一、项目背景概述

项目位于杭州市滨江区滨盛路3399号浙江省疾病预防控制中心院内，总建筑面积初定23576平方米，新建一幢应急科研综合楼，主要内容是建设公共卫生应急处置用房、生物样本和菌毒种保藏用房、食品安全风险监测评估用房、疫苗冷藏用房和其他业务配套用房。项目总投资初步估算约15000万元。

该单位为响应国家、省、市、县各级政府的节能减排号召，将节能减排付诸实际行动；也为了节省企业的能源费用，从而取得更大的经济效益，浙江省疾病预防控制中心积极推进太阳能利用，提出了采用太阳能光伏系统解决办公大楼照明及相关用电设备用能需求。

本项目一期设计采用50.22KW的太阳能光伏系统，系统自发自用、余电上网模式。根据实际运行情况测算该太阳能光伏发电系统工程年节能量为16733KG标准煤，每年可减排CO2约47114KG，SO2约293KG，粉尘115KG。

二、项目实施要点

1、本项目实施依据参照以下国家标准、浙江和当地气象资料

JGJ242-2011 《住宅建筑电气设计规范》

GB50054-95  《低压配电设计规范》

GB50311-2007《综合布线系统工程设计规范》

GB50303-2002《建筑电气工程施工质量验收规范》

GB50254～50257-96《电气装置安装工程施工及验收规范》

GB50150-2006《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》

GB50312-2007《综合布线系统工程验收规范》

GB50169-2006《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》

JGJ203-2010《民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范》

CECS84:96《太阳光伏电源系统安装工程设计规范》

GB50794-2012《光伏电站施工规范》

CECS85:96《太阳光伏电源系统安装工程施工及验收技术规范》

GB/T50795-2012《光伏发电工程施工组织设计规范》

GB/T50796-2012《光伏发电工程验收规范》

GB/T 19939-2005  《光伏并网系统技术要求》

GB/Z 19964-2005光伏发电接入电力系统技术规定》

GB/T 2297-1989《太阳能光伏系统术语》

T/CBDA39-2020《光电建筑技术应用规程》

JGJ/T264-2012《光伏建筑一体化系统运行与维护规范》

  查有关资料，杭州市：纬度30º16’，经度120º12’，高度41.7m

全年各月平均室外气温、水平面/当地纬度斜面上的月平均日太阳辐照量（MJ/㎡·d）

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
气温	4.3	5.6	9.5	15.8	20.7	24.3	28.4	27.9	23.4	18.3	12.4	6.8
水平面	6.813	7.753	9.021	12.542	14.468	13.218	17.405	16.463	12.013	10.276	8.388	7.303
纬度斜面	11.546	14.158	16.448	17.858	18.916	17.929	15.548	15.597	15.714	14.272	11.234	10.408

   杭州地属亚热带季风气候区，年温适中，冬寒夏热，春温秋爽，四季分明，光照充足，空气湿润，雨量充沛。年平均气温15.9℃～17.0℃，呈南高北低分布。极端最高气温39.8℃～42.9℃，极端最低气温-7.1℃～-15.0℃。年平均相对湿度76％～81％。无霜期199天～328天。2007年杭州市区年平均气温18.4℃，年降水量1378.5毫米，年降水天数134天，年日照时数1471.2小时，年平均相对湿度71％。

2、项目实施方案

2、1总体概括

本工程为浙江省疾病预防控制中心应急科研楼并网光伏发电系统工程，施工楼面为应急科研楼楼顶。屋顶为混凝土镂空构架结构，太阳能光伏组件铺设在混凝土构架上的钢梁上面。该太阳能光伏发电系统采用“分散逆变，集中并网”的技术方案，该太阳能光伏电站建成后，与内部电网联网运行，可解决该单位部分电力需求, 实现了将一部分清洁能源并入用户电网，为该地区的节能减排作出贡献。

太阳能光伏组件采用270Wp多晶硅电池组件，采用固定倾角安装方式，每18/20块为一组串，共10个光伏串列，总共186块太阳能光伏组件组成光伏阵列，总装机容量为50.22kWp，通过原有400V低压配电母线并网。

