典型3kWp并网电站技术方案.doc

.典型3kWp并网光伏电站技术方案深圳古瑞瓦特新能源股份有限公司目 录第1章 项目概况1第2章 方案设计22.1 方案总体思路22.2 具体方案3第3章 初步工程设计153.1 土建设计153.2 电站防雷和接地设计173.3 电气设计17第4章 年发电量计算194.1光伏发电系统效率194.2衰减率预测194.3发电量估算19第5章 环境影响评价21精选范本第1章 项目概况根据发改委出台的关于发挥价格杠杆作用促进光伏产业健康发展的通知（发改价格20131638号），对分布式光伏发电实行按照全电量补贴的政策，电价补贴标准为每千瓦时0.42元（含税，下同），通过可再生能源发展基金予以支付，由电网企业转付；其中，分布式光伏发电系统自用有余上网的电量，由电网企业按照当地燃煤机组标杆上网电价收购。分布式光伏发电迎来了发展的机遇。出于项目经济性及技术可靠性方面的考虑，采用固定式太阳能电池方阵，暂不考虑采用跟踪系统。3kWp光伏电站共安装12块265Wp太阳能电池组件（由12块串联），1台3kW并网逆变器和1套综合监控系统。光伏阵列直接接入1台3kW的逆变器连接，经逆变器转换后的220V交流，接入农户用电网（最终接入方案取决于电网公司审查意见）。太阳电池方阵接入逆变器，逆变器内含有防雷保护装置并接地，经过防雷装置可有效地避免雷击导致设备的损坏。按电力设备接地设计规程，围绕建筑物敷设闭合回路的接地装置。电站内接地电阻小于10欧姆，不满足要求时添加降阻剂。光伏系统直流侧的正负电源均悬空，不接地。太阳电池方阵支架和设备外壳接地，与主接地网通过多股铜线、扁钢或圆钢可靠连接。第2章 方案设计2.1 方案总体思路2.1.1 设计依据中华人民共和国可再生能源法IEC 62093光伏系统中的系统平衡部件-设计鉴定IEC 60904-1光伏器件第一部分:光伏电流-电压特性的测量IEC 60904-2光伏器件第二部分:标准太阳电池的要求DB37/T 729-2007光伏电站技术条件SJ/T 11127-1997光伏（PV）发电系统过电保护导则CECS84-96太阳光伏电源系统安装工程设计规范CECS 85-96太阳光伏电源系统安装工程施工及验收技术规范GB2297-89太阳光伏能源系统术语GB4064-1984电气设备安全设计导则GB 3859.2-1993半导体逆变器 应用导则GB/T 14007-92陆地用太阳电池组件总规范GB/T 14549-1993电能质量 公用电网谐波GB/T 15543-1995电能质量 三相电压允许不平衡度GB/T 18210-2000晶体硅光伏方阵 I-V 特性的现场测量GB/T 18479-2001地面用光伏（PV）发电系统概述和导则GB/T 19939-2005光伏系统并网技术要求GB/T 19964-2005光伏发电站接入电力系统技术规定GB/T 20046-2006光伏（PV）系统电网接口特性GB/T 20514-2006光伏系统功率调节器效率测量程序2.1.2 设计说明本项目拟建设3kWp并网光伏电站，系统没有储能装置，太阳电池将日光转换成直流电，通过逆变器变换成220V交流电，直接并网。有阳光时，光伏系统将所发出的电馈入电网，没有阳光时不发电。当电网发生故障或变电站由于检修临时停电时，光伏电站也会自动停机不发电；当电网恢复后，光伏电站会检测到电网的恢复，而自动恢复并网发电。建设内容如下：3kWp并网光伏电站的总体设计。分布式光伏电站的开发与设计。3kW的单相光伏并网逆变器的引进、消化吸收。小型光伏电站监控。3kWp并网光伏电站的施工建设和运行。小型并网光伏电站技术、环境评价。2.1.3 设计原则3kWp小型并网光伏电站，推荐采用分块发电、集中并网方案。由于太阳能电池组件和并网逆变器都是模块化的设备，可以象搭积木一样一块块搭起来，3kWp直接作为一个模块实施。太阳能电池阵列输入并网逆变器，然后接入电网。