光伏车棚+储能技术方案2022年6月目录一、前言..................................................31、背景................................................32、光伏车棚有何特点....................................33、安装太阳能光伏发电的好处............................3二、工程概述..............................................4三、设计依据..............................................5四、系统方案设计..........................................71、整体方案设计........................................72、并网逆变器选型......................................93、光伏组件选型.......................................114、组件支架设计......................................125、线缆选型...........................................136、储能系统和PCS设计...............................157、防雷及接地.........................................16五、发电量与效益分析.....................................171、理论发电量.........................................172、逐年理论发电量.....................................183、光伏发电系统效率分析...............................18六、经济效益与社会效益...................................191、经济效益...........................................192、环保综合效益.......................................19一、前言1、背景随着各类用电需求量的攀升和人们环保意识的增强,光伏电力越来越受到人们的关注，太阳能绿色车棚可因地制宜的建设分布式光伏电站，将光伏发电技术和车棚建筑本身进行完美的结合，具有较好的经济效益与社会效益，建造光伏车棚，将会给人们的生活带来更多的便捷。2、光伏车棚有何特点光伏发电系统是利用太阳能电池直接将太阳能转换成电能的发电系统。它的主要部件是光伏组件、逆变器。一般采用钢结构支架，简单、大方、时尚、美观，其实用特点是可靠性高、使用寿命长、不污染环境、能独立发电又能并网运行，且为清洁环保的新能源，有效缓解社会的环境和能源压力，受到广大投资者的青睐，具有广阔的发展前景。3、安装太阳能光伏发电的好处(1)太阳能取之不尽，用之不竭，地球表面接受的太阳辐射能，能够满足全球能源需求的1万倍!只要在全球4%沙漠上安装太阳能光伏系统，所发电力就可以满足全球的需要!太阳能发电安全可靠，不会遭受能源危机或燃料市场不稳定的冲击；(2)太阳能随处可取，可就近供电，不必长距离输送，避免了长距离输电线路的损失；(3)太阳能发电没有运动部件，不易用损坏，维护简单，特别适合于无人值守情况下使用；(4)太阳能发电不会产生任何污染、噪声等公害，对环境无不良影响，是理想的清洁能源；(5)太阳能发电系统建设周期短，方便灵活，而且可以根据负荷的增减，任意添加或减少太阳能方阵容量，避免浪费。4、建设光伏车棚的3大好处(1)建设光伏车棚，可以减少城市的用电压力利用车棚的闲置面积，建设光伏车棚，光伏车棚发的电除供给车辆使用外，多余的电量还可以卖给国家，从而减缓城市的用电压力。(2)建设光伏车棚，节能的同时带来收益投资光伏车棚的建设，一改传统车棚单一的作用，光伏车棚不仅能够给车辆遮阳避雨，同时还可以发电带来收益，实现社会效益和环境效益的双赢。(3)建设光伏车棚，体现城市生态环保的理念建设光伏车棚，积极响应国家节能节能减排的号召，减少碳的排放，从而打造低碳环保的现代化城市。二、工程概述本项目位于江苏省南京市。南京地处中国东西大动脉长江与南北大动脉京沪铁路的交汇点，总面积6587平方公里，人口827万，城市综合竞争力位居全国前列。2020年，南京地区生产总值14817.95亿元，列全国第10位，经济总量重返全国十强之列，比上年增长4.6%。