1、塞內(nèi)加爾達喀爾市太陽能供電系統(tǒng)初步設計方案2009年12月17日目 錄一.概述31塞內(nèi)加爾達喀爾市項目概述32.項目實施內(nèi)容31MW光伏供電系統(tǒng)3二.本項目設計內(nèi)容4三.無電區(qū)用電負荷測算41.負荷測算42.供電方案的選擇4四.系統(tǒng)的工作原理4五.系統(tǒng)特點：5六.發(fā)電量的預算5七.社會效益5八.塞內(nèi)加爾太陽能項目供電設計方案61.系統(tǒng)說明：62.1MW光伏離網(wǎng)供電系統(tǒng)設計方案62.1光伏離網(wǎng)系統(tǒng)原理圖62.2光伏離網(wǎng)供電系統(tǒng)設備：72.3離網(wǎng)系統(tǒng)的效率72.4蓄電池的配置73.系統(tǒng)配置表7九.光伏支架系統(tǒng)的設計71.電池方陣結(jié)構(gòu)設計及主要技術要求72.安裝方式設計：83.支架傾角的設計84.混

2、凝土基礎8十一.設備主要性能91.太陽能電池板92.蓄電池93.接地與防雷103.1保護裝置103.2接地裝置114.控制逆變器114.1控制器分類114.2控制器的作用114.3控制充電控制功能124.4控制器的保護功能125.逆變器125.1逆變器的分類125.2逆變器的構(gòu)成及功能13一.概述 1塞內(nèi)加爾達喀爾市項目概述塞內(nèi)加爾共和國首都達喀爾(Dakar)位于北緯 144020，西經(jīng)17，位于非洲西部、佛得角半島的南側(cè)，是非洲大陸離南美洲最近的城市。達喀爾氣候溫和，年平均氣溫為。平均日照時間9小時/天，全年分兩季，至月為雨季，月份降水量最多，約為毫米；月至翌年月為干季，氣候舒適宜人，為最

3、佳旅游季節(jié)。達喀爾是全國人口增長最快、人口密度最大的城市，其人口約占全國城市人口的。達喀爾的居民以沃洛夫族和謝列爾族為主。主要部族都有自己的語言。達喀爾年被定為首都，是全國的政治中心。共和國的總統(tǒng)府、國民議會、政府機關以及國家最高法院等都設在該市。達喀爾是塞內(nèi)加爾和非洲通往歐洲和美洲的交通要道，海運事業(yè)相當發(fā)達。達喀爾港位于城市東部，是西非最大的深水良港。港內(nèi)面積公頃，入港口寬米，全港總長米，建有個碼頭，個泊位，可以同時?？慷嗨胰f噸以下、吃水不超過米的遠洋貨輪。港口建有花生倉庫、輸油管、冷藏庫、修配廠等設施，還有花生、磷酸鹽、魚和石油等專用碼頭，以及世界上一些著名石油公司的海輪加油站。達喀爾港

4、是塞內(nèi)加爾最大的貿(mào)易港，承擔著全國進出口貨物的集散任務。進口貨物有機器、糧食、石油、木材等，出口貨物有花生、花生油、磷酸鹽、魚、布匹、紙張和火柴等。一些西非內(nèi)陸國家的進出口貨物也由達喀爾港過境。達喀爾港還為歐洲和南美洲之間來往的船舶提供維修、供水、添加燃料等服務。年達喀爾港吞吐量為萬噸。該項目負載：名 稱負載功率/KW面粉加工系統(tǒng)400A; 221,7kw; 400V/230V玉米加工系統(tǒng)250A; 138,56kw; 400V/230V家畜養(yǎng)殖系統(tǒng)250A; 138,56kw; 400V/230V海鹽制造系統(tǒng)250A; 138,56kw; 400V/230V孵化系統(tǒng)100A; 55,42kw

5、; 400V/230V食用油制造系統(tǒng)250A; 138,56kw; 400V/230V辦公室系統(tǒng)100A; 55,42kw; 400V/230V負載運行時間24小時全天負載運行負載總計886.78 kw，400V/230V2.項目實施內(nèi)容1MW光伏供電系統(tǒng)1MWp獨立光伏電站系統(tǒng)集成，包括設計、制造、采購、運輸及儲存、建筑、施工安裝、調(diào)試試驗及檢查、竣工、試運行、整套系統(tǒng)的性能保證的考核驗收、技術和售后服務、人員培訓等一攬子工作，同時也包括所有材料、備品備件以及相關技術資料等。二.本項目設計內(nèi)容1.深入了解當?shù)赜秒娦枨?；預測電力負荷，確定太陽能電站的裝機容量；勘測電壓配電線路走向、電站的具體站

