1、甘肅敦煌 8MWp大型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng) 技術(shù)方案設(shè)計(jì)報(bào)告 2004年9月 北京,目 錄 一.總體技術(shù)方案 二. 系統(tǒng)構(gòu)成 三. 主要設(shè)備及其主要技術(shù)要求 四. 發(fā)電量預(yù)測(cè) 五. 技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)例 六. 技術(shù)方案設(shè)計(jì)與選擇要點(diǎn),總體技術(shù)方案 “集中安裝建設(shè),多支路上網(wǎng)” 在電氣線路上,分為8個(gè)獨(dú)立的1MWp分系統(tǒng),分別發(fā)電上網(wǎng); 1MWp分系統(tǒng)包括5個(gè)200kWp 的發(fā)電單元、一臺(tái)1000kVA變壓器; 每個(gè)發(fā)電單元由200kWp組件、200kVA并網(wǎng)逆變器組成,輸出0.4kV三相交流電. 特點(diǎn): 每個(gè)200kWp的發(fā)電單元即是一個(gè)低壓并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng) * 直接并網(wǎng)給用戶供電, * 經(jīng)變壓器升壓后并

2、入高壓電網(wǎng) 8個(gè)獨(dú)立的1MWp并網(wǎng)光伏分系統(tǒng)之間沒有任何電氣聯(lián)系. * 可分別實(shí)施工程建設(shè)及運(yùn)行與維護(hù)管理; * 局部故障檢修時(shí)不影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行. 可靈活地以各種“交鑰匙工程”方式進(jìn)行項(xiàng)目建設(shè) : * 整體承包、分系統(tǒng)承包、單個(gè)發(fā)電單元分包等. 便于進(jìn)行各種不同元器件設(shè)備、不同技術(shù)設(shè)計(jì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能評(píng)估. * 國(guó)產(chǎn)設(shè)備和進(jìn)口設(shè)備; * 晶體硅、非晶硅、及其他組件; * 不同安裝方式(固定式、單軸跟蹤及全跟蹤等),圖1. 單個(gè)發(fā)電單元原理框圖,圖2 1MWp并網(wǎng)光伏發(fā)電分系統(tǒng)原理框圖,圖3 8MWp并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)原理總框圖,二. 系統(tǒng)構(gòu)成 光伏陣列: 包括太陽電池組件、支承結(jié)構(gòu)(支架及基礎(chǔ)

3、等)、接線箱、電纜電線等; 直流-交流逆變?cè)O(shè)備: 包括直流屏、配電柜、并網(wǎng)逆變器等; 升壓并網(wǎng)設(shè)施: 包括升壓變壓器、戶外真空斷路器、高壓避雷器等; 控制檢測(cè)系統(tǒng): 包括系統(tǒng)控制裝置、數(shù)據(jù)檢測(cè)及處理與顯示系統(tǒng)、遠(yuǎn)程信息交換設(shè)備等; 附屬設(shè)施: 防雷及接地裝置、清潔設(shè)備、廠房及辦公室、圍欄、通道及道路等.,三. 主要設(shè)備及其主要技術(shù)要求 太陽電池組件: 總?cè)萘?MWp.優(yōu)選晶體硅組件.適量試用其他組件. 支承結(jié)構(gòu): 足夠的強(qiáng)度;防腐蝕. 并網(wǎng)逆變器: 有最大功率跟蹤(MPPT)功能;效率93. 升壓變壓器: 控制檢測(cè)及遠(yuǎn)程信息交換: 采集并記錄運(yùn)行數(shù)據(jù)，如氣象資料、電性能參數(shù)、設(shè)備工作狀態(tài)等;

4、執(zhí)行相關(guān)的控制操作,如切合逆變器的輸出、太陽電池方陣的輸出, 有自動(dòng)跟蹤時(shí)太陽電池方陣的跟蹤控制等; 系統(tǒng)故障的自動(dòng)保護(hù)功能,記錄并保存故障信息,發(fā)送報(bào)警信號(hào); 遙控、遙測(cè)等遠(yuǎn)程信息交換功能. 機(jī)房與辦公室: 防雷及接地保護(hù): 符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的技術(shù)要求; 直流側(cè)與交流側(cè)都需有接地保護(hù); 有足夠的防雷保護(hù)范圍,并且不得遮擋光電場(chǎng)的太陽輻射. 場(chǎng)地道路: 防護(hù)圍欄: 足夠的高度和強(qiáng)度以滿足防護(hù)要求; 距光伏方陣有一定的距離以免遮擋光電場(chǎng)的太陽輻射.,四. 發(fā)電量預(yù)測(cè) 1. 氣象資料 表2. 敦煌地區(qū)太陽輻射數(shù)據(jù)表,2. 傾斜面光伏陣列表面的太陽輻射量: 從氣象站得到的資料,一般為水平面上的太陽輻