光伏逆变器选用25kW组串式逆变器，共2台，每台25kW光伏逆变器具备4路MPPT功能，每路MPPT最大输入组串数为5路。其中将4/5串组串分别接入2台8进1出光伏逆变器上，光伏逆变器交流输出后，统一接至2进1出的光伏汇流箱内，光伏汇流箱再引接至地下室光伏并网柜中，再从光伏并网柜引线后与市政电网连接并网。

太阳能光伏组件安装在屋顶基础钢梁上。系统安装时，为保证全年采光效果，太阳能光伏组件支架倾角20度，每排之间留有一定的间距，保持光照、安全和通风和检修需要。

项目建设单位：浙江省疾病预防控制中心

   项目监理单位：杭州市城市建设监理有限公司

项目设计单位：杭州普桑能源科技有限公司

项目施工单位：杭州普桑能源科技有限公司

2、2系统设计原则

高效先进性：在给定的屋面安装面积内，优化设计方案，尽可能的提供光伏系统效率，保持系统的高效运转，最大化充分利用太阳能，提高最大发电量，同时力求3-5年内该项目保持国内和国际领先，本项目采用国际先进的光伏系统集成控制系统，将太阳能光伏系统和市政电网自动转换系统集成，利用计算机监测和控制；

安全可靠性：本项目采用高可靠性、技术成熟的多晶硅太阳能光伏组件和集成控制设备，结合完善的施工和保护措施来提高太阳能光伏系统的整体安全性和系统可靠性；

和谐美观性：结合现有建筑廊架屋面安装，不占用屋面有限空间，并充分考虑原建筑设计，保持建筑的原有风格和美学观感；

   经济合理性：在满足太阳能光伏外观效果和各项性能指标的前提下，最大限度的优化我们的设计方案民和里选用材料，降低造价，节约投资；

公共展示性：本项目充分显示各级政府对节能减排的重视和决心，体现对可再生能源的重视，因此本项目重点考虑了新能源开发利用的展示性，本项目建成后将成为浙江省分布式太阳能光伏系统利用示范项目，将起到良好的展示效果，向相关企业、单位、市民直观展示绿色新能源的有效、直观利用，宣扬环保、节能理念。

2.3太阳能光伏系统阐述

目前市场上太阳能光伏系统主要有两种方式：一种是光伏离网系统，该系统尤其适用于无电缺电地区使用；光伏离网系统也称为独立光伏系统，是指光伏发电系统不与公共电网连接的一种发电方式。其典型特征是白天利用太阳能发电，并将电能存储在蓄电池等储能装置中，需要时可向相关用电设备提供电能。光伏离网系统一般主要由太阳能光伏组件、离网控制器、蓄电池组、离网逆变器等部分组成。

光伏并网系统，该系统是由太阳能光伏组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网，并网系统中光伏方阵所产生电力除了供给交流负载外，多余的电力反馈给电网。在阴雨天或夜晚，太阳能光伏组件没有产生电能或者产生的电能不能满足负载需求时就由电网供电。现在公共建筑上基本采用光伏并网发电系统，光伏并网发电系统主要由光伏电池组件及其支架、光伏汇流箱、光伏并网逆变器、光伏并网控制柜、系统的连接电缆及防护材料等部分组成。该单位采用的是光伏并网系统，系统自发自用、余电上网模式。

2.4系统安全保护措施

本项目在设计过程中我们充分考虑了完备的系统保护功能，以保证在外部电网异常或设备故障的情况下，不会对人员安全、电网安全和负载安全造成影响。主要包括以下几个主要部分：孤岛效应保护、防雷保护、其他常规保护。

