光伏發(fā)電并網(wǎng)工程項目建設方案

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1、光伏發(fā)電并網(wǎng)工程項目建設方案 1.1光伏組件選擇 1.1.1太陽能電池分類 太陽電池種類繁多，形式各樣，按基體材料分類主要有以下幾種： a）硅太陽電池：主要包括單晶硅（SingleCrystaline-Si）電池、多晶硅（Polycrystaline-Si）電池、非晶硅（Amorphous-Si）電池、微晶硅（μc-Si）電池以及HIT電池等。 b）化合物半導體太陽電池：主要包括單晶化合物電池如砷化鎵（GaAs）電池、多晶化合物電池如銅銦鎵硒（CIGS）電池、碲化鎘（CdTe）電池等、氧化物半導體電池如Cr2O3和Fe2O3等。 c）有機半導體太陽電池：其中有機半導體主要有分子晶體

2、、電荷轉移絡合物、高聚物三類。 d）薄膜太陽電池：主要有非晶硅薄膜電池（α-Si）、多晶硅薄膜電池、化合物半導體薄膜電池、納米晶薄膜電池等。 1.1.2太陽能電池技術性能比較 目前國內(nèi)外太陽能電池市場上主流太陽電池基本為晶硅類電池和薄膜類電池。主要特性如表6-1所示。 表6-1主要商用太陽能電池特性表 電池種類 晶硅類 薄膜類 單晶硅 多晶硅 非晶硅 碲化鎘 銅銦鎵硒 商用效率 14%～20% 14%～17% 5%～9% 5%～8% 5%～8% 實驗室效率 24% 20.30% 12.80% 11.40% 19.50% 使用壽命 25年 2

3、5年 25年 25年 25年 組件層厚度 厚層 厚層 薄層 薄層 薄層 規(guī)模生產(chǎn) 已形成 已形成 已形成 已形成 已證明可行 環(huán)境問題 中性 中性 中性 有（使用鎘） 除使用鎘外為中性 能量償還時間 2～3年 2～3年 1～2年 1～2年 1～2年 主要原材料 中 中 豐富 鎘和碲化物都是稀有金屬 銦是昂貴的稀有金屬 生產(chǎn)成本 高 較高 較低 相對較低 相對較低 主要優(yōu)點 效率高 效率較高 弱光效應好 弱光效應好 弱光效應好 技術成熟 技術成熟 成本較低 成本相對較低 成本相

4、對較低 根據(jù)上表可知，晶硅類太陽能電池由于制造技術成熟、產(chǎn)品性能穩(wěn)定、使用壽命長、光電轉化效率相對較高的特點，廣泛應用于大型并網(wǎng)光伏電站項目。非晶硅薄膜太陽能電池由于轉化效率較低、占地面積較大，不適合于建設大型光伏電站。 1.1.3太陽能電池類型的確定 多晶硅電池，總的生產(chǎn)成本較低，尤其是大功率組件價格要更便宜（可以降低工程投資）。另外，多晶硅太陽電池在工程項目投運后電池的效率逐年衰減穩(wěn)定，單晶硅太陽電池投運后的前幾年電池的效率逐年衰減稍快，以后逐年衰減穩(wěn)定。 考慮到多晶硅電池技術較成熟，國內(nèi)外已有較大規(guī)模應用的實例，發(fā)展前景較好。根據(jù)本工程的規(guī)模、場地條件及太陽輻射條件，本工程擬全部

5、選多晶硅電池組件。 通過市場調(diào)查，國內(nèi)主流廠商生產(chǎn)的多晶硅太陽能組件應用于大型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的，其規(guī)格較多。綜合考慮組件效率、技術成熟性、市場占有率，以及采購訂貨時的可選擇余地，本工程初選多晶硅太陽能組件規(guī)格為255Wp。具體參數(shù)見表6-2 表6-2太陽能電池組件性能參數(shù)表 峰值功率（Wp） 255 短路電流（Isc/A） 8.88 開路電壓（Voc/V） 37.62 峰值電壓(Vmp/V) 30.36 峰值電流(Imp/A) 8.40 短路電流(Isc)溫度系數(shù)(αIsc) +0.062 %/°C 開路電壓(Voc)溫度系數(shù)(βVoc) -0.330 %

