光伏发电系统集成-10-荒漠光伏电站.ppt

华北电力大学可再生能源学院能源工程及自动化教研室华北电力大学太阳能中心 授课教师 朱红路hongluzhu 光伏发电系统集成 大型荒漠光伏电站 1 大规模荒漠光伏电站现状2 聚光太阳电池介绍3 自动跟踪系统介绍4 大规模荒漠光伏电站的设计要点 目录 1 大规模荒漠光伏电站国内外现状 超大规模光伏发电 VLS PV 是国际能源机构 IEA 的第8项任务 Task8 主要研究 追踪超大规模光伏发电的技术和信息 并开展国际间的交流和合作 VLS PV是指10MWp以上的光伏发电系统 一般指荒漠光伏电站 目前全世界已经建成的2 100MWp的荒漠电站有56个 正在酝酿建设的荒漠电站不少于20个 大规模光伏电站 LS PV 技术特点 1 在发电侧并网 电流是单方向的 没有储能系统 2 并入高压电网 10kV 35kV 3 不能自发自用和 净电表计量 只能给出 上网电价 4 少量自用电从电网取 小于1 BIPV的大部分电自用 5 一般功率很大 5MW以上 6 一般都是无人值守 7 要求离负荷中心较近 就地消化 8 一般占用荒地 9 自动跟踪或聚光电池一般都是用在荒漠电站 10 带有气象和运行数据自动监测系统和远程数据传输系统 美国California6 5MWp荒漠光伏电站 德国莱比锡 32 727块153Wp的组件 5MWp 美国Springerville4 6MWp光伏电站 2 聚光太阳电池介绍 聚光太阳电池的时代来到了吗 效率更高 目前40 7 发电量更多 由于跟踪 不受硅材料限制 100kW3X CPV单轴跟踪系统 上海鲜花港 2倍聚光单轴跟踪方阵 西班牙2倍聚光太阳电池 二 美国NREL1992年安装的发光式4倍聚光太阳电池 美国10 20倍线聚焦聚光电池方阵 20倍线聚焦聚光电池方阵 10倍线聚焦聚光电池方阵 加州夏尼蒙25KW聚光电池方阵 250倍 380倍聚光太阳电池 500倍聚光太阳电池 700倍聚光太阳电池 1250倍聚光太阳电池 反射式高倍聚光太阳电池 500倍聚光太阳电池 美国250 1000倍槽式聚光电池方阵 西班牙1 0MW250倍聚光太阳电池发电系统 聚光光伏的概念 聚光太阳能 是使用透镜或反射镜面等光学元件 将大面积的阳光汇聚到一个极小的面积上 再进行进一步利用产生电能的太阳能发电技术 聚光光伏 CPV ConcentratedPhotovoltaic 是指将汇聚后的太阳光通过高转化效率的光伏电池直接转换为电能的技术 CPV系统的结构 CPV系统的结构 聚光模块 反射式CPV系统 透射式CPV系统 CPV系统中最重要的组成部分 决定了系统性能高低 按聚光强度的不同 可以分为低 中 高倍率聚光器 按聚光方式的不同 可以分为反射式聚光器和透射式聚光器 在CPV系统对光伏电池的转换效率和耐高温性能都有较高的要求 该模块多选择III V族元素化合物多结电池 该电池能够转换更宽光谱范围内的太阳光 达到更高的光电转换效率 并且聚光程度越高 电池转换效率越高 SolarJunction公司示范性生产线上所生产的多结电池样品的转换率已达到了43 5 CPV系统的结构 光电转换模块 CPV系统对太阳光的入射角度要求极高 要求太阳光相对于聚光系统垂直入射 聚光倍率越高 CPV系统对太阳光入射角度的精度要求也越高 确保聚光光斑准确落在光伏电池上 获得最大的光转换效率 CPV系统的结构 太阳追踪模块 CPV系统的结构 冷却模块 主动冷却和被动冷却主动冷却 水冷 空冷 热光冷却被动冷却 散热片 CPV系统建设地区对太阳光照条件有较高的要求 太阳直射时间较长的地区全年太阳辐射强度达到1800kWh m 以上适合区域 美国西南部 以西班牙等地中海沿岸国家为代表的欧洲南部 非洲北部和南部 中东地区以及澳大利亚 我国西北部 CPV系统的选址要求 聚光光伏系统的优势与缺点 优势 占地面积小耗水量极低极高的规模化潜力缺点 技术和规模化进度存在不确定性成本上无优势 聚光光伏系统的成本构成 聚光光伏的研发历史约30年 但其商业化运营仍处于初期阶段 目前全球聚光光伏系统的装机量不超过200MW 中国 内蒙古 西昌 青岛 重庆2011年12月 美国能源部决定在未来3年内投资6000万美元 目前这笔资金正在部署中 能源部竞争方案的目标是发展聚光光伏技术 使太阳能电池成本降低75 