企业培训_设计培训资料之并网发电系统选型、设计、成本分析

太阳能光伏发电部件原理及系统设计培训班 并网发电系统选型 设计 成本分析 报告人 钟建安 1 目录 1 并网系统选型 3 并网光伏电站项目的成本分析 2 并网光伏电站的设计 2 4 并网光伏电站设计案例 1 并网系统选型 1 1并网系统的原理 3 光伏系统按接入公共电网的方式可分为并网光伏系统和独立光伏系统 并网光伏系统是指将光伏阵列输出的直流电转化为与电网电压同幅值 同频 同相的交流电 并实现与电网连接的系统 并网光伏系统又可以分为集中式并网光伏系统和分布式并网光伏系统 图1 1并网系统和独立系统 1 并网系统选型 图1 3并网光伏电站等值简化电路 大型并网光伏电站主要由光伏阵列 直流防雷配电柜 逆变器 交流防雷配电柜 变压器和监控系统等组成 图1 2并网光伏电站系统框图 4 根据发电量与用电量关系和当地电力供应可靠性的特点 并网光伏系统可分为以下几种形式 发电量大于用电量 且当地电力供应不可靠 则有逆流和储能装置的并网光伏系统 发电量大于用电量 且当地电力供应比较可靠 则有逆流无储能装置的并网光伏系统 发电量小于用电量 且当地电力供应不可靠 则无逆流有储能装置的并网光伏系统 发电量小于用电量 且当地电力供应比较可靠 则无逆流无储能装置的并网光伏系统 1 并网系统选型 5 1 并网系统选型 1 2光伏并网电站规模等级划分 根据国际能源机构 IEA 的分类 小规模 100kW以下 中规模 100kW 1MW 大规模 1MW 10MW 超大规模 10MW以上 根据装机容量确定光伏电站的等级 根据电压等级确定光伏电站的等级 根据国家电网发展 2009 747号文件分类 小型光伏电站 接入电压等级为0 4kV低压电网的光伏电站中型光伏电站 接入电压等级为10 35kV电网的光伏电站大型光伏电站 接入电压等级为66kV及以上电网的光伏电站 6 1 并网系统选型 1 3光伏并网发电方式 图1 4集中式并网发电原理框图 1 集中式并网发电 适合于安装朝向相同且规格相同的光伏阵列 在电气设计时 采用单台逆变器集中并网发电方案实现联网功能 7 图1 5分布式并网发电原理框图 1 并网系统选型 2 分布式并网发电 适合于安装不同朝向或不同规格的光伏阵列 在电气设计时 可将同一朝向且规格相同的光伏阵列通过单台逆变器并网发电 多台逆变器分布式并网发电方案实现联网功能 8 1 4主要设备配置和选型1 4 1光伏组件选型 1 并网系统选型 光伏组件类型光伏组件通常分为晶体硅组件和非晶硅组件 薄膜组件 晶体硅组件又可以分为单晶硅组件和多晶硅组件 光伏组件的技术性能相比 晶体硅光伏组件技术成熟 且产品性能稳定 使用寿命长 故障率极低 运行维护最为简单 商业用化使用的光伏组件中 单晶硅组件转换效率最高 多晶硅其次 但两者相差不大 最后是薄膜组件 9 单晶硅组件 多晶硅组件 薄膜组件 薄膜组件具有与建筑结合良好的适应性 更强的弱光响应 更优异的高温性能 更低的成本以及对更强的抗遮挡能力 1 并网系统选型 10 1 并网系统选型 与建筑相合的BIPV组件 主要有以下几类型 1 双玻璃光伏组件 由两片玻璃 中间复合太阳能电池片组成复合层 电池片之间由导线串 并联汇集引线的整体构件 具有良好的透光特性 能满足建筑对采光的要求 2 瓦形太阳电池组件 可以代替屋顶上的瓦的太阳电池组件 直接在未铺设瓦的屋顶上 3 PV LED一体化组件 采用双层玻璃 一面为太阳照射面 另一面为发光二极管发光面 白天电池把太阳光能转化成电能储存起来 夜晚储存的电能给LED照明提供能量 4 光伏遮阳组件 是将太阳能光伏技术与传统的遮阳装置结合在一起的新型光伏建筑构件 11 1 并网系统选型 图1 6晶硅电池在不同辐照下开路电压和短路电流关系 温度相同时 随着日照强度的增加 