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1、南京农副产品物流中心屋顶光伏发电项目可行性研究报告建设单位：中节能太阳能科技南京有限公司编制单位：江苏省电力设计院 工程咨询（工咨甲） 21120070013 工程设计（甲级） A1320159102012年 05月 江苏南京南京农副产品物流中心屋顶光伏发电项目可行性研究报告院 长：审 核：校 核： 编 写： 目 录1 概述11.1 项目概况11.2 研究范围与分工51.3 主要设计原则62 电力系统83 太阳能资源分析93.1 太阳能资源概况93.2当地气候资源概况103.3建设光伏电站结论104 建厂条件114.1 厂址概述114.2 水文气象114.3 站址屋面条件135.1 厂区总平面
2、规划145.2总体方案设计155.3主要设备选型165.4 光伏阵列及倾角设计225.5 光伏阵列间距的计算225.6发电量测算245.7电气部分275.8建筑结构部分465.9 水工及消防部分496 环境保护和节能分析516.1 环境影响分析及治理措施516.2 环境效益及节能效益527 劳动安全与职业卫生547.1 工程概述547.2 设计依据、目的与任务547.3 劳动安全与职业卫生潜在危害因素分析547.4 劳动安全与工业卫生对策措施558 人力资源配置578.1 组织机构设置578.2 人员编制579 项目实施的条件和建设进度及工期589.1 工程项目实施的条件589.2 工程项目实
3、施的轮廓进度5910 投资估算与财务分析6010.1发电量概述6010.2项目投资和资金筹措6010.3财务分析和评价6010.4 结论、问题及建议7611 风险分析7611.1 市场风险分析7611.2 技术风险分析7611.3 工程风险分析7811.4 资金风险分析7811.5 政策风险分析7912.1 经济影响分析8012.2 社会影响分析8013 结论和建议81南京农副产品物流中心屋顶光伏发电示范项目 可行性研究报告1 概述1.1 项目概况1.1.1 项目所在地概况南京市面积6597平方千米，其中低山丘陵面积4255.07平方千米、江河面积752.06平方千米、圩洲面积1589.88平
4、方千米。长江从西南方向流入南京，在此折向东进入镇江。秦淮河、滁河分别从南北岸汇入长江。南京市平原主要有河谷平原、滨湖平原，沿江洲地及江心洲3种类型。河谷平原主要有秦淮河沿岸的秦淮河河谷平原，海拔大部分在710米；有位于鼓楼以北金川河沿岸的金川河河谷平原，海拔大部在610米；有位于江北滁河中下游沿岸的滁河河谷平原，海拔大部分在510米；有位于高淳东部胥溪河河谷平原，滨湖平原为南部石臼湖与固城湖湖滨地区，地面海拔大部分在57米。南京属于北亚热带季风气候，四季分明，冬夏长而春秋短，年平均气温16。夏季盛行西南风，历史最高气温40.7（1959年8月22日）；冬季盛行东北风，历史最低气温-14.0（1
5、955年1月6日）。南京雨水充沛，年平均降雨117天，降水量1106.5mm，一般在6月下旬至7月中旬处于阴雨连绵的梅雨季节，夏季和秋季还有西太平洋台风带来的大量雨水。南京农副产品物流中心屋顶光伏发电项目地理位置如图1-1：图1-1 南京农副产品物流中心屋顶光伏发电项目地理位置1.1.2 项目概况南京农副产品物流中心屋顶光伏发电项目场址位于江苏省南京市江宁开发区（东经118.52，北纬31.59），工程利用物流中心厂房屋顶建设太阳能发电工程，项目规模为6.187MWp。太阳能发电作为一种绿色可再生能源，与屋顶相结合，建设太阳能光伏电站示范项目，既可展示中国在可再生能源开发利用领域的先进技术和绿
6、色环保的理念，又能充分体现节能环保特色。1.1.3 项目建设的必要性1.1.3.1 改善生态、保护环境的需要在全球能源形势紧张、全球气候变暖严重威胁经济发展和人们生活健康的今天，世界各国都在寻求新的能源替代战略，以求得可持续发展和在日后的发展中获取优势地位。环境状况已经警示我国所能拥有的排放空间已经十分有限了，再不加大清洁能源和可再生能源的份额，我国的经济和社会发展就将被迫减速。提高可再生能源利用率，尤其发展太阳能发电是改善生态、保护环境的有效途径。太阳能光伏发电以其清洁、源源不断、安全等显著优势，成为关注重点，在太阳能产业的发展中占有重要地位。 1.1.3.2 开发利用太阳能资源，符合能源产
