屋頂光伏發(fā)電站

屋頂家用光伏電站設(shè)計(jì)江西工程學(xué)院環(huán)境與能源工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（2016屆)屋頂家用光伏電站設(shè)計(jì)屋頂家用光伏電站設(shè)計(jì)摘要在國(guó)家更重視環(huán)境問(wèn)題、提倡使用新能源的背景下,鼓勵(lì)"家庭光伏電站"進(jìn)社區(qū)和家庭政策的出臺(tái),催生了"光伏屋頂"的發(fā)展,而農(nóng)家屋頂因其產(chǎn)權(quán)明晰、使用面積大等優(yōu)勢(shì),讓很多農(nóng)民看到新的"錢景",促使他們變身為"光伏屋頂"的開(kāi)拓者。以太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源為主的新能源大規(guī)模應(yīng)用具有可持續(xù)性,逐步發(fā)展成為化石能源的主要替代能源。近年來(lái),在環(huán)境保護(hù)和能源危機(jī)頻發(fā)雙重壓力下,并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)得到較快發(fā)展并成為當(dāng)今光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展的主要方向。關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；家庭光伏政策；清潔能源；屋頂分布式光伏發(fā)電；回報(bào)率高；發(fā)電技術(shù)方案ThedesignofroofhouseholdphotovoltaicpowerplantabstractWithlarge-scaleapplicationbackgroundincountrieswithmoreattentiontoenvironmentalproblems,topromotetheuseofnewenergy,toencouragethedomesticphotovoltaicpowerstation"intothecommunityandfamilypolicyintroduced,thebirthofthe"photovoltaicroof"ofdevelopment,andthefarmroofbecauseofitsclearpropertyright,theuseoflargeareaadvantage,makealotoffarmerstothenew"moneyking",promptingthemtotransforminto"photovoltaicroof"pioneerinsolar,windandotherrenewableenergybasednewenergysustainability,andgraduallydevelopedintoafossilenergythemainalternativeenergy.Inrecentyears,environmentalprotectionandenergysourcecrisispronedoublepressure,gridconnectedphotovoltaicpowergenerationsystemhasbeenrapiddevelopmentandbecomeThemaindirectionofdevelopmentofphotovoltaicpowergenerationtechnology.Keywords:solarenergy;familypolicy;cleanenergy;roofofdistributedphotovoltaicpowergeneration;powergenerationtechnologyforhighrateofreturn;每天只用10度電，剩余10度電賣給國(guó)家，則補(bǔ)貼為10*0.42元+10*0.56元=9.8元，一年除不用交電費(fèi)外，還能掙3577元。三、投資收益分析目前，每千瓦的電池組件占地面積在10m2左右，每千瓦的電站投資在8-9元kW，假設(shè)一個(gè)5kW規(guī)模的家庭式光伏電站，投資收益分析如下占地面積：約40--50

m2

總投資：4萬(wàn)元左右

發(fā)電量：日均20度左右，一年7300度

補(bǔ)貼：0.42元/度(國(guó)家補(bǔ)貼)×7300度=3066元因?yàn)槭亲约矣秒?，不用交電費(fèi)，故省去：7300度×0.56元/度=4088元年收益：3066元+4088元=7154元回本：4萬(wàn)元÷0.7154萬(wàn)元/年=5.59年預(yù)計(jì)6年收回成本算賬：電站設(shè)計(jì)使用年限為25年，剩下的20年可以免費(fèi)用電因此如果沒(méi)有政府給予設(shè)備補(bǔ)貼或者電價(jià)補(bǔ)貼，很少有人愿意做的，因?yàn)榘凑漳壳耙粋€(gè)家庭每年電費(fèi)開(kāi)銷3000元計(jì)算，一個(gè)5kW的電站投資要在4萬(wàn)元，電力自發(fā)自用收回成本也要10年以上，10年之后才能見(jiàn)到效益。設(shè)備包括：光伏組件及支架、交直流斷路器、逆變器等。實(shí)例5kW光伏屋頂系統(tǒng)項(xiàng)目解決方案如下系統(tǒng)特點(diǎn)：

■

能量轉(zhuǎn)換過(guò)程簡(jiǎn)單，系統(tǒng)轉(zhuǎn)化效率高■

操作、維護(hù)簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定可靠

■工作性能穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)

■無(wú)噪聲，無(wú)污染■結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，便于運(yùn)輸和安裝設(shè)備清單：1、光伏電站組件：20片

250kWp多晶硅，市場(chǎng)較好材質(zhì)為4元/瓦，5千瓦≈2萬(wàn)元

2、安裝材料費(fèi)(城市)：鋁合金材質(zhì)支架≈5000元，普通鋼材支架≈3000元(如在農(nóng)村屋頂多為尖頂?shù)模恍枰Ъ?，?huì)省些錢)

