浙江芯能海宁开发区太阳能光电建筑一体化应用示范项目实施方案书

浙江芯能海宁开发区管委会

1.8MWp光电建筑一体化应用示范项目

项目实施方案

目录

一、工程概况 (1)

1、工程概况 (1)

2、项目实施进展情况 (2)

二、示范目标及主要内容 (4)

1、示范目标 (4)

2、主要内容 (4)

三、技术方案 (11)

（一）建筑围护结构体系 (11)

（二）光电系统技术设计方案 (9)

1、设计依据及原则 (9)

2、光电建筑一体化设计 (11)

3、并网系统设计 (11)

4、主要产品、部件及性能参数 (12)

5、系统能效计算分析 (27)

6、技术经济分析 (24)

（三）节能量计算 (25)

（四）运行维护和管理 (25)

1、运行维护 (25)

2、管理 (26)

（五）数据监测与远传系统 (28)

1、数据检测 (28)

2、远传系统 (28)

（六）进度计划与安排 (30)

1、项目进度计划 (34)

2、项目进度安排 (30)

（七）效益及风险分析 (35)

1 、环境影响分析 (35)

2 、项目推广前景分析 (33)

3 、风险分析 (35)

（八）技术支持 (35)

（九）证明材料

1、工程立项审批手续

2、由获得认证的第三方检测机构出具的产品检测报告

3、并网项目应提供电网接入行政许可

4、地方出台与落实有关支持光电发展的扶持政策

1 一、工程概况

1、工程概况

项目名称：浙江芯能海宁经济开发区管委会1.8MWp 太阳能光电建筑一体化

应用示范项目

建设规模：1.8MWp

投资建设单位：浙江芯能光伏科技股份有限公司

工程总投资：1980万元

工程地址：位于海宁市经济开发区内。

项目全景

项目简介：

建设地址：海宁市区城南大道北侧、新海公路东侧；

海宁市位于长江三角洲杭嘉湖平原南缘，钱塘江北岸，属嘉兴市下属

县市，是著名的历史文化名城，全国百强县，2008年位列21名，2010年入选福布斯大陆最佳商业城市第91位，福布斯25佳县级市第16位，2011年9月23日《福布斯》杂志9月23日评选出2011中国大陆最佳县级城市25强，海宁市位列第11位（浙江第3位），总排名第78位。2011年1月，根据海宁市常住人口及对美元汇率，海宁人均GDP已超过一万美元。中国现代服务业十大最具投资价值县市区。地理坐标为北纬30°15’-30°35’，东经120°18’-120°52’。东邻海盐县，南濒钱塘江，与绍兴上虞市、杭州萧山区隔江相望，西接杭州余杭区、江干区下沙，北连桐乡市、嘉兴秀洲区。市治海州街道，东距上海125公里。沪杭铁路、杭浦高速公路、01省道杭沪复线东西横贯市域，沪杭高速公路、沪杭高铁、320国道越过北境，杭州绕城高速东线穿行西部，08省道、钱江隧道与高速连接线、嘉绍高速南北贯穿市境。以“两横六纵”为主框架，市、镇、村公路纵横交错，四通八达。定级内河航道有46条，主干航道与京杭大运河相连。

市域地处长江三角洲杭嘉湖平原，内陆面积668平方公里，其中平原占87.94%，山丘占1.81%，水域占10.25%。地形狭长，东西长 51.65公里，南北宽28.94公里。地势平坦，自西南向东北倾斜，地面高程4米—8米（吴淞高程。下同）。古陆残屿与低丘集中分布在境东北和东南部，高阳山最高，海拔253.3米，其他在200米以下。

