中广核光伏电站设计-终稿.pdf

'光伏电站关键设备和光伏电站关键设备和光伏电站关键设备和光伏电站关键设备和设计简介设计简介设计简介设计简介中广核太阳能开发有限公司2012.05第1页 汇报提纲一、光伏发电系统简介二、光伏电站设计简介三、光伏电站的问题四、关键设备性能提高五、光伏电站设计优化第2页 一.光伏发电系统简介1、光伏发电系统的分类�大型荒漠太阳能电站�光伏建筑一体化第3页 一.光伏发电系统简介2、光伏发电系统的组成�直流系统太阳电池组件将太阳能转换成直流电支架�逆变系统逆变器将直流电转换成交流电,升压至10kV10kV升压变�电气系统电气一次系统配电、综自、监控、保护及计量电气二次系统第4页 一.光伏发电系统简介大型光伏并网电站系统组成第5页 一.光伏发电系统简介直流配电逆变器太阳电池方阵接线箱交流配电变压器数据显示和通信第6页 一.光伏发电系统简介3、关键设备——太阳电池组件光生伏打效应太阳能电池组件是光伏发电系统的核心部件；太阳能转换成电能利用光生伏打效应将太阳光直接转变为电能；按照材料可分为晶体硅太阳电池、硅薄膜太阳大面积半导体pn结电池、铜铟镓硒太阳电池、碲化镉太阳电池。第7页 一.光伏发电系统简介3、关键设备——太阳电池组件光生伏打效应太阳能电池组件是光伏发电系统的核心部件；太阳能转换成电能利用光生伏打效应将太阳光直接转变为电能；按照材料可分为晶体硅太阳电池、硅薄膜太阳大面积半导体pn结电池、铜铟镓硒太阳电池、碲化镉太阳电池。第8页 一.光伏发电系统简介3、关键设备——支架单轴跟踪�固定支架：倾角固定�跟踪支架：跟踪太阳高度角和方位角，提高发电量，单轴跟踪增加18%，双轴跟踪增加25%，稳定性和可靠性？？？固定支架双轴跟踪第9页 一.光伏发电系统简介3、关键设备——逆变器逆变器的主要器件为IGBT、支撑电容C、输出电感L等。原理：通过控制T1、T2、T3、T4、T5、T6的开通及关断而得到需要的三相桥臂电压Ufa、Ufb、Ufc，此三相电压与电网侧的三相电压Usa、Usb、Usc的差值作用在输出电感上，形成需要的电流。P德国SMA1.25MW并网逆变器T1T3T5LUsaifaUfaUsbifbSaOUfbCUdcUscifcSbUfcScT4T6T2德国SMA1MW逆变器(2×500kW)N第10页 一.光伏发电系统简介3、关键设备——电气一次设备�进线配电装置（户内/户外）�主变压器�35KV/10KV中压开关柜�0.4KV低压配电屏�站用变压器第11页 一.光伏发电系统简介3、关键设备——电气二次设备�综保系统�监控系统�通讯系统�远动装置第12页 一.光伏发电系统简介4、光伏电站系统效率1%太阳辐射不均匀N∑PDR4%4.5%i阵列遮蔽和污秽损失温度影响i=1PR=EPT1.5%2%2%直流线损光谱失配组件失配损失N1%Wp∆t∑Ii80%MPP跟踪损失PT=i=1电站总体效率Io3%逆变器转换损失160Ii=∑Iij1%60j=1交流损耗第13页 一.光伏发电系统简介5.中广核太阳能开发有限公司业绩中广核太阳能开发有限公司取得国内第一个大型10MWp并网光伏电站的建设运营权，目前该光伏电站已成功并网发电。此外在2010年至2011年间，中广核太阳能公司在西藏、青海、宁夏和新疆共建成207MWp光伏电站，均成功并网。第14页 二.光伏电站设计简介1、场址自然条件——光资源分析年辐射总量7500～9250MJ/m2：青藏高原、甘肃北部、宁夏北部和新疆南部；年辐射总量5850～7500MJ/m2：河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部和新疆南部等地。日照时数：全年日照时数分别为3200～3300小时和3000～3200小时。第15页 二.