光伏组件开路电压几乎不变 短路电流有所增加 光伏组件电气特性 12 1 并网系统选型 图1 7晶硅组件在不同辐照和温度下的功率特性曲线 温度相同时 随着日照强度的增加 光伏组件开路电压几乎不变 短路电流有所增加 最大输出功率增加 13 日照强度相同时 随着温度的升高 光伏组件的开路电压下降 短路电流有所增加最大输出功率减小 无论在任何温度和日照强度下 光伏组件总有一个最大功率点 温度 或日照强度 不同 最大功率点位置也不同 1 并网系统选型 图1 8S 280D在不同辐照度条件下和不同温度条件下I V和P V特性曲线 14 光伏组件主要技术指标 效能参数 组件效率 额定功率输出功率误差 一般 3 填充系数 串联电阻越小同时并联电阻的耗损电流越小 填充系数就越大 弱光等级下的效率衰减 每平方米200W的日光辐射 衰减率 一般5年不超过5 10年不超过10 25年不超过20 温度系数 开路电压 短路电流 最大功率 从性能偏差 弱光特性和温度特性进行评价 1 并网系统选型 15 1 并网系统选型 1 光伏组件选型应满足使用场合的要求 如建筑物的类型和使用要求 选用大功率 高效率的晶体硅组件 从性价比考虑 宜优先单晶硅 并且单晶硅组件效率不低于15 多晶硅组件效率不低于14 2 光伏建筑一体化组件选型时需满足以下要求 美观性主要是光学要求 颜色 形状质感和透光率 结构性主要是承压 防雨 隔音 隔热等 安全性主要是电性能安全 结构可靠 功能性主要是温度通风要求 防热斑 方便安装等 光伏组件选型考虑因素 16 1 并网系统选型 3 光伏组件的电性能与逆变设备的匹配 光伏组件性能参数具有离散的特性 主要表现在 a 光伏组件自身电性能参数的差异 即使同一公司不同标称功率的组件都会具有不同的衰减率 另外 在25年的使用寿命内光伏组件会有不超过20 的衰减 由于组件衰减不可能同步 组件的最大输出功率差异也比较大 b 光伏组件实际接受到的太阳辐射量差异 在相同环境里 由于障碍物造成的阴影 灰尘分布的不均匀等 使光伏组件实际发电量有差异 光伏组件性能参数的离散性或者辐照强度条件的差异均会造成光伏组串在并联情况下的能量损失 并且差异会随着工作时间加长而越来越大 17 温度对组件电性能影响分析 当电池的工作温度升高时 晶体硅和非晶硅电池组件都会出现T温度工作时 AM1 5 1000瓦 平方米 的最大输出功率下降的情况 但下降幅度是不同的 其计算公式是 Pmeffec PmX 1 a T 25 其中Pmeffec 为组件在T温度工作时 AM1 5 1000瓦 平方米 的最大输出功率 Pm 为组件在25 标准测试条件下 AM1 5 1000瓦 平方米 的最大输出功率 a 为组件的功率温度系数 非晶硅太阳电池最佳输出功率Pm的温度系数约为 0 19 单晶硅 多晶硅电池最佳输出功率Pm的温度系数约为 0 5 1 并网系统选型 18 1 4 2光伏并网逆变器选型 1 并网系统选型 并网逆变器类型并网逆变器主要功能是实现直流与交流的逆变 按是否带变压器可分为无变压器型和有变压器型 对于无变压器型逆变器 最大效率98 5 和欧洲效率98 3 对于有变压器型逆变器 最大效率97 1 和欧洲效率96 0 19 按组件接入情况划分组串式 多组串式 组件式和集中式 1 并网系统选型 图1 9光伏并网逆变器分类 集中式 组串式 组件式 20 不同接入方式并网逆变器特性对比 1 并网系统选型 21 1 并网系统选型 依据功率不同和是否带变压器 型号各异 组串型光伏并网逆变器型号常有1 5KW 2 5KW 3KW 10KW 20KW 30KW 50KW 电站型光伏并网逆变器常有 100KW 250KW 500KW 800KW 1000KW 1250KW 型号中若带K 则表示带变压器 若带TL 则表示无变压器 三相工频隔离并网逆变器优点 