MW光伏电站设计方案

'宁夏塞尚乳业2MW光伏电站设计方案宁夏银新能源光伏发电设备制造有限公司2012-5-15 一、综合说明...................................................................................................................................41、概述.....................................................................................................................................42、发电单元设计及发电量预测.............................................................................................62.1楼顶安装....................................................................................................................62.2车间彩钢板安装........................................................................................................62.3系统损耗计算............................................................................................................82.4光伏发电量预测........................................................................................................9二、光伏电站设计：.....................................................................................................................101、光伏组件的选型及参数...................................................................................................102、逆变器设计：...................................................................................................................123、逆变器的选型...................................................................................................................134.防逆流设计.......................................................................................................................15三、太阳能电池阵列设计.............................................................................................................161并网光伏发电系统分层结构..............................................................................................162.系统方案概述.....................................................................................................................173.太阳能电池阵列子方阵设计.............................................................................................174.电池组件串联数量计算.....................................................................................................185.太阳能电池组串单元的排列方式.....................................................................................206.太阳能电池阵列行间距的计算.........................................................................................207.逆变器室布置.....................................................................................................................218.太阳能电池阵列汇流箱设计.............................................................................................219.太阳能电池阵列设计.........................................................................................................2210.光伏阵列支架设计...........................................................................................................22四.电气.........................................................................................................................................221电气一次.............................................................................................................................222电气二次.............................................................................................................................22 一、综合说明1、概述宁夏是我国太阳能资源最丰富的地区之一，也是我国太阳能辐射的高能区之一（太阳辐射量年均在4950MJ/m2～6100MJ/m2之间，年均日照小时数在2250h-3100h之间），在开发利用太阳能方面有着得天独厚的优越条件一地势海拔高、阴雨天气少、日照时间长、辐射强度高、大气透明度好。区域内太阳辐射分布年际变化较稳定，因地域不同具有一定的差异，其特点是北部多于南部，尤以灵武、同心地区最高，可达6100MJ/m2，辐射量南北相差约1000MJ/m2。灵武、同心附近是宁夏太阳辐射最丰富的地区。 2、发电单元设计及发电量预测本工程总装机容量为2MWp，采用分块发电、集中并网方案。通过技术与经济综合比较，本工程电池组件选用235Wp晶硅电池组件，多晶硅电池组件数量共8520块。本工程选用500kW并网逆变器，共计4台。2MW并网电站采用屋顶固定安装运行方式和彩钢板两种安装方式。2.1楼顶安装楼顶安装方式如上图，采用混凝土配重或者钢结构链接。具体安装根据现场条件调整2.2车间彩钢板安装车间彩钢板屋顶梯形彩钢瓦安装方式12.2.1根据彩钢板的坡度安装如下图2用4颗钻尾螺钉将梯形彩钢瓦屋顶固定座固定在屋顶根据屋顶载荷 要求等选择合适的铝轨，用偏心螺母和内六角螺栓将铝轨固定在挂钩上将预安装好的压块插入铝轨中，放置好组件后，拧紧螺栓即可固定组件。这种安装方式简单美观，但电站安装角度不是最佳角度，屋顶坡面走向为东西。可安装7600块235W的组件。2.2.2根据并网电站最大发电量安装如下图根据屋顶坡面，如上图，组件安装方向面南，电池组件倾角为33°，全年日平均太阳总辐射量最大，发电量最大。并满足灰尘雨雪滑 落要求及倾斜支架较好稳定性的角度范围。可安装4700块235W的组件。太阳能光伏方阵的最佳固定倾角为33°。可以达到并网电站的最大效率的转换。多晶硅太阳能电池阵列最小行间距为0.85m。2MWp太阳能电池阵列由4个500KWp多晶硅子方阵组成。每个多晶硅子方阵由106路太阳能电池组串并联而成，一个多晶硅太阳能电池组串由20个太阳能电池组件串联而成。每个500KWp太阳能电池子方阵由太阳能电池组串、汇流设备、逆变设备、升压设备及防逆流设备构成。太阳能电池组件经日光照射后，形成低压直流电，电池组件并联后的直流电采用电缆送至汇流箱；经汇流箱汇流后采用电缆引至逆变器室，逆变后的三相交流电经电缆引至0.4kV用户侧电网。2.3系统损耗计算1）光伏阵列效率为η1：光伏阵列在能量转换与传输过程中的损失包括：组件匹配损失、表面尘埃遮挡损失、不可利用的太阳辐射损失、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%；尘埃遮挡损失小于4%；直流线路损失小于1%；除去以上损失，光伏阵列效率η1=90%2）并网逆变器转换效率η2：逆变器输出的交流电功率与直流电输入功率之比。