7、业政策发展方向我国政府已将光伏产业发展作为能源领域的一个重要方面，并纳入了国家能源发展的基本政策之中。已于2006年1月1日正式实施的可再生能源法明确规范了政府和社会在光伏发电开发利用方面的责任和义务，确立了一系列制度和措施，鼓励光伏产业发展，支持光伏发电并网，优惠上网电价和全社会分摊费用，并在贷款、税收等诸多方面给光伏产业种种优惠。在中国能源与环境形势相当严峻的情况下，该法将引导和激励国内外各类经济主体参与我国光伏技术的开发利用。2009年12月26日第十一届全国人民代表大会常务委员会第十二次会议通过了全国人民代表大会常务委员会关于修改中华人民共和国可再生能源法的决定。修改后的法律明确，国务
8、院能源主管部门会同国家电力监管机构和国务院财政部门，按照全国可再生能源开发利用规划，确定在规划期内应当达到的可再生能源发电量占全部发电量的比重，制定电网企业优先调度和全额收购可再生能源发电的具体办法，同时还明确这项工作由国务院能源主管部门会同国家电力监管机构督促落实。此次修改的可再生可能源法还规定了由国家财政设立可再生能源发展基金。修改后的可再生可能源法进一步强化了国家对可再生能源的政策支持，该决定将于2010年4月1日起施行。根据国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知（国发200715号）及财政部 建设部关于印发的通知（财建2006460号）精神，中央财政从可再生能源专项资金中安排部分资
9、金，支持太阳能光电在城乡建筑领域应用的示范推广。为促进我国可再生能源产业的发展，根据中华人民共和国可再生能源法的要求，国家发展和改革委员会于2005年11月印发了可再生能源产业发展指导目录，涵盖风能、太阳能、生物质能、地热能、海洋能和水能等六个领域的88项可再生能源开发利用和系统设备/装备制造项目。对于该目录中具备规模化推广利用的项目，国务院相关部门将制定和完善技术研发、项目示范、财政税收、产品价格、市场销售和进出口等方面的优惠政策。为推动节能技术进步，提高能源利用效率，促进节约能源和优化用能结构，建设资源节约型、环境友好型社会，国家发展和改革委员会、科学技术部于2006年12月发布了新的中国
10、节能技术政策大纲，强调可再生能源（含风能、太阳能、水能、生物质能、地热能和海洋能等非化石能源）是我国重要的能源资源，在满足能源需求、改善能源结构、建设资源节约型、环境友好型社会等方面发挥重要作用。中国节能技术政策大纲提出，在太阳能技术方面，研发太阳能光伏硅材料的生产技术，发展太阳能光伏发电技术，发展太阳能热利用技术；在节能新材料方面，研发新型高效能量转换与贮能装置及材料，推进燃料电池、太阳能电池、金属空气电池，超级电容器及相关材料的应用和发展。因此，本项目符合国家政策鼓励光伏产业发展，支持光伏发电并网的能源产业政策。1.1.3.3减轻环保压力光伏系统应用是发展光伏产业的目的所在，它的应用情况代
11、表着一个国家或地区对光伏产业的重视程度，标志着当地政府对能源及环境的认识水平。该电站的建成每年可减排一定数量的CO2，在一定程度上缓解了环保压力。1.1.3.4提高公众对光伏发电技术的认识社会公众对光伏发电技术的认识直接影响着光伏发电系统的规模化应用，电站的建成后，在产业内合适的位置设置电站显示大屏一块，将向社会公众展示光伏发电的优越性，以直观数据扭转公众简单地以能源价格来评判其优劣的偏见。综上所述，本项目的建设，符合我国21世纪可持续发展能源战略规划，也是发展循环经济模式，建设和谐社会的具体体现。同时，对推进太阳能利用及光伏发电产业的发展进程具有非常大的意义，预期有着合理的经济效益和显著的社