光伏电站设计简介1、场址自然条件——光资源分析20年-50年光辐照量的变化波动各月光辐照量的分布规律辐照量月际变化辐照量年际变化年际和月际平均辐照数据典型气象年（TMY），包含每天数据的变化！！！第16页 二.光伏电站设计简介1、场址自然条件——光资源分析地区全省年最高总全省年最低省会水平面年倾角省会倾斜面年总省会年利用小辐射量总辐射量总辐射量（度）辐射量时数（h）（MJ/m2）（MJ/m2）（MJ/m2）（MJ/m2）西藏7910.656088.597885.99308832.312453.418青海6951.766142.936142.93407064.371962.324内蒙6195.185658.476041.35456947.561929.877宁夏5944.805944.805944.80426658.171849.492山西5868.305513.845513.84406340.911761.365甘肃6458.525442.785442.78406259.191738.665新疆6342.315304.845304.84456100.561694.601云南6156.724848.385182.78285597.401554.835年平均利用小时数：1868.07hrs/Year，平均每天峰值利用小时数5.12hrs/day第17页 二.光伏电站设计简介1、场址自然条件——地理和气候地理：地貌地势、遮光障碍物和地质条件等；气候：风速、雨雪、雷暴、沙尘等；自然灾害：盐雾、泥石流等。第18页 二.光伏电站设计简介2、建设和电网接入条件建设条件：水源和交通等；电网接入：电网冲击、电量消纳、接入点距离、电压等级、接入点间隔等。第19页 二.光伏电站设计简介3、发电量仿真预测�代表年光辐照数据选取对太阳辐射总体分布情况进行研究，利用直方图近似拟合成正态分布曲线，找到高概率区间的高概率值，作为代表辐照数据。代表年光辐照数据的概率！第20页 二.光伏电站设计简介3、发电量仿真预测�软件仿真年发电量=系统容量×年日照峰值小时数×系统效率参数设置：a.场址经纬度b.光辐照量和温度c.支架形式d.组件间距布置e.组件和逆变器容量f.各项损耗设置第21页 二.光伏电站设计简介4、关键设备选型—组件�组件类型晶硅组件薄膜组件聚光组件�主要指标性能认证！！！安全衰减寿命如何保障？一致性第22页 二.光伏电站设计简介4、关键设备选型—支架14.0�支架类型)12.0天10.0水平面固定支架：混凝度基础和螺旋桩8.0固定倾纬度角跟踪支架：地平坐标和赤道坐标6.0单轴水平跟踪(kWh/m2/4.0双轴全跟踪2.0辐射量0.0�主要指标123456789101112月份最佳倾角跟踪精度固定纬度角：比水平面提高14%；抗风防沙单轴水平跟踪：提高40%；单轴跟踪倾纬度角：提高51%；传动功耗双轴高精度跟踪：提高56%。安全可靠第23页 二.光伏电站设计简介4、关键设备选型—智能防雷汇流箱�防雷保护直流输出母线的正极对地、负极对地、正负极之间配有光伏专用高压防雷器；直流输出母线端配有可分断的直流断路器；�设计优化二极管路数第24页 二.光伏电站设计简介4、关键设备选型—逆变器�逆变器类型隔离方式：无隔离和工频/高频隔离输出参量：电压源和电流源�主要指标安全可靠电能质量效率低电压穿越/孤岛检测监控和通讯智能运行ηeuro=0.03*η5%+0.06*η10%+0.13*η20%+0.10*η30%+0.48*η50%+0.20*η100%第25页 二.光伏电站设计简介4、关键设备选型—监控系统�监控系统应可靠满足电站监控与组件、逆变器各类通讯和数据传送。�采集气象和系统运行数据，并实现故障报警、远程监控、显示和系统、效率实时监控功能。第26页 二.光伏电站设计简介5、施工图纸设计�光伏区：组件布局设计组串接线汇流逆变器和汇流箱的定位逆变器室图纸�升压站：电气主接线电气设备布置安装图（开关柜、主变、监控、通讯和保护设备）综合楼和生产楼的建筑结构图第27页 二..