光伏发电设计全流程解析

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伴随碳达峰、碳中和“双碳”政策大力推行，以及新能源市场的利好，目前多个城市在大力推进光伏发电项目，本篇文章以住宅小区项目为案例，简要介绍光伏发电的整体知识点。

【项目建设原则】

1.了解当地光伏项目备案要求。

一般情况下，咨询清楚是否需向能源局、住建局、供电局登记报备。登记报备内容应包含：光伏系统所在地、所有权人及对接联系人、装机容量、光伏组件类型与数量、安装形式、安装位置及安装面积等信息。

2.光伏发电系统应与总体建筑工程统一规划，同步设计，同步施工，同步验收。

【设计过程】

一．系统分类

一般情况下，需首先根据项目情况确认光伏系统的类型，本篇文章介绍的系统类型为并网带储能装置的光伏系统。

二、太阳能资源分析

地球上太阳能资源的分布与各地的纬度、海拔高度、地理状况和气候条件有关。资源度一般以全年总辐射量和全年日照总时数表示。我国总面积2/3以上地区年日照时数大于2000h，是太阳能资源丰富的国家，具有发展太阳能的优越条件。图1是中国气象局发布的1978～2007年我国年平均总辐射量的空间分布图。

图1：1978～2007年我国年平均总辐射量空间分布图

根据图1，可将中国划分为4个太阳能资源带：

1.太阳能资源丰富带：地区年平均太阳总辐射量达6700MJ/m2以上。这一地区主要为青海西部和西藏西部等地，尤以西藏西部最为丰富。

2.太阳能资源较富带：地区年平均太阳总辐射量为5400～6700MJ/m2。这一地区主要包括青海东部、西藏东部、新疆南部、宁夏、甘肃北部、内蒙古西部、云南西部等地。

3.太阳能资源一般带：地区年平均太阳总辐射量为4200～5400MJ/m2。这一地区主要包括新疆北部、内蒙古东部、山东、江西、河南、河北、黑龙江、吉林、辽宁、陕西、甘肃东南部、湖南、湖北、安徽、广东、广西、福建、浙江、江苏、云南东部、海南、台湾等地区。

4.太阳能资源贫乏带：地区年平均太阳总辐射量小于4200MJ/m2。这类地区位于四川、贵州两省部分地区，是我国太阳能资源最少的地区。

三．设计容量计算

1.按照用电负荷总容量占比，满足规范或标准要求。

以南昌为例，根据项目总用电负荷确定光伏发电装机容量：

根据电气设计图纸中的数据，该项目中商业及办公楼的用电总量及光伏安装容量如下表：

1.按照配建面积计算。

以宁波为例，根据项目总用电负荷确定光伏发电配建面积：

总建筑面积≥15万㎡的住宅小区，配建指标计算如下：

表1户均光伏计算因子

住宅项目光伏组件配建总面积计算公式：S≥Exn，其中n—住宅总户数。

四．设计系统

光伏发电系统一般包含光伏方阵、光伏汇流设备（包括光伏汇流箱、直流配电柜和直流电缆等）、逆变器、交流配电设备、升压变、储能及控制装置、布线系统及监测系统等设备组成。

图2光伏发电系统图

1）光伏组件选择

本篇文章中项目组件拟采用目前行业常用的270Wp多晶硅太阳能电池组件（晶硅太阳能光伏组件具有电池转换效率高，稳定性好，寿命长，与同等容量太阳能电池组件所占面积小，价格低廉等优点）；逆变器选用组串逆变器，并选择配套交流配电柜。

图3 多晶光伏组件图

光伏组件串联数量计算公式为：

其中：

KV—光伏组件的开路电压温度系数；

KV’—光伏组件的工作电压温度系数，如果产品无此数据，用KV代替；

N—光伏组件的串联数量（取整数）；

t—光伏组件工作条件下的极限低温（℃），根据项目所在城市的气象资

料数据取值；

t’—光伏组件工作条件下的极限高温（℃），根据项目所在城市的气

象资料数据取值；

Vdcmax—逆变器允许的最大直流输入电压（V）；

Vmpptmax—逆变器MPPT的电压最大值（V）；

Vmpptmin—逆变器MPPT的电压最小值（V）；

Voc—光伏组件的开路电压（V）；

Vpm—光伏组件的工作电压（V）；

由以上公式，并根据光伏并网逆变器满载MPPT电压范围520～800Vdc及最大直流电压1000Vdc，组件串列按照主要以19块太阳能电池组件串联进行设计，屋顶安装的光伏阵列为5个串列；5个串列接入一台光伏并网逆变器输入端。根据光伏并网逆变器输入端有2路MPPT通道，让发电量大大提升，通道装配5套输入防水接线端子，即5个光伏串列直接接入一台逆变器的MPPT通道，通道接入5个串列。

2）光伏阵列安装角度计算

借助辅助设计软件PVSYST进行数据分析如下：

从上图数据分析可知，进行固定倾角安装，全年获得最大能效的角度为方位角为0，倾角为19度，但考虑安装容量的最大化及与建筑的一体化，本次项目为南偏西16°安装，与水平面倾角为19度。

图4光伏组件安装示意图（安装间距D计算省略）

由于篇幅限制，对于储能电池、逆变器等设备的计算与选型不再叙述，各位如有疑问和兴趣，欢迎关注咨询。放一张逆变器并网原理图：

图5光伏并网逆变器原理图

对于光伏发电的监控、防雷接地、消防、对建筑/结构/给排水/暖通空调等的相互提资可根据项目经验参考正常工程设计即可，本文章不做说明。

【竣备验收】

一．分项验收：

1.新建项目光伏发电施工前，需对屋面防水验收完成。

2.既有项目光伏发电施工前，需对建筑、结构、电气等进行全面查验并方案论证。

3.在光伏组件及方阵支架就位前，需完成支架、基座和框架的验收。

4.在建筑管道井封口前，需进行相关预留管线的隐蔽工程验收。

5.在隐蔽工程隐蔽前，进行施工工程质量验收。

二．在光伏发电系统并网投产前，由具备相应资质的评估机构进行电能质量检测，并出具电能质量评估报告。

三．验收程序：

首先，建设单位成立验收小组，进行竣工验收。第一阶段为土建和安装验收；第二阶段为并网验收。

新建项目，光伏系统竣工后，进行由建设单位、设计单位、施工单位、监理单位和供电部门等参与的专项验收。

既有项目，光伏系统竣工后，进行由建设单位、设计单位、施工单位、监理单位和供电部门等参与的联合竣工验收。

【其他说明事项】

一．光伏发电系统设计为专项设计。深化设计应由原设计单位或不低于原设计单位资质的设计单位进行设计。

二．光伏发电专项设计应报施工图审查。

三．并网光伏发电系统的设计与验收应与当地供电部门充分沟通确认。

四．不同城市的要求可能会有区别，建议提前了解当地政策。

来源：全民光伏；网络