1 概述
1.1 項目概況
項目名稱：北京XXXX公司亦莊廠房屋頂3.25MW光伏發(fā)電項目
項目性質(zhì)：分布式屋頂光伏電站
建設(shè)地點：北京經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)路南區(qū)（VII-1街區(qū)N21M1地塊）
建設(shè)規(guī)模：項目總建設(shè)規(guī)模約為3.30MW。發(fā)電量預(yù)測：本工程25年總發(fā)電量約為7503萬kWh，25年年平均發(fā)電約300萬kWh。
投資估算：根據(jù)屋頂可安裝面積，光伏發(fā)電工程總裝機容量為3.30MWp，工程總投資2975.049萬元。
1.2 項目設(shè)計依據(jù)
IEC 60904-1-2006 《光伏器件.第1部分:光伏電流-電壓特性的測量》
IEC/TS 61836-2007 《太陽光伏能源系統(tǒng).術(shù)語、定義和符號》
GB/T18479-2001 《地面用光伏（PV）發(fā)電系統(tǒng)概述和導(dǎo)則》
GB/T 19939-2005 《光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)要求》
GB/Z 19964-2005 《光伏電站接入電力系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)定》
GB/T 20046-2006 《光伏系統(tǒng)電網(wǎng)接口特性》（IEC 61727：2004）
JGJ 203-2010 《民用建筑太陽能光伏系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》
CGC/GF001-2009 《400V 以下低壓并網(wǎng)光伏發(fā)電專用逆變器技術(shù)要求和試驗方法》
GB 12326-2000 《電能質(zhì)量電壓波動和閃變》
GB12325-2003 《電能質(zhì)量供電電壓允許偏差》
GB／T14549-1993 《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》
2 項目地理氣候及光照資源條件
2.1 項目所在位置及氣候條件
本項目位于北京市亦莊經(jīng)濟開發(fā)區(qū)區(qū)，亦莊經(jīng)濟開發(fā)區(qū)位于北京東南郊京津塘高速公路起點西側(cè)，城市規(guī)劃五環(huán)路南側(cè)，共約59.47平方公里。以涼水河、六環(huán)路、新鳳河、京津塘高速公路為分界，大致分為以下四個區(qū)域：開發(fā)區(qū)規(guī)劃一期即核心區(qū)，占地約19.3平方公里；涼水河以西的河西區(qū)，占地約17.12平方公里；京津塘高速公路以東的路東區(qū)，占地約13.48平方公里，六環(huán)路以南的路南區(qū)，占地8.8平方公里。
開發(fā)區(qū)屬暖溫帶大陸季風(fēng)性氣候，四季分明，降水集中。春季干燥多風(fēng)，晝夜溫差較大；夏季炎熱多雨；秋季晴朗少雨，冷暖適宜，光照充足；冬季寒冷干燥，多風(fēng)少雪。年平均氣溫11.6℃，最低平均氣溫攝氏零下6℃，最高平均氣溫26℃，年無霜期192天；年平均降水量556毫米，夏季降水量占全年的75%。全年日照輻射總量為134.24千卡/平方厘米，生理輻射量約占全年輻射總量49%。全年日照時數(shù)共2841.4小時。
圖2-1 項目位置示意圖
2.2 太陽能資源綜合評述
我國太陽能資源的豐富地區(qū)約占國土面積96％以上，除四川東北、貴州、湖南、湖北等地太陽能發(fā)電年等效小時數(shù)低于900小時以外，其他地區(qū)年等效小時數(shù)均超過900小時。
圖2-1 太陽能資源分布圖表
2-1 我國太陽能區(qū)域分布表
綜上所述，根據(jù)項目所在地區(qū)的太陽能總輻射量數(shù)據(jù)，北京地區(qū)屬于第II類地區(qū)，為我國太陽能資源很豐富類型區(qū)，年平均太陽輻射總量較高，能夠為光伏電站提供充足的光照資源，滿足光伏電站建設(shè)所需的太陽能資源需求。
3 光伏系統(tǒng)總體方案
3.1 系統(tǒng)組成
太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池板、逆變器、支架、直交流匯流箱及計量等相關(guān)附件構(gòu)成。其工作原理是太陽能電池方陣在光照的條件下產(chǎn)生直流電，直流電通過逆變器轉(zhuǎn)換為交流電后并入低壓或高壓電網(wǎng)。