CPV系统的发展现状 3 自动跟踪系统介绍 自动跟踪系统分类 太阳电池方阵可以固定向南安装 可以安装成不同的向日跟踪系统 分为地平坐标系和赤道坐标系 1 地平坐标跟踪系统以地平面为参照系 跟踪的是2个参数 太阳高度角 太阳射线与地平面的夹角 和太阳方位角 太阳射线在地面上的投影与正南方向的夹角 地平坐标跟踪分为 方位角跟踪和全跟踪 Sin Sin Sin Cos Cos Cos Sin Cos Sin Cos 地平坐标示意图 赤道坐标系图示 2 赤道坐标跟踪系统以赤道平面为参照系 跟踪的是2个参数 太阳赤纬角 太阳射线与赤道平面的夹角 和太阳时角 地球自转的角度 正午为零 上午为正 下午为负 赤道坐标跟踪分为极轴跟踪 全跟踪和水平轴跟踪 极轴坐标跟踪系统原理图 全跟踪 极轴跟踪 极轴跟踪的最大跟踪误差为 23 5度 COS23 5 0 917 仅有8 3 全年平均误差 4 极轴跟踪系统 前视图 水平极轴跟踪 前视图 仅适合于低纬度地区 30度以内 地平坐标跟踪系统 各种自动跟踪系统 武威水平轴自动跟踪系统 纬度36度 武威水平轴自动跟踪系统 纬度36度 武威双轴自动跟踪系统 不同跟踪方式全年太阳能收益对比 固定纬度角 比水平面提高14 单轴水平跟踪 提高40 单轴跟踪倾纬度角 提高51 双轴高精度跟踪 提高56 纬度 33 43 N 经度 112 02 E 海拔 339米 美国Arizona州PhenixWBANNo 23183气象站1961 1990的测试数据 纬度 33 43 N 经度 112 02 W 海拔 339米 气压 974毫巴 单轴跟踪系统的设计与实现 机械传动流程为 控制器定时控制电机转动 减速器减速 涡轮蜗杆将转动变成平动 电动推杆推动与转轴相连的杠杆使转轴转动 方阵功率 50kW 电动机功率 550W 电动推杆的推力 10000kg 全天工作功率消耗 0 55kW 2200 3600h 0 31kWh 考虑到电机每天启动100次左右 电耗应当在0 8kWh以下 约占太阳电池发电量的0 27 根据第一节给出的数学模型 水平轴跟踪只需要调整太阳电池方阵主轴旋转角 从而准确跟踪太阳的时角 并不跟踪太阳赤纬角 跟踪有固定的赤纬误差和纬度差 机械结构示意图 单轴跟踪试验系统 跟踪系统的经济效益可观 2kW电机可以带动300kW太阳电池方阵 单轴跟踪系统的成本与固定支架基本一致 Prescott 4 大规模荒漠光伏电站的设计要点 中国水平面太阳辐射分布图 全国平均不同发电系统的年利用小时数 独立光伏电站效率 60 65 建筑并网光伏发电效率 70 75 大型并网光伏电站效率 75 80 大型并网荒漠光伏电站的其它考虑 1 电站有功功率调节能力 2 电站无功功率补偿的能力 3 有载变压器分接头切换能力 3 对光伏电站最大功率变化率的要求 4 低电压穿越的能力 4 必须反馈给调度中心的必要信息 接入点电压 电流 诱供功率 功率因数 频率 电量等 5 要求可以接受调度中心的指令 有调度中心进行远程控制和调节 按照GB Z19964 2005 光伏电站接入电力系统技术规定 在发电侧与高压电网并网 除了常规光伏电站建设需要考虑的问题 还需要考虑如下电网公司要求的功能 太阳电池方阵间距计算 计算当太阳电池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太阳电池方阵不应被遮挡 按照国家标准公式计算间距 当光伏电站功率较大 需要前后排布太阳电池方阵 或当太阳电池方阵附近有高达建筑物或树木的情况下 需要计算建筑物或树木的阴影 以确定方阵间的距离或太阳电池方阵与建筑物的距离 一般确定原则 冬至当天早9 00至下午3 00太阳电池方阵不应被遮挡 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 太阳电池支架 水泥地基 简单地埋 直接埋地 水泥墩 地扦固定 太阳电池支架受风情况 Q 设计用风压 N m2 Aw 受风面积 m2 设计用风压Q Q Qo H IQo 基准风压H 高度修正系数I 环境系数I环境系数 对风无遮挡的空旷地带 1 15对风有少量遮挡 0 9对风有较大遮挡 0 7H高度修正系数 太阳电池支架抗风能力的设计 风压荷载太阳电池方阵支架结构的设计要考虑风压荷载 防止因强风导致普破坏 作