结构简单 具有电气隔离 抗冲击性能好 安全可靠 缺点 效率相对较低 较重 其电气原理图如下图所示 例如对应于合肥阳光产品有 SG50K3 SG100K3 SG250K3 其额定电网电压为380VAC 图1 10三相工频隔离并网逆变器电气原理图 22 三相直接逆变不隔离光伏并网逆变器优点 效率高 体积小 结构简单 缺点 无电气隔离 光伏组件两端有电网电压 其电气原理图如下图所示 例如对应于合肥阳光产品有 SG500KTL 其额定电网电压为270VAC 1 并网系统选型 图1 11三相直接逆变不隔离光伏并网逆变器电气原理图 23 1 并网系统选型 并网逆变器主要技术参数 直流输入 最大直流电压最大功率电压跟踪范围最大直流功率系统 最大效率欧洲效率MPPT效率耗电 夜间 待机 通讯接口 交流输出 额定输出功率额定电网电压额定电网频率功率因数总电流波形畸变率 24 1 并网系统选型 并网光伏系统逆变器的总额定容量应根据光伏系统装机容量确定 并考虑系统应用场合 并网逆变器的数量应根据光伏系统装机容量及单台并网逆变器额定容量确定 并网逆变器选择应符合以下几点 并网逆变器应具备自动运行和停止功能 最大功率跟踪控制功能和防止孤岛效应功能 应具有并网保护功能 过 欠压 过 欠频 电网短路保护 孤岛效应保护 逆变器过载保护 逆变器过热保护 直流极性反接保护 逆变器对地漏电保护 与电力系统具备相同的电压 相数 相位 频率及接线方式 应满足高效 节能 环保的要求 逆变器需要根据功率 直流输入电压范围 开路电压 最大效率及欧洲效率 是否带隔离变压器 单位投资成本以及供应商售后服务等进行选型 并网逆变器选型考虑因素 25 1 并网系统选型 1 4 3直流汇流设备 汇流箱和直流配电柜选型 为了减少直流侧电缆的接线数量 提供系统的发电效率 方便维护 提高可靠性 对于大型光伏并网发电系统 一般需要在光伏组件与逆变器之间增加直流汇流装置 汇流箱和直流配电柜 汇流箱进行一次汇流 直流配电柜进行二次汇流 同规格 一定数量的光伏组件串联成光伏阵列组串 接入光伏阵列汇流箱进行汇流 光伏阵列配置光伏专用防雷器和直流断路器 具有防雷和分断功能 以方便后级逆变器的接入 保护了系统安全 大大缩短系统安装时间 光伏防雷汇流箱根据最大光伏阵列并联输入路数 具有不同的型号常用的有6 8和16等 26 1 并网系统选型 直流防雷配电柜主要是将汇流箱输出的直流电缆接入后进行汇流 再接至并网逆变器 根据工程需要和对应逆变器 配置不同的直流配电单元 该配电柜含有直流输入断路器 防反二极管 光伏专用防雷器等 操作简单和维护方便 1 4 4交流配电柜选型 交流防雷配电柜主要是通过配电给逆变器提供并网接口 每个交流配电柜单元输入与输出回路配置交流断路器 并配置交流防雷器以作电涌保护 配电柜根据需要配置电压表 电流表及电能计量装置等 27 1 并网系统选型 1 4 5防逆流控制器选型 对于不可逆并网系统 为了防止光伏并网系统逆向发电 系统需要配置一套防逆流装置 通过实时监测配电变压器低压出口侧的电压 电流信号来调节光伏系统的发电功率 限功率 切断 从而达到光伏并网系统的防逆流功能 根据电网接入点与逆变室位置 决定防逆流装置网侧电流 电压采样和控制部分是否需要分离 即方式一防逆流控制柜和防逆流控制箱或方式二防逆流控制器 图1 12防逆流控制原理 28 1 并网系统选型 1 4 6升压变压器选型 升压变压器在选型时 首先就清楚项目地的环境条件如海拔高度 环境温度 日温差 年平均温度 相对湿度 地震裂度等 以及电力系统条件如系统额定电压 额定频率 最高工作电压 中性点接地方式等 接着进行变压器的型式选择 常用的有油浸式变压器 干式变压器以及组合式变压器 根据铁芯材料不同 又可以分为普通硅钢片和非晶合金 非晶合金由于损耗低 发热少 温升低 与硅钢片相比运行性能更稳定 