并网逆变器可取η2=95% 3）光伏发电系统的综合效率：η=η1×η2=90%×95%=85.5%2.4光伏发电量预测并网光伏发电系统的发电量，与当地的太阳辐射能量、太阳电池组件的总功率、系统的总效率等因数有关。根据有关的气象数据，预测太阳能光伏阵列（总功率为2000KW）并网光伏发电系统的年总发电量。1)银川地区气象资料银川位于东经106.16，北纬38°20′。处于温带大陆性气候区，春季和秋季时间短，气候干燥，冬季和夏季较长，以下为银川地区太阳能辐射数据。2银川地区水平太阳能月平均辐射量（KWh/m）一二三四五六七八九十十一十二月份年平均月月月月月月月月月月月月22年各月2.933.774.715.756.136.175.805.174.413.673.022.524.50平均值2)并网光伏发电系统的年总发电量发电量计算2银川市年平均日辐照量4.5kWh/m·day，平均最佳倾角为33.802度，最佳年平均日辐照量为5.65kWh/m·day。2组件实际坡度为33度左右，年平均辐照量约为5.65kWh/m·22/day，全年总辐射量为2062kWh/m·a。按1kW/m照度折算，年日照 时数为2062h。并网光伏电站全年发电量计算：总装机容量为2000kWp。�单位小时发电量约等于：2000kWp×1h×85.5%＝1710kWh�全年发电量约等于：2000kWp×2062h×85.5%＝3526020kWh�年等效利用小时数为：3520020kWh÷2000kW=1763小时二、光伏电站设计：1、光伏组件的选型及参数特点：1）采用进口高效单晶硅太阳能电池片，转换率≥15%；2）使用寿命长：25年以上，衰减少；由抗老化的EVA树脂，耐候性优良的TDT复合膜层压而成增加组件寿命。3）阳极氧化铅边框，具有抗风、抗雹、防腐等性能。4）无螺钉内置角键连接，紧固密封，抗机械强度高；5）采用高强度、高低铁超白钢化玻璃封装，透光率和机械强度高；6）输出采用密封防水、多功能、高可靠性接线盒，内装旁路二极管，7）有效防止热斑效应，确保组件使用安全；8）具备良好的耐候性，防风性，防雹性；9）有效抵御湿气和盐雾腐蚀，不受地理环境影响。10）连接端应采用易操作的专用公母插头。11）适应各种复杂恶劣的气候条件下使用。 2、逆变器设计：逆变器的要求：(1)逆变器输入直流电压的范围：由于太阳能电池组串的输出电压随日照强度、天气条件及负载影响，其变化范围比较大。就要求逆变器在能够在较大的直流输入电压范围内正常工作，并保证交流输出电压稳定。(2）逆变器输出效率：大功率逆变器在满载时，效率必须在90％或95％以上。中小功率的逆变器在满载时，效率必须在85％或90％以上。即使在逆变器额定功率10％的情况下，也要保证90（大功率逆变器）以上的转换效率。(3)逆变器输出波形：为使光伏阵列所产生的直流电经逆变后向公共电网并网供电，就要求逆变器的输出电压波形、幅值及相位等与公共电网一致，以实现向电网无扰动平滑供电。所选逆变器应输出电流波形良好，波形畸变以及频率波动低于门槛值。(4)最大功率点跟踪：逆变器的输入终端电阻应自适应于光伏发电发电系统的实际运行特性。保证光伏发电系统运行在最大功率点。(5）可靠性和可恢复性：逆变器应具有一定的抗干扰能力、环境适应能力、瞬时过载能力及各种保护功能，如：过电压情况下，光伏发电系统应正常运行；过负荷情况下，逆变器需自动向光伏电池特性曲线中的开路电压方向调整运行点，限定输入功率在给定范围内；故障情况下，逆变器必须自动从主网解列。(6）监控和数据采集： 逆变器应有多种通讯接口进行数据采集并发送到远控室，其控制器还应有模拟输入端口与外部传感器相连，测量日照和温度等数据，便于整个电站数据处理分析。逆变器主要技术指标还有：额定容量，输出功率因数，额定输入电压、电流，电压调整率，负载调整率，谐波因数，总谐波畸变率，畸变因数，峰值子数等。3、逆变器的选型逆变器厂商合肥阳光提供的资料数据，SG500KTL500kW型逆变器的总电流谐波含量为A相1.2507%.B相1.2947%,C相1.2848%;250kVV型逆变器的总电流谐波含量为A相2.54%,B相2.84%.C相2.66%，从以上数据可以看出，500kW逆变器其谐波电流含量小于250kW逆变器的谐波电流含量。另外，本工程系统容量为2MWp，从工程运行及维护考虑，若选用单台容量小的逆变设备，则设备数量较多，会增加投资后期的维护工作量；在投资相同的条件下，应尽量选用容量大的逆变设备，可在一定程度上降低投资，并提高系统可靠性；但若是逆变器容量过大，则在一台逆变器发生故障时，发电系统损失发电量过大。因此，本工程选用容量为500kW的逆变器。合肥阳光的500kW逆变器和SMA的500kW逆变器，两者的电气参数基本接近，而且初选的235Wp多晶硅电池组件均能与这两种逆变器良好匹配。但SMA的500kW逆变器相对价格较高，因此本工程选用合肥阳光的SG500KTL型500kW逆变器，各项性能指标，见表。 