光伏电站建设工程全过程设计

光伏电站建设工程全过程设计主讲人：姚伟龙目录01光伏的发电原理02光伏发电系统组成03光伏发电部件选型04投资回报率计算05施工组织设计05光伏电站的运维01光伏的发电原理01.光伏发电原理太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，主要部件由电子元器件构成。光伏发电的主要原理是半导体的光电效应。光伏发电太阳电池板光电效应02.光伏发电原理(离网）03.光伏发电原理(并网）02光伏发电系统组成01.光伏发电系统组成升压系统光伏方阵蓄电池组监控系统逆变器汇流箱光伏发电系统02.光伏方阵的组成电池方阵A光伏组串BC光伏支架光伏支墩182P型540W单晶硅双面双玻组件规格：长2256mm宽1133mm电池阵列的运行方式：固定倾角安装方式、可调倾角安装方式、跟踪式系统地面支架、屋顶支架钻孔灌注桩基础，钢螺旋桩基础，独立基础，钢筋混泥土条形基础，预制桩基础，平面屋顶光伏支架基础涉及到的概念：光伏阵列方位角（≤45°），电池阵列最佳倾角（33°），太阳电池组件的串、并联设计，太阳电池阵列行间距的计算，光伏阵列容量，容配比的确定，电池子方阵，电缆规格的确定等03光伏电站的设计1、地理位置，可利用场地大小，形状；2、太阳能资源情况；3、电网接入条件，与接入点的距离，电网变压器、输电电缆容量，电压等级等电网承载能力因素；4、环境影响：有无遮光障碍物，有无盐害、公害、自然灾害,冬季的积雪、结冰、雷击飓风等灾害状态；5、占地面积：由装机功率和当地纬度决定

(1)依据装机功率按下式估算晶体硅组件：65—100—150Wp/m2薄膜电池(非晶硅)：22-40Wp/m2(2)当地纬度的影响：组件功率密度：200W/m201.站址的选择02.站址勘察拍照至少需要5张不同角度角度图片和环绕视频才能确保做出正确的排布。两张70米高俯拍图能有效防止拍摄屋顶时的畸变、东西各45度角侧拍图一张以及一张靠近房屋正视图，能全面的了解屋顶的各个情况。现场有无遮挡物对于遮挡物的勘查主要重点放在临近的高层建筑和屋顶上的烟囱、卫星锅、电线杆。这些最好做出相应的标识，标注出高度进行阴影分析，计算出阴影影响的范围，为之后的排布提供方便。屋顶的朝向和倾角原则上以朝南面排布为主，但由于实际的屋面情况比较分散和复杂，所以东西面能大面积排铺也可以。但如果东西面出现面积太小只能排一两块的情况时，就不适宜排布，会拉低南面发变量。在一般情况下，7千瓦以上逆变器的启动电压为350V，所以折算下来12块以上一串为宜。7千瓦以下逆变器的启动电压为150V，所以折算下来6块以上一串为宜。12303.光伏组件的选型集中式光伏电站在大型光伏电站设计中，度电成本LCOE是衡量项目的核心指标，光伏组件选型的核心逻辑必须围绕LCOE，从而确保光伏电站在整个生命周期内提供成本最低的电力0102分布式光伏电站因屋顶形式多样，不同应用形式对应的组件选型逻辑也不尽相同，并无一款产品能够同时在三类项目中达到最优，而相应的组件也并非尺寸越大就越好，要根据实际的屋顶情形因地制宜进行组件选型。04.逆变器的选型

逆变器作为组件和电网之间的桥梁，是光伏系统的核心部件。根据电站规模、以及不同的应用场合，选择合适的逆变器，对系统成本和发电量都大有益处。在规模大、地势平坦的荒漠、滩涂，适合选用集中型逆变器；在规模较大、地势起伏的山丘电站，适合选用多MPPT的集中型逆变器；在规模相对较小、布局多样化的屋顶电站，适合选用组串型逆变器。因地制宜，科学选择光伏电站逆变器，可以确保光伏电站在投资决策阶段少走弯路，在后期运行维护阶段更加可靠高效运行。1直流正极汇流输出2直流负极汇流输出3接地端子4通讯电源端子和RS485通讯接口5主汇流板6副汇流板7监测板8防雷器9直流断路器05.直流汇流箱选型06.光伏支墩选型钢制螺旋桩/铝合金/Q235混凝土抗风雪、抗腐蚀、抗震等机械性能，确保在风沙、雨雪、地震等各种恶劣环境下正常工作，使用寿命达到25年以上。固定支架：普通固定式支架和固定可调式支架柔性支架：平单轴跟踪支架、斜单轴跟踪支架、双轴跟踪支架07.光伏支架选型

