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牡丹江光伏幕墙电站设计与实施

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'牡丹江光伏幕墙电站设计与实施摘要:牡丹江大学海林校区主教学楼88.32RW光伏幕墙并网发电示范项目,为光伏幕墙发电系统。在教学楼东、南面安装非晶硅光伏幕墙,该幕墙是BAPV与BIPV的典型示范项目,幕墙总面积约130070o设计峰值功率88.32kWpo所发的交流电与教学楼内部电网连接,光伏列阵发出的电供大楼内部优先使用,并安装防逆流柜,当电能不足供应主教学楼用电负载时,由局域低压电网补充。关键词:光伏幕墙;BIPV;BAPV;汇流箱;逆变器中图分类号:TM772文献标识码:A一、系统概述牡丹江大学海林校区主教学楼88.32kW光伏幕墙并网发电示范项目,地址位于牡丹江大学海林校区(分校区),北纬44°02’〜45°38";东经128°03’〜129°57’,为光伏幕墙发电系统。光伏幕墙装机容量为88.32kWp,所发的电能主要供教学楼的办公用电(照明和空调用电),如当电能不足供应主教学楼用电负载时,由局域低压电网补充。 本项目属于建材型应用,所采用的光伏组件为非晶硅薄膜电池,并按照光电建筑通知要求,建立了数据监测与远传系统。二、牡丹江地区平均气象资料牡丹江位于黑龙江东南部,属于中温带湿润季风气候,春季短,回暖快,风大易旱;夏季温热多雨;秋季短,降温快;冬季漫长寒冷。年平均气温4.3°C,1月最冷,平均气温-17°C,极端最低气温可达-35°C;7月最热,平均气温22°C,曾出现过38°C的极端最高气温。年均降雨540mm左右,年日照平均2305小时,属于太阳能丰富区域,适于建设太阳能发电项目。水平面的年均太阳辐照时数为3.85小时。本项目中非晶硅光伏幕墙采用90°竖直安装,根据专业光伏软件RETScreen可以测算竖直斜面上的太阳辐照。三、技术要点主楼建筑主要结构形式:框架剪力墙;体形系数:0.138;窗墙比:南、北、东均为0.37,西为0.29;保温(屋顶、外墙)构造均为聚苯板保温;围护结构性能参数(选用做法传热系数):屋顶0.401,外墙0.588,窗2.70本项目电池组件为硅基薄膜电池以硅烷等气体和TCO玻璃为主要原料,采用等离子体增强化学气相沉 积(PECVD)系统沉积镀膜,利用物理气相沉积(PVD)系统溅射复合背电极,进而形成太阳能电池板。该建筑物的最大亮点是,在南侧立面米用了最环保、国家大力提倡的光伏幕墙替代了传统的中空玻璃。光伏幕墙它是一种集发电、遮阳、隔热、装饰、维护功能于一体的新型建筑结构。把光电技术集成到建筑立面材料中,不占有建筑面积,且太阳能电池板优美的外观,具有特殊的装饰效果,更赋予了建筑物鲜明的现代科技色彩。四、太阳电池阵列设计系统分四个区域。区域A(教学楼南立面西侧和连廊顶部西侧):由125块非晶硅薄膜BAPV组件(120W),设计功率达到15kWo区域C(教学楼南立面东侧和连廊顶部东侧):由315块非晶硅薄膜BAPV组件(120W),设计功率达到37.8kWo根据50kW逆变器参数,直流输入电压范围(VOC)在DC340V〜DC850V,最大功率点电压设在DC440V〜DC800Vo组件方阵配置方案:每个硅基薄膜电池的开路电压为169V,短路电流1.22A,工作电压(Vmppt)为 128V,工作电流(Imppt)0.93Ao每一串的最大功率点电压不超过800Vo考虑到牡丹江地区历史最低气温曾达到零下40°C,169*(1+(25+40)X0.3%)=201.96V,8504-201.96=4.21,取4串。4块组件串联,每一串的功率120WpX4=480Wp,每一串的工作电压为128X4=512V,在最大功率点电压工作范围内,符合设计要求。(15kW+37.8kW)/128V/4=103.125A,103.125A/0.93A=110.9并,取111并,每四串为一组汇流引下为汇流箱一路输入,因此用16路输入的汇流箱2个,方阵总功率为(125+315)X120Wp=52.8kWp。