12、会效益。1.1.4 建设、投资主体中节能太阳能科技南京有限公司是中节能太阳能科技有限公司为该项目在南京专门成立的项目公司，由中节能太阳能科技有限公司全额出资。中节能太阳能科技有限公司是中央直属大型国有企业中国节能环保集团公司在北京成立的专业从事太阳能发电与产品制造的全资子公司，成立于2009年9月，注册资本金2.9亿元，在太阳能利用领域具有融资渠道通畅、工程经验丰富、技术产品领先、项目管理科学等优势，是集产品制造、科技研发、项目开发及建设运营一体化的优秀企业，始终保持国内最大太阳能电站投资运营商地位。公司坚持“由应用向制造延伸，用产品制造支撑光伏应用;由国内向国外拓展，用国外业务弥补国内市场”
13、的战略定位,沿承“国内国外双开花”的战略方向,力求实现“继续保持国内最大太阳能电站投资运营商地位，打造集产品制造、科技研发、项目开发及建设运营一体化的太阳能利用优秀企业”的战略目标。现已建成世界最大的单体建筑光伏一体化项目京沪高铁上海虹桥铁路客站太阳能并网电站、全国第一个最大太阳能荒漠电站宁夏石嘴山10兆瓦光伏发电项目、全国第一个兆瓦级铁路客站光伏电站项目（第一个用户侧并网兆瓦级电站）武广高铁武汉火车站光伏并网发电项目、全国最大的滩涂电站江苏射阳20兆瓦光伏发电等项目，山东德州10兆瓦光伏发电项目的竣工更是创造了中国光伏电站建设史上的“速度之最”。目前，公司已建设运营的光伏发电项目共110兆瓦
14、，计划至2015年,开发建设太阳能光伏发电装机总容量达2000兆瓦。公司已由生产研发光伏组件和电池开始逐步进入全产业链，将打造具有国际先进技术水平的太阳能产业基地。并现已在卢森堡、意大利、中国香港成立分公司，积极拓展海外业务，并于与世界先进企业携手，做行业领跑者，为新能源的发展贡献力量。 中节能太阳能公司拥有一流的技术人才、科学的维护管理机制、完善的企业文化体系，秉承高水平的运营管理能力和团结协作、知难而上、求实创新、追求卓越的企业精神，力争将公司打造成利益最大、品牌最优、形象最好的国际化企业。中国节能的愿景：为建设资源节约型、环境友好型社会，为全球应对气候变化提供优质的产品和服务，成为这个领
15、域优秀的贡献者。1.2 研究范围与分工1.2.1 研究范围本项目建设6.1872MWp光伏并网电站。参考国家发改委发布的火力发电厂可行性研究报告内容深度规定（DL/T 53752008），该项目本阶段的主要研究范围包括：（1） 建设的必要性：论证本工程建设的必要性和接入系统方案的比选；（2） 按照有关政府部门颁发的规定和要求，由业主委托开展相应评价和评估工作，出具相应报告，并通过审查，落实有关建厂的人文、自然和环境等各方面的外部条件，完成建厂条件的可行性论证；（3） 落实本期工程的建设条件，太阳能资源、工程地质、水文气象及厂址稳定性等；（4） 对本期的生产与辅助生产等系统进行全面而初步的工程设
16、想；为工程建设的合理性奠定初步的工作基础；（5） 论述电厂总体规划及总平面规划布置的合理性；（6） 拟定本期工程各主要工艺系统；（7） 论述电厂建成后对周围环境的影响及环境治理措施、落实劳动安全与工业卫生防治措施；（8） 论述本工程水土保持应有的有关章节；（9） 论述节约与合理利用能源措施、编制电厂定员、提出项目实施的条件和轮廓进度；（10） 对本工程进行投资估算和经济效益分析，提出影响造价的主要因素，论述造价水平的合理性，对本工程做出论据充分、科学合理、实事求是的经济评价；（11） 通过综合技术经济比较提出总的评价及主要结论意见，并提出存在问题和建议；（12） 环境影响评价报告等其他必要的专
17、题报告均不在本报告研究范围内，由建设方另行委托编制。1.2.2 可行性研究报告组成建设方委托江苏省电力设计院编制的可行性研究报告包括以下部分：可行性研究报告1.2.3 外委专题由建设方另行委托编制的专题项目共有以下2项：专题名称编制单位环境影响报告表/一次接入系统设计说明书/1.3 主要设计原则1.3.1 设计指导思想（1） 严格贯彻执行国家与行业的法律、法规、政策和标准，选择优良的技术方案和确定合理的工程造价。（2） 正确处理国家与地方、主体设施与辅助设施的关系，努力提高本期工程项目的社会效益和经济效益。（3） 贯彻节约用地、节约用水、以及节约能源的原则。（4） 认真执行环境保护政策。（5）