6、/°C 最大功率(Pmp)溫度系數(shù)(γPmp) -0.450%/°C 外形尺寸(mm) 1650×991×40 重量(kg) 18.5 1.2光伏陣列的運行方式設計 1.2.1光伏陣列的運行方式選擇 目前國內(nèi)外電池陣列主要有三種運行方式，固定式、斜單軸跟蹤式、雙軸跟蹤式，具體比較見表6-3。 表6-3 電池陣列三種運行方式比較 項目 固定式 斜單軸跟蹤式 雙軸跟蹤式 發(fā)電量（%） 100 118 125 占地面積（萬㎡） 2.2 4.6 4.9 直接投資增加（%） 100 115 124 運行維護 工作量小 有旋轉機構，工作

7、量較大 有旋轉機構，工作量更大 支撐點 多點支撐 多點支撐 單點支撐 板面清洗 布置集中 布置分散，需逐個清洗，清洗量較大 布置分散，需逐個清洗，清洗量較大 經(jīng)對初步比較，考慮到本工程規(guī)模較大，固定式初始投資較低、且支架系統(tǒng)基本免維護等。經(jīng)與業(yè)主協(xié)商，本期工程選用固定式運行方式。 1.2.2光伏陣列最佳傾角的計算 北半球太陽能電池組件方位角朝南，安裝角度與緯度有關。組件方陣安裝傾角的最佳角度取決于諸多因素，如：緯度、全年太陽輻射分布、直接輻射與散射輻射比例、特定的場地條件等。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)方陣的最佳安裝傾角是系統(tǒng)全年發(fā)電量最大時的傾角。 采用PVSYST軟件進行分析

8、計算，本工程的最佳傾角為45°，如下圖所示： 1.3逆變器的選擇 在國內(nèi)外大型光伏并網(wǎng)發(fā)電站中，一般采用100kW（含）以上的逆變器。功率等級一般分為：100kW、150kW、250kW、500kW、630kW和1MW，一般在交流輸出端帶有隔離變壓器。在250kW以上的逆變器中，也有不帶輸出隔離變壓器的機型，即將升壓變壓器與逆變器的隔離變壓器合二為一。本項目中，擬選用500kW無隔離變的具有較高的轉換效率的并網(wǎng)逆變器。考量逆變器的安裝使用環(huán)境、可靠性、市場價格，初步選用500kW逆變器。 本工程光伏并網(wǎng)發(fā)電設計20個1MWp發(fā)電矩陣單元，每個1MWp發(fā)電單元與兩臺500kW相連?？傆?/p>

9、配置40臺500kW并網(wǎng)液冷逆變器。 根據(jù)市場調(diào)研，擬選用的逆變器技術參數(shù)如下： 型號 YBS-500-A 類型 YBS-500-A-300-1100-01 電網(wǎng) 輸出 額定交流功率 500KW 交流功率 110% 當外部溫度Tamb<45℃ 工作電壓 300V +10%...-15% 額定電流 965A 最大電流 1100A 電網(wǎng)頻率 50HZ +-10% 電網(wǎng)架構 IT 最大電壓：1200Vpk(在光伏輸入接地) 外部特殊轉換要求 轉換條件： Uac(逆變器側)：300V 相與相和相與地之間絕緣：1200Vac 接地

10、保護(一次側；二次側) 浪涌保護 Type 2 有報警提示 總諧波失真（%THD Iac） <5% 根據(jù) CGC/GF001：2010標準 奇次諧波： 3th …9th <4% 11th….. 15th <2% 17th。。。。21th <1.5% 23th。。。。。33th <0.6% 偶次諧波：最大到奇次的25% 2th …8th <1% 10th …32th <0.5% 功率因數(shù)（COSΦ） >0.9…>-0.9 引導……記錄 功率因數(shù)被定義為功率