光伏电站设计简介5、施工图纸设计a.光伏区—组件布置阵列间距设计原则：计算当太阳电池子阵前后安装时的最小间距D。一般设计原则：冬至当天早9：00至下午3：00组件阵列不相互遮挡。间距计算公式：D=cosβ×L，L=H/tanα，α=arcsin(sinφsinδ+cosφcosδcosω)太阳高度角的公式：sinα=sinφsinδ+cosφcosδcosω太阳方位角的公式：sinβ=cosδsinω/cosα，式中：φ为当地纬度；δ为太阳赤纬，ω为时角，上午9:00的时角为45度。布局优化，降低线损，智能监控，兆瓦级智能单元的设计-863项目研究课题！第28页 二..光伏电站设计简介5、施工图纸设计b.光伏区—组件接线汇流太阳电池组件经串联、并联组成一个光伏发电单元系统，组件串联的数量由并网逆变器的最高输入电压和最低工作电压、及太阳电池组件最大系统电压确定，同时需要考虑环境温度对组件输出电压的影响，组串的并联数量由逆变器的额定容量确定。在组件串联电路中，要求同一个组件串的组件的工作电流相同，在并联电路中，要求每个组件串的工作电压相同，减少损耗。电池组件串联数量N计算公式：INT(Vdcmin/Vmp)≤N≤INT(Vdcmax/Voc)Tcell=G/800·(NOCT-20)+Tamb第29页 二..光伏电站设计简介5、施工图纸设计c.光伏区—汇流箱和逆变器的布置汇流箱定位：为节省电缆，汇流箱应定位在对应组串的负荷中心；逆变器定位：节省电缆和降低MPP损失，定位在方阵的中心，同时为方便设备的运输和安装，应与总图配合，布置在道路旁边。逆变器室图纸：建筑结构图、电气、给排水、暖通。第30页 二..光伏电站设计简介5、施工图纸设计d.升压站图纸回路容量：单个回路一般可选4-5MWp；升压：110kV可分两次升压，35kV可一次升压或两次升压；电气设备的布置安装：设备基础、电缆沟。生产楼和综合楼图纸：建筑结构图、给排水、电气、暖通。第31页 三.光伏电站的问题1.光伏电站的特点谐波较大间歇式、功率波动模块化结构66kV及以上集中并网第32页 三.光伏电站的问题2.光伏电站的问题功率波动电能质量功率预测阵列布局监控管理第����33页�� 三.光伏电站的问题3.组件损耗—失配原因：电流失配；阴影遮蔽；污垢遮挡；匹配角度；物料老化；严重程度：失配0.15%，功率损耗3.7%！失配2.6%，功率损耗16.7%！第34页 三.光伏电站的问题3.组件损耗—温度硅材料的物理特性，温度升高，禁带宽度变小，输出功率降低；电压：在20～100℃范围，大约每升高1℃每片电池的电压减小2mV；电流：大约每升高1℃每片电池的光电流增加O.03mA/℃•cm2。功率：温度升高太阳电池的功率下降，典型温度系数为-O.35％/℃。组件温度和环境温度换算：Tcell=G/800·(NOCT-20)+Tamb第35页 三.光伏电站的问题3.组件损耗—线损a.直流电缆的损耗b.直流损耗对逆变器MPPT跟踪影响第36页 三.光伏电站的问题3.组件损耗—光辐照光谱失配：紫外波段和远红外波段量子效率低强度：不同强度下组件效率不同不均匀度：单块组件和组件串第37页 三.光伏电站的问题3.组件损耗—极化效应HVS(“高压应力”)，也称为电势导致的性能下降（PID）——就是高压情况下由于电流泄漏给光伏系统带来的功率损失。如果光伏组件出现对地的正电势，则在电池表面将聚集负极静电，结果是它们将吸引由半导体材料内的光子形成的带正电的空穴。许多这些带静电的空穴和电池表面的负电合并，结果造成了太阳能电池转换效率的重大损失。第38页 三.光伏电站的问题4.组件安全—热斑效应如果树木、建筑物、树叶、鸟粪、天空浮云等部份或全部遮挡组件中的电池片，使该电池片从光电源性质变为负载性质，与其串联的、继续受到光照的其他电池片所产生电压电流对该电池片形成反向偏置，造成该电池片消耗功率过大而发热。