光伏玻璃幕墙并网发电系统方案.doc
企业生产实际教学案例：
光伏玻璃幕墙并网发电系统方案
1生产案例
1.1 案例背景概述
该光伏系统为办公楼南立面的光伏玻璃幕墙并网发电系统，系统由648块1600mm*1150mm的光伏玻璃幕墙组成，由48片电池片串联而成，电压28.8VDC，电流3.99A，单块功率为110Wp，透光率为59.2%，系统总功率为71.28KWp。
1.2太阳能并网发电系统原理
太阳能并网光伏发电系统的运行原理：并网型太阳能光伏电站是利用光伏组件将太阳能转换成直流电能，再通过逆变器将直流电逆变成50赫兹、380伏的三相或220V单相交流电。逆变器的输出端通过配电柜与配电室的低压端并联，对负载供电。基本结构如图所示：
并网型光伏发电系统的优点是可以省去蓄电池，而将电网作为自己的储能单元。由于蓄电池在存储和释放电能的过程中，伴随着能量的损失，而且，蓄电池的使用寿命通常仅为5～8年，报废的蓄电池又将对环境造成污染。所以，省去蓄电池后的并网光伏系统不仅可以大幅度降低造价，还大大提高了系统的
可靠性，具有更高的发电效率和更好的环保性能。
近年来，太阳能光伏建筑集成与并网发电得到快速发展。将建筑物与光伏集成并网发电具有多方面的优点，如：无污染、不需占用昂贵的土地、降低施工成本、不需要能量储存设备、在用电地点发电避免或减少了输配电损失等等，好的集成设计会使建筑物更加洁净、美观，容易被建筑师、用户和公众所接受，所以发展很快。
由于太阳能光伏系统和建筑的完美结合体现了可持续发展的理想范例，国际社会十分重视，许多国家相续制定了本国的屋顶光伏计划。如美国和欧盟都制定了百万屋顶光伏计划，即到2010年美国和欧盟都将有百万屋顶装有光伏组件并网发电。日本通产省也宣布到2010年光伏发电装机容量达到5GWp，主要用于屋顶光伏并网系统。德国、西班压等欧洲国家近两年更是大力发展，已经实现大规模的应用。
2006年1月1号，中国《可再生能源法》开始颁布实施，近年来很多中国地方政府也积极响应国家关于新能源方面的政策，兴建了一批太阳能发电的示范工程，另外，有一些地方政府也正在筹划兴建一批太阳能发电的示工程。
1.3光伏玻璃幕墙介绍
光伏幕墙是将传统幕墙与光伏效应相结合的一种新型建筑幕墙。是一项新型的利用太阳能来发电的绿色能源技术。进入90年代，随着常规发电成本的上升和人们对环境保护的日益重视，一些国家纷纷实施、推广太阳能屋顶计划，并提出了“建筑物产生能源的新概念”，由此推动了光电技术的大规模开发与应用。美国、日本、德国、意大利、印度等许多国家都已建有太阳能屋顶或外墙的建筑。
目前光伏幕墙现多用于标志性建筑的屋顶和外墙。随着节能和环保的需要，我国正在逐渐接受这种光电幕墙。为了满足国内市场需求，已经有多家企
业通过与海外企业合资、合作，引进、生产这种光电幕墙产品。在研发具有自主知识产权的光电幕墙产品方面，国内业界紧紧追踪国际先进技术，于2002年开发出具有自主知识产权的光电幕墙产品，并首次成功应用在位于深圳高新技术产业园区的方大集团科技中心大厦工程中，其采用的光电幕墙有效面积为93.8平方米，设计峰值发电功率10.3千瓦，建筑标高97米，是我国第一幢光电幕墙建筑。
我公司自主开发的光电玻璃幕墙，单片最大尺寸达到2米X 2米，每片发电功率为200Wp。它的研制填补了山东省省内空白，并且首批应用的6KW光电玻璃幕墙已安装在力诺集团办公大楼楼顶，目前已经投入运行，这项与建筑相结合的光电集成技术，将具有巨大的市场空间。今后我公司还将进一步开发光电中空玻璃幕墙,和调光光电玻璃幕墙等一系列产品。
力诺集团办公楼光伏幕墙效果：
我公司自主研发的太阳能光电玻璃幕墙产品，已完成国家发明专利申报。
太阳能光电幕墙集合了光伏发电技术和幕墙技术，充分利用建筑物的表面和空间，把传统幕墙试图屏蔽在建筑物外的太阳能转化成对人们有益的电能，最大特点是具有通风换气、环保、节能的功能，节省了对地球珍贵化石类能源的消耗，降低了对环境的污染，同时为现代建筑提供一种新的美学装饰效果，是一种高科技产品，代表着国际上建筑光伏一体化的最新发展方向。