人均地区生产总值15.91万，在中国排第三，在省会城市排第一位。南京是中国重要的综合性工业基地，电子、化工生产能力位居全国第二位，车辆制造规模居第三位。已经形成以电子信息、汽车、石油化工和一批特色产品为主导、拥有36个工业大类、200多个门类、2000多个大类产品的综合性工业体系，大型企业数量规模居全国城市前列。南京属北亚热带湿润气候，四季分明，雨水充沛。常年平均降雨117天，平均降雨量1106.5毫米，相对湿度76%,无霜期237天。每年6月下旬到7月上旬为梅雨季节。年平均温度16.5℃,年极端气温最高39.7℃,最低-13.1℃。三、设计依据GB50217-2007《电力工程电缆设计规范》GB/T19939-2005《光伏系统并网技术要求》IEEE1547:2003《分布式电源与电力系统进行互连的标准》IEEE1547.1:2005《分布式电源与电力系统的接口设备的测试程序》IEC62116《光伏并网系统用逆变器防孤岛测试方法》JGL/T16-92《民用建筑电气设计规范》GB50057-94《建筑物防雷设计规范》四、系统方案设计1、整体方案设计项目为6个车位停车棚的光伏电站系统，总装机容量为15360W,采用320瓦高效单晶太阳能板，15千瓦并网太阳能逆变器，车棚支架采用防风抗震耐压性能较强的镀锌钢，并网接入点在距离100米以内的室内。车棚尺寸5.32米间距，4个支撑立柱单车位2.66米宽度，总计6车位汽车停车位高度：后面2米，前面3米Q235B材质，氟碳漆表面处理6个装机容量15360W光伏组件48块，尺寸164099235mm规格320Wp单晶光伏组件逆变器15kW并网逆变器1台建设好光伏车棚后，通过二次配置形式，在光伏车棚项目基础上可施加充电桩项目。充电桩储能供电系统分为三部分：PCS、锂电池储能系统和充电桩系统。锂电池储能系统采用电动汽车退役电池构成。项目地分别配置2台功率为8kW的PCS能量转换系统容量为5.36kW·h锂电池储能系统。根据业主峰谷分时电价：早上8点-中午12点0.96元中午12点-下午6点0.62元,下午6点-晚上10点1.07元,晚上10点-早上8点0.33元。(1)车棚光伏发电利用：白天光伏发电期间属于电价高峰时段或用电高峰期，光伏发电自直接供本地负荷使用，自发自用实现光伏发电收益最大化。(2)PCS锂电池储能系统充电：在电价低谷时段由电网向其充电(晚上10点-早上8点，16kW功率PCS向锂电池储能系统充电7.5个小时,即可充满15.36kW·h电池容量)。(3)PCS锂电池储能系统放电：白天储能系统向充电桩输出电能，或在电能盈余情况或电价高峰时段，储能系统释放电能供本地负荷使用。总结通过利用PCS锂电池储能系统的电能双向流动和峰谷分时电价，即电能“低价储存，高价使用”,一方面实现充电桩供电低成本，另一方面还可以在高峰电价时段减少本地负荷用电量，节省了电费。充电桩系统分为两种：直流充电桩和交流充电桩。直流充电桩直接将锂电池储能系统直流电经DC-DC变换，获得电能输出。其特点输出功率大，电动汽车充电速度快；交流充电桩是将锂电池储能系统直流电经DC-AC变换，输出交流电，其特点是造价便宜，但输出功率小，电动汽车充电速度慢。2、并网逆变器选型并网逆变器是光伏并网发电系统的核心转换设备，它连接直流侧和交流侧，需具有完善的保护功能、优质的电能输出。对逆变器的选型需满足如下要求：(1)转换效率高逆变器转换效率越高，则光伏发电系统的转换效率越高，系统总发电量损失越小，系统经济性也越高。因此在单台额定容量相同时,应选择效率高的逆变器。逆变器转换效率包括最大效率和欧洲效率,欧洲效率是对不同功率点效率的加权，这一效率更能反映逆变器的综合效率特性。而光伏发电系统的输出功率是随日照强度不断变化的，因此选型过程中应选择欧洲效率高的逆变器。(2)直流输入电压范围宽太阳电池组件的端电压随日照强度和环境温度变化,逆变器的直流输入电压范围宽，可以将日出前和日落后太阳辐照度较小的时间段的发电量加以利用，从而延长发电时间，增加发电量。(3)优质的电能输出逆变器应具有高性能滤波电路，使得逆变器交流输出的电能质量很高，不会对电网质量造成污染。在输出功率≥50%额定功率，电网波动<5%的情况下，逆变器的交流输出电流总谐波畸变率(THD)<3%。并网型逆变器在运行过程中，需要实时采集交流电网的电压信号，通过闭环控制，使得逆变器的交流输出电流与电网电压的相位保持一致，所以功率因数能保持在1.0附近。(4)有效的“孤岛效应”防护手段采用多种“孤岛效应”检测方法，确保电网失电时，能够对电压、频率、相位等参数进行准确的跟踪和检测，及时判断出电网的供电状态，使逆变器准确动作，确保电网的安全。