【導讀】太陽能光伏發(fā)電示范工程項目。5太陽能光伏系統(tǒng)的選型、布置和發(fā)電量的計算........-20-

　　

【正文】 35 808 圖 51 CNPV180M 正面詳圖 FRONT VIEW 24 圖 52 CNPV180M 背面詳圖 光伏系統(tǒng)方陣支架的類型 太陽能電池陣列用支架 光伏系統(tǒng)方陣支架的類型有簡單的固定支架和復雜跟蹤系統(tǒng)。跟蹤系統(tǒng)是一種支撐光伏方陣的裝置，它精確地移動以使太陽入射光線射到方陣表面上的入射角最小，以使太陽入射輻射 （ 即收集到的太陽能 ） 最大。光伏跟蹤器 可分為如下類型：單軸跟蹤器、方位角跟蹤器、雙軸跟蹤器，不同跟蹤系統(tǒng)在當?shù)貤l件下對發(fā)電量 （ 與固定支架相比 ）的影響不同，雙軸跟蹤器能使方陣能量輸出提高約 29％，單軸跟蹤器能使方陣能量輸出提高 25％，方位角跟蹤器能使方陣能量輸出提高 21％。但系統(tǒng)成本將明顯增加 （ 雙軸跟蹤器＞單軸跟蹤器＞方位跟蹤器 ） ，但就其性價比來說，太陽能跟蹤的方陣其性價比要優(yōu)于固定的方陣，但跟蹤系統(tǒng)的運行成本會明顯高于固定系統(tǒng)。 所以本項目安裝固定形式的支架系統(tǒng)。 太陽能陣列的傾斜角和方位角確定 1）固定的 太陽能陣列的傾角 大多數(shù)情況下， 太陽 能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的 方陣 傾角一般等于當?shù)鼐暥鹊慕^對值， 這個傾角通常使全年在方陣表面上的太陽輻射能達到最大，適于全年工作系統(tǒng)使用。本項目 中固定安裝系統(tǒng)的 方陣傾角經(jīng)過RET Screen 能源模型 — 光伏項目軟件優(yōu)化， 以及綜合考慮節(jié)約用地的原則， 本次固定的太陽能支架方陣斜角為 45 度。 25 2）太陽能陣列的方位角 固定的太陽能支架方位角是指輸入垂直照射到方陣表面上的光線在水平地面上的投影與當?shù)刈游缇€間的夾角，一般正南方向定為零點，故太陽能陣列的方位角為 0176。 逆變器的選擇 并網(wǎng)逆變器具有最大功率跟蹤功能，該設備用來 把光伏方陣連接到系統(tǒng)的部分。最大功率跟蹤器 （ MPPT） 是一種電子設備，無論負載阻抗變化還是由溫度或太陽輻射引起的工作條件的變化，都能使方陣工作在輸出功率最大的狀態(tài)，實現(xiàn)方陣的最佳工作效率。逆變器型號采用 SG100K3。 本項目擬采用 100kW/50 kW 光伏直流 /交流并網(wǎng)逆變器，該類型光伏直流 /交流電能轉換器采用美國 TI 公司 32 位專用 DSP 芯片LF2407A 控制，主電路采用日本最先進的智能功率 IGBT 模塊 （ IPM）組裝，采用電流控制型 PWM 有源逆變技術和優(yōu)質環(huán)行變壓器。該逆變器克服了晶閘管有源逆變的一切弊病 ，可靠性高，保護功能全，且具有電網(wǎng)側高功率因子正弦波電流、無諧波污染供電等特點。 該類型逆變器提供液晶 LCD+按鍵的人機界面，同時提供 RS485通訊接口，可以方便地與系統(tǒng)運行指示牌和上位機進行實時通訊，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。 保護功能： 26 極性反接保護、短路保護、孤島效應保護、過熱保護、過載保護、接地保護； 系統(tǒng)通訊： 通訊接口： RS485 或 CAN 總線； 電網(wǎng)監(jiān)測：按照 UL1741 標淮。 