设计的基本原则：小型光伏电站设计简单，根据系统配置要求，12块光伏组件串联，一共1串接入1台3kW逆变器，然后与电网相连。图2-1 3kWp并网光伏电站框图2.1.4 进度安排3千瓦小型并网光伏电站的建设周期不超过1天。2.2 具体方案2.2.1 系统构成光伏并网发电系统由太阳电池组件、光伏并网逆变器、配电保护系统、电力变压器和系统的通讯监控装置组成。3kWp并网光伏发电站主要组成如下：3kWp晶体硅太阳能电池组件及其支架建议采用265Wp晶体硅组件（市场主流产品）；光伏并网逆变器设计采用不带工频隔离变压器的3kW光伏并网逆变器；系统的通讯监控装置设计采用古瑞瓦特GPRS/WiFi监控模块。序号项目名称规格型号数量1总装机容量3.18kWp2太阳电池组件多晶265Wp12块3太阳电池组件支架镀锌C型钢1套4光伏并网逆变器3kW1台5交流配电箱-1套6防雷及接地装置-1套表2-1 3kWp并网光伏电站主要配置表2.2.2 太阳电池阵列设计1、太阳电池组件选型目前使用较多的两种太阳能电池板是单晶硅和多晶硅太阳电池组件。（1）单晶硅太阳能电池目前单晶硅太阳能电池板的单体光电转换效率约为16%19%，是转换效率最高的，但是制作成本稍高，市场占有率稍低于多晶组件。（2）多晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池板的单体光电转换效率约15%17%。制作成本比单晶硅太阳能电池要便宜一些，材料制造简便，节约电耗，总生产成本较低，因此得到大量发展，市场占有率最大。本方案设计采用265Wp多晶硅太阳电池组件，见图2-2。图2-2 太阳电池组件组件设计特点使用寿命长：抗老化EVA胶膜（乙烯-醋酸乙烯共聚物），高通光率低铁太阳能专用钢化玻璃，透光率和机械强度高；安装简便：标配多功能接线盒，三路二极管连接盒，抗风、防雷、防水和防腐；高品质保证：光学、机械、电理等模块测试及后期调整完善，产品 ISO9001 认证；转换效率高：晶体硅太阳电池组件，单体光电转换效率16%；边框坚固：阳极化优质铝合金密封边框。组件电性能参数太阳能电池组件种类多晶硅指标单位数据峰值功率Wp265组件效率%16.2最大工作电压（Vmpp）V30.8最大工作电流(Impp)A8.61开路电压（Voc）V38.3短路电流IscA9.10开路电压系数/-0.32%短路电流系数/0.05%抗风力Pa2400最大保险丝额定电流A15最高系统电压V1000尺寸mm165099235表2-2 265Wp太阳电池组件技术参数注：标准测试条件（STC）下AM1.5、1000W/m2的辐照度、25的电池温度。（1）Isc是短路电流：即将太阳能电池置于标准光源的照射下，在输出端短路时，流过太阳能电池两端的电流。测量短路电流的方法，是用内阻小于1的电流表接在太阳能电池的两端。（2）Im是峰值电流。（3）Voc是开路电压，即将太阳能电池置于100mW/cm2的光源照射下，在两端开路时，太阳能电池的输出电压值。可用高内阻的直流毫伏计测量电池的开路电压。（4）Vm是峰值电压。（5）Pm是峰值功率，太阳能电池的工作电压和电流是随负载电阻而变化的，将不同阻值所对应的工作电压和电流值做成曲线就得到太阳能电池的伏安特性曲线。如果选择的负载电阻值能使输出电压和电流的乘积最大，即可获得最大输出功率，用符号Pm表示。此时的工作电压和工作电流称为最佳工作电压和最佳工作电流，分别用符号Vm和Im表示，即Pm=ImVm。太阳能电池板的工作电压和Voc均为输出电压，Voc指太阳能电池板无负载状态下的输出电压，工作电压指太阳能电池板连接负载后的最低输出电压，工作电流指太阳能电池板输出的额定电流。太阳能电池板的一个重要性能指标是峰值功率Wp，即最大输出功率，也称峰瓦，是指电池在正午阳光最强的时候所输出的功率，光强在1000瓦/平方米左右。I-V曲线图如图2-3 I-V曲线图所示。