区域B(教学楼连廊南立面):由230块非晶硅BIPV组件(90W),设计功率达到20.7kWo根据20kW逆变器参数,直流输入电压范围(VOC)在DC340V〜DC850V,最大功率点电压设在DC440V〜DC800Vo组件方阵配置方案:每个硅基薄膜电池的开路电压为135V,短路电流1.24A,工作电压(Vmppt)为99V,工作电流(Imppt)0.91Ao每一串的最大功率点电压不超过800Vo考虑到牡丹江地区历史最低气温曾达到零下40°C,135*(1+(25+40)X0.3%)=161.33V,8504-161.33=5.26,取5串。5块组件串联,每一串的功率90WpX5=450Wp,每一串的工作电压为99X5=495V,在最大功率点电压工作范围内,符合设计要 求。20.7kW/99.0V/5=41.8A,41.8A/0.91A=45.9并,取46并,每四并汇流引下为汇流箱一路输入,因此用16路输入的汇流箱1个,方阵总功率为230X90Wp=20.7kWpo区域D(教学楼东立面):由138块非晶硅薄膜BAPV组件(120W),设计功率达到16.56kWo根据20kW逆变器参数,直流输入电压范围(VOC)在DC340V〜DC850V,最大功率点电压设在DC440V〜DC800Vo组件方阵配置方案:每个硅基薄膜电池的开路电压为169V,短路电流1.22A,工作电压(Vmppt)为128V,工作电流(Imppt)0.93Ao每一串的最大功率点电压不超过800Vo考虑到牡丹江地区历史最低气温曾达到零下40°C,169*(1+(25+40)X0.3%)=201.96V,8504-201.96=4.21,取4串。4块组件串联,每一串的功率120WpX4=480Wp,每一串的工作电压为128X4=512V,在最大功率点电压工作范围内,符合设计要求。16.56kW/128V/4=32.22A,32.22A/0.93A=34.6并,取35并,每四并汇流引下为汇流箱一路输入,因此用16路输入的汇流箱1个,方阵总功率为138X120Wp=16.56kWpo 区域B和区域D各用1台GSG-20KTL-TV(20kW)三相并网逆变器;区域A和区域C共用1台GSG-50KTT-TV(50kW)三相并网逆变器。并网柜将逆变器所发的交流电与教学楼内部电网连接,光伏列阵发出的电大楼内部优先使用,并安装防逆流柜。光伏系统的总功率为88.32kWpo五、并网系统设计本方案为用户测并网方式,以一回0.4kV出线接入牡丹江大学用户电网侧。光伏电站主要建设于教学楼南立面,就近接入配电室AA-2配电柜的主进线为并网接入点,该柜体使用功率为322kW,满足88.32kW光伏电站所发电能自发自用的条件;光伏电站接入用电系统中,与电网并联运行,由于并网逆变器有自动跟踪电网的性能,能够自行达到同期点并网,故不需另设同期装置;鉴于光伏电站并网后注入电网的谐波小于4%,对电网几乎无影响,因此,不需再采取措施加以限制;并网逆变器其有“防孤岛效应”的功能,当电网停电,系统输出端电压由并网电流和负载共同决定,并且输出电流和电压之间的相位由负载决定。逆变器同时采用被动监测和主动检测方式,确保在电网停电时,光伏电站自动断电;并网光伏电站在用户侧并网,电能自发自用,在0.4kV出线侧,即90kW 交流配电柜内,安装智能电表。六、发电量预测根据实际的辐照状况,可以估算出光伏系统的逐月发电量和年发电总量理论值,如图1所示。整个光伏幕墙发电系统功率为88.32kWp,年发电量预计为10.52万度,25年总发电量为237万度。最终,牡丹江大学88.32kWp光伏幕墙项目经过综合验收已经正式运营。该项目已成为牡丹江大学光伏学院的实习案例,有助于提高省级重点课程的教学水平;该项目为牡丹江市地区的第一个光电建筑一体化项目,具有里程碑式的示范意义。参考文献⑴陆品桂.富士康科技集团光伏电站智能监控系统设计与实施研究[D].兰州大学,2015.'