【20kw分布式光伏电站系统容量设计分析案例5000字】

–PAGE28–20kw分布式光伏电站系统容量设计分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u1152620kw分布式光伏电站系统容量设计分析案例 16756120kw分布式光伏电站系统容量设计 1238381.120kw分布式光伏电站规划设计方法 161771.2光伏阵列总容量设计 2129183主要组件设备的选型 4170362.1光伏电池组件类型 4290522.2电池输出特性分析 745482.3光伏组件的最佳倾角 724532.4光伏逆变器的选型 10144213光伏电站经济性分析 11186733.1并网光伏发电系统的总效率 11251443.2光伏电站发电量的测算 11120kw分布式光伏电站系统容量设计1.120kw分布式光伏电站规划设计方法20kw分布式光伏电站主要包括太阳能电池单元、配电橱、变压器、逆变器以及交流等构成。首先,由于光伏发电是需要依赖太阳能进行辐射,因此我们需要尽量多地考虑当地的气象、环境条件。需要根据几十个参数进行综合的考量和计算,才能够最大程度地发挥整个系统的主要零部件。20kw分布式光伏电站容量设计步骤如图2-1所示。当地太阳能资源和气象地理条件数据的收集、计算。如当地经度、纬度；年最高最低气温；全年太阳能辐射量；平均峰值日照时数；年最大连续阴雨天数等。确定光伏发电系统的形式当地太阳能资源和气象地理条件数据的收集、计算。如当地经度、纬度；年最高最低气温；全年太阳能辐射量；平均峰值日照时数；年最大连续阴雨天数等。确定光伏发电系统的形式系统容量设计：系统电压、太阳能组件功率和方阵构成的设计与计算系统容量设计：系统电压、太阳能组件功率和方阵构成的设计与计算系统配置与设计：系统配置与设计：变压器的选型与配置；并网逆变器的选型与配置组件支架及固定方式设计；其他辅助设备选型等图2-120kw分布式光伏电站设计方法1.2光伏阵列总容量设计金华，地理位于浙江省中部，坐标东经119゜14′-120゜46′30”，北纬28°32′－29°41′，属亚热带湿润季风气候，春早热，夏长热，秋鲜短，冬湿冷，四季分明，年温适中，热量充沛，雨量充沛，冬季光温、增温，干湿季节明显。此项目位于金华市婺城区蒋堂镇开化村（白汤下线北侧），是一所城镇加油站，主要经营0#柴油及92#、95#和98#汽油。该光伏发电项目利用加油站屋顶资源，顶棚含80块光伏组件如图2-2，春天的降雨量不大，但往往持续很长时间；6月初，雨季开始，降雨量显著增加，常有连绵数日甚至数月的降雨。金华市光、热、水条件较好，时空分布不平衡，气候水平差异小，流域小气候多样，存在一定的垂直差异，年平均太阳总辐射量为5800兆焦/平方米。图2-1示意图图2-3金华市年均总辐射表2-1金华基本气候表金华基本气候情况（据2000-2020年资料统计）平均温度平均最高温度极端最高温度平均最低温度极端最低温度平均降水量（毫米）降水天数1月5.29.122.31.2-9.671.512.42月6.810.927.42.7-8.991.612.53月10.712.831.47.3-1.6160．118.54月17.121.731.912.30.6168.917.15月21.826.536.418.28.7186.816.16月25.129.237.521.912.3258.516.57月29.032.840.925.318.8129.511.48月28.632.539.322.918.6109.111.99月22.128.539.620.812.1102.111.210月18.922.635.315.31.468.99.611月12.217.931.39.4-1.755.98.212月7.411.322.82.8-5.847.98.6通过以上的数据分析,水平面上的年辐射总量大约是1601.70KWh/m2（5842.56）,属于太阳能、风能资源丰富的地区，更有利于建设中型光伏电站，根据当地光资源和初步开发规划，项目建设规模为20kW，最初建议安装四块单台容量为5000W的太阳能光伏电池板（电池组件和联网逆变器）。3主要组件设备的选型2.1光伏电池组件类型（1）单晶体硅太阳电池单晶硅太阳能电池可以简单说它是最初就已经开始发展了应用起来的,技术也最为成熟,主要是它采用的是单晶硅的硅芯片组来对其进行设计制造。由于新型单晶硅相关材料的化学结构比单晶体完整,光学、电学和流体动力学结构性能均匀一致,纯度相对较高,与其他新型太阳能电池及相关产品相比，具有性能稳定、转换效率高等优点。