2 太阳能发电系统设计方案
2.1设计依据
并网光伏系统设计主要依据是：相关国际、国家标准和气象地理等数据，以及太阳能供电技术要求。
一、国际、国家标准、技术规范
GB/T 19939-2005 《光伏系统并网技术要求》
GB/T 20046-2006 《光伏（PV）系统电网接口特性（IEC 61727:2004,MOD）》GB/Z 19964-2005 《光伏发电站接入电力系统技术规定》
GB/T 14549-1993 《电能质量公用电网谐波》
GB/T 15543-1995 《电能质量三相电压允许不平衡度》
IEC 60904 《光电器件》
GB/T 6495.2-1996 《光伏器件第2 部分：标准太阳电池的要求》
IEC 61173 《光电功率发生系统过压保护导则》
IEC 61721-1995 《光电模块对意外碰撞的承受能力（抗撞击试验）》
IEC 60068-2 《基本环境试验第2 部分：试验》
IEC 61204 《直流输出低压供电装置.特性和安全要求》
IEC 60364 《建筑物的电气设施》
GB/T11012 《太阳电池电性能测试设备检验方法》
DL/T724-2000 《电力系统用直流电源装置运行与维护技术规程》
GB18802.1-2002 《低压配电系统的电涌保护器（SPD）第一部分：性能要求和试验方法》
GB/T18802.12-2006 《低压配电系统的电涌保护器选择和应用导则》
CECS174：2004《建筑物低压电源电涌保护器选用、安装验收及维护规程》
二、环境及资源情况
邯郸市属暖温带大陆性季风气候，四季分明。春季风多干旱，夏季炎热多
雨，秋季温和凉爽，冬季寒冷干燥，年平均气温13.5℃，最冷月份（一月）平均气温-2.3℃，极端最低气温-19℃，最热月份（七月）平均气温26.9℃，极端最高气温42.5℃，全年无霜期200天，年日照2557小时。
年总日照时数为1916.4-2571.2小时，其中春夏日照充足，秋冬日照偏少。
下表是由中国国家气象局提供邯郸多年的气象数据。在进行计算时，利用插值法和经验法对各站点气象地理数据修正和处理。
邯郸太阳能光伏发电系统环境气象数据（参考）
地名:邯郸纬度37°27′-38°47′N经度113°30′-115°20′E
2.2总体设计原则
在进行光伏并网电站设计时，需要考虑如下几个主要因素：
（一）美学价值
本项目方案中的美学价值以及功能具有同等重要意义。本方案基于原楼层的基础，简洁而不失细节的形式美感既符合当代的审美取向，又能使功能与美学达到高度统一。
（二）太阳辐照量
为了增加光伏阵列的输出能量，尽可能地将更多的光伏组件普照在阳光下，且避免光伏组件之间互相遮光，以及被屋顶电气设备、通风设备、屋顶边缘及其他障碍物遮挡阳光。
（三）高可靠性
由于太阳能发电成本较高，而且主要部件太阳能电池板的使用寿命在25年以上，同时大功率电站都是强电，所以要求整个系统具备非常高的可靠性，整套系统全部采用标准化、模块化设计，而且充分考虑本地气候，所有设备的耐候性都表现优秀，同时采用全天侯监控系统，发现故障及时报告，及时解决。
（四）经济性、高效性、先进性
组件：采用力诺集团自产的高效率电池片封装而成，高效率的太阳能电池组件大大减少了安装所需的区域面积，也减少了安装和制造的成本。
逆变器：选用国际知名品牌逆变器，通过使用具有沟槽栅结构的IGBT (绝缘栅双极型晶体管)，以及通过使用铁粉扼流圈和损耗低于1%的高质量变压器，集中型逆变器获得了卓越的效率参数，效率可达94%以上，在同等功率太阳能组件的前提下，使太阳能发电的功率得到有效提升。交流谐波小于5%，输入电网电流更干净，对电网影响更小，有效的维护了外部电网的稳定。
