农光互补光伏分布式发电项目系统总体方案设计及发电量计算设计方案

1.1光伏组件选型1)光伏电池基本分类2)按结构分类：同质结光伏电池、异质结光伏电池。3)按用途分类：空间光伏电池、地面光伏电池。4)按工作方式分类：平板光伏电池，聚光光伏电池。单晶硅太阳电池多晶硅太阳电池非晶硅薄膜太阳电池高倍聚光太阳电池图1.1-1几种光伏电池板图几种光伏电池板光电转换效率如表1.1-1。表1.1-1光伏电池板光电转换效率电池种类实验室最高效率商业化批量生产效率多晶硅光伏电池单晶硅光伏电池非晶硅薄膜光伏电池碲化镉(CdTe)铜铟镓硒高倍聚光光伏电池聚光光伏电池光电转换效率高，但需要配备一套包括聚光高而降低，每升高1℃效率下降0.110%～0.45%,所以必须池单片光电转换效率约为17%左右，多晶硅电池单片光电转换效率约为16%。单晶硅比多晶硅光电转换效率高约1%。但每平米组件148.8W;容量240W单晶硅组件，规格1575×在户外较高的环境温度下，多晶硅太阳电池性能会发生变图1.1-2多晶硅太阳能电池组件实物图255wp多晶硅透光型太阳能组件参数如下表所示：表1.1-3255wp多晶硅透光型太阳能组件参数表序号参数名称性能参数1生产厂家合肥晶澳太阳能2型号3峰值功率4工作电压5转化效率6工作电流7开路电压8外形尺寸9工作温度-40℃~85℃寿命25年以上图1.1-5光伏组件板外形图单轴跟踪，双轴跟踪等跟踪系统可大大提高电池板的利用双轴高精度跟踪：提高56%。但其跟踪系统目前并未十分完图1.2-1各种组件安装方式图表1.2-1光伏系统安装方式对比表发电量提高成本提高占地面积支架故障维护量固定式111基本没有水平单轴1少量斜单轴(倾纬度角)2较多双轴跟踪较多太阳能电池阵列的安装倾角对光伏发电系统的效率影响很大，通过对工程所在地太阳总辐射、直射辐射、散射辐射数据的分析，确定固定式安装的最佳倾角即光伏系统全年工程设计中通常将光伏组件朝向地球赤道方向倾斜一定角阳辐射资料(总辐射量、直接辐射量或者散射辐射量)后，便可以计算出不同倾角的倾斜面上的全年各月的平均太阳相关计算参数的确定太阳赤纬的确定赤纬角是指地心和太阳中心的连线与其天赤道平面投影之间的夹角，也可以理解为太阳光线与地球赤道面的交角。赤纬度是反映地球绕太阳公转规律的角度变量，用δ来表示。太阳赤纬度随季节变化，按库珀(cooper)方程计算，见下式中：n为一年中的天数，如在1月1日，n=1,以此类推。根据此公式，计算得到一年各天的太阳赤纬角。各月倾斜面日落太阳时角的计算太阳时角是指太阳中心点到地心的连线与天子午线之间的夹角，简称时角。太阳正午时刻的时角为0°,上午时角为负值，下午为正值，太阳时角是反映一天内日照时间长短的指标。水平面、倾斜面上的日落时角可依据如下计算公式：hs’=min{hs,cos-1(-tan(φ-s)hs:水平面上的日落时角；hs′:倾斜面上的日落时角；φ:当地纬度；δ:太阳赤纬度；s:太阳能电池板倾角。根据以上公式，根据当地的地理纬度、太阳赤纬角等相关参数，便可计算出水平面上的日落时角和某一倾角s倾斜面上的日落时角。大气层外太阳水平辐射量的确定大气层外太阳水平辐射量是指在没有地球大气影响的情况下，水平面上的太阳辐射量。其计算公式如下：Isc:为太阳常数，指的是在平均日地距离时，地球大气层上界垂直于太阳光线表面积上单位时间内所接受到的太阳辐射能量，其参考值1367w/m²·h。在工程设计中，倾斜面直接辐射量常采用以下公式进行计依据以上公式，根据当地地理纬度、太阳赤纬度等相关参数，可计算出某一倾角s倾斜面上直接太阳辐射量。