光伏电站设计

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表5-2. 敦煌太阳辐射及8MWp并网光伏系统发电量测算表(单位 :万kWh)
敦煌太阳辐射量及8MWp并网光伏系统 发电量与月份关系曲线
五. 技术设计实例
完整的系统设计方案应包括 :系统配置图、太阳能电池方阵的设计、逆变器的 设计、输变电设计、防雷接地设计、土建设计(机房、变电站面积和布局、场内 道路、光伏组件基础、防雷接地基础、 围栏、接线) 等。
光伏电站设计
• 实例说明光伏电站的设计 • 光伏并网对电网的影响
以敦煌某8MWp并网电站为例
一. 总体技术方案
“集中安装建设,多支路上网”
● 在电气线路上,分为8个独立的1MWp分系统,分别发电上网 ; ● 1MWp分系统包括5个200kWp 的发电单元、一台1000kVA变压器 ; ● 每个发电单元由200kWp组件 、200kVA并网逆变器组成,输出0.4kV三相交流电.
●线路接地系统应符合 DL/T 621- 1997 《交流电气装置的接地》 以及 DL499-92《农村低压电力技术规程》 的技术要求(一般不应大于4Ω ) ;
●干旱戈壁滩的土层电阻率高 ,应设置多个接地坑,放入长效降阻剂,埋设水平接地网以 降低接地电阻。
4. 土ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ设计
● 光电场的规划设计
◥ 用地面积: 558×552 = 308,016平方米.其中,光伏阵列占地约21.3万平方米 ; ◥ 围栏: 围栏总长度(光电场+变电站) =2,220米 ◥ 光电场平面布置总图 :
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.
对于大型并网逆变器,可取 η1 = 95%.
3). 交流并网效率η3 :
◆ 从逆变器输出至高压电网的传输效率,其中最主要的是变压器的效率.可取η3 = 5%.
● 系统的总效率等于上述各部分效率的乘积 :
η = η1 ×η2 ×η3 = 85%×95%×95% = 77%
● 每月调节一次倾角的情况下,全年总发电量比40 ° 固定倾角时增加3%.
● 有关资料表明 : ◆ 单轴跟踪阵列比固定倾角安装的年发电量增加约20%, ◆ 双轴跟踪比固定倾角安装年发电量增加30%以上.
表5- 1. 敦煌8MWp并网光伏发电系统发电量测算表(单位 :万kWh)
说明 : 1. 此表根据敦煌地区的气象资料, 按系统效率77%计算. 2. 根据有关资料,单轴跟踪比固定倾角增加约20%,双轴跟踪比固定倾角增加30%以上.
3). 太阳能电池方阵支承结构设计
★ 安装方式设计 : 固定式. 结构简单,安全可靠,安装调试及管理维护都很方便. ★ 固定式支架倾角设计 : 根据年发电量计算结果, 倾角定为40 °。 ★ 方阵支架方位角的设计 : 一般情况下,太阳能电池方阵应面向正南安装. ★ 太阳能电池阵列间距的设计计算 : 光伏方阵阵列间距应不小于D. 计算公式:
本案例仅做初步的电气设计及系统规模和主要技术参数.
1. 主要设备选项
1) . 太阳电池组件 :
国产160Wp多晶硅太阳电池组件.
2) . 并网逆变器 :
性能可靠、效率高、可进行多机并联的进口产品 ,额定容量为200kW.
3) . 交流升压变压器 :
国产(0.4)KV/(35-38.5)KV电力变压器,容量1000KVA.
表4. 敦煌地区各月最佳倾角的角度及对应太阳辐射量表(kWh/m2)
每月改变一次角度,使斜面处于最佳倾角位置,全年所接收到的太阳能比固 定倾角为38 °安装的倾斜面所接收到的太阳能大约高3%.
3 . 并网光伏系统的效率分析
1).光伏阵列效率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 :
计算得 : D = 6087mm. 取间距为 6.5米 。 (纬度。 = 40.6 °, 倾角 = 400)
支架间距计算图
4). 光电场太阳能电池阵列布置
★ 组件排列 : 纵向两排, 2×18 = 36 块组件.平面尺寸 14.5米×3.2米.
单支架方阵面组件排列图
★ 200kWp 发电单元 : 由70路串联组件并联组成,安装在35个支架上. ★ 1MWp的分系统: 5个200kWp 发电单元, 占地面积 = (72.5米×320米). ★ 8MWp并网系统 : 5 ×1MWp 子阵列组成,子阵列之间有通道.