6、址的選擇；2.確定本項目建設所需的各項主要技術、安裝、費用，做初步設計。3.太陽能電站的裝機容量的確定、主要用電負荷、以及室外低壓配電系統(tǒng)等部分初步設計。三.無電區(qū)用電負荷測算1.負荷測算塞內(nèi)加爾達喀爾太陽能項目主要用電負載包括面粉加工系統(tǒng)、玉米加工系統(tǒng)、家畜養(yǎng)殖系統(tǒng)、海鹽制造系統(tǒng)、孵化系統(tǒng)、食用油制造系統(tǒng)、辦公室系統(tǒng)相關電氣設備的電力負載等，共計886.78 kw。2.供電方案的選擇太陽能與柴油發(fā)電、火電等相比較它有潔凈、環(huán)保、日常維護費用小等優(yōu)點。柴油和火力發(fā)電需每日消耗大量的柴油和煤炭；既消耗能源又污染環(huán)境。因此該項目初擬定采用太陽能發(fā)電，主要是因為太陽能是一種清潔、可再生的新能源，有利

7、于保護當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。太陽能具有數(shù)量巨大、時間長久、普照大地、清潔干凈等優(yōu)點，建設周期短，裝機規(guī)模靈活、可靠性高、運行維護簡單等特點。太陽能是解決目前無電地區(qū)的最有效、最清潔的新能源，不但有利于提高人民的生活質(zhì)量，更主要的是獲得脫貧所需要的觀念和農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)技術，通過項目的實施，優(yōu)化當?shù)剞r(nóng)魚業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的電源結(jié)構(gòu)，為農(nóng)魚業(yè)可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。四.系統(tǒng)的工作原理太陽能光伏供電系統(tǒng)是利用太陽能電池將太陽的光能轉(zhuǎn)化為電能后，通過控制器的控制，一方面直接提供給轉(zhuǎn)換電路及負載用電，另一方面將多余的電能存儲在蓄電池中，到了夜晚或是太陽能電池產(chǎn)生的電力不足時，蓄電池就會將所存儲的電能供給轉(zhuǎn)換電路及負載用電。光電

8、池組件是由多個單晶硅（或多晶硅、非晶硅等）電池單體串并聯(lián)，并經(jīng)嚴格封裝而成的。而其中的電池單體太陽的照射下可發(fā)生光電效應而產(chǎn)生一定的電壓和電流，通過串并聯(lián)組合后經(jīng)電纜送至充電控制器。充放電控制器，是對蓄電池進行自動充電、放電的監(jiān)控裝置，當蓄電池充滿電時，它將自動切斷充電回路，使蓄電池不致過充電；當蓄電池過放電時，它會報警提示并自動切斷用電回路，從而保證蓄電池能夠長期可靠運行。當太陽能電池組件對蓄電池充滿電后，系統(tǒng)自動恢復充電?？刂破骶哂蟹聪蚍烹姳Ｗo功能和極性反接的電路保護功能。蓄電池為系統(tǒng)的儲能部件，主要是將太陽能電池產(chǎn)生的電能存儲起來供夜晚或光照不足的時間用電。五.系統(tǒng)特點：1. 長期工作運

9、行費、維修和維護費用低，幾乎接近零；2. 設計合理，運行穩(wěn)定不會產(chǎn)生停電、斷電事故； 3. 電源清潔、無污染、無二次能耗，是真正的“綠色能源”；4. 系統(tǒng)的應用領域廣泛，可靠性高，使用壽命長；5. 安裝、使用簡單，操作安全、簡便；6. 系統(tǒng)的擴建工程實施方便，并且與其他能源互補性能好；7. 高新技術含量高，開發(fā)、應用前景十分廣闊；8. 結(jié)構(gòu)簡單，體積小且輕；9. 容易安裝、易運輸，建設周期短；10. 容易啟動，維護簡單，隨時使用，保證供應；11. 可靠性高，壽命長；12. 太陽能無處不在，只要有太陽，就會有電；六.發(fā)電量的預算系統(tǒng)的發(fā)電量根據(jù)軟件、考慮塞內(nèi)加爾的氣象資料預測為：電站功率為1MW

