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广华居, 北京市朝阳区

光伏系统方案设计及发电量计算    

6.1 光伏电站总体方案

6.1.1 设计原则

设计时必须充分考虑光伏系统的高效性、先进性、成熟稳定性和展示性。在系统设计过程中,将严格遵循以下原则:

高效性:本工程属于并网光伏电站,如果在25年内能够产生更多的电能将带来更多的利益,因此系统在较高的效率下运行十分必要。设计过程中应对系统进行优化,最大限度降低损耗,提高系统发电效率。

先进性:光伏发电技术在国内属于新兴高新技术,在进行本工程系统设计的过程中,通过优化系统配置、优先选择国内先进的关键设备,实现智能控制,以保证系统的先进性。

成熟稳定性:本工程为并网光伏系统,系统以10kV接入开发区配电线侧,因此,系统并网运行的成熟稳定性至关重要。本系统将采用先进成熟的技术与设备,结合完善的保护措施,以保证系统稳定并网运行。

展示性:本工程是并网光伏电站与建筑完美结合示范工程,光伏系统整体的运行数据,在主控室集中显示等,将起到良好的展示效果,向观众直观展示绿色能源的有效利用,宣扬环保理念。

6.1.2 设计概述

根据本项目的建设规模、目前技术发展水平及建设屋顶面积布局,并综合考虑工程施工、以及电站的运行维护管理等方面,本项目总体技术设计采用分块发电、用户侧并网方案模块化技术方案。

本项目装机容量为5MW,由5260Wp光伏组件组成的1MWp光伏发电系统组成。500kW光伏并网逆变器的直流工作电压范围为:450Vdc~820Vdc,最大直流输入电压为850V260Wp多晶硅太阳能电池组件的开路电压Voc37.7V,最佳工作点电压Vmp30.3V

电池组件串联数量计算公式如下:

INTVdc min/Vmp≤N≤INTVdc max/Voc

经计算得出:

串联多晶硅太阳能电池数量N为:15N23,考虑温度变化系数,取太阳电池组件19块串联,单列串联功率P=19×260=4940Wp;单台500kW光伏并网逆变器需要配置太阳电池组件并联的数量Np=500000÷4940≈101102列。

Np101列,则实际功率为498.94kWp,这样1MWp光伏阵列单元设计为202列支路并联,共计3838块太阳电池组件,实际功率达到997.88kWp;若Np102列,则实际功率为503.88kWp,这样1MWp光伏阵列单元设计为204列支路并联,共计3875块太阳电池组件,实际功率达到1007.76kWp

为了使整个电站实际功率达到5MW,设计采用4997.88kWp+11007.76kWp的组合方式,即该光伏电站总共需要260Wp的多晶硅电池组件19227块,19块串联,1012列支路并联的阵列,实际功率达到4.99928MW

光伏所发电量经逆变升压后汇集110KV光伏线接入园区10KV配电母线。所有太阳能电池组件采用38度倾角0度方位角固定安装。5MW光伏电站的发电量可全部被蔚县自行消耗。

6.1.3 设计方案的特点

1)各个光伏发电单元系统之间没有直流和交流的直接电气联系,便于模块化设计和分步实施建设;

2)就近升压,降低损耗,提高效率;

3)局部故障检修时不影响整个系统的运行;

4)便于电网的投切和调度;

5)方便运行维护。

6.1.4光伏电站系统组成

本工程主要由光伏阵列、逆变升压、高压输配电、监控等几部分构成。

1)光伏阵列:主要由光伏组件、光伏汇流箱、直流电缆等构成;

2)并网逆变:主要由并网逆变器、低压交流电缆等构成;

3)高压输配电:主要由变压器、高压电缆、开关柜等构成;

4)远程监测系统:主要由光伏系统监控及高压输配电监控两部分构成。

光伏阵列将太阳能转换为直流电能,通过汇流箱和直流柜传送到与之相对应的逆变器的直流输入端;逆变器采用MPPT(最大功率跟踪)技术使光伏阵列保持最佳输出状态,同时将直流电转换成为与电网频率和相位均相同的交流电能,符合电网并网发电的要求;逆变器发出的交流电能经过升压变压器升压至10kV后并入园区电网配电侧。

