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太阳能并网光伏发电系统5kW屋顶并网光伏发电系统的设计方案及运行跟踪1系统原理屋顶光伏并网发电系统就是将太阳能电池板安装在屋顶上，系统与常规电网相连，共同承担供电任务。当有阳光时，逆变器将光伏发电系统所发的直流电转变成正弦交流电，产生的交流电可以直接供给交流负载，然后将剩余的电能输入电网，或者直接将产生的全部电能并入电网。在没有太阳的时候，负载用电全部由电网供给。2项目综述2.1项目简介该项目预计安装在广西平南县城区某商品房建筑屋顶5kW光伏发电系统设计方案。该建筑预期利用面积为36m2，整体面向正南偏西30度，拟利用区域为该商品楼楼外楼梯顶部，该楼梯全水泥浇筑，承重无问题，也无屋顶防水问题，拟采用光伏发电并网型，光伏发电并网系统设备主要有屋顶方阵组件、逆变器、交流保护开关、直流开关和计量仪器等。2.2光伏组件方阵最佳倾角的确定广西主要城市的太阳能总辐射量月份城市月总辐射量（MJ/㎡）年太阳辐射量（MJ/㎡）123456789101112南宁230.2208.6273.9314.8465455.7471503.3470.9379.3303.9285.84362.4来宾202.6163.2202.5288.4437.7447.6501.2505504.8391.4309.3300.84254.5桂林183.1173.5201.7270.9419.7401.8512.1534.3477.9368.4299.6283.84126.8贵港211.9183.9213.5260.6388.7405.9536.6494.8512.7399.4345.4258.84212.2河池、柳州、贺州162.6169.5225.2312.4418.1390.3467.6498.5446.4370.2283.7227.43971.9玉林255.8196.6249.6344.4458.4509.4503.5495.6516.5422.6324.1282.94559.4崇左258.9196.5226.3328.8490.2497.6502.8525.3489408.8335.9232.44492.5钦州、防城港、北海232.2187.2257.9330.4483.4489511.8504.9504.3435.1397.3329.24662.7梧州197.9201212.1297.8365.2395.3471.2463.5419.5436.9355.8284.64100.8百色230.5223.3332.5389.9468.9466.9502.1506.3482.3414284277.84578.5注：气象数据来源于中国建筑热环境分析专用气象数据集软件。平南位于北纬23°30′,基本位于北回归线附近，四季分明，水量充沛，光能资源充足，年辐射量约为4200MJ/㎡，年峰值日照小时数为1160h左右。根据光伏设计软件计算，光伏组件方阵最佳倾角为23度。考虑到实际家庭用电情况以及平南地区冬季阴雨较多情况，实际安装倾角采用15度安装，倾向夏天发出更多的电量。2.3逆变器的选择并网逆变器是光伏发电系统的核心部件和技术关键。并网逆变器可将光伏组件发出的直流电转换为交流电，并且还可以对转换的交流电的频率、电压、电流、相位、有功和无功、电能品质（电压波动、高次谐波）等进行控制。项目根据安装容量选择Hosola5000MTL逆变器，采用专利H4C全新拓扑结构，宽电压范围MPPT，最大电压达到550V，最大转换率97.4%，MPPT跟踪精度高达99.9%。最大功率点电压可达500V，可串联更多的电池板，减少直流端损耗；无线网络监控，随时能监控设备运行状况。高品质的产品和全天候室内外应用。IP65的保护等级可以保证设备在各种恶劣环境下仍然稳定工作。其参数见表1。表1Hosola5000MTL的逆变器的主要参数产品图片项目名称技术参数最大输入功率5400W最大输入电压550V最大输入电流15A直流输入路数2路MPPT跟踪路数2路接入电网类型单相额定交流输出功率5000W并入电网的电压范围180-270V并入电网的频率范围47-52尺寸506*348*148mm重量18.9kg防护等级IP65数据通讯接口RS232（无线可选）运行温度范围-20~+60/-4~140接地故障电流监控内部集成标准质保5年散热方式自然对流孤岛保护有AFD2.4光伏组件的选型为了有效利用太阳光，必须选择光电转换效率高的光伏组件作为系统的发电单元。