11、的線性參數(shù)。 最大能效 >98% 依據(jù)Euro ETA的能效 >97% 在10%的額定功率下：>96% 手動開關 Yes 熔斷器/斷路器(過流保護) 斷路器 外部手動開關 不連接接觸器 Yes 輔助電源 輔助供電電源 3×400Vac,3ph,50Hz 電網(wǎng)架構：TN-S，TN-C； 標準：外部供電 可加選：從主電源內(nèi)部提供 浪涌保護 Type2 有報警提示 輔助電源消耗 <100W 500w <5000w 夜間待機狀態(tài)（無操作）； 預備狀態(tài)（低于逆變器功率）電網(wǎng)不連接； 正常工作狀態(tài)。 光伏 輸入 額定PV輸入功率

12、 510KW 最大PV 輸入功率 560KW PV輸入數(shù)量 3 每路輸入都有分斷接觸器 MPP 追蹤數(shù)量 1 所有3路連接都是相同的 錯級保護 Yes 逆變器電壓極性錯誤報警 每路PV輸入最大直流電流 400A 由于一路過高的輸入電流使得功率減少報警 MPPT電壓范圍 500VDC…1000VDC 由于逆變器電壓過高或者過低使MPPT報警 工作電壓范圍 500VDC…1100VDC 450Vdc 如果電壓>=300Vac 最大電壓 1100VDC 如果在啟動過程中電壓超過極限報警 電壓紋波 <3% 浪涌保護（每路輸入） Typ

13、e 2 有報警提示 PV 接地 浮地 手動輸入開關 NO 熔斷器/斷路器/接觸器（過電流保護） 直流接觸器 接觸器將斷開如果通負電流 接觸器將斷開如果過大電流 逆變器柜體 尺寸（長×寬×高） 1400×800×1800mm 無底座 底座高 200mm 重量 1500Kg 溫度范圍 -20～+45℃ 運行的高/低溫度 濕度 15～95% 不能有冷凝 防護等級 室內(nèi)，IP54 依據(jù)標準：GB4208-2008（IEC 60529：2001） 最大海拔高度 2000m 功率降低額定值根據(jù)國標：GB-T3859.2 高海拔版：

14、4000m 顏色 RAL 7035 噪音 <=65db 1.4光伏陣列設計及布置方案 1.4.1光伏方陣布置方案 1.4.1.1布置原則 每兩列組件間的間距設置保證在太陽高度角最低的冬至日9：00～15：00時，前后排太陽能電池組件間采光不受阻擋。 1.4.1.2方陣布置說明 根據(jù)設計原則，本項目共20個光伏組件陣列組成的發(fā)電區(qū)域，均采用45°傾角布置，采用固定式支架系統(tǒng)，支架基礎采用混凝土獨立基礎式。 圖一：支架定位參考樣圖 圖一：支架定位參考樣圖 1.4.2光伏陣列設計 1.4.2.1光伏子方陣設計 一個1MWp的光伏方陣，由太陽能電池組件經(jīng)過

15、串并聯(lián)組成。將組件串聯(lián)得到并網(wǎng)逆變器所要求的電壓，再將串聯(lián)組件并聯(lián)達到逆變器的功率要求。 1、太陽能電池串聯(lián)組件數(shù)量計算： 根據(jù)逆變器的技術參數(shù)，最高輸入電壓為1100V，工作電壓范圍為500~1100V；組件的開路電壓為37.62V；最大工作點的工作電壓30.36V；開路電壓溫度系數(shù)為-0.33%/℃。 1）組件開路電壓因溫差升壓百分比最高值：65*0.003=21.45%（溫度范圍+25℃~-40℃考慮）； 2）組件開路因溫差升壓值：21.45%*37.62=8.1V； 3）組件開路最高升壓值：37.62+8.1=45.72V； 4）組件串聯(lián)最大數(shù)量：1100/45.72≈24