光伏并网逆变器本身带有数据采集和通讯工功能,可以监测光伏阵列的电压、电流等直流侧运行参数,电网的电压、频率、逆变器输出电流、功率、功率因数等交流侧运行参数,以及太阳辐射、风速、温度等环境参数。将光伏电站中的逆变器通讯接口用数据总线连接,逆变器运行数据通过配套的监控设备的汇总和存储,再传送到监控计算机上,通过配套的专用监测软件提供给光伏电站工作人员使用,监控设备还可以连接Internet,实现远程监测的功能。

光伏并网逆变器发出的交流电是低压交流电,经过升压变压器升压为10kV交流电,接入10kV配电线侧。光伏电站的升压设备和开关站按常规电力系统要求设计继电保护和通讯单元。

6.2 光伏系统设计

6.2.1 设计依据

光伏直流部分主要设计依据表

标准号

标准名称

GB/T 19939-2005

光伏系统并网技术要求

GB/T 20046-2006

光伏(PV)系统电网接口特性

GB/T 20513-2006

光伏系统性能监测 测量、数据交换和分析导则

GB/T 2297-1989

太阳光伏能源系统术语

GB/T 17478-2004

《低压直流电源设备的性能特性》

DL/T 620-1997

《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》

GBT16895.32-2008

《建筑物电气装置-特殊装置或场所的要求-太阳能光伏(PV)电源供电系统》

 

国家电网公司光伏电站接入电网技术规定(试行)

 

6.2.2 光伏发电系统构成

本电站的光伏发电系统主要由光伏阵列和并网逆变两部分构成。

1)光伏阵列:主要由太阳电池组件、光伏汇流箱、光伏防雷配电柜、直流电缆等构成;

2)并网逆变:主要由并网逆变器、低压交流电缆等构成。

6.2.3 设计方案对比

一、太阳电池分类

当前商业应用的太阳能电池分为晶硅电池和薄膜电池。

晶硅电池分为单晶硅和多晶硅电池,目前商业应用的光电转换效率单晶硅已超过18%,多晶硅1516%。在光伏电池组件生产方面我国2007年已成为第三大光伏电池组件生产国,生产的组件主要出口到欧美等发达国家。2008年我国已能规模化生产硅原料,使得硅原料价格大幅下滑,并还有继续下降的空间,从而使晶硅电池组件的价格形成了大幅下滑的局面。当前国际上已建成的大型光伏并网电站基本上采用晶硅电池。

薄膜电池分为非晶硅薄膜电池、CdTe电池、CIGS电池和CIS电池。当前商业应用的薄膜电池转化效率较低。非晶硅薄膜电池商业化生产技术较为成熟,并已在国内形成产能。由于薄膜电池的特有结构,在光伏建筑一体化方面,有很大的应用优势。

二、太阳电池组件比选

目前在MW级光伏电站中应用较多的是晶硅太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池。单晶硅太阳能电池光电转换效率相对较高,但价格相对较高。多晶硅太阳能电池光电转换效率比单晶硅略低,但是材料制造简便,节约电耗,总的生产成本较低。非晶硅薄膜太阳能电池光电转换效率相对较低,但它成本低,重量轻,应用更为方便。

1)单晶硅太阳电池

单晶硅的制作通常是先制得多晶硅或无定形硅,然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅。目前单晶硅太阳电池的光电转换效率为18%左右,最高的达到25%,这是目前所有种类的太阳电池中光电转换效率最高的,目前制作的单晶硅太阳电池组件转换效率为15%以上,最高达到20%左右,但制作成本相对很大,以至于不能被大量广泛和普遍地使用。由于单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装,因此其坚固耐用,使用寿命一般可达25年以上,最高可达30年,主要优点如下。

1)光电转换效率高,可靠性高。

2)先进的扩散技术,保证片内各处转换效率的均匀性。

3)运用多种先进的成膜技术,颜色均匀美观。

4)应用高质量的金属浆料制作背板和电极,确保良好的导电性、可靠的附着力和很好的电极可焊性。

5)高精度的丝网印刷图形和高平整度,使得电池易于自动焊接和激光切割。

6)国内组件的层压技术已经达到世界先进水平。

 


 

多晶硅太阳能电池

 

非晶硅电池太阳能电池

 

水平单轴跟踪光伏板

 

极轴单轴跟踪光伏板

 

 双轴跟踪光伏板