总平面图：

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2、项目实施进展情况

前期可行性研究及初步方案完成，对相关部门报名完成，处于资质审查阶段。

二、示范目标及主要内容

（一）示范目标

我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，能源将近76%由煤炭供给，这种过度依赖化石燃料的能源结构已经造成了很大的环境、经济和社会负面影响。大量的煤炭开采、运输和燃烧，对我国的环境已经造成了极大的破坏。大力开发太阳能、风能、生物质能等可再生能源利用技术是保证我国能源供应安全和可持续发展的必然选择。

“十一五”期间我国在能源领域将实行的工作重点和主要任务是首先加

快能源结构调整步伐，努力提高清洁能源开发生产能力。以太阳能发电、风

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力发电、太阳能热水器、大型沼气工程为重点，以“设备国产化、产品标准化、产业规模化、市场规范化”为目标，加快可再生能源的开发。

目前的太阳能发电技术主要有太阳能光伏发电和太阳能热发电技术，其中太阳能热发电技术尚处于试验开发阶段，而太阳能光伏发电技术已经成熟、可靠、实用，其使用寿命已经达到25—30年。

要使光伏发电成为战略替代能源电力技术，必须搞大型并网光伏发电系统，而这个技术已经实践证明是切实可行的。

我国太阳能理论总储量为147× 108 GWh / 年。从理论上讲除去农田、草原、森林、河流、湖泊、道路等，在任何荒地和建筑上都可以安装光伏组件。

海宁市具有丰富的太阳能资源，年太阳能总辐射量大约在4300MJ/m2，年资源理论储量3226亿KWh，每年地表吸收的太阳能相当于大约1.3亿吨标准煤的能量，开发利用前景广阔。

搞光伏发电，利用我市的房顶资源，不占用耕地,是变空闲地为宝，保障我国能源供应战略安全、大幅减小排放、和可持续发展的重大战略举措。

本项目的示范意义及目标主要有如下几点：

（1）本项目意义重大，本项目采用“分散建设的用户侧发电项目”方式，是太阳能金太阳示范工程的主要类型之一。项目的成功将带动工业区内其他厂区分散型的企业。

（2）建筑光伏并网可利用现有建筑的闲置屋顶，不需专门占用用地面积，符合建设条件的建筑物量大，有大规模推广应用的条件。

（3）光伏系统采用分布式结构。本工程将发电场设置在公司厂房屋顶和沿街立面上，而逆变器﹑配电部件集中安装在厂房内部，结构合理，功能定位准确，是典型的建筑一体化分布方式。

（4）项目建成后，以本项目为依托，推动海宁及周边地区的光伏产业发

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展。

（二）主要内容

1、太阳能光电建筑一体化总体方案

本项目建设涉及屋顶共计5座，为1800kWp太阳能光电建筑应用示范工程项目。

本项目利用海宁经济开发区管委会大楼的屋顶建设，共7个子系统分别建设在区内5座大楼屋顶。采用240Wp多晶太阳能电池组件7500块，放置太阳能光伏发电板的总面积为：2.38万 m2。

本项目系统所发的电量在满足海宁经济开发区管委会内用电后，其余电量全部上网。

各部分使用面积见总平面图

（1）太阳能电池组件平面布置：

A.海宁经济开发区管委会一号楼面积为7850平方米，安装2708块240Wp 多晶硅组件650kWp，组件规格为（1634×982×42）mm，采用24度倾角安装。

B.海宁经济开发区管委会二号楼面积为3350平方米，安装1042块240Wp 多晶硅组件250kWp，组件规格为（1634×982×42）mm，采用24度倾角安装。

C.海宁经济开发区管委会三号楼面积为4030平方米，安装1125块240Wp 多晶硅组件270kWp，组件规格为（1634×982×42）mm，采用24度倾角安装。

D.海宁经济开发区管委会四号楼面积为4360平方米，安装1375块240Wp 多晶硅组件330kWp，组件规格为（1634×982×42）mm，采用24度倾角安装。

E.海宁经济开发区管委会五号楼面积为4210平方米，安装1250块240Wp 多晶硅组件300kWp，组件规格为（1634×982×42）mm，采用24度倾角安装。