光伏电站的主变压器选型时 需要考虑以下几方面 光伏电站区域单元容量 在确定主变压器的额定容量时 需要留有10 的裕度 29 1 并网系统选型 负载损耗和空载损耗 考虑光伏发电的特殊性即白天发电 不论发电装置是否输出功率 只要变压器接入系统 变压器始终产生空载损耗 要求变压器的负载损耗尽量低 若变压器夜间运行 则要求空载损耗也要低 过载能力 根据选择的主变压器形式 干式和油浸式 干式变压器过载能力比较强 油浸式过载能力比较低 可充分利用其过载能力 适当减小变压器容量 使其主运行时间处于满载或短时过载 维护 最好免维护 5 根据工程实际确定变压器高压 低压进出线方式 从设备可靠性 性价比 节能等方面考虑 大型光伏电站的变压器优先选用干式变压器 30 目录 1 并网系统选型 3 并网光伏电站项目的成本分析 2 并网光伏电站的设计 31 4 并网光伏电站设计案例 2 并网光伏电站的设计 2 1并网光伏电站设计考虑因素 1 不同安装方位角及倾角对光伏系统影响 正南和最佳倾角使方阵面上全年接收的太阳辐照量最大 发电量最大 2 阴影遮挡对光伏系统影响 临时遮挡 树叶 积雪 鸟粪 灰尘等 项目地周围遮挡 建筑物遮挡 自身遮挡 阵列 32 2 并网光伏电站的设计 图2 1不同阴影遮挡对光伏系统影响 33 2 并网光伏电站的设计 3 光伏组件与逆变器的匹配性 4 组串的一致性 5 汇流的合理性 2 2并网光伏电站设计 光伏电站设计主要包括三部分 系统总体设计部分 电气设计部分 建筑与结构设计部分 系统总体设计包括 总体布置设计 系统方案设计 阵列设计 电站消防设计 电站给排水设计等 电气设计部分包括 电气一次设计和电气二次设计 电气一次设计 接入系统设计 直流 交流系统设计 电站防雷接地设计等 34 电气二次设计 保护 调度 计量和通信 光伏电站监控系统设计等 建筑与结构设计部分包括 支架设计 支架基础设计 配电室和升压站设计等 2 2 1系统总体设计 2 并网光伏电站的设计 光伏电站设计第一步是站址的选择 主要从三方面 自然条件的调查 太阳辐射量 地理位置 交通条件 水源等 接入电网条件 与接入点的距离 接入点电压等级等 环境影响 有无阴影遮挡 积雪 雷击 沙尘等 35 2 并网光伏电站的设计 1 总体布置设计光伏系统设计以合理性 实用性 高可靠性和高性价比为原则 在保证光伏系统长期可靠运行 充分满足负载用电需要的前提下 使系统的配置最合理 最经济 以高的性能比率 PR 和年平均发电量 kWh kWp 以及低的LCOE 元 kWh 为设计目标 进行总体布置设计 主要体现在模块化设计 通常以1MW为系统单元 直流和交流的优化布局等 2 系统方案设计系统主电气接线图 电站电气布置图 汇流箱 配电室和升压站布置以及电缆走向 汇流箱布置 规则且相对集中 便于就近设置电缆沟 36 2 并网光伏电站的设计 确定配电室位置 依据汇流箱分布情况 利用路径最优化方法 同时兼顾考虑升压站位置 确定配电室位置 使汇流箱至配电室线路最短 配电室至升压站线路也短 2 光伏阵列设计 光伏阵列倾斜角和方位角设计 确定光伏阵列倾斜角需要使方阵面上全年接收的太阳辐照量最大 同时考虑光伏组件降雨自清洁和积雪自清除效果 以及与建筑结合情况 在与建筑良好结合和考虑组件自清洁情况下 光伏阵列倾斜角选择时依据不同倾斜角下年总辐射量最大进行 37 2 并网光伏电站的设计 一般情况下 光伏阵列朝向正南即方位角为0 时 太阳能电池发电量最大 故确定光伏阵列的方位角为0度 安装光伏系统的建筑 主要朝向宜为南向或接近南向 不同朝向与发电量关系统如下图 不同地点和不同气候条件下 不同朝向发电量的比例是不一样的 注 假定向南倾斜纬度角安装的发电量为100 图2 2光伏阵列朝向与发电量关系图 38 2 并网光伏电站的设计 光伏阵列间距设计 图2 