电缆：为了实现以下目的，从光伏组件到接线箱、接线箱到逆变器以及从逆变器到并网交流配电柜的电力电缆尽可能保持在最短距离：
减小线路的压降损失，提高系统的输出能量；
减小电缆尺寸以降低成本，同时减轻屋顶负荷并增加其灵活性；
将直流部分的线路损耗控制在3-4%以内。
（五）成熟性、稳定性
在本系统中所采用的主要设备都已经在以前的大型并网电站中被成功运用，且运行状态良好。
2.3太阳能电池阵列设计
一、光伏电池片
力诺集团公司电池项目计划总投资18亿元，占地360亩，90%的设备是从国外进口的一流设备，主要从德国、意大利等国家引进，生产光伏电池片新产品，形成年产300兆瓦生产能力，成为山东省新的产业亮点和增长点。
项目一期工程现有生产能力为100MWp，该厂房建筑面积9176㎡。生产区采用单层钢结构，净化生产车间采用防静电环氧树脂地面。该项目采用世界一流技术，主要工艺过程分为检测分选、清洗制绒、扩散、去磷硅玻璃、等离子刻蚀及PECVD(镀减反射镀膜)、丝网印刷及烧结等八大模块。
（一）硅片检测模块：是保证生产的重要环节，检测设备从韩国、比利时和匈牙利三个国家进口。硅片作为最重要的原材料，对电池片的转换率有很大的影响，所以在投入前，对硅片进行一系列检测并分类。检测参数主要包括硅片厚度、表面不平整度（TTV）、少子寿命、电阻率、P/N型、微裂纹及几何尺寸等。
（二）清洗制绒模块：这是生产的第一步，主要目的是去除硅片上的污物，并在硅片表面形成类似“金字塔”状的绒面，有效增加硅片对入射太阳光的吸收，从而提高光生电流密度。其工艺原理是是利用碱(NaOH)与异丙醇(（CH3）2CHOH)的混合溶液对单晶硅片进行各项异性腐蚀，改变其晶向，从而形成“金字塔”状的绒面。
（三）扩散模块：扩散是太阳电池制造的核心工序，设备从德国（Centrotherm公司）进口。其目的是形成PN结。主要是在P型硅片表面扩散一个N型层，从而形成PN结。（注：PN结：用特殊工艺把P型和N型半导体结合在一起后,在它们交界面上所形成的特殊带电薄层,――PN结, P型材料(称为P区)一侧带负电, N型材料(称为N区)一侧带正电,形成一个内电场。该电场的方向由N区指向P区）
（四）去磷硅玻璃：利用氢氟酸去除在扩散过程中硅片表面形成的一层含有磷（P）的二氧化硅。
（五）等离子刻蚀模块：因为扩散过程中，在硅片的周边表面也形成了扩散层。周边扩散层会使电池的上下电极形成短路环，必须将它去除。刻蚀的目的就是去除边缘的PN结。
（六）PECVD模块（镀减反射镀膜）：设备从德国（Centrotherm公司）进口。其工艺原理是在硅片正面形成一层深蓝色的氮化硅（Si3N4）减反射薄膜，增加硅片对太阳光的吸收，同时具有防氧化的保护作用。
（七）丝网印刷及烧结模块：其设备分别从意大利和德国进口。其工艺原理是采用丝网印刷的方式经过三次金属浆料的印刷，制成正负电极，将电流引出。烧结是干燥硅片上的浆料，燃尽浆料的有机成分，使浆料和硅片形成良好的欧姆接触。
（八）分类检测：其设备从意大利（baccini公司）进口。其工艺原理是电池片烧结以后，使用太阳能模拟器对制成的电池片进行光电转换效率的测试，根据测试结果按照转换效率分类，将分类结果传送给分检系统，由机械手根据效率等参数将电池片分档。
一流的设备，一流的管理，一流的工艺路线，同时通过一流的员工齐心协力目前2.5Wp以上电池片投入产出达到80%。实现转换效率达到17%为组件生产提供稳定优质的片源保障．
力诺电池片项目计划分三步实施。完成了一期工程第一条生产线后，目前已经形成100MWp的产能；2年内使光伏电池片达到300MWp生产能力，争取要5年内生产能力达到1000MWp。同时，配套发展光伏组件和光伏工程，形成大型光伏产业集团。
二、生产工艺
我公司生产幕墙全部采用高转换效率、高质量的电池片，保证了光伏电池的转换效率和输出电性能。高质量的原材料包括：采用高强度、高透光率的绒