（2）投资估算：本项目利用浙江芯能光伏科技股份有限公司及其技术支持与设备供应单位宁波日地太阳能有限公司在太阳能屋顶电站建设上的重

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大突破和创新技术，拟在海宁海宁经济开发区管委会各建筑屋顶等无遮挡区域，建设1800KWp太阳能光电建筑一体化示范项目，计划总投资约1980万元。目前各项资金已经全部筹集到位，前期各项工作正在顺利进展中。

（3）环保效益：本项目年平均发电量为180万kWh，按照该系统25年运营期计算，累计发电4500万 kWh，相当于每年可节省煤炭720吨，减排二氧化碳约1782吨；25年累计可节省煤炭18000吨，减排二氧化碳约44550吨。实际运行25年后，该系统仍具有发电能力。

2、技术要点

（1）太阳能光电系统：

太阳能光伏发电系统是利用太阳能光伏电池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50HZ交流电。逆变器的输出端通过配电柜与变压器低压端（100/400伏）并联，对负载供电；太阳能光伏并网电站结合数据监控系统，检测太阳能光伏并网电站的运行情况、外界环境情况等，与Internet连接实现电站远程控制、数据共享等，通过建设大型多媒体屏幕实时监测电站运行情况。

本项目采用的太阳能电池方阵由20个太阳能电池组件构成，依据当地的太阳能辐射参数和负载特性，确定太阳能电池方阵的总功率4.8KW。

本项目按照太阳能电池方阵的结构设计要求，组件与支架的连接必须牢固可靠，并能很方便地更换太阳能电池组件，太阳能电池方阵及支架必须能够抵抗120km/h的风力而不被损坏。支架安装角度固定为25度，以使太阳能电池方阵在设计月份中（即平均日辐射量最差的月份）能够获得最大的发电量；本项目太阳能电池方阵主要安装在屋顶上，所有方阵的紧固件要求有足够的强度，以便将太阳能电池组件可靠地固定在方阵支架上，方阵支架必须与建筑物的主体结构相连接。

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（2）逆功率保护技术：

逆功率是指在电网中低一级的电网把没有消耗的电能往高一级的电网输送。如果出现逆功率对高一级的电网将产生很大的危险，尤其是在高一级电网进行检修等相关的作业时，会给高一级电网的工作人员带来很大的危害。

由于本项目系统为并网系统，考虑到安全方面的因素，太阳能产生的电能必须在本项目使用，不能向上一层电网输入电能，所以在太阳能并网点增加了逆功率保护功能，当光伏并网发电系统检测到有逆功率产生时(逆功率为光伏并网系统额定功率5%时)，逆变器能够自动降低功率输出，或部分逆变器与电网断开，光伏并网系统输出功率能够与负载功率动态保持平衡，以保证上层电网的安全。

（3）防孤岛保护技术：

“孤岛效应”指在电网失电情况下发电设备仍作为孤立电源对负载供电这一现象。“孤岛效应”对设备和人员的安全存在重大隐患，为了避免隐患的出现，逆变器一般采用“防孤岛保护技术”。

本项目逆变器采用了两种“孤岛效应”检测方法，即被动式和主动式两种检测方法。被动式检测方法指实时检测电网电压的幅值、频率和相位，当电网失电时，会在电网电压的幅值、频率和相位参数上，产生跳变信号，通过检测跳变信号来判断电网是否失电；主动式检测方法指对电网参数产生小干扰信号，通过检测反馈信号来判断电网是否失电，其中一种方法就是通过测量逆变器输出的谐波电流在并网点所产生的谐波电压值，从而得到电网阻抗来进行判断，当电网失电时，会在电网阻抗参数上发生较大变化，从而判断是否出现了电网失电情况。此外，在并网逆变器检测到电网失电后，会立即停止工作，当电网恢复供电时，并网逆变器并不会立即投入运行，而是需要持续检测电网信号在一段时间(如90秒钟)内完全正常，才重新投入运行。