第39页 三.光伏电站的问题4.组件安全—工艺、原材料和绝缘强度a.材料和工艺：EVA分层硅胶老化EVA黄化背板损伤接线盒失效b.绝缘强度并联组件的绝缘电阻（系统电压大于1000V，绝缘电阻大于1MΩ)第40页 三.光伏电站的问题5.逆变器损耗—MPPT损失MPPT控制算法：目前日本、美国和欧洲主要采用电导增量法(IncrementalConductanceAlgorithms)，国内主要采用的是扰动观察法P&O（Perturb&ObserveAlgorithms）、模糊逻辑控制和最优梯度法，国内控制方法在控制精度、稳定性和运算难度方面均有不足，在实际运用中，要么对硬件要求高，要么出现程序失序现象，不能保证MPPT系统的正常运行。第41页 三.光伏电站的问题6.逆变器安全—电气隔离在当前器件材料没有重大突破情况下，当标示的光伏并网逆变电源效率高达97%~98%时，一定是以下两种情况：a.输入与输出没有电气隔离装置；b.在计算效率时，把输出到电网的无功功率也计入分析，从而得到的数值很高。无电气隔离的安全隐患：a.人员安全隐患：方阵一端不能够做接地保护，操作安全隐患很大；b.设备安全隐患：直流电可能窜入交流电网，交流电也可能窜入方阵；c.方阵的对地电容无法释放，存在隐患。第42页 四.关键设备性能提高1.组件性能改善Ag�效率�反向漏电流SiNx�并联电阻n+n++选择性P发射区Al具有选择性发射极的太阳电池������第43页 四.关键设备性能提高1.组件性能改善第44页 四.关键设备性能提高1.组件性能改善新材料：铝背板PVB代替EVA镀膜玻璃智能接线盒PIDFREE：材料工艺设计应用第45页 四.关键设备性能提高1.组件性能改善如何减少损耗，提高可靠性？标准健全，认证监督，生产监造！！！组�工厂检查件�原材料性能检验全过�生产工艺控制程�成品抽检质量�试验室抽样测试控�电站现场抽检制第46页 四.关键设备性能提高2.逆变器性能提高第47页 四.关键设备性能提高2.逆变器性能提高（1）效率提高（2）电能质量a.逆变器功率模块的群控技术b.优化的空间矢量调a.采用载波移相PWM技术制策略，降低输出损逆变器的效率和b.PWM控制算法优化耗安全可靠性c.直流分量c.性能的改善，提高开关的频率d.降低发热改善散热e.分布式MPPT（3）安全可靠a.孤岛识别技术与电网调度相配合b.低电压穿越c.保护功能第48页 四.关键设备性能提高2.逆变器性能提高分布式MPPT拓扑结构第49页 五.光伏电站设计优化光伏发电系统设计关键技术�光伏区布置优化——智能化单元（容量1MWp）设计；�组件容量与逆变器容量配置——组件容量与逆变器按照1.1:1比例设计配置，提高效率和经济性；�逆变器的运行控制方式；�电站的电能质量和稳定性；�智能监控和数据采集系统。提高系统效率和可靠稳定性！！！第50页 五.光伏电站设计优化1.智能单元模块设计集成技术单元模块的智能化模块效率>85%第����51页�� 五.光伏电站设计优化2.效率最优的逆变器组合方式和群控技术光伏组件逆变器＞=/∏110KV采用群控技术的逆变器组运行控制方式可以提＞高电站的发电量和系统=/∏运行的可靠性。电网＞=/∏电脑CAN总线RS232群控器第����52页�� 五.光伏电站设计优化3.基于电流平衡原理阵列故障识别智能保护技术ZRXZR1智能开关监控单元智能汇流箱SPNSPXSP1第53页 五.光伏电站设计优化4.储能单元Ø大型光伏电站高效储能系统的优选；Ø储能单元与发电单元配合的算法优化；Ø功率的稳定及可调度性的算法优化；第����54页�� 五.光伏电站设计优化5.电站性能和安全标准及验收�标准：光资源评估、设备和电站性能与安全�准则：电站验收准则�执行：第三方机构的户外测试和验收第����55页�� 汇报完毕，谢谢！汇报完毕，谢谢！第56页'