3、（逆變器質(zhì)量好的)≈1萬(wàn)元(把電池板產(chǎn)生的直流電變成適合家用電器的交流電，還有防短路、通信等功能)

目前，1~10kW逆變器，價(jià)格大概在2.0~2.2元/W

4、施工人工費(fèi)等≈5000元，包含提供直流電纜、交流電纜、電表、斷路器。線纜數(shù)量根據(jù)實(shí)際屋頂來(lái)算，人工費(fèi)各城市也不同。5、各地供電公司并網(wǎng)服務(wù)為免費(fèi)的。（服務(wù)：如果想安裝家庭光伏電站，有專門的公司可以到現(xiàn)場(chǎng)考察、設(shè)計(jì)，提供合理的解決方案。）1.3屋頂光伏電站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限不應(yīng)小于25年。預(yù)埋件屬于難以更換的部件，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限宜按50年考慮。（2）屋頂光伏電站結(jié)構(gòu)可按彈性方法分別計(jì)算施工階段和正常使用階段的作用效應(yīng)，并進(jìn)行作用效應(yīng)組合。（3）屋頂光伏電站結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的構(gòu)件和連接應(yīng)按各效應(yīng)組合中最不利組合進(jìn)行設(shè)計(jì)。1.4屋頂光伏電站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)屋頂光伏電站固定支架光伏陣列承受的荷載包括自重、風(fēng)荷載、活荷載和雪荷載。荷載通過(guò)太陽(yáng)能電池板傳至固定光伏支架上，最終通過(guò)支架作用至屋面板上。在既有建筑屋頂增設(shè)或改造光伏系統(tǒng)，除了新增結(jié)構(gòu)系統(tǒng)須具有規(guī)定的承載能力、剛度、穩(wěn)定性和變形能力外，還應(yīng)保證原有建筑結(jié)構(gòu)承載力滿足要求，避免屋頂?shù)顾?、被掀翻和破裂。因此，還需對(duì)原有建筑物進(jìn)行安全性復(fù)核。第2章2.1分布式光伏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用光伏組件半導(dǎo)體材料的“光伏”效應(yīng)，將太陽(yáng)光的輻射直接轉(zhuǎn)換為電能的一種新型發(fā)電系統(tǒng)。它的規(guī)模可大可小，在發(fā)電過(guò)程中不會(huì)排放污染物質(zhì)，具有安裝方便，沒(méi)有噪音，整個(gè)壽命期間幾乎無(wú)需維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)分為兩大類，一類是太陽(yáng)能光伏發(fā)電獨(dú)立系統(tǒng)，另一類是太陽(yáng)能光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)。太陽(yáng)能光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)主要包括太陽(yáng)能光伏組件、光伏匯流箱、直流配電柜、并網(wǎng)型逆變器和交流配電柜等，家用并網(wǎng)型分布式光伏系統(tǒng)由于規(guī)模不大，匯流箱和交直流配電柜都用不到，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)充分考慮實(shí)際情況，一般應(yīng)遵循經(jīng)濟(jì)適用原則，可靠性高、牢固耐用、容易維護(hù)、充分考慮地理和氣候環(huán)境的影響。光伏系統(tǒng)2.2典型屋頂太陽(yáng)能并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成光伏系統(tǒng)2.2.1太陽(yáng)能電池方陣太陽(yáng)能電池方陣是并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要部件，由其將接受到的太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)換為電能。