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本项目系统能够并行使用市电和太阳能电池组件阵列作为本项目交流负载的电源，降低了整个系统的负载缺电率。

（4）系统接地技术：

本项目光伏系统采用的接地技术有：

A、防雷接地:包括避雷针、避雷带以及低压避雷器、外线出线杆上的瓷瓶铁脚还有连接架空线路的电缆金属外皮。

B、工作接地:逆变器、电压互感器和电流互感器的二次线圈。

C、保护接地:光伏电池组件机架、控制器、逆变器、以及配电屏外壳、电缆外皮、穿线金属管道的外皮。

D、屏蔽接地:电子设备的金属屏蔽。

E、接闪器可以采用12mm圆钢，如果采用避雷带，则使用圆钢或者扁钢，圆钢直径≥48mm，厚度不应该小于等于4 ㎜2。

F、接地装置:人工垂直接地体宜采用角钢、钢管或者圆钢。水平接地体宜采用扁钢或者圆钢。圆钢的直径不应该小于10mm，扁钢截面不应小于100 mm2，角钢厚度不宜小于4mm，钢管厚度不小于3-5mm。人工接地体在土壤中的埋设深度不应小于0.5mm，需要热镀锌防腐处理，在焊接的地方也要进行防腐防锈处理。

G、按照规范GB50057-2010要求安装电涌保护器。

三、技术方案

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（一）建筑围护结构体系

本项目的太阳能光电建筑一体化示范应用在海宁经济开发区管委会内的办公及教学楼屋顶。

所建设大楼的主要结构形式、面积、体形系数、窗墙比和外围护结构等情况：

外围护结构构造、热工性能及其节能情况：

窗阳台的四周缝隙加密封条，达到气密性等级3级标准。外墙外侧抹25厚胶粉聚苯颗粒外保温浆料，其窗墙面积比根据不同朝向合理设计，达到传热系数K≤1.5,热惰性指标D≥3.0 .屋面保温为25厚挤塑聚苯乙浠板包括内檐沟,传热系数为K≤1.0,热惰性指标为D≥3.0.防止冷桥的出现,屋面为浅色屋面。