倾斜面上天空散射辐射量的确定对于天空散射辐射量采用Hay模型计算。Hay模型认为倾斜面上天空散射辐射量是由太阳光盘的辐射量和其余天空均匀分布的散射辐射量两部分组成，其计算公式为：Hb:水平面上直接辐射量，气象站原始观测数据；Hd:水平面上散射辐射量，气象站原始观测数据；H0:大气层外水平面上太阳辐射量，其计算方法见第1.2.2.4章节。根据当地地理纬度、太阳赤纬角等相关参数，依据上述公式，可计算出某一倾角s倾斜面上天空散射辐射量。地面反射辐射量的确定：对于朝向赤道的倾斜面，其辐射量总量除了来自太阳的直接辐H=0.5pH(1-coss)H为水平面上总辐射量，为水平面上的直接辐射量与散射辐射量之和是气象站原始观测数据；表1.2-2不同地表状态的反射率地面状态反射率地面状态反射率地面状态反射率沙漠0.24~干湿土湿草地0.14~干燥地带湿黑土新雪湿裸地0.08~干草地0.15~冰面通过上述分析可知，对于确定的地点，在已知该地区各月(s)+Hdt(s)+Hrt(s),夏阁镇境内气候属于北亚热带湿润季风气候，具有雨量适中、光照充足、四季分明的特点，常年平均气温16℃,年平均降雨量1100毫米左右，主要集中在5-8月，占年总降水量的55%。年平均日照时数为2210小时。各月日照数以5月份和6月份最多，月平均223.9小时～234.2小时；11月~12月最少，月平均161.1小时～176.2小时。一日中，日照时数1月～2月和11月～12月每天平均1.5小时，3月和9月～10月每天平均6.5小时，4月和7月～8月每天平均7.6小时，5月～6月每天平均8.5小时。年平均接受太阳辐射量为4861.1(MJ/m2),属我国第三类太阳能资源区域，较适本工程太阳辐射量资料见表1.2-2。表1.2-2太阳辐射量资料量，见表1.2-3。表1.2-3不同倾角情况下电池组件上太阳辐射量倾角S全年当电池组件采用25度倾角时，倾斜面接受的辐射量为节约土地资源，经与建设单位协商，本工程建议采用25度倾角设计，依山势铺设电池组件，方位角0°。1)性能可靠，效率高：点效率根据加权公式计算)更能反映逆变器在不同输入功率2)要求直流输入电压有较宽的适应范围：3)具有保护功能：4)波形畸变小，功率因数高：致，波形畸变小于5%,高次谐波含量小于3%,功率因数接近于1。5)监控和数据采集：率大于99%;超宽MPPT电压范围450-820VDC;315V输出电表1.3-1500kW型逆变器的主要技术参序号序供货方提供值生产厂家合肥阳光逆变器型号1逆变器输出功率逆变器输出额定功率逆变器最大交流侧功率2逆变器效率最高转换效率*欧洲效率(加权平均效率)10%额定交流功率下序号供货方提供值整机效率(考虑配电柜、变压器等损耗)3逆变器输入参数输入电压范围MPPT电压范围最大直流输入电流4逆变器输出参数额定输出电压输出电压范围输出频率要求功率因数最大交流输出电流总电流波形畸变率5电气绝缘序号供货方提供值直流输入对地AC2000V,1分钟直流与交流之间AC2000V,1分钟6防雷能力标称放电电流残压7防护等级8噪音9平均无故障时间>10年要求的电网形式1.4光伏方阵设计共安装光伏组件79200块，22块电池组件串联为一个基本汇流单元，以2台500kW逆变器为单位进行区域划分，共分为箱变升压后送至新建的35kV开关站联合建筑。本期20MW光伏太阳能板所发电力逆变后通过20台分裂绕组变升压至共2回集电线路接至厂内35kV母线。光伏组件方阵推荐采安装固定在支架上。每单元内组件间留20mm过风缝。