系统其他常规保护：本示范区项目中对于常规的过压、欠压、过流、短路等保护功能也均进行了充分的考虑。完善的保护功能将保证太阳能发电系统安全、稳定的运行。

过、欠电压保护：当光伏系统与电网接口处电压超出规定的电压范围时（三相±7%，单相+7%，-10%），过、欠电压保护在0.2～2s内动作,将光伏系统与电网断开。

过、欠频率保护：当光伏系统与电网接口处频率超出规定的频率范围时（±0.5HZ），过、欠频率保护在0.2～2s内动作，将光伏系统与电网断开。

短路保护：光伏系统对电网设置了短路保护，当电网短路时，逆变器的过电流在大于额定电流的210%时，光伏系统将在0.1s以内与电网断开。

防雷及接地：太阳能光伏组件的铝合金边框以及金属支架通过接地扁钢与屋顶防雷扁钢带可靠焊接；交流汇流箱内采用交流防雷模块，最终与防雷带连接；在交流配电柜内采用交流防雷模块，与电气防雷带连接。对于系统防雷和安全用电来说，可靠的接地是至关重要的。本设计中太阳能光伏支架、太阳能光伏组件边框以及连接件均是金属制品，每个子方阵自然形成等电位体，所有子方阵之间都要进行等电位连接，并于接地网就近可靠连接，各连接点的接地电阻应小于4欧姆。光伏逆变器的交流输出经交流汇流箱（内含防雷保护装置）、交流配电柜后接入电网，可有效地避免雷击和电网浪涌导致设备的损坏，所有的机柜都有良好的接地，各连接点接地电阻应小于4欧姆。 

2.5系统其他技术措施

防震：系统与建筑之间连接可靠，按抗风10级标准设计施工，防震防裂90；

防火：系统设备、配件均采用不燃和阻燃材料，电器部分按照国家规范设计、施工，系统场地预留消防通道；

气密安全：太阳能按照国家标准生产、检验，保证出厂产品完全达到国家标准要求的气密性条件；系统线路和设备在连接时完全按照国家标准规范进行施工，保证系统的气密性和水密性要求；

防漏电：系统电器部分具备防漏电保护功能，电器部分可靠接地；

防腐：系统防腐性能保证使用达到25年以上的防腐要求；

防漏水：系统安装后，太阳能光伏组件钢构基础屋面混凝土梁处重新做防水处理；

防水质污染：本系统设备、线缆等材料均采用符合国家标准的材质。

2.6本项目系统原理图

本项目采用分布式太阳能光伏模式。其系统原理如下图所示。图中，光伏逆变器采用单相25KW的光伏逆变器，光伏逆变器具有八组串输入，每个组串为18/20个270Wp的太阳能光伏组件串接。整个系统共采用2个光伏逆变器，接入太阳能光伏组件数量共186个，总功率为50.22kWp。

光伏逆变器的交流侧通过单相断路器接入交流汇流箱的交流母线，然后再通母线输出总断路器接入地下室配电房的光伏并网柜内，光伏并网柜总断路器出口接电度计量表。

为了有效监测每个光伏逆变器的工作状态及相关的电量参数，每个光伏逆变器都配置有通讯接口。光伏逆变器的通讯采用电力载波通讯方式。本系统配置一个总的监测终端，用于集中监测所有逆变器的状态信息和相关电量参数。

在位置布局上，2个逆变器采用壁挂式直接安装在顶楼设备间的墙面上，交流汇流箱安装在光伏逆变器旁边，计量电度表安装在地下室配电房内光伏并网柜内，该太阳能光伏系统原理图如下： 

     

2.7核心设备选型

2.7.1太阳能光伏组件（太阳能电池）

目前市场上太阳能光伏组件主要有单晶硅太阳能光伏组件、多晶硅太阳能光伏组件、非晶硅太阳能光伏组件、多元化合物太阳能光伏组件。单晶硅太阳能光伏组件的光电转换效率为15%左右，最高的可达到24%，这是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的，但制作成本很大，以致于它还不能被大量广泛和普遍地使用。多晶硅太阳能电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少，其光电转换效率约12%左右，但从制作成本上来讲，比单晶硅太阳能电池要便宜一些，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。非晶硅太阳电池是1976年出现的新型薄膜式太阳电池，它与单晶硅和多晶硅太阳电池的制作方法完全不同，工艺过程大大简化，硅材料消耗很少，电耗更低，它的主要优点是在弱光条件也能发电。但非晶硅太阳电池存在的主要问题是光电转换效率偏低，国际先进水平为10%左右，且不够稳定，随着时间的延长，其转换效率衰减。多元化合物太阳电池指不是用单一元素半导体材料制成的太阳电池。各国研究的品种繁多，大多数尚未工业化生产，主要有以下几种：1、硫化镉太阳能电池，2、砷化镓太阳能电池，3、 铜铟硒太阳能电池。