图2-3 I-V曲线图如何保证组件高效和长寿命保证组件高效和长寿命，主要取决于以下四点：高转换效率、高质量的电池片；高质量的原材料，例如：高的交联度的EVA、高粘结强度的封装剂（中性硅酮树脂胶）、高透光率高强度的钢化玻璃等；合理的封装工艺；员工严谨的工作作风。由于太阳电池属于高科技产品，生产过程中一些细节问题，一些不起眼问题如应该戴手套而不戴、应该均匀的涂刷试剂而潦草完事等都是影响产品质量的大敌，所以除了制定合理的制作工艺外，员工的认真和严谨是非常重要的。2、光伏阵列表面倾斜度设计从气象站得到的资料，均为水平面上的太阳能辐射量，需要换算成光伏阵列倾斜面的辐射量才能进行发电量的计算。对于某一倾角固定安装的光伏阵列，所接受的太阳辐射能与倾角有关，较简便的辐射量计算经验公式为：RSsin(+)/sin+D式中：R倾斜光伏阵列面上的太阳能总辐射量S 水平面上太阳直接辐射量D 散射辐射量中午时分的太阳高度角光伏阵列倾角根据当地气象局提供的太阳能辐射数据，按上述公式可以计算出不同倾斜面的太阳辐射量，确定太阳能光伏阵列安装倾角。通过计算确定本方案设计太阳能光伏阵列安装最佳倾角，全年接受到的太阳能辐射能量最大。考虑到跟踪系统虽然能提高系统效率，但需要维护，而且会增加故障率，因此本项目设计采用固定的光伏方阵。3、太阳电池组件连接方案3kW逆变器最大输入电压550V，MPPT范围70V550V。265Wp组件开路电压为38.3V。峰值工作电压30.8V。光伏组件工作温度和环境温度存在如下关系。其中，te是环境温度，E是测量时的太阳辐照强度，t1是光伏组件温度。由于太阳电池组件的实际工作温度常难以直接测定。因此采用上式公式来进行估算是有意义的。测定了环境温度及辐照度便可根据它的NOCT（额定工作温度）数据来估算实际工作温度。各种组件NOCT应当由专门机构来测定。某种组件的NOCT取决于它的封装情况，以下一组典型的NOCT数据可作为参考标准。组件封装状况 NOCT（） 用玻璃做基板无气隙封装 41用玻璃做基板的有气隙封装 60采用带有散热片的铝质基板 40采用不带散热的铝质基板 43采用塑料基板 47多晶硅太阳能电池采用塑料基板封装，NOCT为47，根据当地气象资料。使用上述公式，以及太阳能电池组件电压和温度的关系，匹配相应并网逆变器，计算出方阵组串方式如下表。串联数量/块12组件峰值功率/w265组件开路电压/V38.3组件短路电流/A9.10MPP电压/V30.8MPP电流/A8.61开路电压系数/-0.32%短路电流系数/0.05%组件长/mm1650组件宽/mm992表2-4 光伏阵列组串方式根据上表计算结果，12块组件串联排列满足系统耐用及最大功率跟踪的要求，故设计符合要求。3kWp光伏阵列单元设计为1路支路，共计12块太阳电池组件，实际功率达到3.18kWp。2.2.3 光伏并网逆变器并网逆变器是太阳能光伏并网电站关键设备，古瑞瓦特Growatt 3000-S并网逆变器具有如下功能特点：功率因数:1；高转换效率达97.6%；宽直流电压输入范围，最高可达550V；MPP电压范围宽70V550V；多种通讯方式：RS232，GPRS/WIFI/LAN/（可选）；直流关断开关（可选），安全，维护方便零。防孤岛效应设计：孤岛效应是指光伏系统并网逆变器在并入的电网失压时或电网断电时，逆变器仍然保持对失压电网中的某一部分线路继续供电的状态，这样电力孤岛效应区域会发生电压和频率不稳定现象，有可能对外部设备造成损坏或发生触电安全事故。根据光伏系统并网技术要求GB/T19939-2005对于防孤岛效应的规定：当光伏系统并入的电网失压时，必须在规定的时间内（2s内）将该光伏系统与电网断开，防止出现孤岛效应。为此，在该发电项目孤岛效应设计的，接入交流接触器对孤岛效应进行防护，即当电网电压断电时并入电网的接触器线圈失电，连接在并网回路的接触器常开触点断开，使并网回路断开逆变器停止工作，直到整体对于孤岛效应的防护作用。