10、p。通過測算平均每年可發(fā)電：171.8萬度/年。七.社會效益太陽能技術和產(chǎn)品的出現(xiàn)，符合社會發(fā)展的需要，符合環(huán)保的要求，其所帶來的社會效益是普通產(chǎn)品無法比擬的，其生命力必將是旺盛而持久的。經(jīng)測算，本項目每年可以達到社會效益如下表：1MW太陽能電站年發(fā)電量： 度比較內(nèi)容替代標準煤（噸）替代燃油（噸）減排CO2（噸）減排灰渣（噸）減排SO2（噸）少伐樹木（棵）光伏系統(tǒng)599. 19714.05 1398.45 49.82 319.55 1456.72 1）燃煤發(fā)電場發(fā)電1千瓦時會排放1千克溫室氣體,其中CO2 0.814KG,SO2 及CH4等溫室氣體 0.186KG,灰渣0.029KG,1棵樹成

11、長周期約吸收0.96噸的CO2；2）工業(yè)煤的發(fā)熱量20900KJ/KG；電發(fā)熱量3600KJ/KG；燃油發(fā)熱量41310KJ/KG； 3）2008年，全國6000千瓦及以上電廠供電標準煤耗為349克/千瓦時 4)CO2減排，按04年減排指數(shù)，或者按照04年供電標準煤耗370g/KWh計算，均為0.814Kg/KWh八.塞內(nèi)加爾太陽能項目供電設計方案1.系統(tǒng)說明：根據(jù)提供的環(huán)境資料和負載功率及使用的條件，1MW的太陽能電站每天的平均發(fā)電量約為4700度，而886.78kw的負載每天24小時用電約是21283度，遠遠不夠的。因此選擇設計1MW瓦的光伏系統(tǒng)，只能滿足一部分的負載使用，蓄電池選擇保證連

12、續(xù)3個陰雨天的配置。2.1MW光伏離網(wǎng)供電系統(tǒng)設計方案太陽能光伏離網(wǎng)供電系統(tǒng)是利用太陽能電池將太陽的光能轉(zhuǎn)化為電能后，通過充電、放電、逆變等控制系統(tǒng)的控制，一方面直接提供給轉(zhuǎn)換電路及負載用電，另一方面將多余的電能存儲在蓄電池中，到了夜晚或是太陽能電池產(chǎn)生的電力不足時，蓄電池就會將所存儲的電能供給轉(zhuǎn)換電路及負載用電。充分利用當?shù)氐奶柲苜Y源，系統(tǒng)采用獨立電站技術，需要安裝蓄電池組，獨立發(fā)電雖然投資較并網(wǎng)系統(tǒng)較大，但也有多種優(yōu)點，比如使用蓄電池組，可以與大電網(wǎng)分開，晚上或陰雨天陽光不足時，該系統(tǒng)能單獨供電，較適合遠離大電網(wǎng)由于距離較長而無法覆蓋的地區(qū)。2.1光伏離網(wǎng)系統(tǒng)原理圖 電源轉(zhuǎn)換器控制逆變器

13、電池板 A 負載 蓄電池 2.2光伏離網(wǎng)供電系統(tǒng)設備：除增加了充電、逆變等控制裝置外，還需要考慮蓄電裝置（蓄電池）。2.3離網(wǎng)系統(tǒng)的效率在負載用電量較小時，蓄電池一直保持充滿的狀態(tài)，即使外界的陽光再好，也不會進行充電，太陽能的使用效率有所降低。2.4蓄電池的配置由于負載較大，無法按全負載配比蓄電池，且塞內(nèi)加爾雨季較長，因此蓄電池配置負載按約150KW左右的計算：2.4.1負載日用電量為：（W24小時）230V15652Ah2.4.2滿足3個連續(xù)陰雨天氣系統(tǒng)正常用電的蓄電池容量： 系統(tǒng)安裝地點的最低氣溫在-10以下，選取蓄電池的溫度系數(shù)為1.2，蓄電池的保險系數(shù)為1.1，由于采用鉛酸蓄電池，其放

14、電深度最大應為80%，蓄電池的總?cè)萘繎獮椋?(15652Ah3(天)1.1)1.20.8077478Ah2.4.3電壓等級DC 220VAC 400V蓄電池組采用全密封免維護蓄電池，按電站負載計算蓄電池用量：選擇蓄電池為：2V /2000AH 4400只，蓄電池壽命56年。3.系統(tǒng)配置表序號名稱型號數(shù)量備注1光伏電池組件230WP4356塊1001.88KW2電池組件支架1001.88KW1套普通系統(tǒng)3蓄電池2000AH4400節(jié)離網(wǎng)系統(tǒng)4充電控制器50KW20套5逆變器150KW4臺6電線電纜及輔材1001.88KW1套7土建混凝土地基1001.88KW1套根據(jù)地形結(jié)構(gòu)8匯流箱16匯1329