综上所述，性价比，本项目采用技术上比较成熟、经济上比较合理的多晶硅太阳能光伏组件。多晶硅太阳能光伏组件一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装，因此其坚固耐用，使用寿命一般可达15年，最高可达25年。太阳能光伏组件技术参数如下：

2.7.2光伏逆变器

并网逆变器是光伏并网发电系统的核心转换设备，它连接直流侧和交流侧，需具有完善的多重保护功能、较高的转换效率、优质的电能输出能力，采用多种“孤岛效应”检测方法，确保电网失电时，能够对电压、频率、相位等参数进行准确的跟踪和检测，及时判断出电网的供电状态，使逆变器准确动作，确保电网的安全，同时还要求光伏并网逆变器提供通信接口能够将逆变器实时运行数据、故障信息、告警信息等上传至电站监控系统。

光伏逆变器的主要作用是将太阳能光伏组件方阵直流电逆变成交流电。通过对光伏逆变器产品的考察，主要有集中型逆变器与组串式逆变器两种技术方案。

集中式逆变器一般用于日照均匀的大型厂房，荒漠电站，地面电站等大型发电系统中，系统总功率大，一般是兆瓦级以上。

组串式逆变器适用于中小型屋顶光伏发电系统，小型地面电站。组串式逆变器允许多路输入，每路具有单独的MPPT，能够很好的避免并联阵列因模块差异和遮影等因素给系统带来的影响，减少了光伏组件最佳工作点与逆变器不匹配情况。

光伏并网系统将太阳能转换成直流电能后，再通过逆变器将直流电逆变为50Hz、380V的三相交流电，升压至10kV后并入10kV公用电网侧。在光伏并网系统中，逆变控制部分担负着系统的DC/AC转换，并准确控制转换电压、 频率、相位、谐波含量等重要指标，同时，负责光伏并网发电系统各部分 与公共电网的协调运行，并对系统可能发生的各种异常状态进行保护，它是光伏并网系统的关键设备。

由于本项目总安装容量为50.22kWp，拟采用组串式逆变器。所选用的光伏逆变器为并网型逆变器，在运行过程中，实时采集交流电网的电压信号，通过闭环控制，使光伏逆变器的交流输出相位与电网保持一致。光伏逆变器技术参数如下表：

2.7.3交流汇流箱

光伏阵列汇流箱在整个系统中起到枢纽的作用，为了提高系统的可靠性和实用性，在光伏防雷汇流箱里应配置光伏专用直流防雷模块、直流熔断器和断路器等，方便用户及时准确的掌握光伏电池的工作情况，保证太阳能光伏发电系统发挥最大功效。光伏阵列防雷汇流箱应选用8路防雷汇流箱，内置过压、防雷、防反接保护。

交流汇流箱技术参数如下：

 

2.7.3光伏并网柜

应符合当地供电部门的政策要求及认可，光伏并网一体柜，过欠压保护，检有压合闸，带电操作，含多重保护功能，市电倒流截断功能内含电站数据采集系统。具有防孤岛效应保护功能，若入的电网供电中断，光伏并网柜应在2s内停止向电网供电，同时发出报警信号。光伏并网柜技术参数如下：

 

2.8本项目投资与效益分析

2.8.1本项目投资估算

   根据目前太阳能光伏市场行情并结合本项目实际情况分析，因为该项目施工难度大，屋面架空施工，需要采用脚手架，相比常规屋面安装太阳能光伏系统来说，临时设施及人工增加，另外该太阳能光伏系统使用钢材比较多，采用廊架结构钢梁，太阳能光伏系统支架敷设在钢梁上面。因此本项目投资成本综合每瓦约8元，本项目总安装容量为50.22KW，因此可估算出本项目需投资约40万元。