表 51 逆變器特性參數(shù)值 1 直流輸入 最大直流電壓 880Vdc 最大功率電壓跟蹤范圍 450820Vdc 最大直流功率 110kWp 最大輸入電流 250A 最大輸入路數(shù) 4 2 交流輸出 輸出功率 100kW 額定電網(wǎng)電壓 400Vac 額定電網(wǎng)頻率 50/60Hz 總電流波形崎變率 ﹤ 3%(額定功率 ) 功率因素 ≥ (額定功率 ) 3 機械參數(shù) 寬 /高 /深 1020/1964/770(mm) 重量 800kg 27 光伏電站的系統(tǒng)設計與布置 光伏陣列的布置 太陽能陣列的列間與行 間距離的確定 太陽能陣列的行間距離與日照和陰影有關，由于廠址內(nèi)無障礙物的遮擋，而且又比較平坦，所以只考慮陣行間陰影的影響即南北方向。行間距離的計算要相對復雜一些，通常陣列的影子長度因安裝場所的經(jīng)度、季節(jié)、時間不同而異，如果在最長時間的冬至，從上午 9 時至午后 3 時之間，影子對陣列沒有遮擋，那么光伏輸出功率就不會有影響。通過查詢冬至太陽位置圖，得出當?shù)鼐暥认碌奶柛叨?，算出影子倍率。?jīng)過計算得光伏網(wǎng)陣平面布置時 CNPV180W 組件行間距離為 。 光伏電站的系統(tǒng)設計 CNPV180W 的系統(tǒng)設計： 首先由 16 塊太陽能板組成一個 的光伏陣網(wǎng)，每 36 個網(wǎng)陣構成一個 100kW 的子系統(tǒng)。每十個子系統(tǒng)組成一個 1MW 分系統(tǒng)。 根據(jù)項目地塊特點，考慮系統(tǒng)的可靠性和靈活性，將 并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)分為 2 個系統(tǒng)， 其中兩 個 系統(tǒng) 分別 為 1MW，直流輸出電壓為 568V。各區(qū)之間用 維修 道路分開，區(qū)內(nèi)再以 100kW 作為子系統(tǒng)劃分。 每個子系統(tǒng)獨立地通過并網(wǎng)逆變器轉換為 380V/50Hz 交流電， 每 28 個分系統(tǒng)通過 各區(qū)的 ，進入項目變電所經(jīng)過 10kV/35kV 變壓器送出并網(wǎng)。見示意 圖 5圖 54。 系統(tǒng)年發(fā)電量的估算 太陽能電場發(fā)電量計算的基礎數(shù)據(jù) 光伏組件的基礎數(shù)據(jù) 型號： CNPV180W 數(shù)量： 11429 圖 54 100kW 子系統(tǒng)示意圖 圖 53 光伏電站系統(tǒng)原理圖 29 光伏溫度因子 光伏電池的效率會隨著其工作時的溫度變化而變化。當它們的溫度升高時，不同類型的大多數(shù)電池效率呈現(xiàn)出降低趨勢。光伏溫度因子取 ％ /℃ 其他光伏陣列的損耗 由于組件上有灰塵或積雪造成的污染，污染的折減系數(shù)取 95％。 電力調節(jié)系統(tǒng)的損耗 （ 1） 逆變器的平均效率 逆變器是用來控制太陽電池方陣和把直流輸出變?yōu)?交流輸出的儀器。逆變器的平均效率取 96％。 （ 2） 光伏電站內(nèi)用電、線損等能量損失 初步估算電站內(nèi)用電、輸電線路、升壓站內(nèi)損耗。約占總發(fā)電量的 2％，故損耗系數(shù)為 98％。 機組的可利用率 雖然太陽能電池的故障率極低，但定期檢修及電網(wǎng)故障依然會造成損失，其系數(shù)取 1％，機組可利用率為 99％。 