（二）光电系统技术设计方案

1、设计依据及原则

主要设计依据如下：

1. GB/T18210-2000 《晶体硅光伏（PV）方阵I-V特性的现场测量》

2. GB/T18479-2001 《地面用光伏（PV）发电系统概述和导则》

3. IEEE 1262-1995 《光伏组件的测试认证规范》;

4. IEC61727:2004\IEC61215\IEC61730《电池组件标准》

5. GB/T 19939-2005 《光伏系统并网技术要求》

6. GB/Z 19964-2005 《光伏发电站接入电力系统的技术规定》

7. GB/T 20046-2006 《光伏系统电网接口特性》

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8. GB 12326-200 《电压波动和闪变》

9. GB/T 4549-19939 《公共电网谐波》

10. GB50009-2001 《建筑结构载荷规范》

11. GB50017-2003 《钢结构设计规范》

12. GB50057-2010 《建筑物防雷设计规范》

13. GB50016-2006 《建筑设计防火规范》

14. GB50010-2002 《混凝土结构设计规范》

15. GB50007-2002 《建筑地基基础设计规范》

16. JGJ79-91 《建筑地基处理技术规范》

17. GB50068-2001 《建筑结构可靠设计统一标准》

18. GB50011-2001 《建筑抗震设计规范》

19. GB50023-2004 《建筑工程抗震设防分类标准》

20. JGJ16-2008 《民用建筑电气设计规范》

21. GB 50194-1993 《建设工程施工现场供用电安全规范》

22. GB 50293-1999 《城市电力规划规范》

23. GB 50054-1995 《低压配电设计规范》

24. GB 50217-2007 《电力工程电缆设计规范》

25. GBJ63－1990 《电力装置的电测量仪表装置设计规范》

26. GB50052-2009 《供配电系统设计规范》

27．GB50212-2007 《电力工程电缆设计规范》

28．GB12326—2000 《电能质量，电压波动和闪变》

29．GB/T14549—1993 《电能质量，公用电网谐波》

30．GB/T15543—1995 《电能质量，三相电压允许不平衡度》

31．GB/T15945—1995 《电能质量，电力系统频率允许偏差》

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设计原则如下：

(1)与建筑的有机结合

由于世界各国对环境和能源短缺的日益关注，可持续发展必将成为今后建筑设计的重要指导思想。将太阳能光伏发电应用于建筑，并与建筑一体化的新型太阳能建筑已在欧、美和日本等国进行示范，公众反响强烈。安装在办公基地配套工程建筑的太阳能电池将与建筑结构密切配合，达到光伏建筑一体化应用。

(2)最大限度地获得太阳辐照量

为了增加光伏阵列的输出能量，尽可能地保证光伏组件普照在阳光下，避免光伏组件之间互相遮光，以及其他障碍物遮挡阳光。

(3)减低电缆传输距离，优化设计输配电

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全部按照最短距离。

2、光电建筑一体化设计

太阳能电池是做光电建筑最基本的部件。国内外光电建筑一体化发展，从示范到推广，从屋顶光伏到建筑集成，太阳能电池已经成为一种新型的建筑材料。光电建筑在整个太阳能建筑里魅力无比。由于增加了光伏组件，使得建筑在节能的同时也更具有观赏性。在国外甚至把光电建筑作为艺术品来建造。太阳能电池和建筑可以完美结合，在发电的同时也可以做非常好的装饰。

本次设计结合办公基地办公楼及配套用房屋顶的建筑特点，采用多晶硅组件与屋面一体化设计，既保证建筑物的美观，同时又发挥电站的最大效率。

3、并网系统设计

在并网方式上，采用低压电网直接并联，属于“自发自用”用户低压侧

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并网系统，利用太阳能电池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、100/400V的交流电。逆变器的输出端通过配电柜与市电并联，直接提供给站区负载用电。同时，太阳能光伏并网系统结合监控系统，检测太阳能光伏并网电站的运行情况、外界环境情况等。

光伏并网发电系统框图

办公基地项目配套建筑在8:00～20:00分时段预计用电负荷为 3000Kwh,本项目光伏发电系统输出功率2800kWp,完全做到即发即用。

4、主要产品、部件及性能参数

(1)太阳能电池组件的选择

本项目光伏组件选用的多晶硅240W组件为浙江芯能光伏科技股份有限公司与宁波日地太阳能合作生产的，组件效率约为17.4%。

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240多晶硅组件性能参数表

a) 正常工作条件

1）环境温度：－40℃-＋85℃；

2）相对湿度：≤95％（25℃）；

3）海拔高度：≤5500m；

4）最大风速：150 km/h。

b) 太阳能电池组件性能

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1）产品通过TUV 认证、VDE、UL、CE、金太阳认证

2）提供的组件功率偏差为±3%。

3）组件的电池上表面颜色均匀一致，无机械损伤，焊点无氧化斑。

4）组件的每片电池与互连条排列整齐，组件的框架整洁无腐蚀斑点。

5）在标准条件下（即：大气质量AM=1.5，标准光强E=1000W/m2，温度为25±1℃，在测试周期内光照面上的辐照不均匀性≤±5%），太阳电池组件的实际输出功率均大于标称功率。