2.8.2系统发电量分析

2.8.2.1系统首年各月发电量

太阳能光伏发电系统的效率受很多因素的影响，主要包括：

（1）方阵连接损耗因子：5%（电缆损耗、电缆连接损耗、汇流箱连接损耗等）；

（2）逆变器效率：95%；

（3）组件温度损耗：5%；

（4）灰层等屏蔽因子：5%。

由于太阳能光伏组件的自洁性较差，再综合各部件的损耗，功率损耗因素为80%。

首年发电量=装机量×年有效光照时间×损耗因素=50*3.65*365*0.8=53290kWh

本系统第一年各月发电量表如下图：

2.8.2.2系统年发电量

本太阳能光伏系统20年各年发电量如下表（理论计算）：

年发电量（kWh）
年份	年发电量	工作效率	有效年发电量	累计发电量
1	49708.9120	1.0000	49708.9120	49708.9120
2	49708.9120	0.9920	49311.2407	99020.1527
3	49708.9120	0.9840	48913.5694	147933.7221
4	49708.9120	0.9760	48515.8981	196449.6202
5	49708.9120	0.9680	48118.2268	244567.8470
6	49708.9120	0.9600	47720.5555	292288.4026
7	49708.9120	0.9520	47322.8842	339611.2868
8	49708.9120	0.9440	46925.2129	386536.4997
9	49708.9120	0.9360	46527.5416	433064.0413
10	49708.9120	0.9280	46129.8703	479193.9117
11	49708.9120	0.9200	45732.1990	524926.1107
12	49708.9120	0.9120	45334.5277	570260.6385
13	49708.9120	0.9040	44936.8564	615197.4949
14	49708.9120	0.8960	44539.1852	659736.6801
15	49708.9120	0.8880	44141.5139	703878.1939
16	49708.9120	0.8720	43346.1713	747224.3652
17	49708.9120	0.8640	42948.5000	790172.8652
18	49708.9120	0.8560	42550.8287	832723.6938
19	49708.9120	0.8480	42153.1574	874876.8512
20	49708.9120	0.8400	41755.4861	916632.3373

   本项目使用单位为工商业用电，电费暂按1.0元/度计算，不考虑电费价格变化和太阳能光伏补贴政策，该太阳能光伏系统20年总发电量为916632.3373 度，总收益为91.67万元，8年左右收回投资成本，而太阳能光伏发电系统实际运行长达25年，经济效益还是比较明显的。

2.8.3项目环境效益分析

太阳能光伏发电系统使用寿命在20年以上，本项目实施后（按20年寿命计算），可节约约334660KG标准煤，可减排CO2约942280KG，SO2约5860KG，粉尘2300KG，降低了常规能源的消耗，减少CO2等废气、污染物的排放，达到有效的环保节能效果。该太阳能光伏系统无污染、无噪音、无废物废气排放，可以有效降温室气体CO2的排放，有利于缓解全球气候变暖；同时也减少酸雨气体SO2和总悬浮颗粒物的排放量，有益于提高杭州地区的生态环境，环境效益显著；还能较大幅度地减少煤炭或其它化石燃料的消耗，早日实现国家节能减排的碳中和的目标。

2.8.4项目社会效益分析

1）不占用土地资源，与建筑结合为一体的节能项目，光伏发电系统已经成为新时代企业的标配，为建筑节能锦上添花；

2）减少污染源的产生，增加消费者、企业自身、上下游合作伙伴的信任度；

3）通过良好的集成设计，一方面减少了常规能源带来的资金、污染压力，另一方面，将展示浙江、杭州市“节能减排”的理念，展示该单位对环境的重视态度。

同时采用太阳能光伏系统符合国家节能减排环保政策，利国利民，一次投资，长期受益。太阳能光伏系统的节能、环保、安全与社会发展潮流相符合，太阳能光伏系统的广泛应用，将会获得了良好的社会效果，在推动经济社会高质量发展中，为全球应对气候变化作出更大贡献。

2.9现场安装实景图

      

 

 

             地下室变配房内光伏并网柜                 地下室变配房  

  2.10结语

该太阳能光伏发电系统运行后，浙江大学建筑设计院及浙江省疾病预防控制中心、浙江大东吴建设集团等相关领导现场考察，给出高度评价。该太阳能光伏系统经过一年多时间的运行，性能稳定、可靠，并达到了智能化全自动控制。用户反映节能效果良好，欢迎同行及各界朋友参观指导本工程。2021年我国将进入“十四五”时期，太阳能光伏等可再生能源将成为主导能源，太阳能光伏行业面临更大的发展机遇，国家碳中和目标的提出，到2030年可再生能源将占一次能源消费比重将达到25%左右，太阳能光伏发电将会有更大的发展空间。