1 概述
1.1 项目概况
项目名称：北京XXXX公司亦庄厂房屋顶3.25MW光伏发电项目
项目性质：分布式屋顶光伏电站
建设地点：北京经济技术开发区路南区（VII-1街区N21M1地块）
建设规模：项目总建设规模约为3.30MW。发电量预测：本工程25年总发电量约为7503万kWh，25年年平均发电约300万kWh。
投资估算：根据屋顶可安装面积，光伏发电工程总装机容量为3.30MWp，工程总投资2975.049万元。
1.2 项目设计依据
IEC 60904-1-2006 《光伏器件.第1部分:光伏电流-电压特性的测量》
IEC/TS 61836-2007 《太阳光伏能源系统.术语、定义和符号》
GB/T18479-2001 《地面用光伏（PV）发电系统概述和导则》
GB/T 19939-2005 《光伏系统并网技术要求》
GB/Z 19964-2005 《光伏电站接入电力系统的技术规定》
GB/T 20046-2006 《光伏系统电网接口特性》（IEC 61727：2004）
JGJ 203-2010 《民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范》
CGC/GF001-2009 《400V 以下低压并网光伏发电专用逆变器技术要求和试验方法》
GB 12326-2000 《电能质量电压波动和闪变》
GB12325-2003 《电能质量供电电压允许偏差》
GB／T14549-1993 《电能质量公用电网谐波》
2 项目地理气候及光照资源条件
2.1 项目所在位置及气候条件
本项目位于北京市亦庄经济开发区区，亦庄经济开发区位于北京东南郊京津塘高速公路起点西侧，城市规划五环路南侧，共约59.47平方公里。以凉水河、六环路、新凤河、京津塘高速公路为分界，大致分为以下四个区域：开发区规划一期即核心区，占地约19.3平方公里；凉水河以西的河西区，占地约17.12平方公里；京津塘高速公路以东的路东区，占地约13.48平方公里，六环路以南的路南区，占地8.8平方公里。
开发区属暖温带大陆季风性气候，四季分明，降水集中。春季干燥多风，昼夜温差较大；夏季炎热多雨；秋季晴朗少雨，冷暖适宜，光照充足；冬季寒冷干燥，多风少雪。年平均气温11.6℃，最低平均气温摄氏零下6℃，最高平均气温26℃，年无霜期192天；年平均降水量556毫米，夏季降水量占全年的75%。全年日照辐射总量为134.24千卡/平方厘米，生理辐射量约占全年辐射总量49%。全年日照时数共2841.4小时。
图2-1 项目位置示意图
2.2 太阳能资源综合评述
我国太阳能资源的丰富地区约占国土面积96％以上，除四川东北、贵州、湖南、湖北等地太阳能发电年等效小时数低于900小时以外，其他地区年等效小时数均超过900小时。
图2-1 太阳能资源分布图表
2-1 我国太阳能区域分布表
综上所述，根据项目所在地区的太阳能总辐射量数据，北京地区属于第II类地区，为我国太阳能资源很丰富类型区，年平均太阳辐射总量较高，能够为光伏电站提供充足的光照资源，满足光伏电站建设所需的太阳能资源需求。
3 光伏系统总体方案
3.1 系统组成
太阳能光伏发电系统由太阳能电池板、逆变器、支架、直交流汇流箱及计量等相关附件构成。其工作原理是太阳能电池方阵在光照的条件下产生直流电，直流电通过逆变器转换为交流电后并入低压或高压电网。
各部分作用如下：
1、太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部件，也是太阳能发电系统中价值最高的部分，其作用是将太阳的辐射能转换为电能；
2、并网逆变器，太阳能系统的关键组成部件，其作用是通过并网孤岛保护、最大功率跟踪（MPPT）等功能将直流电逆变成我们生活用电的部件；
3、其它附件，主要包括控制检测系统、防雷接地保护、电缆及支架等。
图3-1 光伏系统组成示意图
3.2 太阳能电池方阵的安装形式选择
在光伏发电系统的设计中，光伏组件方阵的安装形式对于系统接受到的太阳总辐射量有很大的影响，从而影响到光伏供电系统的发电能力。光伏组件的安装方式有固定安装式与自动跟踪式两种型式。自动跟踪系统包括单轴跟踪系统和双轴跟踪系统。单轴跟踪（东西方位角跟踪和极轴跟踪）系统以固定的倾角从东往西跟踪太阳的轨迹，双轴跟踪系统（全跟踪）可以随着太阳轨迹的季节性位置的变换而改变方位角和倾角。
对于自动跟踪式系统，其倾斜面上能最大程度的接受的太阳总辐射量，从而增加发电量，但考虑：