本光伏发电系统选用的古瑞瓦特Growatt 3000-S逆变器电气参数如下：输入参数：最大输入功率3400W最大输入电压550V启动电压70V额定输入电压360VMPP电压范围70550V满载MPP电压范围250500VMPPT数量1最大输入电流13A输入端子最大允许电流13A输出参数：额定输出功率3000W最大交流输出功率3000 W最大输出电流14.3A额定电网电压220Vac (单相)电网电压范围180280Vac(符合相应国家电网指令要求)额定电网频率50Hz/60Hz电网频率范围4555Hz/5565Hz (符合相应国家电网指令要求)总电流波形畸变率 3 %（额定功率）功率因数1保护参数：孤岛保护具备直流反接保护具备交流短路保护具备漏电流保护具备直流开关可选接地故障检测具备过压保护压敏电阻过流保护具备系统参数：最大效率97.6%欧洲效率97.3%隔离方式无变压器防护等级IP65夜间自耗电0.5 W工作温度范围2560相对湿度0100% 无凝露冷却方式自然冷却最高海拔4000m（2000m降额）显示LCD通讯RS232（具备），GPRS/WiFi/LAN（可选）直流端子H4/MC4（可选）交流端子即插即用连接器(Wieland RST25I3S)认证CE,VDE0126-1-1，IEC62109，G83，AS4777，AS/NZS3100，CEI0-21，VDE-AR-N4105，EN50438，CQC机械参数：尺寸（宽高深）271 x 320 x142 mm安装方式壁挂式重量8.8 kg表2-5 3kW逆变器参数2.2.4 发电监控系统配置方案1、发电计量仪表配置示意图、仪表类型光伏发电设备的计量点通常设在光伏并网逆变器的并网侧，该电度表是一块多功能数字式电度表，不仅要具有优越的测量技术，还要有非常高的抗干扰能力和可靠性。同时，该表还可以提供灵活的功能：显示电表数据、显示费率、显示损耗、状态信息、报警等。此外，显示的内容、功能和参数可通过光电通讯口用维护软件来修改，通过光电通讯口还可处理报警信号，读取电度表数据。（1）发电计量仪表配置示意图图 2-6 发电计量仪表配置示意图（2）仪表类型采用单相感应式交流电能表，该产品性能稳定可靠，可以用于计量单相电网中有功电能，提供双向计量。图2-7单相感应式交流电能表2、数据采集方案并网光伏发电系统综合监控系统的基本功能包括：光伏并网逆变器运行状态的监视；并网光伏发电系统发电量计量与统计；光伏并网逆变器运行调度。（1） GPRS通讯方式GPRS/3G连接，单逆变器组网，适用户用或小型商业系统，单机组网, 直接接入运营商2,3G网络，无需搭建本地网络。（2） WIFI通讯方式WIFI连接，单逆变器组网 ，适用户用或小型商业系统，单机组网，无线连接，灵活放置，最大通讯距离100m。（3） 查看界面（4） 运维第3章 初步工程设计3.1 土建设计1、平屋顶安装1) 方阵支架基础设计采用265Wp的太阳电池组件，排列方式为2行6列方式排列或者1行12列方式排列。其中，265Wp单板尺寸为：1650mm992mm35mm。方阵支架基础采用C25混凝土现浇，预埋安装地角螺栓，单个基础0.064m。图3-12、计算太阳电池方阵间距和光伏电站占地计算当太阳能电池组件子阵前后安装时的最小间距D。一般确定原则：冬至当天早9:00至下午3:00太阳能电池组件方阵不应被遮挡。计算公式如下：式中：为纬度(在北半球为正、南半球为负)，根据项目地点经纬度计算；H：为光伏方阵阵列的高度；光伏方阵阵列间距应不小于D。图3-2组件排布方式为：根据并网逆变器的输入要求，采用265Wp组件12块串联为1组串。方阵采用2行6列方式排列或者1行12列方式排列。2、斜屋顶安装采用265Wp的太阳电池组件，一般顺着房屋倾角安装，没有固定的排列方式。