2方阵间距计算示意图 光伏阵列的行间距离与日照和阴影有关 若光伏阵列附近有高的建筑物或树木情况下 需要计算建筑物或树木的阴影 以确定阵列与建筑物的距离 39 2 并网光伏电站的设计 一般确定原则 保证冬至当天上午9 00至下午3 00光伏方阵不应被遮挡 其计算公式如下 太阳高度角的公式 sin sin sin cos cos cos 太阳方位角的公式 sin cos sin cos 式中 为当地纬度 为太阳赤纬 冬至日的太阳赤纬为 23 5度 为时角 上午9 00的时角为45度 D cos L L H tan arcsin sin sin cos cos cos 40 2 并网光伏电站的设计 光伏阵列的串并联设计 根据并网逆变器的最大直流电压 最大功率电压跟踪范围 光伏组件的开路电压 额定电压及其温度系数 确定光伏组件的串联数 在设计光伏阵列的串联数时 应注意以下几点 1 光伏组件的规格类型及安装角度保持一致 2 需考虑光伏组件的最佳工作电压 Vmp 和开路电压 Voc 的温度系数 串联后的光伏阵列的最佳工作电压应在逆变器MPPT范围内 开路电压不超过逆变器的最大允许电压 3 晶体硅和非晶硅组件电压温度系数参考值如下 晶体硅组件工作电压温度系数 0 45 V 晶体硅组件开路电压温度系数 0 34 V 非晶体硅组件工作电压温度系数 0 28 V 非晶体硅组件开路电压温度系数 0 28 V 41 2 并网光伏电站的设计 根据逆变器推荐光伏阵列工作点电压 Vimp 和组件最佳工作电压 Vmp 粗定光伏阵列的串联数即Ns Vimp Vmp 考虑温度影响即项目地最高气温和最低气温 验算在最高气温下 光伏阵列最佳工作电压不低于逆变器最小MPPT电压 在最低气温下 光伏阵列开路电压不高于逆变器最大直流电压 光伏阵列最佳工作电压不高于逆变器最大MPPT电压 Voct Ns Voc 1 t 25 式中 Voct 光伏阵列开路电压 V Ns 光伏阵列的串联数 Voc 组件的开路电压 V 组件开路电压的温度系数 t 实际气温 42 4 光伏系统的设计温度应满足项目地最低和最高温度 一般情况取 10 70 在设计光伏阵列的并联数 Np 时 应注意以下几点 1 光伏阵列组串的电气特性一致即光伏组件的规格类型 串联数量及安装角度应保持一致 2 接至同一台逆变器 3 在光伏阵列设计时 需要综合考虑电气布置 合理确定汇流箱 电缆沟和配电室位置 使线路最短 Np 光伏电站组件总数 Ns 2 并网光伏电站的设计 43 2 并网光伏电站的设计 光伏阵列基本单元设计 根据光伏组件串联数和支架加工性设计光伏阵列基本单元 考虑电气施工 基本单元组件数量是串联数的整数倍 排列数根据设计要求一般是1 5块 图2 3光伏基本单元排列数是2块的示图 44 2 并网光伏电站的设计 2 2 2电气设计部分 1 电气一次设计1 接入系统设计 国内光伏系统接入主要参考标准 国家电网公司 光伏电站接入电网技术规定 分布式电源接入电网技术规定 光电建筑一体化系统接入 光伏建筑一体化系统一般直接接入用户侧 自发自用 分布式发电和微型电网成为其主流形式 其接入要求参考 分布式电源接入电网技术规定 为主 45 2 并网光伏电站的设计 分布式电源接入电压等级宜按照 11 200kW及以下分布式电源接入380V电压等级电网 200kW以上分布式电源接入10kV 6kV 及以上电压等级电网 经技术经济比较 采用低一电压等级接入优于高一电压等级接入时 可采用低一电压等级接入 大型光伏电站系统接入 一般为大型集中式 通常在发电侧并网 采用 不可逆流 并网方式 电流是单方向的 并入高压电网 10kV 220kV 无储能 装机容量比较大 一般5MW以上 其接入要求参考 光伏电站接入电网技术规定 为主 46 一般原则 加入接入容量要求 11 