18、 对系统选型进行优化比较，选用符合我国国情的技术先进、性能可靠、价格合理的产品。（6） 厂址规划、厂区布置和地基处理等，应紧密结合本工程特点，进行方案优化和比选。1.3.2 主要设计技术原则1.3.2.1 国家、地区的产业政策和技术政策太阳能光伏发电属国家大力支持的可再生能源产业，具有明显的环保和节能效果。光伏发电是直接利用太阳能发电的一项高新技术，它具有许多优点，如：安全可靠、无噪声、无污染，能量随处可得，不受地域限制，无需消耗燃料，无机械转动部件，故障率低，维护简便，可以无人值守，建站周期短，规模大小随意，无需额外架设输电线路，可以方便地与建筑物相结合等。这些优点都是常规发电和其他发电方式
19、所不可比拟的。本项目是国家财政部为贯彻实施可再生能源法，落实国务院节能减排战略部署，加强政策扶持，加快推进太阳能光电技术在城乡建筑领域的应用，在条件适宜的地区，组织支持开展一批光电建筑应用示范工程，实施“太阳能屋顶计划”，在此背景下进行的一个项目。其目的是通过示范工程调动社会各方发展积极性，促进落实国家相关政策。加强示范工程宣传，扩大影响，增强市场认知度，形成发展太阳能光电产品的良好社会氛围。1.3.2.2 系统设计技术措施本可行性研究报告根据当地实际情况，充分考虑了方案的技术和经济的可行性，选取了性能价格比最优的光伏示范电站方案。在太阳能光伏电站的设计、设备选型方面，也遵循了如下原则：可靠性
20、高：设备余量充分，系统配置先进、合理，设备、部件质量可靠；通用性强：设备选型尽可能一致，互换性好，维修方便。通信接口、监控软件、充电接口配置一致，兼容性好,便于管理；安全性好：着重解决防雷击、抗大风、防火、防爆、防触电和关键设备的防寒、防人为破坏等安全问题；操作性好：自动化程度高，监控界面好，平时能做到无人值守，设备做到免维护或少维护；直观可视性好：现场安装有显示屏，可实时显示电站的发电量、太阳辐射、温度、瞬时功率以及二氧化碳减排量。性能价格比高：在设备选型和土建工程设计中，在保证系统质量、性能的前提下，尽量采用性价比最优的设备，注重经济性和实用性，以节省项目费用，减少投资。2 电力系统2.1
21、接入系统方案本工程太阳电池组件总装机容量为6.1872MW。拟根据建筑分布及中心变电站位置情况，拟将本项目分为2个发电子系统，每个发电系统由太阳电池组件、直流防雷汇流箱、并网逆变器、升压变压器等组合而成。输出接至中心变电站10kV用户配电系统，（具体接入系统方案在接入系统报告评审后确定）。83 太阳能资源分析3.1 太阳能资源概况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。资源丰度一般以全年总辐射量和全年日照总时数表示。就全球而言，美国西南部、非洲、澳大利亚、中国西藏、中东等地区的全年总辐射量或日照总时数最大，为世界太阳能资源最丰富地区。下图为我国国家气象局风能太阳能
22、资源评估中心发布的我国日照资源分布图：项目所在地图4-1 我国太阳能资源分布图按照日照辐射强度上图中将我国分为四类地区。一类地区（资源丰富带）全年辐射量在6700 MJ/m2以上。相当于230kg标准煤燃烧所发出的热量。主要包括青藏高原、甘肃北部、宁夏北部、新疆南部、河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部等地。二类地区（资源较富带）全年辐射量在54006700 MJ/m2，相当于180230kg标准煤燃烧所发出的热量。主要包括山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东南部、福建南部、江苏中北部和安徽北部等地。 三
23、类地区（资源一般带）全年辐射量在42005400 MJ/m2。相当于140180kg标准煤燃烧所发出的热量。主要是长江中下游、福建、 浙江和广东的一部分地区，春夏多阴雨，秋冬季太阳能资源还可以。 四类地区 全年辐射量在4200MJ/m2以下。主要包括四川、贵州两省。此区是我国太阳能资源最少的地区。 从全国太阳能资源空间分布来看，南京地区水平面年均日照辐射总量为4927.75MJ/m2，属于三类地区，太阳能资源一般带 ，适合建设光伏项目。3.2当地气候资源概况南京属于北亚热带季风气候，四季分明，冬夏长而春秋短，年平均气温16。夏季盛行西南风，历史最高气温40.7（1959年8月22日）；冬季盛行