（1）自动跟踪式系统虽然自动化程度高，但其自动跟踪式系统缺乏在场址地区特殊的气候环境下的实际应用的可靠性验证。在沙尘天气时，其传动部件会发生沙尘颗粒侵入，增大故障率，加大维护成本；
（2）自动跟踪式系统其逆变器采用并联分散式布置，虽提高一个发电单元的运行可靠性，单不便于集中控制，且相对固定式逆变器投资加大；
（3）自动跟踪式系统装置复杂，国内成熟且有应用过高海拔、多风沙地区验证的产品很少，并且其初始成本较固定式安装高很多，后期运行维护较固定式高。采用跟踪系统产生的额外发电量的效益，无法抵消安装跟踪装置所需要的综合成本，因此本工程光伏组件方阵推荐采用固定式安装。
3.3 电池方阵最佳倾角计算分析
电池方阵的安装倾角对光伏发电系统的效率影响较大，对于固定式电池列阵最佳倾角即光伏系统全年发电量最大时的倾角。
3.3.1 各倾斜角度的太阳辐射量分析
对于某一倾角固定安装的光伏方阵，所接受的太阳辐射能与倾角有关，较简便的辐射量计算经验公式为：
R＝S×sin(α+β)/sin(α)+D
式中：
R——倾斜光伏方阵面上的太阳能总辐射量
S ——水平面上太阳直接辐射量
D ——散射辐射量
α——中午时分的太阳高度角
β——光伏方阵倾角
图3-2 太阳辐射量计算分析图
3.3.2 固定式电池方阵最佳倾角确定
通过利用上述公式进行计算并结合光伏发电站设计等规范，北京地区光伏方阵倾斜角在35°时，光伏方阵面上全年累计的太阳能总辐射量最大。
由于本项目建筑物屋顶为彩钢瓦结构，综合考虑建筑物的安全特性。组件支架的实施工艺、项目投资等因素并结合其他类似的工程经验，建议本工程光伏方阵与彩钢瓦屋面采用0°角平铺的方式进行安装。
图3-3 零部件车间（一）组件整体排布图
图3-4 光伏组件排布效果示意图
3.4 光伏方阵装机容量分析
北京海纳川汽车部件股份有限公司亦庄厂房屋顶3.25MW光伏发电项目的光伏方阵分别位于装焊车间、零部件车间一、及零部件车间二的屋顶。通过现场实地以上3座建筑物屋顶均安装有排烟风机，高度约2米，宽约1.5米，此部分面积应予以扣除。
综上所述，依据每座建筑物现有净面积结合光伏方阵排布情况，充分考虑光伏电站施工的便利条件，北京海纳川汽车部件股份有限公司亦庄厂房屋顶3.25MW光伏发电项目约为3305.61kWp，其中装焊车间屋顶安装1638.63kWp、零部件车间一屋顶安装623.7kWp及零部件车间二屋顶安装1043.28kWp。
表3-1 光伏组件分布情况统计
3.5 光伏方阵接入系统方案
根据每座车间光伏列阵装机容量结合光伏电站接入系统的相关技术规定，综合考虑各电压等级光伏电站建设的时序与并网工程建设的时序。建议本项目采用组串式380V电压等级接入电网，即光伏组件先接入就近逆变器后，由交流汇流箱会流后在接入交流并网柜接入380V低压电网。接入系统方案以最终接入系统方案批复为准。
4 投资估算及效益分析
4.1 投资估算
项目投资估算应该包括购置设备、新建配套建筑物、工程建设其他费用、预备费、建设期利息等。现阶段本项目投资可以根据装机容量进行估算。在全国范围根据的地域、施工难易等因素的不同，光伏电站建设总成本在8~12元/瓦，本项目暂按9元/瓦估算。
根据屋顶可安装面积，光伏发电工程总装机容量为3305.61kWp，工程总投资2975.049万元。
说明：由于详细的工程设计和建设方案还未编制，本投资估算仅供参考，待详细工程设计方案、融资模式等确定下来，方可对工程进行较为准确的投资成本评估。
4.2经济效益分析
本工程设想项目计算期为26年，其中建设期1年，生产期为25年进行计算。
4.2.1 发电效率分析
光伏发电系统在光能转化为上网电能中间，很多环节会产生效率损失，其中最主要的有三个环节，光伏组件效率、逆变器效率和并网效率。
① 光伏组件发电效率η1: 光伏阵列在1000W/㎡太阳辐射强度下,实际的直流输出功率与标称功率之比。光伏阵列在能量转换与传输过程中的损失包括:太阳入射角损失、辐射强度损失、组件匹配损失、表面尘埃遮挡损失、温度的影响、最大功率点跟踪(MPPT)精度、以及直流线路损失等。根据经验数据：组件功率匹配损失小于5%；灰尘影响组件功率损失小于5%；直流线路损失小于2%；
② 逆变器的转换效率η2 : 逆变器输出的交流电功率与直流输入功率之比。
③ 交流并网效率η3: 即从逆变器输出至接入电网的传输效率，其中最主要的是升压变压器的损耗。