住宅并網(wǎng)型光伏系統(tǒng)光伏器件的突出特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)是與建筑相結(jié)合，目前主要有兩種形式：建筑與光伏系統(tǒng)相結(jié)合（BAPV）和建筑與光伏元件相結(jié)合（BIPV）。2.2.2并網(wǎng)逆變器將太陽(yáng)能電池方陣發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，并且對(duì)轉(zhuǎn)換的交流電的頻率、電壓、電流、相位、有功與無(wú)功、同步、電能品質(zhì)等進(jìn)行控制的裝置叫逆變器。逆變器按功率分類，并網(wǎng)逆變器可分為小型、中型、大型逆變器三種。小型逆變器一為10KW以下，中型逆變器為：10KW～100KW；大型逆變器為：100KW及以上。按是否帶隔離變壓器分類，按逆變器是否帶隔離變壓器，分為有隔離型和無(wú)隔離型。按輸出相數(shù)分類，按并網(wǎng)逆變器的額定輸出功率、輸入\o"Viewallpostsin光伏"光伏支路數(shù)量、輸出為三相或單相，無(wú)蓄電池的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的逆變方案可分為集中型逆變方案和支路型逆變方案兩種。4、逆變器配置選擇對(duì)于低壓并網(wǎng)項(xiàng)目，50KW及以上逆變器設(shè)隔離變壓器。本工程逆變器為戶內(nèi)配置，具有以下功能：◆允許環(huán)境溫度-25℃～+55℃；◆采用\o"ViewallpostsinMPPT"MPPT技術(shù)，跟蹤電壓范圍要寬、最大直流電壓要高；◆提供人機(jī)界面及監(jiān)控系統(tǒng)；◆具有極性反接保護(hù)、防反放電保護(hù)、孤島效應(yīng)保護(hù)、交流過(guò)流及直流過(guò)載保護(hù)、直流母線過(guò)電壓保護(hù)、電網(wǎng)斷電、電網(wǎng)過(guò)欠壓、電網(wǎng)過(guò)欠頻、光伏陣列及逆變器本身的接地檢測(cè)及保護(hù)(對(duì)地電阻監(jiān)測(cè)和報(bào)警功能)等，并相應(yīng)給出各保護(hù)功能動(dòng)作的條件和工況(即時(shí)保護(hù)動(dòng)作、保護(hù)時(shí)間、自成恢復(fù)時(shí)間等)。◆交直流均具有防浪涌保護(hù)功能；2.2.3控制器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制和監(jiān)測(cè)。對(duì)于并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，主要用于城市與建筑結(jié)合的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)（BIPV）和大型荒漠地光伏電站。這類應(yīng)用已成為光伏發(fā)電市場(chǎng)的主流，目前約占到世界光伏發(fā)電市場(chǎng)份額的80%。2.2.4光伏組件目前使用較多的兩種太陽(yáng)能電池板是單晶硅和多晶硅太陽(yáng)電池組件。單晶硅太陽(yáng)能電池目前單晶硅太陽(yáng)能電池板的單體光電轉(zhuǎn)換效率為16%～18%，是轉(zhuǎn)換效率最高的但是制作成本高，還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用。（2）多晶硅太陽(yáng)能電池多晶硅太陽(yáng)能電池板的單體光電轉(zhuǎn)換效率約15%～17%。制作成本比單晶硅太陽(yáng)能電池要便宜一些，材料制造簡(jiǎn)便，節(jié)約電耗，總生產(chǎn)成本較低，因此得到大量發(fā)展。目前主流的組件是250Wp多晶硅太陽(yáng)電池組件。2.3光伏發(fā)電原理2.3.1基本工作原理常規(guī)電力系統(tǒng)中的所有在運(yùn)行機(jī)組，無(wú)論容量大小，全部并網(wǎng)發(fā)電，待并發(fā)電機(jī)組必須同時(shí)滿足以下三個(gè)條件才允許并網(wǎng)運(yùn)行，缺一不可：