各部分作用如下：
1、太陽能電池板：太陽能電池板是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部件，也是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中價值最高的部分，其作用是將太陽的輻射能轉(zhuǎn)換為電能；
2、并網(wǎng)逆變器，太陽能系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部件，其作用是通過并網(wǎng)孤島保護、最大功率跟蹤（MPPT）等功能將直流電逆變成我們生活用電的部件；
3、其它附件，主要包括控制檢測系統(tǒng)、防雷接地保護、電纜及支架等。
圖3-1 光伏系統(tǒng)組成示意圖
3.2 太陽能電池方陣的安裝形式選擇
在光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計中，光伏組件方陣的安裝形式對于系統(tǒng)接受到的太陽總輻射量有很大的影響，從而影響到光伏供電系統(tǒng)的發(fā)電能力。光伏組件的安裝方式有固定安裝式與自動跟蹤式兩種型式。自動跟蹤系統(tǒng)包括單軸跟蹤系統(tǒng)和雙軸跟蹤系統(tǒng)。單軸跟蹤（東西方位角跟蹤和極軸跟蹤）系統(tǒng)以固定的傾角從東往西跟蹤太陽的軌跡，雙軸跟蹤系統(tǒng)（全跟蹤）可以隨著太陽軌跡的季節(jié)性位置的變換而改變方位角和傾角。
對于自動跟蹤式系統(tǒng)，其傾斜面上能最大程度的接受的太陽總輻射量，從而增加發(fā)電量，但考慮：
（1）自動跟蹤式系統(tǒng)雖然自動化程度高，但其自動跟蹤式系統(tǒng)缺乏在場址地區(qū)特殊的氣候環(huán)境下的實際應(yīng)用的可靠性驗證。在沙塵天氣時，其傳動部件會發(fā)生沙塵顆粒侵入，增大故障率，加大維護成本；
（2）自動跟蹤式系統(tǒng)其逆變器采用并聯(lián)分散式布置，雖提高一個發(fā)電單元的運行可靠性，單不便于集中控制，且相對固定式逆變器投資加大；
（3）自動跟蹤式系統(tǒng)裝置復(fù)雜，國內(nèi)成熟且有應(yīng)用過高海拔、多風(fēng)沙地區(qū)驗證的產(chǎn)品很少，并且其初始成本較固定式安裝高很多，后期運行維護較固定式高。采用跟蹤系統(tǒng)產(chǎn)生的額外發(fā)電量的效益，無法抵消安裝跟蹤裝置所需要的綜合成本，因此本工程光伏組件方陣推薦采用固定式安裝。
3.3 電池方陣最佳傾角計算分析
電池方陣的安裝傾角對光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率影響較大，對于固定式電池列陣最佳傾角即光伏系統(tǒng)全年發(fā)電量最大時的傾角。
3.3.1 各傾斜角度的太陽輻射量分析
對于某一傾角固定安裝的光伏方陣，所接受的太陽輻射能與傾角有關(guān)，較簡便的輻射量計算經(jīng)驗公式為：
R＝S×sin(α+β)/sin(α)+D
式中：
R——傾斜光伏方陣面上的太陽能總輻射量
S ——水平面上太陽直接輻射量
D ——散射輻射量
α——中午時分的太陽高度角
β——光伏方陣傾角
圖3-2 太陽輻射量計算分析圖
3.3.2 固定式電池方陣最佳傾角確定
通過利用上述公式進行計算并結(jié)合光伏發(fā)電站設(shè)計等規(guī)范，北京地區(qū)光伏方陣傾斜角在35°時，光伏方陣面上全年累計的太陽能總輻射量最大。
由于本項目建筑物屋頂為彩鋼瓦結(jié)構(gòu)，綜合考慮建筑物的安全特性。組件支架的實施工藝、項目投資等因素并結(jié)合其他類似的工程經(jīng)驗，建議本工程光伏方陣與彩鋼瓦屋面采用0°角平鋪的方式進行安裝。
圖3-3 零部件車間（一）組件整體排布圖
圖3-4 光伏組件排布效果示意圖
3.4 光伏方陣裝機容量分析
北京海納川汽車部件股份有限公司亦莊廠房屋頂3.25MW光伏發(fā)電項目的光伏方陣分別位于裝焊車間、零部件車間一、及零部件車間二的屋頂。通過現(xiàn)場實地以上3座建筑物屋頂均安裝有排煙風(fēng)機，高度約2米，寬約1.5米，此部分面積應(yīng)予以扣除。