24、东北风，历史最低气温-14.0（1955年1月6日）。南京雨水充沛，年平均降雨117天，降水量1106.5mm，一般在6月下旬至7月中旬处于阴雨连绵的梅雨季节，夏季和秋季还有西太平洋台风带来的大量雨水。3.3建设光伏电站结论南京市属我国第三类太阳能资源区域，并网接入条件优越，适合建设太阳能光伏电站。104 建厂条件4.1 厂址概述本项目所建6.187MW光伏发电工程的主体建筑为南京农副产品物流中心、南京润恒物流发展公司的冷库屋顶，位于南京市江宁开发区，项目所在地经纬度为东经118.52 、北纬31.59。4.2 水文气象南京城内主要河流有长江和秦淮河长江南京段从江宁铜井镇南开始，至江宁营防乡东
25、为止，境内长约95公里。秦淮河全长103公里；到南京武定门外分两股，一股为干流，称外秦淮河，绕城经中华门、水西门、定淮门外由三汊河注入长江；又一股称内秦淮河，由通济门东水关入城，在淮清桥又分为南北两支，南支为“十里秦淮”，经夫子庙文德桥至水西门西水关出城，与干流汇集，北支即古运渎、经内桥至张公桥出涵洞口入干流。 南京市北部有滁河，干流全长110公里，河道弯曲，集水面积7900平方公里。南部有淳溧运河和天生桥河。南京市风向玫瑰图及气象资料数据如下所示：图2-2 风向频率玫瑰图264.3 站址屋面条件原有屋顶分为轻钢屋面和混凝土屋面，并且轻钢屋面比混凝土屋面高1.8米左右。4.3.2 结论与建议考
26、虑到阳光遮挡及充分利用现有空间，混凝土屋面上考虑再做轻型支架屋面，并在其上布置光伏组件；对于轻型屋面结构可采用专用紧固件固定光伏组件。以上两种布置方式可能涉及到对原有混凝土柱、轻钢屋面的加固，查阅结构图纸得知原有混凝土结构柱截面为600x700，经初步核算加固量较小。对于原有轻钢屋面加固可采用加密檩条、改变隅撑支撑形式、施加预应力等方式实现。5 工程设想5.1 厂区总平面规划5.1.1厂区总体规划本光伏电站装机容量 6.1872MWp，系统采用用户侧并网的方式，厂房屋顶的太阳电池组件方阵经过汇流由逆变器逆变后经升压变压器升压到10KV，并入用户侧电网。具体接入方案以系统接入报告为准。根据建筑物
27、分布情况，分为两个电站，每个电站太阳电池组件分散布置在各个厂房上，所发电量通过逆变、升压就近接入附件10KV装置。5.1.2厂区总平面规划南京农副产品物流中心屋顶光伏发电项目场址位于江苏省南京市江宁经济开发区，工程利用物流中心屋顶建设太阳能发电工程。根据现场踏勘搜集资料，物流中心内可利用你建筑物屋面面积约15.94万平方米，其中混凝土屋面面积约1.77万平方米。项目规划安装容量6.1872MWp。5.2总体方案设计5.2.1系统组成该光伏并网系统主要由光伏阵列、并网逆变设备、数据采集及监控系统、阵列支架、交、直流电力网络、交流配电柜组成。系统示意图如下图。图5-1 系统示意框图5.2.2 整体
28、系统设计光伏电站的系统整体设计由光伏发电系统和机电设计两个部分组成，其中光伏发电系统指从太阳电池组件至逆变器之间的所有电气设备，包括太阳电池组件、直流接线箱、直流电缆、直流汇流柜、逆变器等；机电部分指从逆变器交流侧至电站送出部分的所有电气、控制保护、通信及通风等。太阳能通过光伏组件转化为直流电力，再通过并网型逆变器将直流电能转化为与电网同频率、同相位的交流电，升压后并入电网。针对本项目实际情况，我们通过技术可行性和经济效益论证，提出如下具有针对性整体方案设计：本光伏电站装机容量 6.1872MWp，拟采用10kV并网；为了防止光伏并网系统逆向发电，系统需要配置一套防逆流装置，通过实时监测配电变
29、压器低压出口侧的电压、电流信号来调节光伏系统的发电功率（限功率、切断），从而达到光伏并网系统的防逆流功能。5.3主要设备选型5.3.1 太阳电池概述太阳能光伏系统中最重要的是电池，是收集阳光的基本单位。大量的电池合成在一起构成光伏组件。太阳能光伏电池主要有：晶体硅电池（包括单晶硅Mono-Si、多晶硅Multi-Si、带状硅Ribbon/Sheet-Si）、非晶硅电池（a-Si）、非硅光伏电池（包括硒化铜铟CIS、碲化镉CdTe）。目前市场生产和使用的太阳能光伏电池大多数是用晶体硅材料制作的，2007年占88左右；薄膜电池中非晶硅薄膜电池占据薄膜电池大多数的市场。从产业角度来划分，可以把太阳能