按照工程经验各个环节的效率损失见表4-1，本工程发电效率取79%。
表4-1 光伏电站各环节的效率损失
4.2.2 发电量测算
系统的总效率等于上述各部分效率的乘积: η=η1×η2 ×η3，按照表4-1，总效率取79%。经过以上数据分析得到光伏并网发电系统发电量计算公式如下：
预测发电量= Sarea×Rβ×η；
式中：
Sarea——方阵总面积；
Rβ——Rβ—倾斜方阵面上的太阳总辐射量；
在光伏理论年发电量的基础上，实际上网电量还会受安装倾角、方位角等综合因素影响。光伏系统的效率会随着时间逐年衰减，
首年和第N年的发电量为：
首年发电量=装机容量*组件倾斜面峰值小时数*系统效率*首年衰减率
第N年发电量为：
第N年发电量=装机容量*组件倾斜面峰值小时数*系统效率*（1-第N年累计衰减率）
项目所在地日均光照量约为4.71kWh/m2/d，光伏面板以平铺方式安装在屋顶。光伏电站设计寿命为25年，表4-2是本项目第1-25年的预测发电量。
根据太阳辐射量、温度等气象资料以及地理位置信息等资料, 专用的光伏发电系统设计软件可以进行仿真计算,求出系统的年总发电量。这里仅根据有关气象资料预测并网光伏发电系统的年总发电量，实际发电量会有一定偏差这是正常现象。
4.2.3 财务评价
2013年国务院、国家发展改革委员会出台系列文件，提出国家按照每度电0.42元的标准给予分布式光伏项目20年补贴；2015年8月北京市财政局、市发展改革委员会联合发布实施了《北京市分布式光伏发电奖励资金管理办法》，规定对2015年1月1日至2019年12月31日期间并网发电的分布式光伏发电项目，按照实际发电量给予每度0.3元（含税）的奖励补贴，连续奖励5年。
项目发电首先满足业主用电需要，多余电量上网。光伏发电国家补贴0.42元/度，前五年北京市补贴0.3元/度，假设业主光伏发电的电价为电0.85元/度。
则前五年光伏发电年收益为：
光伏年收益=光伏年发电量*（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为： 光伏年收益=光伏年发电量*（0.42元/度+0.85元/度）=1.27元/度
表4-3为光伏项目营收估算。由表计算得出，在投运第七年项目静态投资实现完全收回。
表4-3 光伏项目每年营收估算
说明，本章节估算的投资回报没有考虑税收和利率。
4.3 环境效益评价
综上所述，本工程25年总发电量约为7502.644万kWh，25年年平均发电约300.106kWh。
太阳能建设项目为清洁能源工程，利用光能资源发电，每年可节约大量地煤炭资源。根据国际能源署（IEA）《世界能源展望2007》，中国的CO2排放指数为：0.814kg/kWh，同时，我国火电厂每发电上网1kWh，需消耗标准煤305g，排放6.2克的硫氧化物（SOx）（脱硫前统计数据）和2.1克的氮氧化物（NOx）（脱氮前统计数据），对环境和生态造成不利的影响。与同类容量的燃煤火电厂相比，按照火电煤耗（标准）305g/kWh 计，共可节约标准煤约1186t，减排CO2约3166t，减排硫化物24t，减排氮氧化物8t，表4-4为节能减排效果表。
表4-4 节能减排效果表
太阳能发电是清洁、无污染的可再生能源，太阳能光伏发电的过程是将太阳能转变成电能的过程。在整个运行过程中，不会产生大气、水、固体废弃物等方面的污染物，也不会产生大的噪声污染。从节约煤炭资源和环境保护的角度分析，太阳能点成的建设代替燃煤电场的建设，将大大减少对周围环境的污染，并起到利用清洁自然可再生资源、节约不可再生的化石能源、减少污染及保护生态环境的作用。具有明显的社会效益及突出的环境效益。并可节约煤电，同时也具有良好的经济效益。
4.4 小结
北京海纳川汽车部件股份有限公司亦庄厂房屋顶3.25MW光伏发电项目总建设规模约为3305.61kWp，工程总投资2975.049万元，25年总发电量约为7502.64万kWh。
综上所述，本项目在投运的第七年能够实现完全收回投资成本，因此从项目的经济回报性以及对环境效益分析考虑，建设北京海纳川汽车部件股份有限公司亦庄厂房屋顶3.25MW光伏发电项目`是可行的。
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责任编辑：evan
来源：阳光工匠光伏论坛
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