6）太阳电池片的效率≥17.6%，组件效率≥17.4%。

7）光伏电池组件具有较高的功率/面积比，功率与面积比=146 W/㎡。功率与质量比=10 W/Kg，填充因子FF≥0.77。

8）组件2年内功率的衰减<2%，使用10 年输出功率下降不超过使用前的10%；组件使用25 年输出功率下降不超过使用前的20%。

9）组件使用寿命不低于25 年。

10）太阳能电池组件强度满足《IEC61215 光伏电池的测试标准》中第10.17节钢球坠落实验的测试要求，并满足以下要求：撞击后无如下严重外观缺陷：

破碎、开裂、弯曲、不规整或损伤的外表面；

某个电池的一条裂纹，其延伸可能导致组件减少该电池面积10%以上；

在组件边缘和任何一部分电路之间形成连续的气泡或脱层通道；

表面机械完整性，导致组件的安装和/或工作都受到影响。

标准测试条件下最大输出功率的衰减不超过实验前的5%。绝缘电阻应满足初始实验的同样要求。

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11）太阳能电池组件防护等级IP65。

12）连接盒采用满足IEC 标准的电气连接，采用工业防水耐温快速接插，防紫外线阻燃电缆。

13）1组件的封层中没有气泡或脱层在某一片电池与组件边缘形成一个通路，气泡或脱层的几何尺寸和个数符合IEC61215 规定。

14）组件在外加直流电压2000V 时，保持1分钟，无击穿、闪络现象。

15）绝缘性能：对组件施加1000V 的直流电压，测量其绝缘电阻应不小于100MΩ。

16）组件采用EVA、玻璃等层压封装，EVA 的交联度大于80％， EVA 与玻璃的剥离强度大于30N/cm2。EVA 与组件背板剥离强度大于10N/cm2。

17）光伏电池受光面有较好的自洁能力；表面抗腐蚀、抗磨损能力满足IEC61215 要求。

18）边框与电池片之间应有足够距离，确保组件的绝缘、抗湿性和寿命。

19）为保证光伏电池组件及整个发电系统安全可靠运行，提供光伏电池组件有效的防雷接地措施。

20）组件背面统一地方粘贴产品标签，标签上注明产品商标、规格、型号及产品参数，标签保证能够抵抗二十年以上的自然环境的侵害而不脱落、标签上的字迹不会被轻易抹掉。产品包装符合相应国标要求，外包装坚固，内部对组件有牢靠的加固措施及防撞措施。全包装箱在箱面上标出中心位置、装卸方式、储运注意标识等内容。

太阳电池组件伏安特性曲线:

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太阳电池组件伏辐照度、温度性曲线：

(2) 逆变器的选择

逆变器技术要求：

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光伏并网逆变器是光伏发电系统中的关键设备，对于提高光伏系统效率和可靠性具有举足轻重的作用。光伏并网逆变器的选型主要应考虑以下几个问题：

●性能可靠，效率高

光伏发电系统目前的发电成本较高，逆变器是光伏并网系统中的关键设备，如果在发电过程中逆变器自身消耗能量过多或逆变出现故障，必然导致系统总发电量及经济性能的下降，因此要求逆变器的高可靠性、高效率等非常必要，并具有根据光伏组件当前的运行状况输出最大效率(MPPT)点的跟踪功能。

●直流输入电压具有较宽的适应范围

由于光伏组件的输出电压随光照强度和温度而变化，这就要求逆变电源必须在较大的直流输入电压范围内保证正常工作，并保证交流输出电压稳定。

●具有严格保护功能

并网逆变器应具有交流过压、欠压保护，超频、欠频保护，高温保护，交流及直流的过流保护，直流过压保护，防孤岛保护等保护功能。

●波形畸变小，功率因数高

大型光伏发电并网运行时，为避免对公共电网的电力污染，要求逆变电源输出正弦波，电流波形必须与外电网一致，波形畸变小于5%，高次谐波含量小于3%，功率因数接近于1。

●监控和数据采集功能齐全

逆变器应有多种通讯接口进行数据采集并发送到中控室，并且具备完善的配套软件或硬件用于对整个电站的数据进行显示、存储并分析。

●满足国家电网的接入规定

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