(5)系统频率异常响应《国家电网公司光伏电站接入电网技术规定》中要求大型和中型光伏电站应具备一定的耐受系统频率异常的能力。(6)通信功能光伏并网逆变器须提供通信接口能够将逆变器实时运行数据、故障信息、告警信息等上传至电站监控系统。根据现场实际情况，光伏组件铺设区域屋顶条件限制，推荐使用组串式逆变器，相对于集中式逆变器，组串式逆变器的优势如下。高转换效率，欧效达97.5%;多路MPPT最终确保高系统转换效率；发电收益明显高于集中式逆变器；无需直流汇流；安装简单，因地制宜，节约空间；维护方便，缩短平均维护时间；输入范围宽，发电时效更长；综合考虑：本分布式车棚光伏项目配置有1台15kW组串并网型光伏逆变器。3、光伏组件选型本项目拟采用535Wp高效单晶硅电池组件。组件参数如下表所示：535Wp多晶硅组件参数表序号参数名称性能参数20.75%全光照面积的光电转535W40.63V1换效率(含边框面积)13.17A49.34V2峰值功率13.79A2274mm1134mm35mm3工作电压-40℃~85℃25年4工作电流5开路电压6短路电流7外形尺寸8工作温度9寿命4、组件支架设计支架采用Q235B冷轧钢板或者铝型材，材质的选用和支架设计应符合国家标准《钢结构设计规范》GB50017的规定。支架的防腐应符合下列要求：横梁、彩钢瓦夹具、横梁连接件均采用先加工后热浸镀锌，锌层应符合GB/T13912-2002锌层厚度不小于65um,铝合金表面阳极氧化原色AA15级。本项目所有螺栓应符合现行国家标准《六角螺栓-C级》(GB5780)的规定，具备现场防腐要求。边压块和中压块采用铝合金材料；根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010),支架系统抗震烈度为7度，工程区地震动峰加速度为0.1g,地震动反应谱特征周期为0.40S。固定支架选用防腐的钢型材，所有连接处(焊接处)应可靠连接，避免松动，要求能够耐室外风霜雨雪等的腐蚀。固定支架能满足安装倾角要求、抗风要求、抗雪压要求、抗震要求、耐腐蚀性要求、安全性要求、通用性要求、快速安装要求。倾角设计为了使光伏方阵表面接收到更多太阳能量，根据日地运行规律，方阵表面最好是朝向赤道(方位角为0度)安装。本工程中为了最大化利用车棚面积，组件安装采用平铺方式。5、线缆选型(1)选型原则·环境条件校验：·环境温度·日照·风速·污秽·海拔高度·光伏发电站电线、电缆的选择与敷设设计，应符合《电力工程电缆设计规范》GB50217的规定，电线、电缆截面应进行技术经济比较后选择确定。·集中敷设于沟道、槽盒中的电缆宜选用C类或C类以上的阻燃电缆。·光伏组件之间及组件与汇流箱之间的电线、电缆应有固定措施和防晒措施。·电缆敷设可采用直埋、电缆沟、电缆桥架、电缆线槽等方式。动力电缆和控制电缆宜分开排列并满足最小间距要求。·电缆沟严禁作为排水通路。·远距离传输时网络电缆宜采用光纤电缆。·电缆额定电压的选取·交流系统中电力电缆缆芯的相间额定电压，不低于使用回路工作线电压。·交流系统中电力电缆缆芯与绝缘屏蔽或金属套之间额定电压的选择，符合下列规定：①中性点直接接地或经低阻抗接地的系统当接地保护动作不超过1min切除故障时，应按100%的使用回路工作相电压。②对于a项外的供电系统，不宜低于133%的使用回路工作相电压；在单相接地故障可能持续8h以上，或发电机回路等安全性要求较高的情况，宜采取173%的使用回路工作相电压。3)交流系统中电缆的冲击耐压水平，应满足系统绝缘配合要求。4)直流输电用电缆绝缘水平，应计及负荷变化因素、满足内部过电压的要求。5)控制电缆额定电压的选择，应不低于该回路工作电压、满足可能经受的暂态和工频过电压作用要求。且宜符合下列规定：①沿较长高压电缆并行敷设的控制电缆(导引电缆),选用相适合的额定电压。②在220kV及以上高压配电装置敷设的控制电缆，宜选用600/1000V,或在有良好屏蔽时可选用450/750V。③除①、②项情况外，一般宜选用450/750V;当外部电气干扰影响很小时，可选用较低的额定电压。·电缆截面积的选取；电缆截面应满足持续允许电流、短路热稳定、允许电压损失等要求，较长距离的大电流回路，还宜按经济电流密度选择。(2)电缆型号根据选型条件，本项目所选用电缆的型号规格如下：1)从光伏阵列串输出至逆变器电缆选用PV1-F1×4mm²;2)20KW逆变器输出电缆选用ZC-YJV-0.6/1kV-416mm²。3)接地电缆选用BVR-450/750V10mm²。6、储能系统和PCS设计储能装置作为储能系统中电网与电池之间的功率变换装置,能实现电网与电池组间的能量双向交换，用于电网的“削峰填谷”、调节可再生能源发电系统供电的连续性和稳定性，并作为重要部门和重要设施的应急电源及备用电源等。