【文章內(nèi)容簡介】 第十一章 800KW太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)方案 設(shè)計背景 和平、文明進(jìn)步和可持續(xù)發(fā)展是人類社會的永恒主題。能源是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的命脈，是提高人們生活水平的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。然而進(jìn)入二十一世紀(jì)，全球工業(yè)化和現(xiàn)代化帶來的能源消耗急劇增長，使本已有限的不可再生能源，面臨匱乏的危機(jī)；一次能源大量消耗引起的環(huán)境污染和生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化，更是威脅現(xiàn)代社會文明和可持續(xù)發(fā)展的十分嚴(yán)峻的問題；國際社會國家和地區(qū)間政治、軍事和經(jīng)濟(jì)沖突，也從根本上與各自的能源利益密切相關(guān)。二用廉價方式開采的化石能源的高峰期即將來臨, 化石能源行將枯竭。一場以太陽能等可再生能源取代化石能源的偉大變革，必將在本世紀(jì)發(fā)生。 除了環(huán)境因素，發(fā)展可再生能源的另一個重要原因就是能源安全和可靠供給。例如當(dāng)前歐盟的能源進(jìn)口量是50％，如果不大力發(fā)展可再生能源，到2010年進(jìn)口能源比例將達(dá)到60％，2020年將達(dá)到70％。 歐洲議會為了保證達(dá)到“京都議定書”要求的，到2010年減排21％的溫室氣體和將可再生能源占總能耗的比例翻翻的目標(biāo)，制定了“可再生能源電力促進(jìn)導(dǎo)則”。導(dǎo)則的重要目標(biāo)是到2010年，可再生能源將在歐洲范圍內(nèi)占到總能耗的12％，可再生能源電力將占到總發(fā)電量的22％。 中國常規(guī)能源人均占有量低于世界平均水平。眾多的人口及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的迅猛速度，使得我國對能源的需求和環(huán)保的壓力越來越大。發(fā)達(dá)國家德、日、美等都寄希望于新能源，期望在2010年太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電達(dá)全國發(fā)電總量1－3%,2030年達(dá)5－15％，2050年達(dá)15－30％，如此將可以滿足CO2減排及能源可持續(xù)發(fā)展的需要。 利用太陽光發(fā)電是人類夢寐以求的愿望。從二十世紀(jì)五十年代太陽能電池的空間應(yīng)用到如今的太陽能光伏集成建筑，世界光伏產(chǎn)業(yè)已經(jīng)走過了半個世紀(jì)的歷史。由于太陽能發(fā)電具有充分的清潔性、絕對的安全性、資源的相對廣泛性和充足性、長壽命以及免維護(hù)性等其它常規(guī)能源所不具備的優(yōu)點，光伏能源被認(rèn)為是二十一世紀(jì)最重要的新能源。 隨著世界各國對可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的普遍接受，以及對石油、煤炭、天然氣等化石能源逐漸耗盡的擔(dān)心，包括近年來中美等大國頻繁出現(xiàn)的能源短缺問題，作為可再生能源當(dāng)中最具潛力的新能源，光伏能源的重要性和戰(zhàn)略性進(jìn)一步凸顯，世界主要國家紛紛出臺相關(guān)鼓勵政策和法律。1999年以來在世界各國尤其是美、日、德等西方發(fā)達(dá)國家先后發(fā)起的大規(guī)模國家光伏發(fā)展計劃和太陽能屋頂計劃的刺激和推動下，世界光伏產(chǎn)業(yè)以每年30％以上的增長率保持著高速發(fā)展，是比IT發(fā)展還快的產(chǎn)業(yè)。盡管目前世界光伏發(fā)電累積裝機(jī)容量不到世界電力裝機(jī)總?cè)萘康那Х种?。但是作為一種可再生的清潔能源，專家預(yù)測光伏發(fā)電將在二十一世紀(jì)前半期超過核電成為最重要的基礎(chǔ)能源之一。至于是2030 年還是2050年最后幾年超過，只是個時間問題。 光伏發(fā)電有兩種利用方式，一種是傳統(tǒng)的依靠蓄電池來進(jìn)行能量的存儲，即所謂的獨立發(fā)電方式，但是蓄電池的存儲容量非常有限，成本也很高，而且壽命一般為35年，維護(hù)費(fèi)很高，蓄電池?fù)p壞以后的回收也是一個問題。