頻率相等

相位與相序相同

電壓相等

太陽(yáng)能光伏電站同樣必須同時(shí)滿足上述三個(gè)并網(wǎng)條件才允許并網(wǎng)發(fā)電。光伏發(fā)電系統(tǒng)是直流發(fā)電器，需經(jīng)逆變器將直流電換成頻率、相位和電壓與電網(wǎng)完全相同的交流電，通過(guò)并網(wǎng)控制器與電網(wǎng)并聯(lián)，成為電力系統(tǒng)中一臺(tái)特定的小機(jī)組。白天，陽(yáng)光充足，并網(wǎng)光伏電站全容量發(fā)電，向負(fù)載供電，多余的電能或儲(chǔ)存、或向電網(wǎng)輸電；夜間，電站停止運(yùn)行，由儲(chǔ)能裝置或電網(wǎng)向負(fù)載供電。并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)可分為雙向互補(bǔ)型和單向供給型。2.3.2實(shí)驗(yàn)原理太陽(yáng)能電池發(fā)電原理：當(dāng)光線照射太陽(yáng)能電池表面時(shí)，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了越遷，成為自由電子在P－N結(jié)兩側(cè)集聚形成了電位差，當(dāng)外部接通電路時(shí)，在該電壓的作用下，將會(huì)有電流流過(guò)外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個(gè)過(guò)程的實(shí)質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過(guò)程。并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)工作原理：白天，陽(yáng)光充足，并網(wǎng)光伏電站全容量發(fā)電，向負(fù)載供電，多余的電能或儲(chǔ)存、或向電網(wǎng)輸電；夜間，電站停止運(yùn)行，由儲(chǔ)能裝置或電網(wǎng)向負(fù)載供電。2.4光生伏特效應(yīng)半導(dǎo)體材料是一類特殊的材料，從宏觀電學(xué)性質(zhì)上說(shuō)它們導(dǎo)電能力在導(dǎo)體和絕緣體之間，導(dǎo)電能力隨外界環(huán)境（如溫度、光照等）發(fā)生劇烈的變化。半導(dǎo)體材料具有負(fù)的帶電阻溫度系數(shù)。從材料結(jié)構(gòu)特點(diǎn)說(shuō)，這類材料具有半滿導(dǎo)帶、價(jià)帶和半滿帶隙，溫度、光照等因素可以使價(jià)帶電子躍遷到導(dǎo)帶，改變材料的電學(xué)性質(zhì)。通常情況下，都需要對(duì)半導(dǎo)體材料進(jìn)行必要的摻雜處理，調(diào)整它們的電學(xué)特性，以便制作出性能更穩(wěn)定、靈敏度更高、功耗更低的電子器件?；诎雽?dǎo)體材料電子器件的核心結(jié)構(gòu)通常是pn結(jié)，pn結(jié)簡(jiǎn)單說(shuō)就是p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體的基礎(chǔ)區(qū)域，太陽(yáng)能電池本質(zhì)上就是pn結(jié)。常見(jiàn)的太陽(yáng)能電池從結(jié)構(gòu)上說(shuō)是一種淺結(jié)深、大面積的pn結(jié)，它的工作原理的核心是光生伏特效應(yīng)。光生伏特效應(yīng)是半導(dǎo)體材料的一種通性。當(dāng)光照射到一塊非均勻半導(dǎo)體上時(shí)，由于內(nèi)建電場(chǎng)的作用，在半導(dǎo)體材料內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。如果構(gòu)成適當(dāng)?shù)幕芈肪蜁?huì)產(chǎn)生電流。這種電流叫做光生電流，這種內(nèi)建電場(chǎng)引起的光電效應(yīng)就是光生伏特效應(yīng)。第3章方案實(shí)施3.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的種類一種是與公共電網(wǎng)并聯(lián)而沒(méi)有備用蓄電池進(jìn)行儲(chǔ)能的光伏發(fā)電系統(tǒng)；另一種是與公共電網(wǎng)并聯(lián)同時(shí)也有備用蓄電池作為補(bǔ)充的光伏發(fā)電系統(tǒng)。光伏發(fā)電系統(tǒng)圖1.無(wú)蓄電池的并網(wǎng)系統(tǒng)光伏發(fā)電系統(tǒng)圖這種系統(tǒng)在電網(wǎng)可用的情況下才能運(yùn)行。因?yàn)殡娋W(wǎng)的電能損耗非常小，所以這種系統(tǒng)一般來(lái)說(shuō)可以為用戶節(jié)省更多的電費(fèi)開(kāi)支。然而，倘若電力中斷，這個(gè)系統(tǒng)將會(huì)完全關(guān)閉，直到電網(wǎng)恢復(fù)。典型的無(wú)蓄電池并網(wǎng)系統(tǒng)有以下部件組成:１）光伏陣列平衡系統(tǒng)的配備（ＢＯＳ）直流－交流逆變器測(cè)量?jī)x器、儀表其他元件公共電網(wǎng)開(kāi)關(guān)2.含蓄電池的并網(wǎng)系統(tǒng)這種系統(tǒng)是在不含蓄電池的并網(wǎng)系統(tǒng)中加入蓄電池，為系統(tǒng)進(jìn)行儲(chǔ)能，使得即便是在電網(wǎng)斷電的情況下，系統(tǒng)也能夠?yàn)樘厥庳?fù)載提供應(yīng)急供電。而當(dāng)電力中斷，這個(gè)系統(tǒng)就與電網(wǎng)脫離，形成一個(gè)獨(dú)立的電源供電線路，采取專用的配電線路為這些特殊負(fù)載供電。如果電網(wǎng)停電故障發(fā)生在白天，光伏陣列能夠和蓄電池一起給這些負(fù)載供電；如果停電發(fā)生在夜間，則全部由蓄電池給負(fù)載供電，蓄電池能釋放出足夠的能量來(lái)保證這些特殊負(fù)載正常運(yùn)行一個(gè)蓄電池備用系統(tǒng)除了包含無(wú)蓄電池并網(wǎng)系統(tǒng)中的所有元件之外，還需要增加蓄電池和蓄電池組、蓄電池充電控制器、為特殊要求高保障負(fù)載供電的配電盤(pán)等部件。3.2屋頂分析3.2.1家用屋頂?shù)姆诸惣矣梦蓓斨饕峭咂蓓敗⒒炷廖蓓敿安输撏呓Y(jié)構(gòu)一.瓦片屋頂及彩鋼瓦結(jié)構(gòu)屋頂\o"Viewallpostsin勘測(cè)"勘測(cè)要點(diǎn)詢問(wèn)建筑的竣工年份，產(chǎn)權(quán)歸屬。

