 33.75t, NO2 emissions 17.5t, but can also save a lot of water, with significant social benefits. Thus, the intensity and significance of photovoltaic power plants for energy saving enterprises, the state and the whole community is very significant.

Key words: Solar energy resources; Distributed photovoltaic power plants; Economic assessment

摘要 ..................................................................... I Abstract .................................................................. I I

第一章绪论 (1)

1.1 课题研究背景与意义 (1)

1.2 国外光伏发电的研究现状和发展 (1)

1.3 国内光伏发电的研究现状和发展 (2)

1.4 本章小结 (3)

第二章光伏发电系统结构 (4)

2.1 光伏发电原理 (4)

2.2 光伏发电系统的组成 (4)

2.3 光伏发电系统类型 (5)

2.4 本章小结 (6)

第三章工程概况 (7)

3.1 项目概况 (7)

3.1.1 项目地理位置 (7)

3.1.2 太阳能资源 (7)

3.1.3 场址建设条件 (13)

3.2本章小结 (14)

第四章光伏电站方案设计 (15)

4.1 光伏电站组件设计 (15)

4.1.1 光伏组件选型 (15)

4.1.2 光伏电池支架的选取 (17)

4.1.3 并网效率计算 (18)

4.1.4太阳能光伏阵列安装倾角的设计 (18)

4.1.5太阳能光伏阵列的布置 (19)

4.2并网逆变器的选择 (21)

4.3电气一次设计 (24)

4.3.1接入系统方案 (24)

4.3.2 光伏主接线图 (25)

4.4电气二次设计 (25)

4.4.1直流系统 (25)

4.4.2 UPS 不停电电源系统 (25)

4.4.3火灾报警系统 (25)

4.4.4 太阳能发电环境监测系统 (26)

4.4.5 调度自动化与通信系统 (26)

4.4.6 接地 (27)

4.5本章小结 (27)

第五章经济性评估 (28)

5.1发电量估算 (28)

5.2工程造价估算 (29)

5.3 财务分析 (30)

5.4 项目评估指标 (32)

5.4.1静态投资回收期 (32)

5.4.2 内部收益率 (32)

5.4.3 结论分析 (33)

5.4减排效益分析 (33)

5.5 本章小结 (33)

结论 (34)

参考文献 (35)

致谢 (36)

第一章绪论

1.1 课题研究背景与意义

目前，随着传统的化石燃料逐渐减少，不可再生能源的储量逐渐下降，化石燃料开发所带来的环境污染的问题严重地约束着全球的经济发展。现在大部分的能源开发使用是化石燃料，而这些化石资源的使用不仅使储藏量减少，而且还带来一些的温室效应、破坏大气层、酸雨等环境污染问题。在这种严峻的情况下，应该提高可再生能源资源的最大转换效率来应对日益增长的能源需求，开发新技术来实现可持续发展，解决日益增加的能源需求。相对于世界的其他国家来说，我国的化石能源更加短缺，不可再生能源的储量也在逐渐下降，我国对可再生能源的需求有了更高的追求，希望通过开发利用可再生能源和各种绿色新能源来代替常规燃料来满足人们的迫切需求，来推动可持续发展战略的发展。

可再生能源的主要类型包括太阳能、风能、水能和生物质能，所有这些能源都有巨大的潜力来满足未来的需求。在几个全球可再生能源技术中，太阳能光伏技术是第一个被开发利用来满足偏远地区的基本需求。在全球经济和政治条件下，那些国家更加依赖于他们自己的能源开发和使用，越来越感兴趣于可再生能源技术开发。随着单机容量不断增加，光伏组件技术逐渐发达，光伏发电成本逐步下降，已成为公认的未来替代能源之一，开发大规模并网光伏发电项目是实现能源可持续发展的重要举措。在众多新能源当中，太阳能作为一种绿色清洁能源之一，具有清洁、应用地域广、无污染、易取用、太阳资源丰富的优点，可通过光伏发电把光能直接转换为电能，造价成本较低。光伏发电既可以满足居民的日常用电需求，又减少了传统化石燃料的消耗，可以从根本上解决雾霾和酸雨等环境问题，对节约资源、减少污染、保护环境意义重大。

1.2国外光伏发电的研究现状和发展

太阳能是一种具有发展潜力的产业，拥有着良好的经济前景带动着光伏市场的开拓，促进光伏发电技术的提高，而且随着太阳能产业化的发展，将会给全世界的人们提供越来越多的就业机会。太阳能光伏发电在世界经济中的作用和影响力已经越来越大，光伏发电市场的发展具有相当广阔的前景，这已经引起了世界各个国家的高度重视。日本利用其电子科技实力优势，大力发展光伏发电产品，其产量已经相当于全球产量的50%以上,德、日、英、荷、美等这些国家的光伏企业基本垄断了全球的光伏发电产品市场，出口额占世界贸易额80%以上[1]。

有数据显示，2013 年，全球光伏新增装机容量达到27.5GW左右，相对上一年的18.1GW 相比，涨幅高达52%，全球累计光伏装机容量超过67GW,其中全球近28GW左右的总装机量中，欧洲的装机容量接近20GW左右，但增长的速度相对放缓，其中近55%的全球装机增长