5、射量,須換算成光伏陣列傾斜面的輻射量,才能進(jìn)行光伏系統(tǒng)發(fā)電量的計(jì)算. 計(jì)算日輻射量的公式: R= Ssin(-)/sin + D 式中; R 傾斜方陣面上的太陽總輻射量 D 散射輻射量,假定D與斜面傾角無關(guān); S 水平面上的太陽直接輻射量 方陣傾角 中午時(shí)分的太陽高度角. 對(duì)于北半球地理緯度=的地區(qū), 與太陽赤緯角的關(guān)系如下: = 900 -+ 其中, =23.45*sin360*(284+N)/365(度), N為一年中某日的日期序號(hào)，如1月1日的N=1,2月1日的N=32, 12月31日的N=365等。,表3. 敦煌地區(qū)不同角度傾斜面的太陽輻射量表(kWh/m2) (緯度 = 40.6),

6、從表中可以看出: + 傾角等于38時(shí),全年所接收到的太陽輻射能最大,比水平面的數(shù)值高約18.7%. + 傾角在3642之間(即=0.91.05)時(shí),全年太陽輻射量差別不大. + 即使傾角在30 50之間改變, 對(duì)傾斜面太陽輻射量的影響也不超過1.5%.,表4. 敦煌地區(qū)各月最佳傾角的角度及對(duì)應(yīng)太陽輻射量表(kWh/m2),每月改變一次角度,使斜面處于最佳傾角位置,全年所接收到的太陽能比固定傾角為38安裝的傾斜面所接收到的太陽能大約高3%.,3. 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的效率分析 1).光伏陣列效率1: 光伏陣列在1000W/太陽輻射強(qiáng)度下,實(shí)際的直流輸出功率與標(biāo)稱功率之比. 光伏陣列在能量轉(zhuǎn)換與傳輸過程

7、中的損失包括: 組件匹配損失:對(duì)于精心設(shè)計(jì)、精心施工的系統(tǒng),約有4%的損失; 太陽輻射損失:包括組件表面塵埃遮擋及不可利用的低、弱太陽輻射損失,取值5%; 偏離最大功率點(diǎn)損失:如溫度的影響、最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)精度等.取值4%; 直流線路損失:按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,應(yīng)小于3%. 得: 1 = 96% 95% 96% 97% = 85% 2).逆變器的轉(zhuǎn)換效率2 : 逆變器輸出的交流電功率與直流輸入功率之比. 對(duì)于大型并網(wǎng)逆變器,可取 1 = 95%. 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,其中最主要的是變壓器的效率.可取3 = 5%. 系統(tǒng)的總效率等于上述各部分效率的乘積

8、: = 123 = 85%95%95% = 77%,4. 敦煌8MWp并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量測(cè)算: 依據(jù): 敦煌地區(qū)太陽輻射量 系統(tǒng)組件總功率8MWp 系統(tǒng)效率77% 光伏陣列傾角等于40,固定式安裝: 年發(fā)電量約 1,392 萬千瓦小時(shí); 25年的總發(fā)電量約為3.2億千瓦小時(shí),年平均發(fā)電1,280萬千瓦小時(shí) (按25年輸出衰減15%計(jì)算). 每月調(diào)節(jié)一次傾角的情況下,全年總發(fā)電量比40固定傾角時(shí)增加3%. 有關(guān)資料表明: 單軸跟蹤陣列比固定傾角安裝的年發(fā)電量增加約20%, 雙軸跟蹤比固定傾角安裝年發(fā)電量增加30%以上.,表5-1. 敦煌8MWp并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量測(cè)算表(單位:萬kWh),

9、說明: 1. 此表根據(jù)敦煌地區(qū)的氣象資料, 按系統(tǒng)效率77%計(jì)算. 2. 根據(jù)有關(guān)資料,單軸跟蹤比固定傾角增加約20%,雙軸跟蹤比固定傾角增加30%以上.,表5-2. 敦煌太陽輻射及8MWp并網(wǎng)光伏系統(tǒng)發(fā)電量測(cè)算表(單位:萬kWh),敦煌太陽輻射量及8MWp并網(wǎng)光伏系統(tǒng) 發(fā)電量與月份關(guān)系曲線,五. 技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)例 完整的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案應(yīng)包括:系統(tǒng)配置圖、太陽能電池方陣的設(shè)計(jì)、逆變器的設(shè)計(jì)、輸變電設(shè)計(jì)、防雷接地設(shè)計(jì)、土建設(shè)計(jì)（機(jī)房、變電站面積和布局、場(chǎng)內(nèi)道路、光伏組件基礎(chǔ)、防雷接地基礎(chǔ)、圍欄、接線）等。 本案例僅做初步的電氣設(shè)計(jì)及系統(tǒng)規(guī)模和主要技術(shù)參數(shù).,1. 主要設(shè)備選項(xiàng) 1). 太陽電池組件:

10、國(guó)產(chǎn)160Wp多晶硅太陽電池組件. 2). 并網(wǎng)逆變器: 性能可靠、效率高、可進(jìn)行多機(jī)并聯(lián)的進(jìn)口產(chǎn)品，額定容量為200kW. 3). 交流升壓變壓器: 國(guó)產(chǎn)(0.4)KV/(35-38.5)KV電力變壓器,容量1000KVA. 4). 避雷裝置: 裝設(shè)避雷設(shè)施防直接雷擊,并需有良好的接地.,表6. 太陽電池組件性能參數(shù)表,表7. 并網(wǎng)逆變器性能參數(shù)表,2. 太陽能電池方陣設(shè)計(jì) 1). 200kWp 發(fā)電單元的光伏方陣設(shè)計(jì): 18塊 組件串聯(lián)得到逆變器所要求的電壓 驗(yàn)算: 最高輸出電壓 = 792 V ; 最大功率點(diǎn)電壓= 640.8V; 組件結(jié)溫比標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)升高70時(shí),最大功率點(diǎn)電壓 = 461

11、V. 逆變器輸入電壓(450-800V),最大輸入電壓(880V), 滿足逆變器使用要求。 70路 并聯(lián)組成200kWp 發(fā)電單元 單個(gè)發(fā)電單元的容量為：7018160Wp=201,600Wp = 201.6 kWp 2) 40個(gè)發(fā)電單元組成8MWp并網(wǎng)系統(tǒng) 系統(tǒng)總?cè)萘? P=40201.6 = 8,064 kWp 需用 160Wp太陽能電池組件總數(shù)量: M=407018 50,400（塊）,3). 太陽能電池方陣支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 安裝方式設(shè)計(jì): 固定式. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,安全可靠,安裝調(diào)試及管理維護(hù)都很方便. 固定式支架傾角設(shè)計(jì): 根據(jù)年發(fā)電量計(jì)算結(jié)果, 傾角定為40。 方陣支架方位角的設(shè)計(jì): 一般情

12、況下,太陽能電池方陣應(yīng)面向正南安裝. 太陽能電池陣列間距的設(shè)計(jì)計(jì)算: 光伏方陣陣列間距應(yīng)不小于D. 計(jì)算公式： 計(jì)算得: D = 6087mm. 取間距為 6.5米。(緯度 = 40.6, 傾角 = 400),支架間距計(jì)算圖,4). 光電場(chǎng)太陽能電池陣列布置 組件排列: 縱向兩排, 218 = 36 塊組件.平面尺寸 14.5米3.2米. 單支架方陣面組件排列圖 200kWp 發(fā)電單元: 由70路串聯(lián)組件并聯(lián)組成,安裝在35個(gè)支架上. 1MWp的分系統(tǒng): 5個(gè)200kWp 發(fā)電單元,占地面積 =(72.5米320米). 8MWp并網(wǎng)系統(tǒng): 5 1MWp 子陣列組成,子陣列之間有通道. 總占地面

13、積 = (558米552米) = 308,016 平方米,200kWp 發(fā)電單元的光伏陣列布置圖(左) 1MWp分系統(tǒng)的光伏陣列排布圖 (下),8MWp 并網(wǎng)光伏系統(tǒng) 光電場(chǎng)平面布置全圖,說明: 光電場(chǎng)占地總面積: 558552 = 308,016 房屋建筑總占地面積: 3,000 . 圖中: 1 - 南大門 2 - 機(jī)房控制室及辦公室 3 - 升壓變電站 4 - 東大門,3. 避雷、防雷及接地保護(hù)的設(shè)計(jì) 1).場(chǎng)地防雷 目的: 使光電場(chǎng)及附屬設(shè)施免遭直接雷擊. 方式: 避雷針 避雷帶. 避雷針: 30米高的避雷針,被保護(hù)物高度 5米: 單支避雷針保護(hù)半徑為35米 兩支避雷針的保護(hù)間距175（

14、米） 大面積防護(hù),須采用網(wǎng)點(diǎn)結(jié)構(gòu),布建多座避雷塔,會(huì)遮擋太陽輻射. : 顯然, 光伏陣列的防雷不宜用避雷針方式. 避雷帶: 將金屬導(dǎo)體沿被保護(hù)物頂部輪廓敷設(shè),并保持適當(dāng)距離,消引雷電荷、避免直接雷擊. 陣列支架本身就是金屬導(dǎo)體,只要將支架良好接地,即可達(dá)到防雷效果. 2).電網(wǎng)線路防雷 直流側(cè)的防雷: 逆變器內(nèi)部有防雷系統(tǒng); 交流側(cè)的防雷: 使用符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的避雷器。 3).系統(tǒng)接地保護(hù)設(shè)計(jì)： 雷電保護(hù)系統(tǒng)的接地電阻應(yīng)符合DL/T 620-1997交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合的要求; (一般不應(yīng)大于10，在高土壤電阻率地區(qū)的接地電阻不應(yīng)大于30). 線路接地系統(tǒng)應(yīng)符合 DL/T 621-