（2）屋頂朝向及方位角。

（3）屋頂傾斜角度。量出屋面寬度和房屋寬度即可計(jì)算出屋頂傾斜角度。南方屋頂傾角一般大于北方屋頂。

（4）瓦片類型、瓦片尺寸。民用建筑常見(jiàn)瓦型包括羅馬瓦、空心瓦、雙槽瓦、瀝青瓦、平板瓦、魚(yú)鱗瓦、西班牙瓦和石板瓦。

（5）考慮屋頂?shù)恼趽跚闆r。掀開(kāi)部分瓦片查看屋頂結(jié)構(gòu)，注意記錄主梁、檁條的尺寸和間距。瓦屋頂?shù)闹Ъ芟到y(tǒng)掛鉤是安裝固定在檁條上。

（7）從項(xiàng)目業(yè)主方獲取房屋結(jié)構(gòu)圖，便于計(jì)算屋頂荷載。

（8）詢問(wèn)業(yè)主擬安裝\o"Viewallpostsin光伏系統(tǒng)"光伏系統(tǒng)屋頂南面是否有高樓建設(shè)規(guī)劃。二.混凝土屋頂勘測(cè)要點(diǎn)（1）建筑竣工年份、產(chǎn)權(quán)歸屬；屋頂朝向和方位角。

（2）測(cè)量女兒墻高度，后期進(jìn)行陰影分析，確定可安裝利用面積。

（3）查看屋面防水情況，以不破壞屋面防水結(jié)構(gòu)為原則，考慮支架的安裝是采用自(負(fù))重式還是膨脹螺栓固定式。標(biāo)準(zhǔn)民用混凝土屋頂?shù)某休d能力需大于3.6KN/m2，在考慮短時(shí)風(fēng)載、雪載的情況下支架系統(tǒng)的荷載也小于混凝土屋頂?shù)某休d能力。為避免安裝光伏系統(tǒng)后建筑產(chǎn)生任何的防水結(jié)構(gòu)破壞問(wèn)題，優(yōu)先采用自(負(fù))重式支架安裝方式。

（4）從項(xiàng)目業(yè)主方獲取房屋結(jié)構(gòu)圖，便于計(jì)算屋頂荷載。

（5）詢問(wèn)業(yè)主擬安裝光伏系統(tǒng)屋頂南面是否有高樓建設(shè)規(guī)劃。第4章屋頂光伏系統(tǒng)的安裝4.1安裝屋頂光伏系統(tǒng)要遵循的基本步驟確保屋頂或其他安裝位置的面積大小可以容納將要安裝的光伏系統(tǒng)。安裝時(shí)，需要檢查屋頂是否能夠承受外加光伏系統(tǒng)的質(zhì)量，必要時(shí)還需要增強(qiáng)屋頂?shù)某兄啬芰?。根?jù)建筑屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，妥善處理屋頂。嚴(yán)格按照規(guī)范和步驟安裝設(shè)備。正確、良好地設(shè)置接地系統(tǒng)，能有效避免雷擊。檢查系統(tǒng)運(yùn)行是否良好。確保設(shè)計(jì)和相關(guān)設(shè)備能夠滿足當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的并網(wǎng)需求。最后，由權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)或電力部門對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面檢測(cè)。4.2.安裝地點(diǎn)選擇家庭分布式光伏系統(tǒng)的選址一般可選擇安裝在自家屋頂上，屋面承重能力必須大于20kg/m2。房屋房梁如果是木質(zhì)結(jié)構(gòu)的話就不要考慮了，光伏系統(tǒng)使用年限長(zhǎng)達(dá)25年，木質(zhì)房梁易腐壞，建議不要進(jìn)行安裝。若在人字結(jié)構(gòu)屋頂建設(shè)太陽(yáng)能光伏電站，不能像地面電站那樣設(shè)計(jì)最佳傾角，并且考慮前后遮擋間距。為了便于光伏組件和屋頂結(jié)合，一般都在屋面上直接平鋪支架，北半球鋪朝南面，南半球鋪朝北面，這樣方可最大效率利用光能。支架與屋頂采用夾具連接，電池組件再安裝于支架上。這種方式不僅美觀，而且可以實(shí)現(xiàn)屋頂面積利用最大化。在平頂結(jié)構(gòu)屋頂建設(shè)太陽(yáng)能光伏電站，需要架設(shè)光伏支架和設(shè)計(jì)最佳傾角和組件前后間距。另外，支架基礎(chǔ)強(qiáng)度的設(shè)計(jì)還要以當(dāng)?shù)貧庀髼l件做依據(jù)。需要注意一點(diǎn)，考慮到組件的熱脹冷縮效應(yīng)，安裝時(shí)上下左右組件之間的間隔要達(dá)到3cm左右為佳。4.3我國(guó)太陽(yáng)能資源分布情況如下一類地區(qū)年日照3200～3300小時(shí)，輻射量7500～9250MJ/m2。青藏高原、甘肅北部、寧夏北部和新疆南部等地。