年發(fā)電量的估算 光伏系統(tǒng)的發(fā)電量是通過 RET Screen International 軟件計算，該軟件是已標準化和集成化清潔能源分析軟件，在世界范圍內(nèi)都可應 30 用。太陽能日照數(shù)擬采用 NASA 數(shù)據(jù)庫提供的 22 年間太陽輻 射數(shù)據(jù)的平均值。各月水平面上的平均輻射量、各月平均溫度見下表 555。 表 54 各月水平面上的平均輻射量 月 1 2 3 4 5 6 輻射量（ kWh/m2/day） 月 7 8 9 10 11 12 輻射量（ kWh/m2/day） 表 55 各月平均溫度 月 1 2 3 4 5 6 溫度（℃） 20 月 7 8 9 10 11 12 溫度（℃） 本工程光伏組件選用單晶硅太陽電池組件，可按 25 年運營期考慮，系統(tǒng) 25 年電量輸出衰減幅度為每年衰減 %，至 25 年末，衰減率為 20%。年發(fā)電量按 25 年的平均年發(fā)電量考慮。最佳安裝角度45176。時，電池組件接受的年輻射量為 ，單晶硅太陽電池組件的受光面積為 35520m2，通過第 1 年到第 25 年的年發(fā)電量計算，總發(fā)電量為 7225 萬 kWh，平均年發(fā)電量約 289 萬 kWh。 31 6 電氣 電氣一次 接入電力系統(tǒng)方式 本項目發(fā)電量大部分自用，余量上網(wǎng)。擬 選廠址亦選擇并入通裕集團工業(yè)園區(qū)變電站的用戶側并網(wǎng)方案。 在赤峰市元寶山區(qū) 光伏發(fā)電站建設 35kV 升壓站一座，本期 光伏發(fā)電系統(tǒng)以 10kV 電壓等級接入光伏發(fā)電站升壓站，光伏發(fā)電站升壓站出單回 35kV 線路至 站址附近 110kV 變的 35kV 側 。 電氣主接線 l、光伏電站集電線路方案 本期工程共裝 光伏組件，每 100kW 為一個 子系統(tǒng)，經(jīng) 過100kVA 逆變器逆變成電壓為 的三相交流電，每十個子系統(tǒng)接入一臺 非晶合金箱變至 35kV 側。本工程安裝的 光伏電池組件采用每 1MW 一變，共 2 臺 相變，以 2 回 35kV線路通過地埋電纜接入光伏電站 35kV 開關站的 35kV 母線上。 光伏發(fā)電站的接入系統(tǒng)方案經(jīng)主管部門審查確定后，再最終確定。 升壓變電站主接線方式 升壓變電站裝設一臺 雙繞組有載調壓變壓器。 35kV 規(guī)劃出線 1 回， 10kV 規(guī)劃出線 l 回，電氣接線采用單母線接線。在 10kV 32 側安裝 2Mvar 動 態(tài)電容補償裝置。升壓變壓器電壓比為 35177。 3179。 ％/；在 10kV 母線側安裝過電壓消弧裝置。自用電源分別通過、 ；所用 電壓為 380/220V，為中性點直接接地系統(tǒng)，變電所設 2 臺容量為 200kVA、互為備用的站用變壓器，一臺電源由站 內(nèi) 10kV 母線引接，電壓 10177。 2179。 ％ /，接線組別 Y， yn0；另一臺由 10kV 線路引接，電壓 10177。 2179。 %/，接線組別 Y， yn0。所用電采用單母線分段接線，兩段之間設聯(lián)絡斷路器。所用變壓器擬采用 干 式變壓器， 380/220V 配電裝置選用 GCS型抽屜式開關柜。 