15、1997 交流電氣裝置的接地以及 DL499-92農(nóng)村低壓電力技術(shù)規(guī)程的技術(shù)要求(一般不應(yīng)大于4 ); 干旱戈壁灘的土層電阻率高，應(yīng)設(shè)置多個(gè)接地坑，放入長(zhǎng)效降阻劑，埋設(shè)水平接地網(wǎng)以 降低接地電阻。,4土建設(shè)計(jì) 光電場(chǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì) 用地面積： 558552 = 308,016平方米.其中,光伏陣列占地約21.3萬平方米; 圍欄：圍欄總長(zhǎng)度（光電場(chǎng)+變電站）2,220米 光電場(chǎng)平面布置總圖: 房屋建筑總占地面積 = 3,000平方米. 各部分的占地面積: 機(jī)房、控制室: 100m20m = 2,000平方米; 工作間、庫(kù)房: 30m20m = 600平方米; 辦公室及會(huì)議室: 20m20m = 40

16、0平方米. 升壓變電站,占地面積= 900平方米. 圍欄: 總長(zhǎng)度2,220米,高度2.5米 采用透光的高速公路用鐵絲網(wǎng)圍欄，,距光伏陣列應(yīng)有20-30米的距離,以免遮擋太陽輻射. 方陣基礎(chǔ)設(shè)計(jì): 混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆鑄. 在澆鑄過程中預(yù)埋上端有螺紋的鋼筋. 應(yīng)符合GB 50202-2002 的要求。 每個(gè)方陣支架基礎(chǔ)體積為0.12立方米.,5. 系統(tǒng)概貌及主要參數(shù) 1). 太陽電池組件: 國(guó)產(chǎn)160Wp多晶硅組件,總?cè)萘?.064MWp, 總計(jì)50,400塊組件. 組件總重量756噸. 2). 并網(wǎng)逆變器: 進(jìn)口產(chǎn)品,額定容量200kW.總計(jì)40臺(tái),總?cè)萘?,000kkW. 總重量約56噸. 3).

17、 交流升壓變壓器: 國(guó)產(chǎn)0.4kV/35kV 電力變壓器, 額定容量1000 kVA. 8臺(tái)并聯(lián)上網(wǎng),總?cè)萘?,000 kVA. 4). 光伏陣列: 固定式面向正南安裝, 傾角40.總計(jì)40個(gè)200kWp的發(fā)電單元. 5). 組件支架: 200kWp發(fā)電單元的組件安裝在35個(gè)支架上.總計(jì)1,400個(gè)支架. 支架鋼材總重約840噸. 6). 支架基礎(chǔ): 每個(gè)支架用12個(gè)混凝土基礎(chǔ)上, 總共16,800個(gè)基礎(chǔ). 澆鑄基礎(chǔ)約需5,000噸水泥沙石. 7). 系統(tǒng)總占地面積: 約30萬平方米.其中光伏陣列約占21萬平方米. 8). 系統(tǒng)年總發(fā)電量: 約1,300萬kWh,平均每天發(fā)電3.6萬kWh,6

18、. 敦煌8MWP 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)投資概算 敦煌8MWp 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)初期總投資約為32,247萬元(見表8). 其中的設(shè)備成本及建設(shè)費(fèi)用約為30,012萬元(見表9).,表8. 敦煌8MWP 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)投資概算表,表9. 敦煌8MWP 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)投資概算分類明細(xì)表.,表10. 敦煌5MWP 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)投資概算分類明細(xì)表(續(xù)).,六. 技術(shù)方案設(shè)計(jì)與選擇要點(diǎn) 1. 指導(dǎo)思想: 實(shí)用性、示范性、實(shí)驗(yàn)性 開放式、積木式、多元化 標(biāo)稱容量; 8MWp ,適當(dāng)增減; 地點(diǎn): 首選敦煌,漸及沿絲綢之路之大漠其他地域; 多樣化方式融資; 多元化技術(shù)方案及設(shè)備. 2. 敦煌8MWp系統(tǒng)技術(shù)方案設(shè)計(jì)原則: 集中安裝建設(shè),多支路上網(wǎng) 獨(dú)立分系統(tǒng): 在電氣線路上分為若干個(gè)獨(dú)立的分系統(tǒng),分別發(fā)電上網(wǎng). 低壓發(fā)電單元: 每個(gè)分系統(tǒng)由若干發(fā)電單元組成, 輸出0.4kV三相交流電. 太陽電池組件: 以晶體硅