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光伏发电设计全流程解析

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。

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。

以湖北某地为例，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。

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1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2光伏组件安装示意图（安装间距D计算省略）

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