常用电缆类型（1）铜芯电缆

（2）铝合金电缆

（3）铜包铝电缆

光伏直流电缆线：抗紫外线、抗老化、抗高低温、防腐蚀和阻燃等性能要求，选用国标双绝缘防紫外线阻燃铜芯电缆（电性能符合《橡胶和塑料软管静态下耐紫外线性能测定》GB/T18950性能测试的要求）和行标《光伏发电系统用电缆》CEEIAB218—2012光伏交流电缆线：选用铜芯电缆，或合金铝电缆。镀锡铜导体08.电缆的选型内绝缘护套09.电缆载流量计算电缆承受功率与截面积计算方式P=U*II=P/U下面是线缆载流量与平方数的对照表：空气铺设长期允许的载流量橡皮绝缘线缆聚氯乙烯绝缘电线对应的电流(I)和功率(KW)铜芯铝芯铜芯铝芯线缆标称平方（mm2）BXFBXFRBLXFBVBVRBLV0.7518(4.0KW)16(3.5KW)1.021(4.6KW)19(4.2KW)1.527(5.9KW)19(4.2KW)24(5.3KW)18(4.0KW)2.033(7.3KW)27(5.9KW)32(7.0KW)25(5.5KW)4.045(9.9KW)35(7.7KW)42(9.2KW)32(7.0KW)6.058(12.8KW)45(9.9KW)55(12.1KW)42(9.2KW)10.085(18.7KW)65(14.3KW)75(16.5KW)59(13.0KW)10.光伏电站的监控公式法推荐值法光伏软件法阵列倾角定义

光伏组件与水平地面之间的夹角确定倾角11.阵列倾角的设计公式法根据Hay提出的天空散射辐射各向异性的模型，表达式为：

式中：H—为水平面上的太阳辐照量总量；Hb—为直接辐照量；Hd—为散射辐照量；Rb—为倾斜面和水平面上直接辐照量的比值；H0—为大气层外水平辐照量；β—为倾角；Ρ—为地面反射率11.阵列倾角的设计推荐值法城市纬度（°）倾斜面日辐射量（kJ/m2)水平面日辐射量（kJ/m2)独立系统推荐倾角（°）并网系统推荐倾角（°）哈尔滨45.681583812703+3-3北京39.801803515261+4-7西宁36.751961716777+1-1成都30.671030410392+2-8拉萨29.702415121301+0+2西安34.301295212781+14-511.阵列倾角的设计独立系统和并网系统的最佳阵列倾角为什么不一样PVsyst软件法角度23°24°25°26°27°28°29°30°30°辐射量（kWh/m2）13701371137313741374137513751374137311.阵列倾角的设计12.方阵之间的距离粗略算法：D=(1.854-4.199)H阵列间距设计设计要求一般要求冬至日要保证上午9点到下午3点之间前排组件阴影不对后排组件造成遮挡设计方法公式法光伏软件法12.方阵之间的距离根据光伏发电站设计规范GB50297-2012，水平面上固定式光伏方阵间距可根据以下公式计算：式中：L—阵列倾斜面长度；D—两排阵列之间距离；β—阵列倾角；φ—当地纬度。公式法各地区经纬度查询网址：/maps.htm12.方阵之间的距离

公式法12.方阵之间的距离PVsyst软件法12.方阵之间的距离方阵面积计算

12.方阵之间的距离方阵面积计算可以看出：1）单个阵列的占地面积主要取决于三个因素：组件面积、方阵倾角、影子倍率（纬度）。2）光伏阵列的占地基本与组件面积成正比，可以用“组件面积×系数”对光伏阵列占地面积进行计算。3）在高纬度地区，高效组件优势明显；以北京（40°）为例，290W的比265W的阵列区占地少约28%。12.方阵之间的距离（1）高于当地最大积雪深度；（2）高于当地洪水水位；（3）高于一般灌木植物的高度；（4）防止下雨时泥沙溅上太阳电池板;一般设计时取值30〜60cm。13.方阵的低点每一串里，每块组件的工作电流要相同方阵的并联电路中，要求每个组件串的电压要相同串联的上限？并联的上限？Stringbox17modu1esperstringModuIestring15Modulestring1614.方阵的串并联优化串联设计

组件串联数量是由光伏组件允许的最大系统电压、并网逆变器的最高输入电压、MPP电压所确定，光伏方阵中，同一光伏组件串各光伏组件的电性能参数应保持一致1）组件耐受电压光伏组件的串联电压之和要小于光伏组件的耐受电压，即：N×Voc＜组件的耐受电压考虑到温度的影响，即：N×Voc

×[1+Kv×（t-25）]≤组件的耐受电压14.方阵的串并联优化串联设计

组件串联数量是由光伏组件允许的最大系统电压、并网逆变器的最高输入电压、MPP电压所确定，光伏方阵中，同一光伏组件串各光伏组件的电性能参数应保持一致2）逆变器最大直流输入电压串联组件的开路电压在低温的时候要小于逆变器可以接受的最高直流输入电压，即：N×Voc