其中，265Wp单板尺寸为：1650mm992mm35mm。不需要水泥基础。图3-3组件排布方式没有固定排列方式，根据房屋实际形状排列。根据并网逆变器的输入要求，采用265Wp组件12块串联为1组串。3.2 电站防雷和接地设计为了保证工程光伏并网发电系统安全可靠，防止因雷击、浪涌等外在因素导致系统器件的损坏等情况发生，系统的防雷接地装置必不可少。（1）地线是避雷、防雷的关键，在进行太阳电池方阵建设的同时，选择电厂附近土层较厚、潮湿的地点，挖12米深地线坑，采用40扁钢，添加降阻剂并引出地线，引出线采用35mm2铜芯电缆，接地电阻应小于10欧姆；或采用40扁钢（直径不低于8圆钢也可）作为引下线，50mm50mm3mm2500mm 角钢作为垂直接地体，接地电阻应小于10欧姆。（2）直流侧防雷措施：电池支架应保证良好的接地，经过多级防雷装置可有效地避免雷击导致设备的损坏。（3）逆变器防雷措施：每台逆变器内含防雷保护装置，可有效地避免雷击和电网浪涌导致设备的损坏，所有的机柜要有良好的接地。3.3 电气设计1、交直流电缆设计图3-4根据组件接线方式和逆变器参数可得下表：序号名称规格1直流电缆PV1-F 1*4mm22交流电缆ZR-YJV-0.6/1kV-3*4mm2表3-12、电网接入系统设计本系统为3kWp的光伏系统，太阳能光伏并网发电系统接入220V（380）/50Hz的低压交流电网，电网接入方案描述如下：图3-5 低压交流电网接入方案图3、电能计量光伏发电设备的计量点设在逆变器出线侧，同时在该处设置一块多功能数字式电度表。该电度表不仅要有优越的测量技术，还要有非常高的抗干扰能力和可靠性。同时，该表还可以提供灵活的功能：显示电表数据、显示费率、显示损耗、状态信息、报警等。此外，显示的内容、功能和参数可通过光电通讯口用维护软件来修改，通过光电通讯口还可处理报警信号，读取电度表数据。第4章 年发电量计算4.1光伏发电系统效率光伏发电系统效率受很多因素的影响，包括：当地温度、污染情况、光伏组件安装倾角、方位角、光伏发电系统年利用率、太阳电池组件转换效率、周围障碍物遮光、逆变损失以及光伏电站线损等。光伏系统损耗见下表：损耗项目参数交直流线路损耗2.0%尘土覆盖损耗8.0%逆变器平均损耗4.0%早晚不可利用辐射损失2.4%组件工作温度损耗4.5%其他损耗（故障等）1.0%表4-1 损耗项目表太阳能光伏系统效率=(1-2%)(1-8%)(1-4.0%)(1-2.4%)(1-4.5%)(1-1%)79.90%。4.2衰减率预测经测试，采用的太阳电池平均衰减率（即光致衰退率）约为0.8%，首年衰减为1.6%，以后每年衰减0.8%，使用寿命长达25年，衰减不超过20%。4.3发电量估算由上述内容可知，本项目总装机容量为3.18kWp，假设峰值日照时数按1500小时计算，则该电站首年可发电3811kWh。若考虑光伏发电系统效率为79.90%，根据采用的光伏组件衰减率为0.8%（首年衰减1.6%，以后每年衰减0.8%），综合计算可得出以下结论：年发电量表格（单位：千瓦时）1kWp年发电量装机容量：3.18kWp首年发电量年均发电量总发电量1200.00 3811.23 3416.08 85402.04 第1年发电量第2年发电量第3年发电量第4年发电量第5年发电量3811.23 3750.25 3719.76 3689.27 3658.78 第6年发电量第7年发电量第8年发电量第9年发电量第10年发电量3628.29 3597.80 3567.31 3536.82 3506.33 第11年发电量第12年发电量第13年发电量第14年发电量第15年发电量3475.84 3445.35 3414.86 3384.37 3353.88 第16年发电量第17年发电量第18年发电量第19年发电量第20年发电量3323.39 3292.90 3262.41 3231.92 3201.43 第21年发电量第22