二類地區(qū)年日照3000～3200小時(shí)，輻射量5850～7500MJ/m2。河北、西北部、山西北部、內(nèi)蒙古南部、寧夏南部、甘肅中部、青海東部、西藏東南部和新疆南部等地。此區(qū)為我國(guó)太陽(yáng)能資源較豐富區(qū)。三類地區(qū)年日照2200～3000小時(shí)，輻射量5000～5850

MJ/m2。山東、河南、河北東南部、山西南部、新疆北部、吉林、遼寧、云南、陜西北部、甘肅東南部、廣東南部、福建南部、江蘇中北部和安徽北部等地。

四類地區(qū)年日照1400～2200小時(shí)，輻射量4150～5000

MJ/m2。

長(zhǎng)江中下游、福建、

浙江和廣東的一部分地區(qū)五類地區(qū)全年日照時(shí)數(shù)約1000～1400小時(shí)，輻射量3350～4190MJ/m2。四川、貴州兩省。此區(qū)是我國(guó)太陽(yáng)能資源最少的地區(qū)。結(jié)合現(xiàn)在的光伏發(fā)電技術(shù)，1kWp的多晶硅太陽(yáng)能電池組件五類區(qū)域年發(fā)電量大致如下：地區(qū)1kWp發(fā)電量（kW.h）一類地區(qū)1666~2055二類地區(qū)1300~1666三類地區(qū)1111~1300四類地區(qū)922~1111五類地區(qū)744~922因此用戶可以根據(jù)系統(tǒng)的安裝地點(diǎn)和自己年用電量情況來(lái)合理選擇裝機(jī)規(guī)模。例如A家庭位于太陽(yáng)能資源四類區(qū)域，平均年用電量是3000

kWh，裝機(jī)3000W就夠用了；B家庭位于二類地區(qū)，平均年用電量也是3000

kWh，裝機(jī)2000W就可以了。4.4光伏組件陣列安裝朝向和角度如果安裝地點(diǎn)是平面，則要計(jì)算光伏支架的傾角，北半球朝南，南半球相反。考慮到跟蹤系統(tǒng)雖然能提高系統(tǒng)效率，但需要維護(hù)，而且會(huì)增加故障率，再結(jié)合費(fèi)用、實(shí)用性等因素，家庭分布式光伏系統(tǒng)采用固定的光伏方陣較好。從氣象站得到的資料，均為水平面上的太陽(yáng)能輻射量，需要換算成光伏陣列傾斜面的輻射量才能進(jìn)行發(fā)電量的計(jì)算。對(duì)于某一傾角固定安裝的光伏陣列，所接受的太陽(yáng)輻射能與傾角有關(guān)，較簡(jiǎn)便的輻射量計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式為：

Rβ＝S×[sin(α+β)/sinα]+D

式中：Rβ——傾斜光伏陣列面上的太陽(yáng)能總輻射量

S

——水平面上太陽(yáng)直接輻射量

D

——散射輻射量α——中午時(shí)分的太陽(yáng)高度角β——光伏陣列傾角根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀缶痔峁┑奶?yáng)能輻射數(shù)據(jù)，按上述公式可以計(jì)算出不同傾斜面的太陽(yáng)輻射量，確定太陽(yáng)能光伏陣列安裝傾角。4.5太陽(yáng)電池方陣間距計(jì)算

計(jì)算當(dāng)太陽(yáng)能電池組件子陣前后安裝時(shí)的最小間距D。一般確定原則：冬至當(dāng)天早9:00至下午3:00太陽(yáng)能電池組件方陣不應(yīng)被遮擋。計(jì)算公式如下：0.707H/（式中：：為緯度(在北半球?yàn)檎⒛习肭驗(yàn)樨?fù))，根據(jù)項(xiàng)目地點(diǎn)經(jīng)緯度計(jì)算；H：為光伏方陣陣列的高度；光伏方陣陣列間距應(yīng)不小于D。

4.6防雷設(shè)計(jì)為了保證本工程光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)安全可靠，防止因雷擊、浪涌等外在因素導(dǎo)致系統(tǒng)器件的損壞等情況發(fā)生，系統(tǒng)的防雷接地裝置必不可少。太陽(yáng)能光伏電站為三級(jí)防雷建筑物，防雷和接地涉及到以下的方面：盡量避免避雷針的投影落到光伏組件上