主要電氣設備選擇 短路電流計算 表 61 短路電流計算 計算值 短路點 短路點基準 電壓（ kV） 短路點基準 電流（ kA） 短路電流 起始值（ kA） 沖擊電流 （ kA） 10kV 線路 主要電氣設備 10kV 升壓變壓器：選用 ZGSBH15— 1250/10， Ud＝ ％，箱式變壓器，接線組別 Y， yn0 35kV 升壓變壓器：選用 SLZ7— 5000/35， Ud=％， 35177。 3179。 ％ /， YN， d11 33 斷 路 器：選用 ZN35/ 型真空斷路器。 隔 離 開 關：選用 ZN35T/400。 避 雷 器：選用 Y10W42／ 126W。 電 纜：逆變器與變壓器低壓側選用 VLV22。 過電壓保護及接地 l、變電站污穢等級按 III 級考慮，配電裝置外絕緣按海拔高度修正。 變電站采用架構避雷針和獨立避雷針組成防直擊雷聯(lián)合保護。在 35kV、 10kV 母線、主變 35kV 進 線裝設氧化鋅避雷器以防止雷電侵入 波及操作過電壓 危害。 10kV 屋內(nèi)配電裝置 ， 為防止雷電侵入波及操作過電壓，在進、出線均裝設過電壓保護器。 接地裝置及設備接地 ， 按《交流電氣裝置的接地》和《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項重點要求》的有關規(guī)定進行設計。變電站接地裝置采用以水平接地體為主的復合接地裝置。 光伏發(fā)電系統(tǒng)支架及基礎，利用支架基礎作為自然接地體，再敷設人工接地網(wǎng)，接地電阻不大于 10Ω。光伏發(fā)電系統(tǒng)保護接地、工作接地、過壓保護接地使用一個接地裝置，按小接地短路電流考慮，接地裝置的接地電阻值不大于 4Ω。 照明 變電所屋外配電裝置采用泛光燈照明，道路采用庭院燈照明，主 34 建筑、繼電保護室、各屋內(nèi)配電室采用熒光或白熾燈照明。照明設正常照明和事故照明。主控制室、建筑主要通道、繼電保護室、蓄電池室、所用電室、 10kV 配電裝置室等處設事故照明，事故照明正常時由交流電供電，事故情況下失掉交流電源時由事故照明切換屏切換至直流供電。主控制室、建筑主要通道 、 繼電保護室、蓄電池室、所用電室、 10kV 配電裝置室設置疏散指示燈。 升壓變電所電氣設備布置 35kV 配電裝置布置在站區(qū)西南側，向南出線，采用屋外普通中型 斷路器單列布置。 10kV 配電裝置布置在站區(qū)西北側，采用屋內(nèi)開關柜單列布置。 10kV 電容器布置在 10kV 配電裝置西北側，主變壓器布置在站區(qū)中部。繼電保護間、所用配電室和蓄電池室均布置在主控制樓內(nèi)，主控制樓布置在站區(qū)北側。 電氣二次 光伏電站控制、保護、測量和信號 l、光伏陣列及逆變器的電氣控制系統(tǒng)以可編程控制器為核心，控制電路由 PLC 中心控制器及其功能擴展模塊組成。主要實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)正常運行控制和安全保護、故障檢測及處理、運行參數(shù)的設定、數(shù)據(jù)記錄顯示以及人工操作，配備有多種通訊接口，能夠實現(xiàn) 就地通訊及遠程通訊。電氣控制系統(tǒng)由配電柜、控制柜、傳感器和連接電纜等組成，其包含正常運行控制、運行狀態(tài)監(jiān)測和安全保護三個方面的職能。 35 光伏發(fā)電系統(tǒng)應設防反二 極 管及直流側熔斷器，對逆變器設有過載、短路、過壓、欠壓等保護，保護裝置動作后同時發(fā)出保護裝置動作信號。 10/ 升壓變壓器高壓側采用負荷開關及熔斷器，利用熔斷器作為變壓器的短路保護。