15、監(jiān)控系統(tǒng)1套10安防系統(tǒng)1套九.光伏支架系統(tǒng)的設計1.電池方陣結(jié)構(gòu)設計及主要技術要求方陣支撐結(jié)構(gòu)設計包括安裝方式設計、底部支撐結(jié)構(gòu)設計、方位角設計、支架傾角設計、陣列間距設計以及支承結(jié)構(gòu)的基礎、結(jié)構(gòu)、零件的設計等內(nèi)容。需根據(jù)總體技術要求、地理位置、氣候條件、太陽能輻射資源、場地條件等具體情況來進行。2.安裝方式設計：該項目采用固定方式安裝，安裝在樓頂?shù)孛嫔希A采用混凝土預埋的方式，支架結(jié)構(gòu)采用國標型鋼，表面進行熱鍍鋅處理，增強支架結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性能，同時增強其支架表面的抗腐蝕能力，可有效的提高結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)的壽命，電池板支架結(jié)構(gòu)采用三角形結(jié)構(gòu)形式增強其穩(wěn)定性，該支架結(jié)構(gòu)具有良好的抗風性能，可抵御40米

16、/秒的風力。3.支架傾角的設計支架結(jié)構(gòu)采用固定傾角的設計思想，傾角的選擇以項目所在的各月平均水平面輻照量作為依據(jù)，通過專業(yè)設計軟件對傾角的變化而引起的其相應傾斜面上輻照量的變化情況，選擇其傾角平面上輻照量最大的作為傾斜面，其傾角作為該項目太陽能電池板的最佳傾角約為15度，該傾角即為該太陽能光伏發(fā)電量最大的傾角。4.混凝土基礎太陽能組件支架基礎的布置和選型是根據(jù)建造場地的地形和基礎持力層情況確定的。根據(jù)場地情況和太陽能電池組件支架情況，采用鋼筋混凝土獨立基礎，混凝土：根據(jù)設計需要, 預制混凝土構(gòu)件混凝土強度等級為C30C40，現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)為C25C30，素混凝土墊層為C10。十一.設備主要性能

17、1.太陽能電池板電池片組件方陣太陽電池組件（電池板）特有的電特性是借助于在晶體硅中摻入某些元素（例如：磷或硼等），從而在材料的分子電荷里造成永久的不平衡，形成具有特殊電性能的半導體材料，在陽光照射下，具有特殊電性能的半導體內(nèi)產(chǎn)生自由電荷，這些電荷定向移動并積累，從而在其兩端形成電動勢，當用導體將兩端閉合時形成回路便產(chǎn)生電流，這種現(xiàn)象被稱為“光伏效應”。在大型光伏發(fā)電站將太陽電池組件裝在一起形成“太陽電池方陣”。太陽電池方陣的輸出電壓和電流同樣依據(jù)光伏系統(tǒng)的實際需要來確定。太陽電池片、太陽電池組件和太陽電池方陣示意圖如下。2.蓄電池蓄電池是一種化學電源，它能將直流電能轉(zhuǎn)化為化學能儲存起來，需要時

18、再把化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。蓄電池在系統(tǒng)中為解決電能貯存問題，調(diào)節(jié)功率和能量的作用，并向負載提供瞬間大電流。在系統(tǒng)中，蓄電池的儲能單元是設計與維護的重要組成部分，對整個系統(tǒng)的運行起到十分重要的作用。在電能貯存方面，目前主要是采用蓄電池蓄能、揚水蓄能和飛輪蓄能。其中只有蓄電池適合小規(guī)模發(fā)電系統(tǒng)和移動使用。在目前的獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)中，幾乎都采用蓄電池作為電能貯存手段。蓄電池是太陽能發(fā)電系統(tǒng)的心臟。蓄電池為電燈、電視等負載提供電能。太陽電池組件為蓄電池充電，補充電力負載（電燈、電視等）從蓄電池中消耗掉的能量。設計蓄電池容量時，很重要的一點就是要安裝足以滿足最大電能消耗的蓄電池。蓄電池可以滿足許多不同的應

19、用需求。人們把蓄電池用于電話、收音機以及便攜式工具。有種通常稱為“汽車蓄電池”的蓄電池，它是用來啟動汽車的，不適合用于太陽能系統(tǒng)。在太陽能系統(tǒng)中，蓄電池必須能夠經(jīng)受深度放電，大概達到總?cè)萘康?0%到70%。盡管在獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)中通常使用的蓄電池看上去跟汽車蓄電池差不多，但一般都是為深充放電設計的。蓄電池殼體內(nèi)部是不同的，電極板（鉛板）比汽車蓄電池的要厚，酸的濃度或密度也不同。類似于太陽電池組件，蓄電池也可以有不同的大小。獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)使用的通常是單電池。比如12V的蓄電池由6個2V的單電池構(gòu)成。在大系統(tǒng)中，這種2V的單電池可以多個串聯(lián)起來，提供系統(tǒng)所需要的電壓。3.接地與防雷3.1保護