其中，市场上销售的太阳能电池转换效率可达21%～24%，单晶硅光伏电池长期占据全球市场的最大份额，但在1998年以后逐渐开始退出其他多晶硅电源电池之后,位于第二位,但其现在仍在持续进行大量小规模的研发应用和推进工业生产中逐渐逐步占据了市场主导地位。今后,单晶硅的太阳能燃料电池必然有机会能够继续朝着超薄、高效率的方向快速发展。由于长期受到电池原材料生产价格和采用相应复杂的锂电池材料生产工艺的双重影响,单晶硅的生产成本居高不下,与此同时在电池生产和材料加工的整个过程中还可能会同时遇到许多高耗能、低污染等不利因素。（2）非晶硅薄膜太阳电池自1976年第一个新型非晶硅晶体薄膜新型太阳能燃料电池被成功开发和设计研制投入生产并推出,1980年首个非晶硅晶体薄膜新型太阳能燃料电池正式生产实现了批量商品化,直到今天,非晶硅晶体薄膜新型太阳能电池以其开发生产工艺简单,成本低廉,便于国内外大量小规模巨资投入研发生产的巨大技术创新优势,取得了长足的技术突破和重大进展,被业内人们广泛称为第二代晶硅薄膜新型太阳能燃料电池。非晶硅材质薄膜材料太阳能阳光电池虽然本身具有耐热弱光性好,受外界温度的变化影响较小等诸多重要优点,但由于非晶硅材质薄膜材料太阳能电池的阳光转换放电效率相对比较低,商业化阳光电池的转换效率也仅仅只有6%左右,而且处于非晶硅材料薄膜中的太阳能电池由于在长期的紫外光照下,会发生出现强烈的电衰减(S-W放电效应),组件正常运行的温度稳定性和安全性及可靠性都比普通晶体管或硅薄膜组件差。（3）多晶体硅太阳电池自1976年第一个新型非晶硅晶体薄膜新型太阳能燃料电池被成功开发和设计研制投入生产并推出,1980年首个非晶硅晶体薄膜新型太阳能燃料电池正式生产实现了批量商品化,直到今天,非晶硅晶体薄膜新型太阳能电池以其开发生产工艺简单,成本低廉,便于国内外大量小规模巨资投入研发生产的巨大技术创新优势,取得了长足的技术突破和重大进展,被业内人们广泛称为第二代晶硅薄膜新型太阳能燃料电池。非晶硅材质薄膜材料太阳能阳光电池虽然本身具有耐热弱光性好,受外界温度的变化影响较小等诸多重要优点,但由于非晶硅材质薄膜材料太阳能电池的阳光转换放电效率相对比较低,商业化阳光电池的转换效率也仅仅只有6%左右,而且处于非晶硅材料薄膜中的太阳能电池由于在长期的紫外光照下,会发生出现强烈的电衰减(s-w放电效应),组件正常运行的温度稳定性和安全性及可靠性都比普通晶体管或硅薄膜组件差。上述各类型电池主要性能参数。具体参数如下表:表3-1光伏电池对比表种类转换效率/%原材料生产成本优点单晶硅13-24%单晶硅高最广泛获取的原料，最成熟多晶硅10-20%多晶硅较高制造简便，市场使用量最大非晶硅8-14%非晶硅较便宜对于弱光下性能控制好，价格相对便宜通过综合比较，本光伏电站中拟选用多晶硅光伏组件。本课题选用由宁波玛德能源所生产的sunpower太阳能250W电池板如下图。该参数如下表：图3-1电池板示意图表3-2光伏电池板参数电池类型多晶硅电池组件品牌型号最大功率最大工作电压最大工作电流开路电压短路电流尺寸工作温度范围效率玛德能源MD-SPS-250250wp306.31366.941640*992*40mm-40℃~+85℃>15.39%2.2电池输出特性分析开路电压Voc和闭路电路Isc是光电池的两个重要参数。在实验中，这两个参数是通过测定稳定光照下太阳电池的特性曲线IV和电流、电压轴的截取得到的。不难理解，随着光照强度的增加，太阳能电池的闭路电流和开路电压都会增加，闭路ISC与入射光的强度成正比，开路VOC随入射光的强度成对数增加。从从半导体物理学的基本理论不难得出这个结论，而且考虑到太阳能电池的工作原理，开路VOC的电压不会随着入射光强度的增加而无限增加，其最大值为PN连接势垒为零时的电压值。也就是说，太阳能电池的最大光伏电压是PN结势垒高度的VD，这个值与材料的带隙和掺杂水平有关，实际上，开路处的最大电压相当于材料的带宽。如图3-1所示。为了提高太阳能电池单位面积的电输出，可以采用光学透镜将太阳光集中，使太阳光强度提高数百倍，闭路电流线性增加，开路电流呈指数增加。然而，具体的理论分析发现，随着光照强度的增加，太阳能电池的效率并不是急剧提高，而是略有提高，但是考虑到透镜相对于太阳能电池的价格较低，太阳能电池的转换效率定义为PM的电输出与入射光能Pin之间的关系。图3-1电压电流曲线2.3光伏组件的最佳倾角光伏发电阵列的系统安装最优倾角对光伏系统发电配套系统的实际工作效率也具有很大的直接影响,对于那些采用固定型阵列安装倾角方式的光伏系统阵列最优安装倾角要求也就是光伏发电系统在达到全年光伏发电总装机容量最高时的阵列安装最优倾角。