雖然目前我們有很多措施可以保護(hù)蓄電池，比如在控制回路中加入更多的保護(hù)措施，使用目前比較先進(jìn)的超電容保護(hù)裝置等；另一種利用方式為并網(wǎng)使用，當(dāng)?shù)氐碾娋W(wǎng)事實上可以看作是一個龐大的蓄電池，將太陽能發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的電力輸送到電網(wǎng)中供給其他負(fù)載使用，而在需要用電的使用則從電網(wǎng)中獲取電能，電網(wǎng)就起到蓄電池的作用，相比起來，電網(wǎng)是一種免費(fèi)的蓄電池。這就可以完全解決太陽能發(fā)電儲能問題。目前并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)采用的并網(wǎng)逆變器一般擁有自動相位和電壓跟蹤裝置，能夠非常好的配合電網(wǎng)的微小相位和電壓波動，盡量減少對電網(wǎng)的影響。 項目總體介紹項目在地的環(huán)境條件無錫市屬北亞熱帶濕潤區(qū)，受季風(fēng)環(huán)流影響，形成的氣候特點是：四季分明，氣候溫和，雨水充沛，日照充足，無霜期長。氣溫，℃左右；7月平均氣溫在28℃左右。全年無霜期220天左右。無錫市區(qū)年平均降水量在1048毫米。雨季較長，主要集中在夏季。全年降水量大于蒸發(fā)量，屬濕潤地區(qū)。常見的氣象災(zāi)害有臺風(fēng)、暴風(fēng)、連陰雨、干旱、寒潮、冰雹和大風(fēng)等。由于受太湖水體和宜南丘陵山區(qū)復(fù)雜地形等的影響，局部地區(qū)小氣候條件多種多樣，具有南北農(nóng)業(yè)皆宜的特點，作物種類繁多。2003年無錫市氣候特點是：氣溫特高，盛夏高溫明顯，降水正常略少，日照充足。正鑲白旗地區(qū)的年平均水平面太陽輻射狀況如下表所示：Monthly Averaged Insolation Incident On A Horizontal Surface (kWh/m2/day)Lat Lon JanFebMarAprMayJunJulAugSepOctNovDecAnnualAverage10year Average 項目建設(shè)地點 本項目在無錫機(jī)場建設(shè)總裝機(jī)容量為800KW 的太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。項目概況 1）總述 本項目采用光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，太陽能產(chǎn)生的電力經(jīng)過逆變后直接送入低壓電網(wǎng)，系統(tǒng)不設(shè)儲能設(shè)備，減少蓄電池的二次污染。初步預(yù)計，太陽能發(fā)電總裝機(jī)容量為800KW。根據(jù)要求，系統(tǒng)總體設(shè)計和系統(tǒng)產(chǎn)品滿足國家光伏系統(tǒng)和產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，并網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計滿足《光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)要求》GB/T199392005，《光伏（PV）系統(tǒng)電網(wǎng)接口特性》IEC61727：2004。本光伏幕墻系統(tǒng)依據(jù)機(jī)場幕墻設(shè)計方提供的幕墻玻璃的設(shè)計方案而設(shè)計。2）系統(tǒng)組成 本系統(tǒng)主要由兩部分組成，一部分包括太陽電池組件或太陽能光伏玻璃幕墻、并網(wǎng)逆變器、接線箱、連接導(dǎo)線及電纜等；第二部分包括電氣接口、接地工程、逆變器室等設(shè)備設(shè)施等。3）太陽能電池組件 選用尚德電力公司生產(chǎn)的太陽能光伏組件，型號STP175S24/Ac STP175S24/，串聯(lián)組件數(shù)為S，最多為Smax；太陽能光伏玻璃幕墻，型號STPM18516/SFJC，組件尺寸為1985mm1278mm，峰值功率185W，，采用中空夾層玻璃封裝。裝機(jī)總?cè)萘繛?00KW。 4）方陣數(shù)量、電壓等級、電池板數(shù)量 太陽能光伏組件方正共用STP175S24/Ac組件4104塊，由18片組件串聯(lián)組成一個支路，38個支路并聯(lián)組成一個子方陣；每個子方陣功率為1751838= KWp；整個太陽電池陣列由6個子方陣組成， KWp6= KWp。太陽能光伏玻璃幕墻方陣共選用STPM18516/SFJC幕墻組件400塊，組成8個子方陣，每個子方陣配套一只并網(wǎng)逆變器；其中4個子方陣由134塊 組件組成，另外4個子方陣由124塊 組件組成，總功率400185=74KWp。