小型光伏电站原则上不宜超过一级变压器供电区域内的最大负荷的25 T接于公用电网的中型光伏电站总容量宜控制在所接入的公用电网线路最大输送容量的30 内 电能质量要求 在线监测要求 需加装在线监测装置 2 并网光伏电站的设计 大中型光伏电站 数据能够远传小型光伏电站 具备一年及以上的存储能力 47 2 并网光伏电站的设计 具体要求 参照现有相关国家和国际标准 功率控制和电压调节 基本原则 大中型光伏电站应具备相应电源特性 能够在一定程度上参与电网的调压 调频 调峰和备用 48 2 并网光伏电站的设计 在电力系统事故或紧急情况下 大中型光伏电站应根据电力调度部门的指令快速控制其输出的有功功率 必要时可通过安全自动装置快速自动降低光伏电站有功功率或切除光伏电站 此时光伏电站有功功率变化可超出规定的有功功率变化最大限值 事故处理完毕 电力系统恢复正常运行状态后 光伏电站应按照电力调度部门指令依次并网运行 49 光伏电站的无功功率和电压调节的方式包括调节逆变器无功功率 调节无功功率设备投入量 调整光伏电站升压变压器的变比等 光伏电站宜充分利用逆变器的无功调节能力进行无功率和电压调节 2 并网光伏电站的设计 小型光伏电站 输出有功功率大于其额定功率的50 时 功率因数应不小于0 98 超前或滞后 输出有功功率在其额定功率的20 50 之间时 功率因数应不小于0 95 超前或滞后 50 2 并网光伏电站的设计 小型光伏电站在电网频率异常的响应要求 对于小型光伏电站 当并网点频率超过49 5 50 2Hz的范围时 应在0 2s内停止向电网线路送电 电网异常时的响应特性 基本原则 小型光伏电站当做负荷看待 应尽量不从电网吸收无功或向电网发出无功 51 2 并网光伏电站的设计 基本原则 大中型光伏电站应当做电源看待 应具备一定的耐受电网频率和电压异常的能力 能够为保持电网稳定性提供支撑 图2 4大型和中型光伏电站的低电压耐受能力要求 对于三相短路故障和两相短路故障 考核电压为光伏电站并网点线电压 对于单相接地短路故障 考核电压为光伏电站并网点相电压 52 2 并网光伏电站的设计 安全保护 基本原则 光伏电站或电网异常 故障时 为保证设备和人身安全 应具有相应继电保护功能 保证电网和光伏设备的安全运行 确保维修人员和公众人身安全 基本要求 光伏电站应配置相应的安全保护装置 光伏电站的保护应符合可靠性 选择性 灵敏性和速动性的要求 与电网的保护相匹配 53 2 并网光伏电站的设计 过流保护 光伏电站应具备一定的过电流能力 在120 倍额定电流以下 光伏电站连续可靠工作时间应不小于1min 防孤岛 光伏电站必须具备快速检测孤岛且立即断开与电网连接的能力 其防孤岛保护应与电网侧保护相配合 逆功率保护 当光伏电站设计为不可逆并网方式时 应配置逆向功率保护设备 当检测到逆向电流超过额定输出的5 时 光伏电站应在0 5 2秒内停止向电网线路送电 恢复并网 系统发生扰动后 在电网电压和频率恢复正常范围之前光伏电站不允许并网 且在系统电压频率恢复正常后 光伏电站需要经过一个可调的延时时间后才能重新并网 延时取决于当地条件 54 2 并网光伏电站的设计 调度自动化与通信 大中型光伏电站应具有有功功率调节能力 并能根据电网调度部门指令控制其有功功率输出 大型和中型光伏电站必须具备与电网调度机构之间进行数据通信的能力 通信系统满足继电保护 安全自动装置 调度自动化及调度电话等业务对电力通信的要求 光伏发电系统的继电保护 自动化 通信和电能计量装置的配置和整定 应在项目可行性研究阶段列入电网接入系统的论证报告 经校验合格后方能投入使用 并应与光伏发电工程项目同步设计 同步建设 同步验收 同步投入使用 55 2 并网光伏电站的设计 电网接入主要设备 56 2 直流 交流系统设计 直流发电系统设计 直流发电系统设计主要指逆变器直流侧前的 