綜上所述，依據(jù)每座建筑物現(xiàn)有凈面積結(jié)合光伏方陣排布情況，充分考慮光伏電站施工的便利條件，北京海納川汽車部件股份有限公司亦莊廠房屋頂3.25MW光伏發(fā)電項目約為3305.61kWp，其中裝焊車間屋頂安裝1638.63kWp、零部件車間一屋頂安裝623.7kWp及零部件車間二屋頂安裝1043.28kWp。
表3-1 光伏組件分布情況統(tǒng)計
3.5 光伏方陣接入系統(tǒng)方案
根據(jù)每座車間光伏列陣裝機容量結(jié)合光伏電站接入系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)規(guī)定，綜合考慮各電壓等級光伏電站建設(shè)的時序與并網(wǎng)工程建設(shè)的時序。建議本項目采用組串式380V電壓等級接入電網(wǎng)，即光伏組件先接入就近逆變器后，由交流匯流箱會流后在接入交流并網(wǎng)柜接入380V低壓電網(wǎng)。接入系統(tǒng)方案以最終接入系統(tǒng)方案批復(fù)為準(zhǔn)。
4 投資估算及效益分析
4.1 投資估算
項目投資估算應(yīng)該包括購置設(shè)備、新建配套建筑物、工程建設(shè)其他費用、預(yù)備費、建設(shè)期利息等。現(xiàn)階段本項目投資可以根據(jù)裝機容量進行估算。在全國范圍根據(jù)的地域、施工難易等因素的不同，光伏電站建設(shè)總成本在8~12元/瓦，本項目暫按9元/瓦估算。
根據(jù)屋頂可安裝面積，光伏發(fā)電工程總裝機容量為3305.61kWp，工程總投資2975.049萬元。
說明：由于詳細的工程設(shè)計和建設(shè)方案還未編制，本投資估算僅供參考，待詳細工程設(shè)計方案、融資模式等確定下來，方可對工程進行較為準(zhǔn)確的投資成本評估。
4.2經(jīng)濟效益分析
本工程設(shè)想項目計算期為26年，其中建設(shè)期1年，生產(chǎn)期為25年進行計算。
4.2.1 發(fā)電效率分析
光伏發(fā)電系統(tǒng)在光能轉(zhuǎn)化為上網(wǎng)電能中間，很多環(huán)節(jié)會產(chǎn)生效率損失，其中最主要的有三個環(huán)節(jié)，光伏組件效率、逆變器效率和并網(wǎng)效率。
① 光伏組件發(fā)電效率η1: 光伏陣列在1000W/㎡太陽輻射強度下,實際的直流輸出功率與標(biāo)稱功率之比。光伏陣列在能量轉(zhuǎn)換與傳輸過程中的損失包括:太陽入射角損失、輻射強度損失、組件匹配損失、表面塵埃遮擋損失、溫度的影響、最大功率點跟蹤(MPPT)精度、以及直流線路損失等。根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)：組件功率匹配損失小于5%；灰塵影響組件功率損失小于5%；直流線路損失小于2%；
② 逆變器的轉(zhuǎn)換效率η2 : 逆變器輸出的交流電功率與直流輸入功率之比。
③ 交流并網(wǎng)效率η3: 即從逆變器輸出至接入電網(wǎng)的傳輸效率，其中最主要的是升壓變壓器的損耗。
按照工程經(jīng)驗各個環(huán)節(jié)的效率損失見表4-1，本工程發(fā)電效率取79%。
表4-1 光伏電站各環(huán)節(jié)的效率損失
4.2.2 發(fā)電量測算
系統(tǒng)的總效率等于上述各部分效率的乘積: η=η1×η2 ×η3，按照表4-1，總效率取79%。經(jīng)過以上數(shù)據(jù)分析得到光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量計算公式如下：
預(yù)測發(fā)電量= Sarea×Rβ×η；
式中：
Sarea——方陣總面積；
Rβ——Rβ—傾斜方陣面上的太陽總輻射量；
在光伏理論年發(fā)電量的基礎(chǔ)上，實際上網(wǎng)電量還會受安裝傾角、方位角等綜合因素影響。光伏系統(tǒng)的效率會隨著時間逐年衰減，
首年和第N年的發(fā)電量為：
首年發(fā)電量=裝機容量*組件傾斜面峰值小時數(shù)*系統(tǒng)效率*首年衰減率
第N年發(fā)電量為：
第N年發(fā)電量=裝機容量*組件傾斜面峰值小時數(shù)*系統(tǒng)效率*（1-第N年累計衰減率）
項目所在地日均光照量約為4.71kWh/m2/d，光伏面板以平鋪方式安裝在屋頂。光伏電站設(shè)計壽命為25年，表4-2是本項目第1-25年的預(yù)測發(fā)電量。