5）并網(wǎng)逆變器及逆變器室 由上所述得知，整個系統(tǒng)共分為6個和8個方陣，每個方陣作為一個獨立的發(fā)電單元控制，每個單元安裝一臺SG100K3型逆變器，逆變器的交流輸出全部接到低壓配電中匯總。逆變器輸出為三相AC400V、頻率50HZ、逆變器效率大于96%。逆變器具有極性反接保護(hù)、電網(wǎng)電壓異常保護(hù)、電網(wǎng)電壓異常保護(hù)、孤島效應(yīng)保護(hù)、過熱保護(hù)、直流過載保護(hù)、接地保護(hù)等功能，并具有主動和被動兩種方式進(jìn)行保護(hù)。在溫度異常、保險絲熔斷、交流過電流、直流欠電壓、直流過電壓、直流過電流等異常情況下，逆變器均能夠及時將逆變器與電網(wǎng)斷開，保證系統(tǒng)安全運(yùn)行。 并網(wǎng)逆變器為并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)提供完善監(jiān)測手段，系統(tǒng)通訊通過RS485總線通訊，每臺逆變器安裝一塊通訊板，一臺主控逆變器安裝有數(shù)據(jù)采集板，數(shù)據(jù)采集板主要采集環(huán)境溫度、光照度、風(fēng)速等相關(guān)參數(shù)，通訊中心配備一臺上微機(jī)，上微機(jī)安裝有專用的通訊監(jiān)控軟件，可以實時顯示累計發(fā)電量、方陣電壓、方陣電流、方陣功率、電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)頻率、實際輸出功率、實際輸出電流。顯示系統(tǒng)通同時同時配有40，液晶電視，使顯示更加直觀。 6）避雷及接地保護(hù) 光伏發(fā)電系統(tǒng)防雷包括直擊雷和感應(yīng)雷，光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)件通過接地體接地防止直擊雷，防雷接地電阻小于10Ω，接地電阻通過電阻測量儀測量。在光伏陣列輸出端和交流輸出端，防止二次感應(yīng)雷，安裝防雷模塊。 系統(tǒng)方案設(shè)計 系統(tǒng)構(gòu)成 1）方案描述 太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是利用太陽電池板將太陽能轉(zhuǎn)換成直流電能，再通過逆變器將直流電逆變成50赫茲、AC400V的三相交流電。逆變器的輸出端通過配電柜與變電所內(nèi)的變壓器低壓端（AC400V）并聯(lián)，對負(fù)載供電，并將多余的電能通過變壓器送入電網(wǎng)。本電站無蓄電池儲能設(shè)備，當(dāng)陰雨天無太陽時，由電網(wǎng)供電給負(fù)載。 2）主要部件說明 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的主要部件包括太陽電池組件和并網(wǎng)逆變器，均采用了國際上先進(jìn)而又成熟的技術(shù)，這些技術(shù)已通過十多年的成功運(yùn)行的考驗。 在系統(tǒng)中，我們采用我公司設(shè)計生產(chǎn)的高效晶體硅太陽電池STP175S24/Ac，光伏幕墻玻璃STPM18516/SFJC，具體參數(shù)參見組件參數(shù)表 參數(shù)分類STP175S24/Ac組件類型單晶組件額定開路電壓額定短路電流峰值工作電壓峰值工作電流峰值功率輸出175Wp最大系統(tǒng)電壓1000V抗風(fēng)壓強(qiáng)2400Pa電流溫度系數(shù)177。（%/K）電壓溫度系數(shù)（155177。10）mV/K功率溫度系數(shù)（177。）%/K額定工作溫度48℃177。2℃使用溫度范圍（40）℃～（+85）℃接線盒特性說明BOX07接線盒組件尺寸1580mm808mm35mm組件重量連接線特性說明LAPPTHREM SOLAR plus（有CE標(biāo)記） 名稱分類STPM18516/SFJC組件類型多晶硅組件額定開路電壓30V額定短路電流峰值工作電壓峰值工作電流峰值功率185Wp最大系統(tǒng)電壓1000V3）系統(tǒng)連接圖機(jī)場貨運(yùn)樓光伏屋頂并網(wǎng)系統(tǒng)方陣連接圖400V低壓配電柜光伏子陣列 接線箱 100KVA逆變器 光伏子陣列 接線箱 100KVA逆變器 光伏子陣列 接線箱 100KVA逆變器 機(jī)場航站樓光伏幕墻并網(wǎng)系統(tǒng)方陣連接圖400V低壓配電柜光伏子陣列 接線箱 10KVA逆變器 光伏子陣列 接線箱 10KVA逆變器 光伏子陣列 接線箱 10KVA逆變器 設(shè)計依據(jù)及標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)實際情況和標(biāo)書的中的要求，系統(tǒng)總體設(shè)計和系統(tǒng)中的產(chǎn)品滿足中國光伏系統(tǒng)和產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)輸出電能質(zhì)量滿足《并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)要求》中電能質(zhì)量的要求。