本项目拟采用十大品牌之一的香港上市公司保利协鑫（GCL）的300w多晶硅太阳能电池组件，其参数见表2。表2多晶硅300w的主要参数项目名称技术参数峰值功率300W峰值工作电压36.6V峰值工作电流8.22A开路电压45V短路电流8.82A最大功率电压36.6V尺寸1956*992*40mm重量23kg工作温度-40℃～+85℃2.5监控系统的选择针对家庭及小型商业光伏发电系统的实际情况，逆变器厂家提供了一款桌面监控设备。该设备可同时监控多台逆变器，通过无线的方式传递数据，并在LCD上向用户直观地展示发电数据。同时用户也可以查询历史记录。2.6光伏组件的布置和安装该项目在屋顶布置18块单晶硅光伏组件，功率为5.4kW，占用屋顶面积为36㎡。连接方式为双路9块一串，以2串2路的方式接入一台5kw并网逆变器。为了解决屋面的承重能力、防水能力、抗风能力以及阴影遮挡等重要问题，同时光伏组件的布置也要与建筑物及周围的环境完美结合，采取以下安装设计方案：在整个屋面上采用太阳能专用镀锌C型钢支架组装的方式，多重固定支撑，同时将支架的支撑固定点设计在屋面的承重梁和水泥浇筑面上，不仅解决屋面承重能力，也不破坏屋面防水层，还适应平南地区的气候环境特点。安装平面图及支架结构图见下页图。2.7光伏并网配电系统光伏屋顶方阵汇流之后接入并网逆变器的直流输入侧，逆变器的交流侧接入单相交流开关，经过单相交流开关接入并网接入点。由于整个屋面的光伏组件容量为5.4kW，采用了可逆流的客户端并网方式，直接接入380V、50Hz的电网。2.8系统每年可产生发电量理论发电量=年峰值日照小时数×光伏电池总功率×光电转换效率=1160×5.4×95%=5950kW·h。因为倾角不是最佳倾角，预计年发电在5700度左右。2.9效益分析经济效益：光伏组件的使用寿命大约是25年（以衰减到80%计算，实际太阳能板还可以继续使用），因此设定整个屋顶光伏发电系统的寿命为25年。根据各项设备的单价及数量，可估算得一次性投资成本（见附件一）。5KW光伏并网系统投资成本预计为40000元，考虑整个系统使用周期25年内发电量约为120000kW·h（考虑组件衰减85%实际平均不到），可计算光伏发电单价约为0.30元/kW·h。可见，在实行阶梯电价的家庭用电上已具有相当的价格优势，在实行标杆光伏上网电价或国家补贴的分布式发电系统中经济效益更是可观。节能减排效益：该屋顶光伏并网发电系统总共发电量为120000kW·h，可节约47.3t标准煤，并减少105.5t二氧化碳3.18t二氧化硫1.58t氮氧化物、29t粉尘。由此可见，该光伏发电项目有明显的节能减排效益。2.10实际效益分析年发电量5700度计算，国家补贴0.42元一度，卖出给电网价格是0.44元一度，实际每度电收益为0.86元，年收入4900元，这是不考虑自用部分电量的情况，如考虑自用电量特别是阶梯电量的话，实际自用部分电价达到1.25元。综合考虑年收益稳定在5000元以上。太阳能电站系统实际运行跟踪本电站于2015年8月2日安装完成并并网发电，电表计量系统实际安装于8月18日，截至2016年2月7日统计数据如下：2015年8月2日起到年底发电量2635.62度，2016年截至2月8日发电393.51度，总计2930度，最高发电量为2015年8月23日的30.5度，最低发电量为2016年元月28日1.51度，按照5kw逆变器计算平均日发电量为3.06度每千瓦每天，目前运行时间刚为半年时间多几天，已经度过平南阴雨最多的日子，相信后续发电量会超过已经过去的半年发电量。预计的年发电量5700度能够完成。太阳能电站的电池板的负温度特性决定了在同样有阳光的情况下夏天和冬天日发电量数据不会差异太大。实际运行中，理论发电量最低的日子12月23日附近依然最高日发电量达到25.5度，最近的2月5-8日，更是达到了27度以上的日发电量。月发电量统计：8月9月10月11月12月1月657.39592.6609.74411.08264.81268.268月18日起至2016年2月8日止，发电量2560度，上网电量1995度，自发自用量565度，使用市电量1602度。按照电量使用情况看，结合现在的年度总电量阶梯制度，使用市电量肯定达到第三档电费，那么自用电量应该按照0.8283计算。收益为：2560*0.42+1995*0.4424+565*0.8283=2425.7元，即使全部按照基本电量计算也达到2256元。