×[1+Kv×（t-25）]≤Vdcmax14.方阵的串并联优化串联设计

组件串联数量是由光伏组件允许的最大系统电压、并网逆变器的最高输入电压、MPP电压所确定，光伏方阵中，同一光伏组件串各光伏组件的电性能参数应保持一致3）组串电压的MPP匹配串联光伏组件的工作电压值在逆变器的MPP范围之内Vmpptmin≤Vmppstring≤Vmpptmax考虑到温度影响，进行温度修正：低温时候：N×Vmpp×[（1+K'v×（t-25）]≤Vmpptmax高温时候：N×Vmpp×[（1+K'v×（t'-25）]≥Vmpptmin14.方阵的串并联优化串联设计4）计算举例

组件开路电压VOC38.7V组件工作电压Vpm31.4V组件开路电压温度系数-0.29%/℃逆变器最大直流输入电压1000VMPP电压范围480—850V极限低温-10℃极限高温70℃计算得到N≦23,18≦N≦2414.方阵的串并联优化并联设计光伏电池组串并联数量主要由逆变器的额定功率以及最大直流输入电流确定

1）逆变器的额定功率所有组串支路的功率之和宜等于或略高于（超配设计）逆变器的额定功率；

N*Ps

=（1.0﹣1.3）Pe

Pe—为逆变器额定功率Ps—为组串支路功率Ps=Pmax×n2）最大直流输入电流所有组串支路的短路电流之和不能超过逆变器最大直流输入电流N≦Iin/IscIin—为逆变器最大直流输入电流Isc—为组串支路短路电流14.方阵的串并联优化并联设计光伏电池组串并联数量主要由逆变器的额定功率以及最大直流输入电流确定

3）举例计算组件短路电流Isc9.26A组件输出功率Pmax275W逆变器额定功率Pe500KW逆变器最大直流输入电流Iin1064A组串串联数量22块计算得到，最大直流输入电流：N≦114；额定功率

：N=82.6（超配比1.0）、

N=90.9（超配比1.1）14.方阵的串并联优化串联设计右图为某多晶硅组件电性能参数

如果将该组件设计为21块组件串联，根据数据，在标准状态下开路电压为：44.4×21=932.4V考虑到温度影响，-0.34%/K的开路电压温度系数，那么在0℃时开路电压为：21×44.4×[1+（-0.34）×（0-25）]=1011V大于光伏组件的耐受电压，系统危险！

14.方阵的串并联优化地点乌鲁木齐银川烟台西安广州三亚纬度43.838.537.534.423.118.2经度87.6106.3121.4109.1113.3109.515.阵列方位角的设计从图中可以看出，当方位角从-90°~90°变化时，发电量变化有如下特点：1）方位角朝东、朝西变化，对发电量的影响相同；2）发电量降低曲线为抛物线情况，即方位角由0逐渐变大时，发电量损失速度加快；3）在不同地区，发电量的变化差异很大。最大的影响在20%以上，最少的仅为4%。4）方位角变化时，发电量损失与经度基本无关，与纬度相关性较大。纬度越高，损失越大；纬度越低，损失越少。组件正常工作15.组件排布设计横向遮挡15.组件排布设计竖向遮挡15.组件排布设计04投资回报率计算01.光伏电站建设成本估算以2MWp装机容量的分布式光伏电站为例，建设成本估算如下：02.光伏电站投资回报率计算分布式光伏电站投资收益计算工具电站投资收益电站容量（KW）114.24填写单价(元/W)8.25填写总投资(万元)94.25电价(元/度)0.62填写天月年25年发电量（度）456.9613708.80164505.604112640.00收益(元)281.678450.10101401.252535031.30回本年限(年)9.29年收益率（%）10.76%银行贷款与还款贷款利率（60个月）（千分比）5.04填写贷款金额(万元)94.25填写保证金（5%）（万元）4.71月年60个月贷款利息(元)4750.1057001.19285005.95还款金额(元)20458.10245497.191227485.95电站收益8450.10101401.25502006.26收益与还款差价-12002.99-144095.94-720479.69贷款回本年限(年)12.11年收益率（%）8.26%05施工组织设计01.平整土地或屋顶规划02.支墩的浇筑03.支架及组件的安装04.电气设备安装05.电站的监控直击雷、感应雷和雷电波考虑因素：组件边框、设备外壳的防雷、直流侧防雷、交流侧防雷、通讯系统防雷、变电所的防雷、全场共地、等电位联结。光伏组件：支架直接接地建筑物：《建筑物防雷设计规范》(GB50057-94)、《建筑物电子信息系统防雷技术规范》(GB50343)及《交流电气装置的过电压保护设计技术规程》(DL/T620)等标准综合考虑。电气设备：设备内配有防雷装置防雷接地：避雷针、引下线、接地体等，要求接地电阻小于10欧姆，最好考虑单独设置接地体；安全保护接地、工作接地、屏蔽接地等：要求接地电阻小于等于4欧姆；当安全保护接地、工作接地、屏蔽接地和防雷接地4种接地共用一组接地装置时，其接地电阻按其中最小值4欧姆确定；若防雷已单独设置接地装置时，其余3种接地宜共用一组接地装置，其接地电阻不应大于其中最小值。06.防雷与接地01.主控室及配电柜01.关于无功补偿01.电缆桥架箱变（35KV）