光伏組件滿足國際標(biāo)準(zhǔn)光伏組件標(biāo)準(zhǔn)IEC611）太陽電池組件的技術(shù)要求A、太陽能電池組件的轉(zhuǎn)換效率大于等于14%，使用20年后功率衰減不得超高總功率的20%。 B、太陽能電池組件的封裝鋼化玻璃要具有較好的強(qiáng)度和環(huán)境適應(yīng)能力能抵御冰雹及積雪和抗清洗，并具有在環(huán)境溫度為35℃—40℃條件下不破碎，直接透過率大于90%，直接反射率小于8%。 C、太陽太陽電池組件的額定輸出功率Wp≥180W。D、性能要求a、物理性能要求①說明太陽能電池組件采用的晶體硅材料，并給出太陽能矩陣實際轉(zhuǎn)換效率。② 玻璃表面應(yīng)采用低含鐵量的、高機(jī)械強(qiáng)度的、高透射率的鋼化玻璃，正面應(yīng)能承受大于30~40m/s 的風(fēng)載及沙石、冰雹或其他異物的撞擊，賣方還需提出鋼化玻璃的透光率和有關(guān)強(qiáng)度的技術(shù)指標(biāo)。③ 利用先進(jìn)的層壓技術(shù)，保證在惡劣的環(huán)境侵蝕等各種條件下電氣線路 的穩(wěn)定性。④ 電池板應(yīng)采用輕便、堅固、抗鹽霧、抗潮濕腐蝕的框架，且整個框架完全密封。⑤ 接線盒應(yīng)為全天候型且方便與外電路連接。b、電氣性能要求在標(biāo)準(zhǔn)條件下(大氣質(zhì)量AM ，標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)為1000W/m2 ，溫度為25℃，光照面上的不均勻性小于177。5% ，穩(wěn)定性1%)，轉(zhuǎn)換效率應(yīng)不低于14%，而且使用10 年后，其效率不低于原來的90%，太陽能板使用壽命不小于20 年。2）方陣支架技術(shù)要求 A、方陣的支撐結(jié)構(gòu)要保證組件與支架的連接可靠，可以方便電池板的更換，可以抗內(nèi)蒙古地區(qū)最大風(fēng)速、同時具有抗冰雹、積雪等能力。 B、絕緣性能：方陣輸出端與支撐結(jié)構(gòu)間絕緣電阻在相對濕度小于80％時，用500兆歐表測量不應(yīng)低于100MΩ。C、電池板的安裝支架要采用切實有效的防腐措施，所有緊固件連接件即要達(dá)到緊力要求還要保證不銹蝕，拆卸容易。D、太陽能支架應(yīng)采用抗腐蝕材料制成，并與太陽能板框架具有相同的膨脹系數(shù)，其品質(zhì)必須符合相關(guān)國際品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。支架的零配件如螺絲、墊片等，采用不銹鋼材料，應(yīng)具有良好的耐腐蝕能力。支架應(yīng)能靈活地進(jìn)行現(xiàn)場拆裝，無需專用工具和材料，并保證太陽能模塊之間的電氣與機(jī)械的可互換性。單支架方陣面組件排列圖組件支架采用418結(jié)構(gòu)，傾角為31176。，每組支架安裝組件72片，共計57組支架。太陽電池陣列間距的設(shè)計計算3）并網(wǎng)逆變器及電能質(zhì)量要求A、根據(jù)每個區(qū)域安裝太陽能方陣容量不同，每個區(qū)域匹配的逆變器數(shù)量和功率均不相等。B、光伏并網(wǎng)逆變器輸出電壓在電網(wǎng)公共連接點（PCC）處的允許偏差應(yīng)符合GB123251990 的規(guī)定，三相電壓的允許偏差為額定電壓的177。7%，單相電壓的允許偏差為額定電壓的+7%、10%。C、光伏并網(wǎng)逆變器與電網(wǎng)同步運(yùn)行。電網(wǎng)額定頻率為50Hz ，光伏并網(wǎng)逆變器輸出頻率允許偏差應(yīng)符合GB/T 159451995 的規(guī)定，即偏差值允許177。D、光伏并網(wǎng)逆變器工作時不應(yīng)造成電網(wǎng)電壓波形過度的畸變，和/或?qū)е伦⑷腚娋W(wǎng)過度的諧波電流。光伏并網(wǎng)逆變器額定輸出時，電流總諧波畸變率限值為5%，各次諧波電流含有率限