30、光伏电池划分为硅基电池和非硅电池，硅基电池以较佳的性价比和成熟的技术，占据了绝大多数的市场份额。未来随着光伏电池技术的发展，染料敏化太阳能光伏电池、聚合物太阳能光伏电池等有望取代硅基电池的优势地位。（1）晶体硅光伏电池晶体硅仍是当前太阳能光伏电池的主流。单晶硅电池是最早出现，工艺最为成熟的太阳能光伏电池，也是大规模生产的硅基太阳能电池中，效率最高。单晶硅电池是将硅单晶进行切割、打磨制成单晶硅片，在单晶硅片上经过印刷电极、封装等流程制成的，现代半导体产业中成熟的拉制单晶、切割打磨，以及印刷刻版、封装等技术都可以在单晶硅电池生产中直接应用。大规模生产的单晶硅电池效率可以达到13-20%。由于采用了
31、切割、打磨等工艺，会造成大量硅原料的损失；受硅单晶棒形状的限制，单晶硅电池必须做成圆形，对光伏组件的布置也有一定的影响。多晶硅电池的生产主要有两种方法，一种是通过浇铸、定向凝固的方法，制成多晶硅的晶锭，再经过切割、打磨等工艺制成多晶硅片，进一步印刷电极、封装，制成电池。浇铸方法制造多晶硅片不需要经过单晶拉制工艺，消耗能源较单晶硅电池少，并且形状不受限制，可以做成方便光伏组件布置的方形；除不需要单晶拉制工艺外，制造单晶硅电池的成熟工艺都可以在多晶硅电池的制造中得到应用。另一种方法是在单晶硅衬底上采用化学气相沉积（CVD）等工艺形成无序分布的非晶态硅膜，然后通过退火形成较大晶粒，以提高发电效率。多
32、晶硅电池的效率能够达到10-18%，略低于单晶硅电池的水平。和单晶硅电池相比，多晶硅电池虽然效率有所降低，但是节约能源，节省硅原料，达到工艺成本和效率的平衡。晶体硅电池片如图5.3-1，5.3-2所示：图5.3-1 单晶硅硅片图5.3-2 多晶硅硅片由电池片组成的电池组件的外形结构如图5.3-3所示。 图5.3-3多晶硅、单晶硅太阳能电池组件外形（左为多晶硅组件，右为单晶硅组件）（2）非晶硅电池和薄膜光伏电池非晶硅电池是在不同衬底上附着非晶态硅晶粒制成的，工艺简单，硅原料消耗少，衬底廉价，并且可以方便的制成薄膜，并且具有弱光性好，受高温影响小的特性。自上个世纪70年代发明以来，非晶硅太阳能电池
33、，特别是非晶硅薄膜电池经历了一个发展的高潮。80年代，非晶硅薄膜电池的市场占有率一度高达20%，但受限于较低的效率，加之晶硅电池价格大幅下降，非晶硅薄膜电池的市场份额逐步被晶体硅电池取代。非硅薄膜太阳电池是在廉价的玻璃、不锈钢或塑料衬底上附上非常薄的感光材料制成，比用料较多的晶体硅技术造价更低，其价格优势可抵消低效率的问题。目前正在研发中和已有产品出售的薄膜太阳能电池主要有以下几种:（1）非晶硅薄膜电池：是薄膜太阳能电池中最成熟的产品之一。（2）多晶硅硅薄膜电池：其转换效率高于非晶硅薄膜太阳能电池，又无效率衰退问题，并且有可能在廉价衬底材料上制备，但由于控制薄膜中硅晶粒大小的技术没有解决，尚未
34、能制成有实用价值的太阳能电池。（3）有机染料敏化电池：它是一种光电化学电池。（4）铜铟硒（CIS）和锑化镉（CdTe）：两种化合物多晶薄膜太阳能电池，中试转换效率已经超过10。但是，由于元素镉的有毒性及其对环境的污染，这种太阳能电池技术均不具备长远的产业化生命力。据美国Miasole公司称，他们研制的铜铟硒（及其合金）电池样品转换效率可达19.5，试销产品的转换效率可达9。但由于铟和硒都是比较稀有的元素，因此，这类电池的发展必然受到限制。（5）砷化镓III-V化合物薄膜电池：在250的条件下，光电转换性能仍很良好，其最高光电转换效率约30，且能耐高温，特别适合做高温聚光太阳能电池。但生产成本高
35、，产量受限，目前主要作空间电源用。在光伏利用中，相对于其它薄膜电池，由于硅材料储量丰富，且无毒、无污染，具有主导地位。目前，在硅基薄膜太阳能电池家族中，非晶硅薄膜电池占有主要地位。但非晶硅太阳能电池存在光致衰减效应的缺点，并且转化效率远低于晶体硅太阳能电池。目前又出现了各种叠层太阳能电池，转换效率达14.6%，接近多晶硅太阳能电池。近年来，另一种新型硅基薄膜材料纳米硅薄膜由于其优良的性能引起了人们广泛的关注。理论上其最大转换率为44%，如能产业化，则高于单晶硅电池。2006年单晶硅、多晶硅和非晶硅薄膜这三种电池所占的份额分别为：43.40%、46.50%和10.10%。在这三种电池中，单晶硅的