表3. 敦煌地区不同角度倾斜面的太阳辐射量表(kWh/m2)
(纬度 = 40.6 °)
从表中可以看出 : + 倾角等于38 ° 时,全年所接收到的太阳辐射能最大, 比水平面的数值高约18.7%. ++ 倾角在36~42 °之间(即β=0.9~ 1.05Φ)时,全年太阳辐射量差别不大.
+++ 即使倾角在30 °~ 50 °之间改变, 对倾斜面太阳辐射量的影响也不超过1.5%.
图中 : 1 - 南大门 2 - 机房控制室及办公室 3 - 升压变电站 4 - 东大门
3. 避雷 、防雷及接地保护的设计
1) .场地防雷
◆ 目的 : 使光电场及附属设施免遭直接雷击. ◆ 方式 : 避雷针 避雷带.
▼ 避雷针 : ★ 30米高的避雷针,被保护物高度 5米 : ◢ 单支避雷针保护半径为 =35米 ◢ 两支避雷针的保护间距 =175(米)
1. 气象资料
表2. 敦煌地区太阳辐射数据表
2. 倾斜面光伏阵列表面的太阳辐射量 :
从气象站得到的资料,一般为水平面上的太阳辐射量,须换算成光伏阵列倾斜面的辐射量,才能进行光伏系统 发电量的计算.
计算日辐射量的公式 :
Rβ= S×[s in (α-β)/sinα] + D
式中 ; Rβ— 倾斜方阵面上的太阳总辐射量 D — 散射辐射量,假定D与斜面倾角无关 ; S — 水平面上的太阳直接辐射量
█ 机房与办公室 :
█ 防雷及接地保护 : ◆ 符合国家标准规定的技术要求 ;
◆ 直流侧与交流侧都需有接地保护 ; ◆ 有足够的防雷保护范围,并且不得遮挡光电场的太阳辐射.
█ 场地道路 : █ 防护围栏 : ◆ 足够的高度和强度以满足防护要求 ;
◆ 距光伏方阵有一定的距离以免遮挡光电场的太阳辐射.
四. 发电量预测
β— 方阵倾角 α— 中午时分的太阳高度角.
对于北半球地理纬度= Φ的地区, α与太阳赤纬角δ的关系如下 : α= 900 -φ+δ
其中, δ=23.45*s in [360*(284+N)/365](度),
N为一年中某日的日期序号,如1月1日的N=1,2月1日的N=32, 12月31日的N=365等。
逆变器输入电压(450-800V),最大输入电压(880V), 满足逆变器使用要求。
● 70路 并联组成200kWp 发电单元 ▲单个发电单元的容量为: 70×18×160Wp=201,600Wp = 201.6 kWp
2) 40个发电单元组成8MWp并网系统
▲ 系统总容量 : P=40×201.6 = 8,064 kWp ▲ 需用 160Wp太阳能电池组件总数量 : M=40×70×18 = 50,400(块)
★ 大面积防护,须采用网点结构,布建多座避雷塔,会遮挡太阳辐射.
▲ : 显然, 光伏阵列的防雷不宜用避雷针方式 .
▼ 避雷带 : ★ 将金属导体沿被保护物顶部轮廓敷设,并保持适当距离,消引雷电荷、避免直接雷击. ★ 阵列支架本身就是金属导体, 只要将支架良好接地, 即可达到防雷效果.
2) . 电网线路防雷
4) . 避雷装置 :
装设避雷设施防直接雷击,并需有良好的接地.
表6 . 太阳电池组件性能参数表
表7 . 并网逆变器性能参数表
2. 太阳能电池方阵设计
1). 200kWp 发电单元的光伏方阵设计 :
● 18块 组件串联得到逆变器所要求的电压
验算 : ▲ 最高输出电压 = 792 V ; ▲ 最大功率点电压= 640.8V; ▲ 组件结温比标准状态升高70℃时,最大功率点电压 = 461V.
● 围栏 : 总长度2,220米 , 高度2.5米
◥ 采用透光的高速公路用铁丝网围栏 ,,距光伏阵列应有20-30米的距离, 以免遮挡太阳辐射.
● 方阵基础设计 :
◥ 混凝土现场浇铸. ◥ 在浇铸过程中预埋上端有螺纹的钢筋. ◥ 应符合GB 50202-2002 的要求。 ◥ 每个方阵支架基础体积为0. 12立方米.