2、地線是避雷、防雷的關(guān)鍵。防止雷電感應(yīng)：包括設(shè)備、機(jī)架、金屬管道、電纜的金屬外皮都要可靠接地，每件金屬物品都要單獨(dú)接到接地干線，不允許串聯(lián)后再接到接地干線上。防止雷電波侵入:在出線桿上安裝閥型避雷器，對(duì)于低壓的220/380V可以采用低壓閥型避雷器。要在每條回路的出線和零線上裝設(shè)。架空引入室內(nèi)的金屬管道和電纜的金屬外皮在入口處可靠接地，沖擊電阻不宜大于30歐姆。接地的方式可以采用電焊，如果沒(méi)有辦法采用電焊，也可以采用螺栓連接。接地系統(tǒng)的要求：所有接地都要連接在一個(gè)接地體上，接地電阻滿足其中的最小值，不允許設(shè)備串聯(lián)后再接到接地干線上。光伏電站對(duì)接地電阻值的要求較嚴(yán)格，因此要實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，建議采用復(fù)合接地體，接地機(jī)的根數(shù)以滿足實(shí)測(cè)接地電阻為準(zhǔn)。電氣設(shè)備的接地電阻R≤4歐姆，滿足屏蔽接地工作接地的要求。在中性點(diǎn)直接接地的系統(tǒng)中，要重復(fù)接地，R≤10歐姆。

防雷接地應(yīng)該獨(dú)立設(shè)置，要求R≤30歐姆，且和主接地裝置在地下的距離保持在3m以上。

引下線采用圓鋼或者扁鋼，宜優(yōu)先采用圓鋼直徑≥8mm，扁鋼的截面不應(yīng)該小于4mm。

接地裝置：人工垂直接地體宜采用角鋼、鋼管或者圓鋼。水平接地體宜采用扁鋼或者圓鋼。圓鋼的直徑不應(yīng)該小于10mm，扁鋼截面不應(yīng)小于100

mm2，角鋼厚度不宜小于4mm，鋼管厚度不小于3-5mm。人工接地體在土壤中的埋設(shè)深度不應(yīng)小于0.5mm，需要熱鍍鋅防腐處理，在焊接的地方也要進(jìn)行防腐防銹處理。

4.7維護(hù)檢修設(shè)計(jì)

光伏發(fā)電系統(tǒng)的使用與維護(hù)的好壞直接影響著系統(tǒng)的使用壽命，影響著系統(tǒng)的運(yùn)行成本和發(fā)電效率。一般情況下，無(wú)需對(duì)太陽(yáng)能電池組件進(jìn)行表面清潔處理，對(duì)露在外的接線接點(diǎn)要進(jìn)行定期檢查，維護(hù)。1)

遇有大風(fēng)、暴雨、冰雹、大雪等情況，應(yīng)采取措施保護(hù)太陽(yáng)能方陣，以免損壞。2)

太陽(yáng)能方陣的采光面應(yīng)經(jīng)常保持清潔，如有灰塵或其它污物，應(yīng)先用清水沖洗，再用干凈紗布將水跡輕輕擦干，切勿用硬物或腐蝕性溶劑沖洗、擦拭。3)

運(yùn)輸中應(yīng)注意防止太陽(yáng)能電池組件受到碰撞，以免損壞。避免太陽(yáng)能電池組件方陣架在運(yùn)輸過(guò)程中有太大變形。4）

逆變器等電氣設(shè)備是全自動(dòng)控制設(shè)備，無(wú)需人工操作。如無(wú)電壓輸出，請(qǐng)檢查空氣開(kāi)關(guān)是否合上、保險(xiǎn)盒是否熔斷。逆變器無(wú)輸出，檢查前面板的狀態(tài)指示燈判斷原因；若一切指示正常，檢查逆變器的輸出保險(xiǎn)是否熔斷。5）逆變器等電氣設(shè)備接地：每半年測(cè)一次接地電阻。4.8可行性分析：符合國(guó)家發(fā)展要求國(guó)家《可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》中明確指出，發(fā)揮太陽(yáng)能光伏發(fā)電適宜分散供電的優(yōu)勢(shì)，在城市的建筑物和公共設(shè)施配套安裝太陽(yáng)能光伏發(fā)電裝置。發(fā)展前景廣闊目前我國(guó)的光伏發(fā)電主要應(yīng)用在邊遠(yuǎn)地區(qū)，然而從發(fā)達(dá)國(guó)家，如日本、歐洲和美國(guó)的光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的歷程來(lái)看，只有在發(fā)達(dá)地區(qū)尤其是城市中大面積推廣才能夠促進(jìn)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，所以在我國(guó)東部、南部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)大面積推廣該系統(tǒng)有很大的現(xiàn)實(shí)意義。太陽(yáng)能發(fā)電電價(jià)逐步降低各國(guó)都在大力發(fā)展太陽(yáng)發(fā)電，加強(qiáng)太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的研究，太陽(yáng)發(fā)電技術(shù)越來(lái)越成熟，電價(jià)越來(lái)越低。而且由于常規(guī)能源價(jià)格的上漲，太陽(yáng)能發(fā)電更具競(jìng)爭(zhēng)力。