36、生产工艺最为成熟，在早期一直占据最大的市场份额。但由于其生产过程耗能较为严重，产能被逐渐削减。到2006年时，多晶硅已经超过单晶硅占据最大的市场份额。表5.3-1对单晶硅、多晶硅和非晶硅这三种电池类型就转换效率、制造能耗、成本等方面进行了比较。表5.3-1 单晶硅、多晶硅和非晶硅的比较电池原料转换效率制造能耗成本资源可靠性公害技术壁垒单晶硅13-20%高高中高小中多晶硅10-18%中中中中小高非晶硅8-12%低低丰富中低小高5.3.2 太阳电池选型目前市场上成熟的太阳能电池产品主要是单晶硅、多晶硅和非晶硅三种类型。单晶硅电池由于制造过程中能耗较高，在市场中所占比例逐渐下降；多晶硅电池比非晶硅转
37、换效率高且性能稳定，但是价格稍贵。本工程选用性价比较高的多晶硅电池组件，这也与国外的太阳能光伏电池使用情况的发展趋势相符合。根据日本太阳能光伏发电系统2004年度报告中太阳电池的种类使用情况来看，2003年与2002年相比，单晶硅的输出容量从30.5%减到17.8%；多晶硅的输出容量从68.4%增加到80.9%；非晶硅的比例没变化；总的趋势是从高价的变换效率高的单晶硅向低价的变换效率低的多晶硅方向变化。5.3.3太阳电池组件主要技术参数本工程拟选用高效240Wp多晶硅电池组件，组件效率为14.7。本期6.1872MWp光伏电站共采用25780块电池组件，每个支路由20块240Wp电池组件串联而
38、成。240Wp电池组件的参数如下： 组件种类单位多晶体硅峰值功率W240开路电压V37.5短路电流A8.65工作电压V29.5工作电流A8.14外形尺寸mm165099050重量kg19.5峰值功率温度系数%/-0.45开路电压温度系数%/-0.37短路电流温度系数%/0.0610年功率衰降%1025年功率衰降%20组件光电转换效率%14.7以上数据是在标准条件下测得的，即:电池温度为25，太阳辐射为1000W/m2、地面标准太阳光谱辐照度分布为AM1.5。5.3.4逆变器选型及参数一般情况下，单台逆变器容量越大，单位造价相对较低，但是单台逆变器容量过大，在故障的情况下对整个系统出力影响较大。
39、并网型逆变器选型时除应考虑具有过/欠电压、过/欠频率、防孤岛效应、短路保护、逆向功率保护等保护功能外，同时应考虑其电压（电流）总谐波畸变率较小，以尽可能减少对电网的干扰。每个逆变器都连接有若干串光伏电池组件，这些光电组件通过配电箱连接到逆变器。配电箱内置组串电流监测单元，具有监测各组串电流的功能，并以数据格式将电流监测信息传输至逆变器控制器。整个太阳能电池系统中每个集中型逆变器具有自动检测功能，并能够随着太阳能组件接受的功率，以最经济的方式自动识别并投入运行。本工程拟采用10台500kW集中型并网逆变器。3台250kW集中型并网逆变器。集中型逆变器需满足如下性能： 采用MPPT技术，跟踪电压范
40、围要宽、最大直流电压要高； 提供人机界面及监控系统； 具有极性反接保护、短路保护、孤岛效应保护、交流过流及直流过流保护、直流母线过电压保护、电网断电、电网过欠压、电网过欠频、光伏阵列及逆变器本身的接地检测及保护功率(对地电阻监测和报警功能)等，并相应给出各保护功能动作的条件和工况(即时保护动作、保护时间、自成恢复时间等)。 交直流均具有防浪涌保护功能； 完全满足国家电网公司光伏电站接入电网技术规定(试行)的要求，具有低电压穿越功能，可调有功功率，交流电流谐波不超过允许值。5.4 光伏阵列及倾角设计5.4.1 阵列总体布置阵列总体布置原则：充分利用屋面资源，保证组件发电量，兼顾电站整体美观性。阵