16、塊； 5）選擇組件串聯(lián)數(shù)量：20塊。 2、1MWp子方陣太陽能電池數(shù)量計算： 單個發(fā)電單元的容量為1MWp，組件串并聯(lián)接線： 1）20塊組件串聯(lián)為一路，每一路串聯(lián)容量為20*255=5.1kWp、輸出電壓20*30.36=607.2V； 2）每一臺逆變器上太陽能電池組件并聯(lián)數(shù)=1000/2/5.1=98， 因PV輸入數(shù)量是3，選擇一臺逆變器并聯(lián)數(shù)為99； 3）2*99=198組件并聯(lián)組成一個發(fā)電單元，其子方陣太陽能電池數(shù)量為3960塊，容量為198*5.1=1009.8kWp，占地面積147.54*77.5=11434.35m2。 1.4.2.2光伏總方陣容量、電池總數(shù)量及

17、占地面積 1）20MWp并網(wǎng)系統(tǒng)由20個發(fā)電單元組成，總容量=1009.8*20=20，196kWp； 2）太陽能電池總數(shù)量=(20*198)*20=79，200塊，占地總面積319*749.7=239154.3m2。 1.4.2.3光伏組件布置及其電氣設備配置方式 1、太陽能電池布置方式：太陽能電池2行×20列； 2、匯流形式：每一匯流箱12進1出(其中1進備用)； 3、匯流箱：1MWp子方陣共2*9=18匯流箱，20MWp共計18*20=360匯流箱； 4、直流匯控柜：1MWp子方陣共2個直流匯控柜，20MWp共計40個直流匯控柜； 5、逆變器：1MWp子方陣共2臺逆變

18、器，20MWp共計40臺逆變器； 6、升壓變壓器：1MWp子方陣共1臺升壓變，20MWp共計20臺升壓變。 1.4.2.4光伏組件支架設計 本項目光伏組件支架采用鋼結構，采用的支架形式為2行×20列（每套支架安裝6塊組件）。支架設計保證組件與支架連接牢固、可靠，底座與基礎連接牢固。 1.4.3光伏陣列地點堪測 太陽能電池方陣應面向正南安裝，可以在±10o內(nèi)調(diào)整。經(jīng)現(xiàn)場考查，本工程施工地點的山坡度距水平地面約45°，具體方位落點如下： 第1堪測點：北緯47o35’38.31”、東經(jīng)122o56’42.22”； 第2堪測點：北緯47o35’38.28”、東經(jīng)122o56’03.0

19、0”； 第3堪測點：北緯47o35’50.99”、東經(jīng)122o56’03.00” 第4堪測點：北緯47o35’51.00”、東經(jīng)122o56’42.19”； 堪測點總面積大約:（825+845）*380/2=317300m2。 1.4.4光伏組件間距的設計 經(jīng)計算，255W的電池組件45°傾角傾斜安裝，其角度與山體角度幾乎平行，方陣之間前后布局不用考慮陰影影響，只考慮通道即可。 系統(tǒng)支架形式為2行×20列，組件南北方向兩板間間距2.0m。光伏陣列的安裝原則上選擇避免陰影影響，保證組串及匯流方便。 1行組件布置圖例見圖三、圖四。 圖三：1行組件布置形式圖例之一 圖四：1

20、行組件布置形式圖例之二 1.4.4匯流箱體布置方案 匯流箱體安裝在支架或鋼構上，具有防水、防灰、防銹、防曬、防雷等功能，防護等級IO65以上，能夠滿足室外安裝使用要求；安裝維護簡單、便捷、使用周期長。直流匯流箱帶防雷模塊。 柜體選用冷軋鋼板，厚度≥1.2mm;框架和外殼具有足夠的剛度與強度，除滿足內(nèi)部元器件的安裝要求外，還能承受設備內(nèi)外電路短路時的電動力和熱效應，不會因設備搬運、吊裝、運輸過程過于受潮、冷凍、撞擊等因素而變形及損壞。柜體的全部金屬結構件需經(jīng)過特殊防腐處理，已具備防腐、美觀的性能。柜體應具有保護接地。 匯流箱進線負極配置電池組件串電流檢測模塊，工作電源為直流；功耗小于15