該小型屋頂太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)具有安裝簡(jiǎn)單，使用靈活的特點(diǎn)，既可充分利用太陽(yáng)能發(fā)電，又可利用外電網(wǎng)供電，保證了系統(tǒng)供電的不間斷性。

系統(tǒng)各元件生產(chǎn)廠家眾多，可以根據(jù)具體工程需要具體選擇，有很大的靈活性。

（6）

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了與建筑一體化的設(shè)計(jì)，充分利用了屋頂空間，而且美化了建筑。

（7）

該系統(tǒng)已經(jīng)在國(guó)外有了很廣泛的應(yīng)用，在中國(guó)也有了初步的應(yīng)用，技術(shù)相對(duì)較成熟，利用較方便。第5章系統(tǒng)設(shè)計(jì)總結(jié)5.1總結(jié)

屋頂太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)采用了國(guó)外應(yīng)用較成熟的并網(wǎng)光伏發(fā)電技術(shù)，通過(guò)在建筑屋頂安裝太陽(yáng)能電池，實(shí)現(xiàn)了分散發(fā)電，充分利用了太陽(yáng)能。同時(shí)，該系統(tǒng)具有小型化的特點(diǎn)，普通居民即可在家中的房屋頂安裝，特別適合于大型建筑、居民小區(qū)和公共建筑安裝使用。而且，該系統(tǒng)采用與建筑相結(jié)合的方式，美化了建筑。

系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)分析：優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)1、能源清潔，發(fā)電過(guò)程不向環(huán)境排放廢棄物；2、系統(tǒng)靈活，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單，隨時(shí)保證供電。陽(yáng)光充足時(shí)，利用太陽(yáng)能發(fā)電，多余的電反饋回電網(wǎng)，夜晚或陰雨天則利用外電網(wǎng)供電；3、壽命長(zhǎng)，可靠性高，一般晶體硅太陽(yáng)能電池組件的壽命可長(zhǎng)達(dá)20-25年，一次投資可使用的時(shí)間很長(zhǎng)，重復(fù)投資較??；4、

建設(shè)周期短，由于太陽(yáng)能光伏發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程單一為直接發(fā)電，所以屋頂太陽(yáng)能系統(tǒng)的主要建設(shè)時(shí)間為屋頂鋪設(shè)太陽(yáng)能電池陣列的時(shí)間；5、系統(tǒng)小巧靈活，適合普通居民安裝使用；6、實(shí)現(xiàn)了與建筑的結(jié)合，不僅利用了太陽(yáng)能，而且美化了建筑。7、

使用躍層式屋頂太陽(yáng)能電站，可以更加充分的利用屋頂空間。1、比投資昂貴，雖然太陽(yáng)能光伏發(fā)電的組件價(jià)格在逐步下降，但是建造屋頂太陽(yáng)能系統(tǒng)的初次比投資還是較為昂貴的；2、

單位功率的占地面積大，光伏發(fā)電站單位發(fā)電功率的占地面積為8-10平方米/kW,若與常規(guī)火力電站和核電站相比，相差1-2個(gè)數(shù)量級(jí)；

3、地域性強(qiáng)，只能建在太陽(yáng)能資源豐富的地區(qū)；

4、

轉(zhuǎn)換效率低，一般太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率為20%，遠(yuǎn)低于常規(guī)能源發(fā)電的效率；

5、

能耗回收年限問(wèn)題，太陽(yáng)能電池的上游材料工業(yè)，如晶體硅提純工藝等能耗大，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重。改善措施：加快太陽(yáng)能原材料晶體硅生產(chǎn)技術(shù)的研究和新型替代材料的開(kāi)發(fā)，降低材料成本并提高其轉(zhuǎn)化效率；提高系統(tǒng)控制技術(shù)，如達(dá)到光伏電池陣列的最優(yōu)化排列組合、實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)光最大功率跟蹤等；研究光伏發(fā)電的并網(wǎng)技術(shù)，減少光伏帶能對(duì)電網(wǎng)的沖擊；研究光伏發(fā)電與其他可再生能源發(fā)電技術(shù)的結(jié)合技術(shù)應(yīng)用，保證供電連續(xù)性。分利用建筑空間，在設(shè)計(jì)建筑時(shí)，采用光伏幕墻、光伏屋頂技術(shù)，在屋頂、遮陽(yáng)板、建筑朝陽(yáng)面利用光伏發(fā)電技術(shù)。5.2展望我國(guó)太陽(yáng)能資源豐富，理論儲(chǔ)量達(dá)每年17000億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用的潛力非常大。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，光伏發(fā)電在未來(lái)將會(huì)占據(jù)世界能源消費(fèi)的重要席位，不但要替代部