根據(jù)太陽輻射量、溫度等氣象資料以及地理位置信息等資料, 專用的光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計軟件可以進行仿真計算,求出系統(tǒng)的年總發(fā)電量。這里僅根據(jù)有關(guān)氣象資料預(yù)測并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的年總發(fā)電量，實際發(fā)電量會有一定偏差這是正常現(xiàn)象。
4.2.3 財務(wù)評價
2013年國務(wù)院、國家發(fā)展改革委員會出臺系列文件，提出國家按照每度電0.42元的標(biāo)準(zhǔn)給予分布式光伏項目20年補貼；2015年8月北京市財政局、市發(fā)展改革委員會聯(lián)合發(fā)布實施了《北京市分布式光伏發(fā)電獎勵資金管理辦法》，規(guī)定對2015年1月1日至2019年12月31日期間并網(wǎng)發(fā)電的分布式光伏發(fā)電項目，按照實際發(fā)電量給予每度0.3元（含稅）的獎勵補貼，連續(xù)獎勵5年。
項目發(fā)電首先滿足業(yè)主用電需要，多余電量上網(wǎng)。光伏發(fā)電國家補貼0.42元/度，前五年北京市補貼0.3元/度，假設(shè)業(yè)主光伏發(fā)電的電價為電0.85元/度。
則前五年光伏發(fā)電年收益為：
光伏年收益=光伏年發(fā)電量*（0.42元/度+0.85元/度+0.3元/度）=1.57元/度
第六年至第二十五年的年收益為： 光伏年收益=光伏年發(fā)電量*（0.42元/度+0.85元/度）=1.27元/度
表4-3為光伏項目營收估算。由表計算得出，在投運第七年項目靜態(tài)投資實現(xiàn)完全收回。
表4-3 光伏項目每年營收估算
說明，本章節(jié)估算的投資回報沒有考慮稅收和利率。
4.3 環(huán)境效益評價
綜上所述，本工程25年總發(fā)電量約為7502.644萬kWh，25年年平均發(fā)電約300.106kWh。
太陽能建設(shè)項目為清潔能源工程，利用光能資源發(fā)電，每年可節(jié)約大量地煤炭資源。根據(jù)國際能源署（IEA）《世界能源展望2007》，中國的CO2排放指數(shù)為：0.814kg/kWh，同時，我國火電廠每發(fā)電上網(wǎng)1kWh，需消耗標(biāo)準(zhǔn)煤305g，排放6.2克的硫氧化物（SOx）（脫硫前統(tǒng)計數(shù)據(jù)）和2.1克的氮氧化物（NOx）（脫氮前統(tǒng)計數(shù)據(jù)），對環(huán)境和生態(tài)造成不利的影響。與同類容量的燃煤火電廠相比，按照火電煤耗（標(biāo)準(zhǔn)）305g/kWh 計，共可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約1186t，減排CO2約3166t，減排硫化物24t，減排氮氧化物8t，表4-4為節(jié)能減排效果表。
表4-4 節(jié)能減排效果表
太陽能發(fā)電是清潔、無污染的可再生能源，太陽能光伏發(fā)電的過程是將太陽能轉(zhuǎn)變成電能的過程。在整個運行過程中，不會產(chǎn)生大氣、水、固體廢棄物等方面的污染物，也不會產(chǎn)生大的噪聲污染。從節(jié)約煤炭資源和環(huán)境保護的角度分析，太陽能點成的建設(shè)代替燃煤電場的建設(shè)，將大大減少對周圍環(huán)境的污染，并起到利用清潔自然可再生資源、節(jié)約不可再生的化石能源、減少污染及保護生態(tài)環(huán)境的作用。具有明顯的社會效益及突出的環(huán)境效益。并可節(jié)約煤電，同時也具有良好的經(jīng)濟效益。
4.4 小結(jié)
北京海納川汽車部件股份有限公司亦莊廠房屋頂3.25MW光伏發(fā)電項目總建設(shè)規(guī)模約為3305.61kWp，工程總投資2975.049萬元，25年總發(fā)電量約為7502.64萬kWh。
綜上所述，本項目在投運的第七年能夠?qū)崿F(xiàn)完全收回投資成本，因此從項目的經(jīng)濟回報性以及對環(huán)境效益分析考慮，建設(shè)北京海納川汽車部件股份有限公司亦莊廠房屋頂3.25MW光伏發(fā)電項目`是可行的。
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責(zé)任編輯：evan
來源：陽光工匠光伏論壇
