别墅屋顶家用太阳能发电系统并网方案
一、项目背景
目前太阳能的利用主要分为以下几个方面家庭小型太阳能电站、大型并网电站、建筑一体化光伏玻璃幕墙、太阳能路灯、风光互补路灯、风光互补供电系统等。中型并网光伏系统是光伏发电应用的重要组成部分,也是众多园林、工厂以后选择的必然趋势。国家鼓励低碳生活,走可持续发展道路,并大力支持家庭并网电站的建设,国内将迎来建设家庭并网电站的高潮
本项目位于上海市南汇区新场别墅区,据现场考察以及业主的意向拟在业主的屋顶和车库位置进行光伏电站的设计安装。
二、太阳能资源分布情况
太阳能资源是由当地的太阳总辐射量决定的。一个国家或一个地区的太阳总辐射量与当地所处纬度、海拔以及天气情况有关,全球太阳辐射资源分布情况见下图。
2.1上海市气象资料
上海市地处东经120°51′122°12′北纬30°40′31°53′位于太平洋西岸,亚洲大陆东沿,属于亚热带季风气候,光照条件较好,年平均日照时间达到3.8小时。气象站分布及气象资料如下
上海地区太阳总辐射的季节分布图四、图五为上海地区总辐射量、雨日、8 时—14 时平均总云量、日照百分率季节分布,以上数据为1961 年—2008 年上海地区11站平均值,图中总云量、日照百分率用百分比表示,以及各季平均太阳高度角分布(11 站平均)。图中可见,夏季总辐射量(1593MJ/m2)最大,其次是春季(1275MJ/m2)、秋季(1052MJ/m2)、冬季(772MJ/m2),与各季正午的平均太阳高度角分布一致。值得注意是,虽然,春季正午的平均太阳高度角比秋季高许多(17 度),但是由于春季的雨日、8 时—14 时平均总云量比秋季多,日照百分率比秋季小,天空遮蔽度比秋季大,春季总辐射量只比秋季多220 MJ/m2。
2.2上海市太阳辐射量分布特点
地区因为地域面积小,太阳总辐射的空间分布差异较小。从年总辐射量的空间分布的来看,东北部及南部沿海地区最多,中西部及中东部最少,最多站(浦东)比最少站(青浦)仅多189J/m2。从季总辐射量的空间分布的来看,春季东北部最多,西南部最少,最多站(崇明)比最少站(青浦)仅多67MJ/m2,夏季南部沿海最多、其次是北部、中部最少,最多站(金山)比最少站(徐家汇)多86MJ/m2,秋季北部最多、其次是南部沿海、中部最少,最多站(宝山)比最少站(徐家汇)多51MJ/m2,冬季太阳总辐射的空间分布与秋季相似,最多站(宝山)比最少站(青浦)多27MJ/m2(图5)。上海地区月总辐射量的空间分布差异更小,1 月、11 月、12 月最多站与最少站只相差(6-10)MJ/m2,地区差异非常小,2 月—5 月东北部最多,西南部最少,最多站与最少站只相差(13-24)MJ/m2,6月最多北部、其次是南部沿海、中部最少,最多站与最少站相差26MJ/m2,7月-8月南部最多、其次是北部、中部最少,最多站比最少站相差(29-43)MJ/m2,9 月-10 月北部最多、其次是南部沿海、中部最少,最多站比最少站相差(18-24)MJ/m2。
三、系统方案设计
3.1并网太阳能发电系统原理
系统中,通过三相并网逆变器将太阳能电池板发出来的直流电转换成符合国家电网标准的正弦波交流电380V,50Hz,进入交流配电箱,最后并入380V低压电网。
3.2设计原则
本项目别墅区中,各别墅楼排列整齐、大方,在进行太阳能光伏家庭并网电站设计时应该考虑到以下几个主要因素
(1)美观性
本项目所在地为别墅区,因为此别墅区中各栋别墅的外形比一般的楼房特殊,屋顶朝有北的斜面、朝东的斜面,却没有朝南的斜面.因此,电站的建设要与别墅区整体美观性相协调,避免破坏别墅区的整体美观性。
(2)太阳辐照量