通过对工程所在地太阳总辐射、直射辐射、散射辐射数据的分oo保证在冬至日的午前9时至午后3时期间南部的电池组件各配电室(逆变器)的布置尽可能使电池组件经汇流箱汇流变器最大输入直流电压的条件，即串联光伏板的数量≤Vdcmax/Voc×【1+(t-25)×Kv】=25;其次应满足逆变器Mppt【1+(t-25)×Kv'】=26.33;还要满足逆变器Mppt电压最低【1+(t'-25)×Kv'】=14.9;从以上计算结果看，串联光伏每块电池的短路电流I,不同逆变器允许的最大输入电流并联的最多回路数N₂=I₂/I:。组件串联数量：22块。组件并联数量：180串。即：22块255wp多晶硅太阳电池组件组成1个组串。共180需要180组光伏支架，每组光伏支架上布置22块光伏组件，22块光伏组件串联为1路。20MWp的容量布置79200块光伏500kW光伏发电单元由180路光伏组串经光伏汇流箱并联汇流，再经1台直流配电柜汇总输入500kW光伏逆变器，输出315V50Hz交流电送至10kV升压变低压侧。块255wp;汇流箱12个；直流防雷配电柜2个；500kW逆变器2个；1000kVA的箱式分裂升压变1个。支架上，户外壁挂式安装，防水、防锈、防晒，满足室外安装使用要求；直流防雷配电柜、逆变器均安装在逆变配电室内，箱式升压变布置在户外。1.4.4方阵间距计算在安装方阵时，如果方阵前面有树木或建筑物等遮挡物，其阴影会挡住方阵的阳光，所以必须首先计算遮挡物阴影的长度，以确定方阵与遮挡物之间的最小距离。对于多排安装的方阵，必须在前后排方阵之间保持一定的距离，以免前排方阵挡住后排方阵的阳光，因此需要确定前后排方阵之间的最本工程规划容量为20MW,全部使用255wp多晶硅太阳电池组本工程电池组件阵列倾角按最佳倾角25°设计，电池组件双确定光伏电池组件阵列间距，以避免南部的方阵对北部方阵形成遮阴，计算原则为保证在冬至日的午前9时至午后3时期间南部的阵列对北部的阵列不形成阴影。其计算公式图1.4-1水平地面方阵示意图排间距D为6.5m。该项目作为农光互补项目，为了满足生长的需求，组件支架最低端高度至少2.51米，最高端至少3.5米，因为有些组件依照山势铺设，山体自身存在一定度差，如图1.4-2。□图1.4-2山地光伏方阵示意图组件前后排间距。见表1.4-1。表1.4-1各坡向间距一览编号坡向间距(米)1平地2北坡3东西坡1.4.5辅助技术方案池组件的表面5～8个月后，其转换效率将降低到8～10%;(1)箱式变压器等设备放置在室外，容易受到风沙雨水(2)组件支架的设计使用年限应为25年，安全等级为31)灰尘及雨水遮挡引起的效率降低2)温度引起的效率降低均值，可以计算得到加权平均值为97%。3)组件串联不匹配产生的效率降低组件串联因为电流不一致产生的效率降低，选择该效率为4)组件方位角功率损耗率为99%。5)直流部分线缆功率损耗耗3%,选择该效率为97%。6)逆变器的功率损耗本项目采用高效并网逆变器，功率损耗可取2%,选择该效率为98%。7)交流线缆的功率损耗耗效率2.5%,选择该效率为97.5%。8)变压器功率损耗使用高效率的变压器，变压器效率为98.5%。9)天气、雾霾因素及人为烟雾对系统效率的影响对系统效率影响，降低系统效率，选择该效率为98.5%。10)总体系统效率n=97%×97%×96%×99%×97%×98%×97.5表1.5-1系统效率估算修正系统统计表序号效率损失项目修正系数电站的系统效率1灰尘及雨水遮挡引起的效率降低2温度引起的效率降低3组件串并联不匹配产生的效率降低4组件方位角功率损耗5直流