20、裝置為保證安全用電、防止發(fā)生觸電事故，光伏發(fā)電系統(tǒng)采用接地裝置。接地分為工作接地、保護接地和防雷接地。A、工作接地：為系統(tǒng)運行需要將低壓電網(wǎng)中性點直接接地。B、保護接地：當設備漏電時，為防止危及人身安全和設備的安全，將所有電氣設備外露可導電部分通過接地線接地。C、防雷接地：為防止電氣設備和建筑物遭受雷擊，將避雷裝置（避雷針、避雷線、避雷器等）進行接地。D、接零：將電氣設備的金屬外殼，金屬構(gòu)架等與零線（接地中性線）連接；E、接地線應能承受接地故障電流和對地泄露電流，并具有足夠的機械強度或附加的機械保護，3.2接地裝置A、為了防止電氣設備因安裝不當和絕緣不良而使外殼帶電，發(fā)生觸電事故，通常采用接地

21、裝置。電氣設備在使用時，須將電氣外殼與大地進行連接。B、接地裝置包括接地體和接地線兩部分，與土壤直接接觸的金屬叫接地體，接地體與電氣設備的金屬連接叫接地線。接地體又分為自然接地體和人工接地體。自然接地體是利用與大地有可靠連接的技術管道和就建筑物的金屬結(jié)構(gòu)等作為接地體。人工接地體是利用鋼材制成不同形狀，打入地下而形成的接地體，接地裝置應保證其接地電阻不大于10歐姆。C、接地體應用兩根以上的鋼管或角鋼組成，以提高可靠性。常見幾根鋼管或角鋼埋設成一排或一圈，距離不小于5米。然后用扁鋼或用接地線連接起來。在埋設之前，應先挖深約1米的地溝，然后再將接地體打入地下，上端露出溝底約0.2米，供連接接地線之用

22、。接地體打入地下的深度不小于2米。D、接地體應盡量埋在大地冰凍層以下潮濕的土壤中。若土壤電阻系數(shù)較大，不能滿足接地電阻值要求的，可在接地體埋設之前先放置降阻劑，以降低其電阻系數(shù)或在土壤電阻率較低的地方做外引接地。4.控制逆變器4.1控制器分類控制器可分為獨立型光伏電源和并網(wǎng)光伏電源用兩種。由于大型獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)必定使用蓄電池，該系統(tǒng)的控制器主要用于控制充放電。而并網(wǎng)系統(tǒng)絕大多數(shù)不用蓄電池，因此不需要控制充放電，該系統(tǒng)的控制器主要用于控制相位、電壓和電流等。由于控制器往往同逆變器一起使用，因此往往把二者做成一體。這里僅介紹獨立電源系統(tǒng)用控制器。4.2控制器的作用控制器主要用于防止蓄電池被太陽能

23、方陣和負載過放電。通過充放電控制器保護蓄電池免于過度充電（會引起極板腐蝕、放氣和失水）和過度放電。過度放電會使蓄電池電壓低于其截止電壓而引起蓄電池的永久損壞，喪失能力。而過度充電會造成水分損失、過度的電極腐蝕以及活性成分的損失?；钚猿煞衷谛铍姵氐撞坑俜e，最后會導致電極在底部短路?？刂破魇侨魏问褂眯铍姵氐碾姎庀到y(tǒng)的關鍵部件，它防止蓄電池過度充放電。一般控制器被設置于太陽電池方陣和蓄電池組之間。蓄電池通過控制器向直流負載（包括逆變器）供電。蓄電池廠家會給出最大充電電壓和最小放電電壓。在實踐中，可根據(jù)蓄電池廠家的給定值設計蓄電池組的最大充電電壓控制和最小放電電壓控制。4.3控制充電控制功能控制蓄電池不被過度充電，這是由控制器通過調(diào)整來自太陽電池組件的電流來實現(xiàn)的。當蓄電池電壓接近允許的最大電壓，控制器會控制來自太陽電池組件的電流。依據(jù)控制器牌子和型號不同，可以是這樣實現(xiàn)的：或者減小充電電流，使電池維持在一個特定的電壓，或者簡單地斷開開關，使太陽電池組件