量被意大利和德国市场占领，分别为7.6GW 和7.5GW，2013年以中日印为代表的亚太地区光伏产业市场需求同比增长129%，其装机量分别为2.2GW，1.1GW 和350MW[1]。此外，在日趋成熟的北美市场，去年新增安装量约2.1GW，增幅高达84%[2]。如图1-1所示：

图1-1 全球光伏累计装机增速维持在20%以上（单位：MW)

与此同时，世界各国也出台相应的政策支持鼓励太阳能光伏产业的发展，德国政府从2009年就开始鼓励用户自发自用，并对自用电量给与额外的补贴，补贴的程度随着自用电量的比例增长，自发电量越多，补贴就越多；而美国政府出台了加速折旧、投资税收返还、投资直接补助等优惠政策，也为太阳能光伏产业的投资者提供较好的融资环境，同时孵化了光伏租赁业务、Power Purchase Agreements等创新业务模式[1]；日本政府主要是提供高额的上网电价补贴制度。由于近几年国外发达国家的补贴政策相对较好，国外光伏光伏市场迅速开阔，为了调节光伏发电的装机容量，一些发达国家将降低光伏发电补贴，使光伏市场自动调节，当光伏发电成本减少，光伏组件价格降低，光伏发电效率提高时，光伏发电规模将会继续大幅度增加。

1.3国内光伏发电的研究现状和发展

我国的太阳能资源十分丰富，据统计理论储量高达每年1700亿吨标准煤。我国大多数地区的平均日辐射量可达每平方米4千瓦时以上，西藏地区辐射量每平方米高达7千瓦时以上[2]。光伏发电技术的开发使用，既为我国多个省份的偏远地区共14万的无电用户解决了用电问题，有丰富了电网结构，提高了供电可靠性。

在我国东、中部地区比较适合发展分布式光伏发电，电力易于就地消纳，且网购电价高，度电补贴需求少，能有效推动产业技术进步、企业成本下降，还可逐步减少补贴。我国颁布的《国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见》(国发〔2013〕24号)就明确提

出：“大力开拓分布式光伏发电市场，鼓励各类电力用户按照‘自发自用，余量上网，电网调节’的方式建设分布式光伏发电系统[3]”这些政策的出台深刻表明了国家对分布式光伏电站发展的大力支持，并为这些光伏电站的发展提供了平台。

随着社会的进步和科技水平的提高，我国用电量迅速增加，尤其是工业用电负荷的比重在用电构成中占很大份额。在现实生活当中，工业用电量非常大，需要支付数目庞大的电费以维持日常运转。而这些工业厂房拥有广阔的场地来安装光伏组件，广东省拥有各类工（产）业园区将近200个，集中连片的屋顶资源丰富。据初步调查统计，广东省可进行安装的分布式光伏发电系统的建、构筑物屋顶面积达到8000万平方米，其中珠三角地区大约有6000万平方米、粤东地区约800万平方米、粤西地区约500万平方米、粤北地区约700万平方米的安装面积，据估算全省可用来建设分布式光伏发电装机容量约800万千瓦[4]。据估算，全省每年新增建筑的屋顶面积超过2800万平方米，若将其中10%的屋顶面积用来安装光伏发电系统，每年可在新增建筑屋顶面积建设光伏发电装机容量约30万千瓦[4]。如果合理利用工业厂房场地面积，充分利用这些屋顶空间资源，引入光伏等绿色能源对其进行用电补充，对减少巨额电费和创造经济效益具有重要意义。

在今后的十几年中，我国太阳能光伏发电产业将会继续快速发展，国家出台相关扶持制度政策将会吸引更多投资者到这个行业中来，太阳能光伏发电技术具有庞大的发展潜力，如果合理开发太阳能资源，我国光伏装机容量预计到2030年将会达到1亿千瓦，年发电量将可达到1300亿千瓦时，这相当于减少30多个大型煤电厂的建设[4]。

1.4本章小结

发展太阳能光伏发电是我国推动可持续发展政略实践的必要趋势，我国能源政策对光伏发电的鼓励支持，足以说明了太阳能资源的开发利用及应用前景的广阔性，而太阳能光伏发电对节约资源、保护环境具有深刻的意义。

第二章光伏发电系统结构

2.1光伏发电原理

光伏发电，其工作原理又可称为“光伏效应”，光子照射在金属面板上，金属板中的某个电子将吸收它的全部能量，等电子吸收足够的能量可以用来克服金属内部引力做功时，电子将从金属表面脱离出来，成为光电子成为光电子，是一种通过利用半导体界面的光生伏特效应，的发电技术

将光能直接转变为电能。其发电原理图如图2-1所示：

图2-1 光伏发电原理图

2.2 光伏发电系统的组成

太阳能光伏发电系统，由光伏组件、组件支架、光伏逆变器、交流配电柜、防雷系统、并网升压变压器、直流配电柜等组成[8]。根据屋顶的自然条件，将光伏组件及支架进行合理布置，构成屋顶光伏阵列，用于太阳能的获取和光电转换。合理地串并联光伏组

直流进入防雷汇流箱汇，选择适当容量的逆变件，光伏组件吸收太阳能之后，产生的集后

直流配电柜的出口按额匹配接入并网逆变器，经过逆变器将器接入直流配电柜。定功率

直流电流转换为并入电网的交流电流。太阳能光伏发电系统如图2-2所示:

图2-2 太阳能光伏发电系统图