21、W；串行通訊接口一個，RS485方式；采樣處理11路光伏電池板電流（0-12A），采樣精度不低于0.5%。 可采用監(jiān)控顯示模塊對每路電流進行測量與監(jiān)控，遠程記錄和顯示運行狀況，無須到現(xiàn)場。 1.4.5逆變器總體布置方案 逆變器是光伏發(fā)電電站的核心設備，它將太陽能電池板產(chǎn)生的直流電轉換成標準的交流電。逆變器的品質(zhì)好壞決定了發(fā)電效率的大小。本項目并網(wǎng)逆變器采用大型光伏電站設計的三相集中型并網(wǎng)光伏逆變器。選用的逆變器主要電子元器件均為工業(yè)級以上產(chǎn)品，出廠前要經(jīng)過嚴格檢驗，交貨時需提交出廠檢驗報告和詳細的安裝調(diào)試說明書。該逆變器采用緊湊型設計，該機柜防水防塵，適應的環(huán)境溫度范圍更寬，即使在惡

22、劣的環(huán)境中也能夠可靠運行。 根據(jù)每個光伏陣列的組件容量，逆變器采用的500kWp規(guī)格，共40臺。2臺逆變器與2臺直流匯控柜組合在一所電氣室中，形成一個1MWp逆變單元。 1.5年上網(wǎng)電量估算 1.5.1光伏發(fā)電系統(tǒng)效率分析 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的總效率由光伏陣列的效率、逆變器效率、交流并網(wǎng)等三部分組成。 （1） 光伏陣列效率η1：光伏陣列在1000W/㎡太陽輻射強度下,實際的直流輸出功率與標稱功率之比。光伏陣列在能量轉換過程中的損失包括：組件的匹配損失、表面塵埃遮擋損失、不可利用的太陽輻射損失、溫度影響、最大功率點跟蹤精度、及直流線路損失等，取效率87%計算。 （2） 逆變器轉換效

23、率η2：逆變器輸出的交流電功率與直流輸入功率之比，取逆變器效率97%計算。 （3） 交流并網(wǎng)效率η3：從逆變器輸出至高壓電網(wǎng)的傳輸效率，其中主要是升壓變壓器的效率，取變壓器效率97%計算。 系統(tǒng)總效率為：η總＝η1×η2×η3＝87%×97%×97%=81.9% 1.5.2年上網(wǎng)電量估算 采用加拿大環(huán)境署和美國NASA聯(lián)合開發(fā)的光伏發(fā)電系統(tǒng)設計軟件RetScreen，對某20MWp（20.196 MWp）并網(wǎng)光伏發(fā)電示范項目所需傾角平面的日照輻射量進行測算，按照發(fā)電量年遞減0.8%計算，電站25年發(fā)電量見下表： 年份 年發(fā)電量(萬kWh) 年份 年發(fā)電量(萬kWh) 1

24、 3109.2050 14 2800.9225 2 3084.3314 15 2778.5151 3 3059.6567 16 2751.2870 4 3035.1795 17 2734.2367 5 3010.8980 18 2712.3628 6 2981.8108 19 2690.6639 7 2962.9164 20 2669.1386 8 2939.2130 21 2647.7855 9 2915.6993 22 2621.6032 10 2892.3737 23 2605.5904 11 2869.2347 24 2584.7457 12 2841.2809 25 2564.0677 13 2823.5106 25年總發(fā)電量為：70701.23萬kWh，平均年發(fā)電量為2828.249萬kWh，年平均利用小時數(shù)為1400.4h。