包括光伏阵列 汇流箱和直流配电柜的设计以及直流电缆选型 直流线缆包括汇流箱 直流防雷配电柜和直流防雷配电柜 并网逆变器 直流电缆选择时应符合 选择合适的线径 将线路损耗控制在2 以内 耐压1KV 阻燃 额定载流量应高于断路器整定值 短路保护 其整定值应高于光伏方阵的标称短路电流的1 25倍 根据是否直埋 决定选择铠装或普通电缆 2 并网光伏电站的设计 57 2 并网光伏电站的设计 1MW并网光伏系统直流发电系统典型案例 光伏组件S 280D多晶硅组件 并网逆变器SG500KTL 8路光伏防雷汇流箱 500KW直流配电柜 光伏阵列的串联数是16 500KW光伏阵列配置了14个8路光伏防雷汇流箱 详见下图 图2 51MW并网光伏系统直流发电系统典型案例 58 2 并网光伏电站的设计 光伏防雷汇流箱设计按最大可输入路数设计不同路数的光伏防雷汇流箱 常用的有6 8和16路 汇流箱防水 防尘 防锈 防晒 防腐蚀 满足室外安装使用要求 采用光伏专用直流防雷器 正极对地 负极对地 正负极之间都应防雷 另外可以根据需要配置组串电流监测功能 图2 6光伏阵列防雷汇流箱电气原理框图 59 2 并网光伏电站的设计 直流防雷配电柜设计直流配电柜设计需符合 1 符合 低压成套开关设备和控制设备 标准 2 直流配电柜根据与之匹配的逆变器进行设计 3 直流输入和输出回路应配有可分断的直流断路器 直流输入回路配置防反二极管 并且其断路器选型与汇流箱容量匹配 4 直流输出回路配置光伏专用直流防雷器 正负极都具备防雷功能 5 柜体高度和颜色与相邻逆变器和交流配电柜相匹配 6 输入和输出接线端子满足汇流箱接入和逆变器接出的要求 并留用足够备用端子 接线端子设计应能保证电缆线可靠连接 应有防松动零件 对既导电又作紧固用的紧固件 应采用铜质零件 60 2 并网光伏电站的设计 交流防雷配电柜设计交流配电柜设计需符合 1 符合 低压成套开关设备和控制设备 标准 2 每个交流配电单元的输入侧 即每一路输入 和输出回路均应配有可分断的交流断路器 满足系统额定电压 额定电流 短路故障容量等要求 3 配电柜根据需要配置电压表 电流表及电能计量装置等 4 柜体高度和颜色与相邻逆变器和直流配电柜相匹配 5 输入和输出接线端子满足逆变器和电网接入的要求 并留用足够备用端子 6 交流配电柜设置防雷器 作电涌保护 61 2 并网光伏电站的设计 3 电站防雷接地设计 防雷接地设计应符合 1 光伏建筑的防雷等级分类及防雷措施应按 建筑物防雷设计规范 GB50057的相关规定执行 进行光伏系统防直击雷和防雷击电磁脉冲 2 光伏发电系统和并网接口设备的防雷和接地 符合 光伏 PV 发电系统过电压保护导则 SJ T11127 的规定 3 接地装置及设备接地按 交流电气装置的接地 DL T621 和 防止电力生产重大事故的二十五项重点要求 的有关规定进行设计 62 2 并网光伏电站的设计 图2 7大型光伏电站典型防雷方案 光伏电站防雷电接地保护措施包括 光伏阵列支架防雷接地 相邻光伏阵列支架进行等电位联结 机房做好整体屏蔽和对外接地 对需要接地的光伏发电系统设备 应保持接地的连续性和可靠性 接地装置的接地电阻值必须符合设计要求 当以防雷为目的的进行接地时 其接地电阻应小于10 光伏发电系统保护接地 工作接地 过压保护接地使用一个接地装置 其接地电阻不大于4 63 2 并网光伏电站的设计 光伏系统通过在汇流盒和直流汇流箱增加直流防雷模块 交流配电柜增加交流防雷模块 通讯设备增加RS485总线防雷模块进行电涌保护 防感应雷 2 电气二次设计 光伏电站监控系统设计 由于光伏发电不同于常规水电 火电机组发电 即光伏发电会随当地日照变化而变化 白天发电 夜间不发电 因而对于光伏电站监控及电网调度提出特殊的要求 即需要并网发电系统的群控 功率预测与调峰和能量管理等 