41、列总体布置原则采用模块化设计、安装施工。模块化的基本结构。这样设计有如下好处：1）各发电单元各自独立，便于实现梯级控制，以提高系统的运行效率；2） 每个发电单元是单独的模块，由于整个光伏系统是多个模块组成，各模块又由不同的逆变器及与之相连的光伏组件方阵组成，系统的冗余度高，不至于由于局部设备发生故障而影响到整个发电模块或整个电站，且局部故障检修时不影响其他模块的运行；3）有利于工程分步实施；4）减少光伏组件至并网逆变器的直流电缆用量，减少系统线路损耗，提高系统的综合效率；5）每个发电单元的布置均相同，保证发电单元外观的一致性及其输出电性能的一致性。5.4.2倾角设计本项目倾角设计分两种情况：彩
42、钢瓦屋面由于荷载原因考虑进行平铺方式进行组件布置，冷库屋面为混凝土屋面，考虑按一定倾角进行布置。利用RETScreen计算软件，根据南京地区太阳能资源分析，考虑冷库屋面方向与正南方向有14左右的偏差，如果按照正南方向布置，因方位角偏差造成的发电量损失约1%，考虑装机容量及抗风能力，本项目组件的安装倾角初定 15。5.5 光伏阵列间距的计算在北半球，对应最大日照辐射接收量的平面为朝向正南，与水平面夹角度数与当地纬度相当的倾斜平面，固定安装的太阳能电池组件要据此角度倾斜安装。阵列倾角确定后，要注意南北向前后阵列间要留出合理的间距，以免前后出现阴影遮挡，前后间距为：冬至日（一年当中物体在太阳下阴影长
43、度最长的一天）上午9：00到下午3：00，组件之间南北方向无阴影遮挡。固定方阵安装好后倾角不再调整。计算当太阳能电池组件方阵前后安装时的最小间距D，如下图所示：图5-2 光伏阵列间距一般确定原则：冬至当天早9：00至下午3：00太阳能电池组件方阵不应被遮挡。计算公式如下：太阳高度角的公式：sina = sinf sind+cosf cosd cosw太阳方位角的公式：sin = cosd sinw/cosa式中：f为当地纬度为31.59；d为太阳赤纬，冬至日的太阳赤纬为-23.5；w为时角，上午9:00的时角为-45。D = cosL，L = H/tana，a = arcsin (sinf s
44、ind+cosf cosd cosw)即：经计算，组件倾斜后组件上缘与下缘之间相对高度与前后排安装距离，如下列图表所示：910mm15825mm15因此，当固定式太阳电池组件阵列间距为910mm时可以保证两排阵列在上午9 点到下午3 点之间前排不对后排造成遮挡。5.6发电量测算5.6.1 系统效率计算影响发电量的关键因素是系统效率，系统效率主要考虑的因素有：灰尘、雨水遮挡引起的效率降低、温度引起的效率降低、组件串联不匹配产生的效率降低、逆变器的功率损耗、直流交流部分线缆功率损耗、变压器功率损耗、跟踪系统的精度等等。1）灰尘、雨水遮挡引起的效率降低项目当地处在滩涂地区，灰尘较少，降水较多，同时考
45、虑有管理人员可经常性人工清理方阵组件的情况下，采用数值：94%2）温度引起的效率降低太阳能电池组件会因温度变化而输出电压降低、电流增大，组件实际效率降低，发电量减少，因此，温度引起的效率降低是必须要考虑的一个重要因素，考虑本系统在设计时已考虑温度变化引起的电压变化，并根据该变化选择组件串联数，保证了组件能在绝大部分时间内工作在最大跟踪功率点范围内，考虑0.31%/K 的MPP功率变化、考虑各月辐照量计算加权平均值，可以计算得到加权平均值为97%。3）组件串联不匹配产生的效率降低组件串联因为电流不一致产生的效率降低，选择该效率为97%。4）直流部分线缆功率损耗根据项目的直流部分的线缆连接，计算得
46、直流部分的线缆损耗98%。5）逆变器的功率损耗本项目采用高效并网逆变器，功率损耗可取97%。6）交流线缆的功率损耗根据项目的交流部分的线缆连接，计算得交流部分的线缆损耗效率98%。7）变压器功率损耗使用高效率的变压器，变压器效率为98%。8）总体系统效率测算系统各项效率：组件灰尘损失、组件温度效率损失、组件不匹配损失、线路压降损失、逆变器效率、升压变压器效率、交流线路损失等，考虑气候变化等不可遇见自然现象，取0.99的修正系数，则系统综合效率： =949797989798980.9980%因此，光伏电站整体效率为80%。5.6.2 本项目25年发电量估算l 南京地区水平面年辐射量为：1368.82 kWh/m2；l 15度倾斜面14方位角平面上年辐射量为：1468.98 kWh/m2；l 本工程系统构成：采用15固定倾角安装的1017.6kWp，平铺安装的5169.6kWp；