本装置可用于新能源电站、电动汽车充换电站、城市储能电站和微网储能等场合，具有良好的应用前景。性能特点：安全性能高：采用工频变压器，使电池与电网安全隔离转换效率高：采用一级变换，结构简单，控制方便，能量转换效果高运行方式多：恒流充放电、恒功率充放电、浮充、恒压充电等多种方式通信接口丰富：具备CAN2.0、RS485、LAN等多种通信接口，便于各种通信方式的实现先进的控制技术：软锁相环技术、电压前馈技术、矢量控制等国际领先的控制保护技术完善的保护功能：模块级、装置级、系统级三层保护维护方便：模块化设计，可靠性高且易维护7、防雷及接地本项目钢结构车棚光伏项目，太阳能光伏电站的防雷和接地主要依据GB50057《建筑防雷设计规范》。光伏发电系统的雷电入侵路径，除光伏组件外，还有配电线路、接地线以及它们的组合。为了保证电力系统的安全运行和光伏发电及电力设施的安全，并网光伏电站必须有良好的避雷、防雷及接地保护装置。由于本项目户外设备安装位置在整个环境中不是最高建筑物,把所有钢结构相连，并与新增接地桩构成防雷网，以达到防雷的目的。本项目采取以下防雷接地措施：组件的铝合金边框以及金属支架通过接地扁钢与防雷扁钢带可靠焊接。对于系统防雷和安全用电来说，可靠的接地是至关重要的。本设计中，支架、光伏组件边框以及连接件均是金属制品，光伏方阵自然形成等电位体，并于接地网就近可靠连接，各连接点的接地电阻应小于4欧姆。逆变器的交流输出经交流汇流箱(内含防雷保护装置)后接入电网，可有效地避免雷击和电网浪涌导致设备的损坏，所有的机柜要有良好的接地，各连接点接地电阻应小于4欧姆。五、发电量与效益分析1、理论发电量根据工程所在地各月平均太阳总辐射量可得出本工程月及年峰值日照小时数。峰值日照小时数：将太阳能电池组件所在平面上某段时间段内所能接收到的太阳辐射量，转换为辐照强度1000W/m²标准工况下条件下的等效小时数称峰值日照小时数。若太阳能电池组件在1h中接收到的太阳辐射量为1kWh/m².a,由以上峰值日照小时定义，可得其峰值日照小时数t:t=(1kWh/m².a)/(1000W/m²)=1(h/a)由于太阳能电池组件的峰值功率均在1000W/m²条件下标定，因此采用峰值日照小时数乘以光伏电站的装机容量即为光伏电站的最大理论发电量。本方案中共安装48块标准容量为320Wp的单晶硅光伏组件，总装机容量为15.36KWp。选用的光伏组件尺寸为1640mm992mm35mm,安装方式为支架固定倾斜安装。黄冈地区全年有效光照时间为1913.5-2161.5小时，经计算，得出本工程光伏阵列年理论发电量为29391.36kW.h2、逐年理论发电量光伏电站的第一年理论发电量为光伏电站的最大理论发电量乘太阳电池组件第一年的衰减系数。本工程所选单晶硅太阳电池组件第一年的衰减系数为8%,故光伏电站的第一年理论发电量为年理论发电量乘以组件衰减系数。3、光伏发电系统效率分析太阳能光伏发电系统效率包括：太阳电池老化效率，交、直流低压系统损耗及其他设备老化效率，逆变器效率，变压器及电网损耗效率；结合国内外相关工程实际发电情况和经验系数，各效率系数取值如下：(1)直流电缆损耗：2%;(2)防反二极管及线缆接头损耗：1.5%;(3)电池板不匹配造成的损耗：4%;(4)灰尘遮挡损耗：2%;(5)交流线路损耗：0.8%;(6)逆变器损耗：2%;(7)不可利用的太阳辐射损耗：1.2%;(8)系统故障及维护损耗：1%;(9)变压器损耗：3%;(10)温度影响损耗：4%;经计算分析，系统的综合效率为81%。六、经济效益与社会效益1、经济效益综上分析，本项目光伏电站总装机容量15.36kWp,连续运行25年期累计发电量为595175kWh。光伏发电节约电费：因光伏装机规模相对于用电负载功率较小，大部分光伏所发电能可被自用，光伏电站25年的设计寿命，按照电价0.8元计算，预计电费节约476140元；2、环保综合效益光伏发电对环境没有污染，发电过程中没有温室气体排放，是太阳能光伏发电的巨大优势。目前我国主要的电力供应还是来自煤炭燃烧的火力发电方式，在煤炭燃烧的过程中，会排放出大量的有害气体如二氧化硫等，对环境造成污染，还会排放出大量的二氧化碳。众所周知，二氧化碳是一种温室气体，它的超量排放是全球变暖的一个重要因素。光伏发电系统运行后，完全是“零”排放。按照光伏发电系统稳定运行25年计算，本光伏发电系统理论累计发电量可达595175kW·h。注：每节约1度(干瓦时)电，就相应节约了0.36千克标准煤，同时减少污染排放0.272千克碳粉尘、0.997千克二氧化碳(CO2人0.03千克二氧化硫(SO2人0.015干克氮氧化物(NOx)