在监控系统架构方面 采用分层分布式结构 与常规厂站综合自动化系统相同架构 通常分站级控制层 间隔层 过程层和底层设备层 64 2 并网光伏电站的设计 站级控制层能量管理系统 过程层 间隔层 底层设备层各电源控制 图2 8大型光伏电站综合自动化系统架构示意图 65 2 并网光伏电站的设计 2 2 3建筑与结构设计部分 1 支架设计 支架设计要点 1 应具有承受系统自重 风荷载 雪荷载 检修动荷载和地震作用的能力 满足50年一遇最大风载和雪载以及7级烈度要求 2 安装方便和快速 3 结合建筑和发电性能 确定朝向 倾角以及方阵间距 即方位角朝正南方向和最佳倾角安装 以获得最大发电量 方阵间距确定原则是保证冬至当天上午9 00至下午3 00光伏方阵不应被遮挡 4 倾角确定需考虑组件降雨自清洁和积雪自清除 5 阵列基本单元应为组串数整数倍和考虑支架加工能力 66 2 并网光伏电站的设计 2 支架基础设计 独立基础方案 条形基础方案 螺旋钢桩基础方案 支架基础类型主要分为独立基础 条形基础和螺旋钢桩基础 从施工成本和材料费用考虑 选择最优的方案 67 2 并网光伏电站的设计 2 3光伏系统发电量的估算 其中 HA 为平均年太阳能辐射值 Eg 为多年平均年辐射总量MJ m2 PAZ 组件安装容量 kWp K 综合效率系数 影响因素包括 光伏组件安装倾角 方位角 光伏发电系统年利用率 光伏组件转换效率 光照有效系数 逆变器平均效率 电缆线损 变压器铁损系数等 68 2 并网光伏电站的设计 综合效率系数 69 目录 1 并网系统选型 3 并网光伏电站项目的成本分析 2 并网光伏电站的设计 70 4 并网光伏电站设计案例 3 并网光伏电站项目的成本分析 1 按2010年欧元价格实值计算2 超过1MWp的光伏系统 图3 1光伏系统价格发展图 技术进步和容量效应是价格下降的主要原因 3 1大型光伏系统价格发展趋势和平均发电成本分析 71 3 并网光伏电站项目的成本分析 1 超过1MWp的光伏系统 性能比85 至2020年及2020年后使用期限分别为25年和30年 操作 维护成本为资本支出的1 5 WACC债务融资 6 4 2010年系统价格 2800 2600欧元 kWp2 最低和最高平准发电成本分别对应价格变动区间中最低和最高的整套系统价格 图3 22010年 2020年 2030年 阳光地带太阳能辐射条件下的光伏系统平准发电成本 平价上网可以提前实现 72 3 并网光伏电站项目的成本分析 3 2影响大型并网光伏电站投资收益的关键要素 上网电价 初始投资补贴 上网电价直接决定光伏电站营业收入高低 工程投资 电站维护成本很低 初始投资占总成本比例极高 日照条件 系统效率 日照条件和系统效率高低直接决定发电量多少 运营年限 工程项目的运营年限越长 整体投资收益越明显 技术选择 组件类型选择 晶硅 非晶硅 固定 跟踪 单轴 双轴 政府政策 政府的税收政策 土地政策 金融扶持 上网条件 畅通的送出条件是确保所发电量上网的必要条件 电量 电价和运营年限与投资收益成正比 工程投资与投资收益成反正 电量 电价和工程投资对投资收益的敏感性比运营年限更高 73 3 并网光伏电站项目的成本分析 3 3工程投资分析 以欧洲市场工程投资成本分析为例 74 以项目地年平均日照时数1450h 年平均发电量1448MWh a 电价0 100K欧元 MWh FIT0 423K欧元 MWh测算 可知年售电收入144 8K欧元 MWh 年上网补贴612 504K欧元 MWh 总计757 304K欧元 MWh 估算投资期6年 总体趋势 由于组件和逆变器价格下降比较多 光伏系统成本下降比较明显 同时欧洲补贴也削减比较多 预计2012 2013年可以实现平价上网 3 并网光伏电站项目的成本分析 75 目录 1 并网系统选型 3 并网光伏电站