逆变器主要技术参数型号SG500KTL隔离方式无变压器最大太阳电池阵列功率550KWp最大阵列开路电压880Vdc太阳电池最大功率点跟踪（MPPT）范围480Vdc～820Vdc直流输入路数16路最大阵列输入电流1200A额定交流输出功率500KW最大交流输出功率520KW最大交流输出线电流1070A总电流波形畸变率<3%（额定功率时）功率因数>0.99最大效率98.5%欧洲效率98.3%额定电网电压（三相）（270VAC~315VAC可选）额定电网频率50Hz接入电网型式IT系统夜间自耗电<50W自动投运条件直流输入及电网满足要求，逆变器自动运行断电后自动重启时间5min(时间可调)保护功能极性反接保护、短路保护、孤岛效应保护、过热保护、过载保护、接地故障保护等通讯接口RS485使用环境温度－20℃～＋40℃本设计选用的SG500KTL500kW型逆变器，其谐波电流含量小于＜3%,满足《国家电网公司光伏电站接入电网技术规定》的要求。(2)SG500KTL逆变器主电路结构如上图所示，SG500KTL并网逆变器通过三相桥式变换器，将光伏阵列输出直流电压变换为高频的三相斩波电压，通过滤波器滤波变成正弦波交流电，接着通过外置的双分裂三相干式变压器隔离升压（根据接入电网的要求，变压器另配）后并入电网发电。为了使光伏阵列以最大功率发电，在直流侧使用了先进的MPPT算法。 4.防逆流设计根据用户提供的用电资料，最大用电量为2459KW/H，且是间断性用电，光伏电站白天发电量约为1710KW/H（上午10至15时），个别时间光伏电站发电量可能大于用户用电量，特别是中午12点-14点左右，用户侧电网可能无用电量，而光伏电站始终在发电，为了不给当地电网造成影响，特加入防逆流设备，防止光伏电站多余的电量流入电网。（1）不可逆流并网发电系统（适用于用户侧光伏并网系统）光伏系统发出的电能子给本地负荷供电，多余的电需通过防逆流装置控制逆变器的发电功能，不允许通过配电变压器向公共电网馈电。 （2）防逆流系统概述针对光伏低压用户侧并网发电系统，一般认为光伏发电功率不大于并网侧上级配电变压器容量的25%。目前，电网公司通常要求光伏并网系统为不可逆流发电系统，及光伏系统所发的电由用户侧负载消耗，多余的电不允许通过低压变压器向上级电网逆向输送。根据系统要求，光伏并网系统不对电网的影响，且用户侧电网用电量不稳定，光伏系统发电量单位时间段发电量远远大于实际用电量，所以本系统需配置ARP系列光伏系统防逆流装置，通过实时监测配电变压器的电网电压、电流信号来调节系统的发电功率，对2MW的光伏系统进行有效的必要的控制。当光伏电站发电量大于用户负载功耗时，防逆流装置会立即通过通讯控制逆变器，降低其输出电流，减少光伏系统发电功率；当出现通讯故障或其他系统故障时，系统通过控制装置断开与电网的连接，从而停止对用户侧电网供电。三、太阳能电池阵列设计1并网光伏发电系统分层结构(1)太阳能电池组串由几个到几十个数量不等的太阳能电池组件串联起来，其输出电压在逆变器允许工作电压范围之内的太阳能电池组件串联的最小单元称为太阳电池组串。 (2）太阳能电池组串单元布置在一个固定支架上的所有太阳能电池组串形成一个太阳能电池组串单元。(3)阵列逆变器组由若干个太阳能电池组串单元与一台并网逆变器联合构成一个阵列逆变器组。(4）太阳能电池子方阵由一个或若干个阵列逆变器组组合形成一个太阳能电池子方阵。(5）太阳能电池阵列由一个或若干个太阳能电池子方阵组合形成一个太阳能电池阵列。2.系统方案概述本工程总装机容量为2MWp，采用分块发电、集中并网方案。电池组件采用235Wp多晶硅电池组件，固定阵列采用最佳倾角为33固定安装在支架上。2MWp太阳能电池阵列由4个500KWp多晶硅子方阵组成，每个子方阵均由若干路太阳能电池组串并联而成。每个500KWp太阳能电池子方阵由太阳能电池组串、汇流设备、升压设备及防逆流设备构成。3.太阳能电池阵列子方阵设计3.1太阳能电池阵列子方阵设计的原则(1)太阳能电池组件串联形成的组串，其输出电压的变化范围必须在逆变器正常工作的允许输入电压范围内。(2）每个逆变器直流输入侧连接的太阳能电池组件的总功率应大于等 于该逆变器的额定输入功率，且不应超过逆变器的最大允许输入功率。(3)太阳能电池组件串联后，其最高输出电压不允许超过太阳电池组件自身最高允许系统电压。3.2太阳能电池组件的串、并联设计太阳能电池组件串联的数量由逆变器的最高输入电压和最低工作电压、以及太阳能电池组件允许的最大系统电压所确定。太阳能电池组串的并联数量由逆变器的额定容量确定。本工程所选500kW逆变器的最高允许输入电压Vdcmax为880V,输入电压MPPT工作范围为450-820V.235Wp多晶硅太阳能电池组件的开路电压Voc为37V，最佳工作点电压Vmp为30.78V，开路电压温度系数为一0.37%/K。4.电池组件串联数量计算计算公式：INT(Vdcmin/Vmp)≤N≤INT(Vdcmax/Voc)．．．．．．．．．．．．……(5.1)式中：Vdcmax一逆变器输入直流侧最大电压；Vdcmin-逆变器输入直流侧最小电压；Vo一电池组件开路电压；Vmp—电池组件最佳工作电压；N－电池组件串联数。经计算得出：串联多晶硅太阳能电池数量N为：16