光伏發(fā)電并網(wǎng)工程項目建設方案

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（c-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、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（-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25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23年23年12年12年12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，本工程擬全部選多晶硅電池組件。通過市場調查，國內主流廠商生產(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)(Isc)+0.062 %/°C開路電壓(Voc)溫度系數(shù)(Voc)-0.330 %/°C最大功率(Pmp)溫度系數(shù)(Pmp)-0.450%/°C外形尺寸(mm)1650×991×40重量(kg)18.51.2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（%）100118125占地面積（萬）2.24.64.9直接投資增加（%）100115124運行維護工作量小有旋轉機構，工作量較大有旋轉機構，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?？剂磕孀兤鞯陌惭b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?？傆嬇渲?0臺500kW并網(wǎng)液冷逆變器。根據(jù)市場調研，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)（COS）>0.9>-0.9引導記錄功率因數(shù)被定義為功率的線性參數(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：從主電源內部提供浪涌保護Type2有報警提示輔助電源消耗<100W500w<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510KW最大PV 輸入功率560KWPV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500VDC1000VDC由于逆變器電壓過高或者過低使MPPT報警工作電壓范圍500VDC1100VDC450Vdc 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）Type 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1595%不能有冷凝防護等級室內，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：4000m顏色RAL 7035噪音<=65db1.4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9：0015：00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5001100V；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：1100/45.7224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內調整。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47º3538.31”、東經(jīng)122º5642.22”；第2堪測點：北緯47º3538.28”、東經(jīng)122º5603.00”；第3堪測點：北緯47º3550.99”、東經(jīng)122º5603.00”第4堪測點：北緯47º3551.00”、東經(jīng)122º5642.19”；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，除滿足內部元器件的安裝要求外，還能承受設備內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15W；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1：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） 逆變器轉換效率2：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3：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：總1×2×387%×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)13109.2050142800.922523084.3314152778.515133059.6567162751.287043035.1795172734.236753010.8980182712.362862981.8108192690.663972962.9164202669.138682939.2130212647.785592915.6993222621.6032102892.3737232605.5904112869.2347242584.7457122841.2809252564.0677132823.510625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。