方阵式电源安装中横向倾角的最好位置选择主要可以依据于诸多直接影响它的因素,如用户所在的国家地理政治位置、全年度对太阳能的辐射强度分布、直接阳光辐射和室外散射辐射的相对比例、负载系统供电的性能要求及特定安装场地使用情况等。并网光伏系统发电优化系统设计方阵的最佳系统安装位置倾角一般用户可以直接通过系统采用专门的光伏系统优化设计处理软件对其方阵进行系统优化和重新设计后来确定,它相当于是一个系统在设计全年平均光伏发电总装机容量最高时的最佳安装位置倾角。为了使太阳能电池获得最大的发电量,需要考虑设计太阳能电池方阵的最佳倾斜角。倾角的变化导致了各个月份的方阵面上所接受到的太阳辐射量之间存在着巨大的差异。在家庭用电系统中,鉴于该系统的造价、用户日常使用环境条件和其他因素对可能产生的发电效率和增益等因素综合考虑,最佳风力倾角我们可以根据当地的经纬度情况和表3-3具体有下列相互关系而粗略地确定如表3-4及图3-2所示。表3-3不同倾角下的月均太阳辐射量月份/倾角25°26°27°28°29°30°31°32°162463563364164164564865026056126056156166156136103630630630630632635634630467467267466566866867066855945985935865845805745756544534539527526527518525789101112总计51249346156260063469265044924585586006356930508496462562604640694050449146257060864569445004904615646116556947506491460564610654695549849246356861366069514984894635656156606948图3-2不同倾角下的月均太阳辐射量折线图表3-4光伏电池方阵倾斜角度纬度太阳能电池方阵倾角0～25°等于纬度26～40°+5～10°41～55°+10～15°>55°+15～20°该地区5月份可以获取最大太阳资源其日峰值日照时数为1.58h，同时年平均日峰值日照时数也获取较大达到1.88h。故倾斜角设置为30度2.4光伏逆变器的选型逆变器是太阳能光伏发电系统最关键的电气设备之一，逆变器的好坏直接关系到系统效率的高低。逆变器的最大逆变效率是伴随着电压和负荷的变化发生变动,逆变器的最大逆变效率在整个系统中并没有起到一个决定性的影响。只有当负载在一个长时间的工作地点所对应的逆变器效率,才能够具备实际意义。逆变器的技术类别多种多样,按照其中的分类处理方法不同,可以将其类别划分转化成不同的技术种类。按照对输出输入电压改变波形形式进行正确分类,则可以称之为方波电流逆变器、修正正弦波逆流改变器、正弦波电压逆变器。其中采用正弦波式信号逆变器最大的主要优点之一是那就是信号性能最好,输出的信号波形最好,干扰、噪声方面相对最低，功能完整，带保护一、光伏控制器功能。本课题选用的太阳能逆变器RSG-5k如右图。详细参数如表3-5所示。表3-5太阳能逆变器参数额定功率5000w最大输出电流22A最大输入电压500V最大输入电流26A最大输入功率5800w额定输入电压300V防护等级IP65最大工作效率97.50%3光伏电站经济性分析3.1并网光伏发电系统的总效率并网光伏发电系统的总效率由光伏系统效率、逆变器效率和并网交流电网效率三部分组成。(1)光伏阵列的效率:光伏系统阵列是在1000w/m2太阳光辐射大小的强度下,光伏阵列运行时产生的能量变化转换和传输损耗主要包括组件匹配损失、表面尘埃屏蔽损失、不能持续利用的太阳光辐射损失、对温度的影响、直流电缆线路的损耗。一般是85%~90%。综合以上因素的话，=88.6%。(2)逆变器的交流电电压转换系统效率:一个逆变器电路输出的电和交流电转换功率和直流电路输入的电功率的值成正比。其中主要包含直流逆变器的最大转换功率损耗、最大输出功率点自动追踪(mppt)和高精度的转换损耗等。通常效率控制在94%~96%。对于大型的交流并网电源逆变器,取=95%。(3)高压交流线路并网的供电效率:也就是说从交流逆变器的高压输出电流到升降高压交流电网之间的交流传送供电效率,其中最主要的就是直流升降高压交流变压器的供电效率及与高压交流线路电气相互连接时的交流线路供电损耗。一般来说在这种情况下计量应该是取=94~96%,本次采用95%。系统的总效率等于上述各部分效率的乘积，即：η=××=88.6%×95%×95%=80%3.2光伏电站发电量的测算通过对先进技术和实用经济的数据综合测量分析进行比较,电池板的组件可以选择250w多晶