为了增加光伏阵列的输出能量,应尽可能将更多的光伏组件至于阳光下,避免光伏组件互相遮光,或者其他高建筑物,树木遮挡阳光。
(3)电缆长度
从光伏组件到接线箱、接线箱到逆变器以及逆变器到并网交流配电柜的电力电缆应竟可能保持在最短距离,以减小线路压降损失,提高系统输出量,减小电缆尺寸以降低成本。
3.3方案设计
由于此别墅楼顶的特殊性,以及为了充分利用车库位置,本方案中共设计了四个方案模块,即朝北屋顶方案模块、朝东屋顶方案模块和车库方案模块。(特别提醒,此别墅楼顶存在保温层,建设本电站的前提条件是拆除楼顶保温层,当电池板安装后也可起到隔热作用)。
3.3.1 朝北屋顶方案
1、朝北屋顶方案分析
朝北屋顶若直接沿着屋面铺设太阳能电池板,那么这样只有在夏天的情况下能发出稍微多一点的电量,在其他季节,基本上无发电能力,为了提高其发电量,只有在朝北的屋顶上架设钢架结构,使得太阳能电池板的安装朝向为正南方向。
2、朝北屋顶方案设计
朝北屋顶方案示意图,如下所示
图1 朝北屋顶方案示意图单家
图中选择的太阳能电池板规格为250W多晶硅太阳能电池板,尺寸为1950*991*40,以下方案相同。
图1所示,图中使用钢架结构,此时后排支架高度已达到3米左右,使得太阳能电池板的倾斜角为20度左右,这样就大大提高了电池板的发电量。此时,从图中可以看出朝北屋面可安装太阳能电池板的容量为5500W。
3、朝北屋顶方案的评价
优点:本方案的优点是提高的系统的发电效率。
缺点:增加安装成本,并且严重影响了别墅区的整体美观性。
4、建议
由于存在上述缺点,不建议此方案的实行。
3.3.2 朝东屋顶方案
1、朝东屋顶方案分析
由于屋面是朝东的,所以朝东的方案可以考虑两个方面。一是沿着屋面铺设,二是通过架设钢架结构使安装后的电池板朝着正南方向。由于架设钢架结构和朝北屋面方案存在同样的缺点,强烈建议不采用此方案。
2、朝东屋顶方案
朝东屋顶方案选在采用沿着屋面铺设。由于原先屋顶上存在架设保温层的方钢结构,所以本方案将利用方钢结构,使得太阳能电池板下部与原方钢结构保持在同一水平面上,方案示意图如下图所示
3、朝东屋顶方案评价
朝东屋顶方案,单家朝东屋面可以安装约10KW电池板,由于电池板沿着屋顶铺设,对于别墅区的整体美影响不是太大,但是由于电池板安装朝向为正东方向,其发电效率大大降低,欲估计年发电量约为6000KWh。
4、建议
由于电池板安装是沿着屋面安装,故不会对别墅的整体美观性造成影响,但是由于安装方向为正东方向,其发电效率会降低很多。业主可以选择安装,也可以选择不安装,本方案持中立态度。
3.3.3 停车位方案
1、停车位方案分析
经过现场勘探,业主家的停车位约为16.6M×6.0M左右的平地,若停车位上建设能够满足安装太阳能电池板的停车棚,那么这样对于太阳能发电系统的安装就十分的有利,不存在任何缺点。车棚的设计可以有贵方业主设计,我方给出合适的建议,如果可以,我方也可以为贵方设计停车棚,并在停车棚上安装太阳能发电系统。
2、停车位方案设计
停车位方案设计,如下图所示(图中仅为电池板安装效果草图不代表本公司对车棚的最终设计)。
3、车库位置方案评价
建立车库后安装电池板的容量约为12000W,年发电量预计大约为12000KWh。另外,若业主有需要,也可在车库上安装LED显示屏,用来显示发电量。
优点:设计建成车库后,美观、大方,突显车库完整性,可以防雨、防晒发电效果较好。 缺点:造价高,建设周期长。
3.3.4 方案综合评价及报价
本方案去除朝北屋顶方案,后保留朝东屋面(沿着屋面铺设)和车库位置方案。评价及报价见表1所示。
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