二. 系统构成
● 光伏阵列 :
包括太阳电池组件、支承结构(支架及基础等)、接线箱、 电缆电线等 ;
● 直流-交流逆变设备 :
包括直流屏、配电柜、并网逆变器等 ;
● 升压并网设施 :
包括升压变压器、户外真空断路器、高压避雷器等 ;
● 控制检测系统 :
包括系统控制装置、数据检测及处理与显示系统、远程信息交换设备等 ;
总占地面积 = (558米×552米) = 308,016 平方米
200kWp 发电单元的光伏阵列布置图(左) 1MWp分系统的光伏阵列排布图 (下)
8MWp 并网光伏系统 光电场平面布置全图
说明 :
光电场占地总面积 : 558×552 = 308,016 ㎡
房屋建筑总占地面积 : 3,000 ㎡ .
▂ 组件匹配损失 :对于精心设计、精心施工的系统,约有4%的损失 ; ▃ 太阳辐射损失 :包括组件表面尘埃遮挡及不可利用的低、弱太阳辐射损失,取值5% ; ▅ 偏离最大功率点损失 :如温度的影响、最大功率点跟踪(MPPT)精度等.取值4% ; █ 直流线路损失 :按有关标准规定,应小于3%.
得 : η1 = 96% × 95% × 96% × 97% = 85%
● 附属设施 :
防雷及接地装置、清洁设备、厂房及办公室、 围栏、通道及道路等.
三. 主要设备及其主要技术要求
█ 太阳电池组件 : ◆ 总容量8MWp.优选晶体硅组件.适量试用其他组件. █ 支承结构 : ◆ 足够的强度 ; 防腐蚀.
█ 并网逆变器 : ◆ 有最大功率跟踪(MPPT)功能 ;效率>93% . █ 升压变压器 :
特点:
● 每个200kWp的发电单元即是 一个低压并网光伏发电系统
* 直接并网给用户供电, * 经变压器升压后并入高压电网
● 8个独立的1MWp并网光伏分系统之间没有任何电气联系 .
* 可分别实施工程建设及运行与维护管理 ; * 局部故障检修时不影响整个系统的运行.
● 可灵活地以各种 “交钥匙工程 ”方式进行项目建设 :
█ 控制检测及远程信息交换 :
◆ 采集并记录运行数据 ,如气象资料、电性能参数、设备工作状态等 ; ◆ 执行相关的控制操作,如切合逆变器的输出、太阳电池方阵的输出, ◆ 有自动跟踪时太阳电池方阵的跟踪控制等 ; ◆ 系统故障的自动保护功能,记录并保存故障信息,发送报警信号 ; ◆ 遥控、遥测等远程信息交换功能.
● 房屋建筑总占地面积 = 3,000平方米 . 各部分的占地面积 :
◥ 机房、控制室 : 100m×20m = 2,000平方米 ; ◥ 工作间、库房 : 30m×20m = 600平方米 ; ◥ 办公室及会议室 : 20m×20m = 400平方米. ◥ 升压变电站, 占地面积= 900平方米.
5. 系统概貌及主要参数
1). 太阳电池组件 :
●直流侧的防雷 : 逆变器内部有防雷系统 ; ●交流侧的防雷 : 使用符合国家标准的避雷器。
3) . 系统接地保护设计:
●雷电保护系统的接地电阻应符合DL/T 620- 1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》 的要求 ; (一般不应大于10Ω , 在高土壤电阻率地区的接地电阻不应大于30Ω).
* 整体承包、分系统承包、单个发电单元分包等.
● 便于进行各种不同元器件设备 、不同技术设计的技术经济性能评估 .
* 国产设备和进口设备 ; * 晶体硅 、非晶硅、及其他组件 ;
* 不同安装方式(固定式、单轴跟踪及全跟踪等)
图1. 单个发电单元原理框图 图2 1MWp并网光伏发电分系统原理框图
图3 8MWp并网光伏发电系统原理总框图
4 . 敦煌8MWp并网光伏发电系统发电量测算 :
● 依据 :
◆ 敦煌地区太阳辐射量 ◆ 系统组件总功率8MWp
◆ 系统效率77%
● 光伏阵列倾角等于40 °, 固定式安装 : ◆ 年发电量约 1,392 万千瓦小时 ;
◆ 25年的总发电量约为3.2亿千瓦小时,年平均发电1,280万千瓦小时 (按25年输出衰减15%计算).
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