30MW渔光互补光伏电站项目系统总体方案设计及发电量计算设计方案.docx
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1、30MW渔光互补光伏电站项目系统总体方案设计及发电量计算设计方案1.1 光伏组件选型光伏组件概述光伏系统中最重要的是电池,是收集阳光的基本单位。大量 的电池合成在一起构成光伏组件。光伏电池主要有:晶体硅电池 (包括单晶硅Mono-Si、多晶硅Multi-Si 带状硅 Ribbon/Sheet-Si)非晶硅电池(a-Si)非硅光伏电池(包括 硒化铜锢CIS、硅化镉CdTe)。目前市场生产和使用的光伏电池大 多数是用晶体硅材料制作的,2007年占88%左右;薄膜电池中非 晶硅薄膜电池占据薄膜电池大多数的市场。从产业角度来划分, 可以把光伏电池划分为硅基电池和非硅电池,硅基电池以较佳的 性价比和成熟
2、的技术,占据了绝大多数的市场份额。未来随着光 伏电池技术的发展,染料敏化光伏电池、聚合物光伏电池等有望 取代硅基电池的优势地位。(1)晶体硅光伏电池晶体硅仍是当前光伏电池的主流。单晶硅电池是最早出现,工艺最为成熟的光伏电池,也是大 规模生产的硅基光伏组件中,效率最高。单晶硅电池是将硅单晶 进行切割、打磨制成单晶硅片,在单晶硅片上经过印刷电极、封 装等流程制成的,现代半导体产业中成熟的拉制单晶、切割打磨, 以及印刷刻版、封装等技术都可以在单晶硅电池生产中直接应光伏阵列的运行方式选择1.1.1 光伏阵列的运行方式分类在光伏发电系统的设计中,光伏组件方阵的运行方式对系统 接收到的太阳总辐射量有很大的
3、影响,从而影响到光伏发电系统 的发电能力。光伏组件的运行方式有固定安装式和自动跟踪式几 种型式。其中自动跟踪系统包括单轴跟踪系统和双轴跟踪系统。 单轴跟踪(水平单轴跟踪和斜单轴跟踪)系统以固定的倾角从东 往西跟踪太阳的轨迹,双轴跟踪系统(全跟踪)可以随着太阳轨 迹的季节性位置的变换而改变方位角和倾角。1.1.2 光伏阵列的运行方式的比较对于自动跟踪式系统,其倾斜面上能最大程度的接收太阳总 辐射量,从而增加了发电量。经初步计算,若采用水平单轴跟踪 方式,系统理论发电量(指跟踪系统自日出开始至日落结束均没 有任何遮挡的理想情况下)可提高15%20%;若采用斜单轴跟踪 方式,系统理论发电量可提高25
4、%30%;若采用双轴跟踪方式, 系统理论发电量可提高30%35%。然而系统实际工作效率往往小 于理论值,其原因有很多,例如:太阳光伏组件间的相互投射阴 影,跟踪支架运行难于同步等。双轴跟踪式投资远高于单轴系统,并且占地面积比较大。根 据已建工程调研数据,安装晶硅类光伏组件,若采用水平单轴跟 踪方式,系统实际发电量可提高约15%,若采用斜单轴跟踪方式, 系统实际发电量可提高约20%。在此条件下,以固定安装式为基 准,对1MW光伏阵列采用三种运行方式比较如表1.2. 2。表1. 2. 21MW阵列各种运行方式比较项目固定安装式水平单轴跟踪方式斜单轴跟踪方式双轴跟踪方式发电量增加百分比(%)1001
5、15120125占地面积(万扃2. 12.84.24.4直接投资增加百分比觥)100111114122运行维护工作量小有旋转机构,工作量大有旋转机构,工作量大有旋转机构,工作量更大支撑点多点支撑多点支撑多点支撑单点支撑抗大风能力迎风面积固定,抗风风大时可将板面调风大时可将板面调风大时可将板面调较差平,抗风较好平,抗风较好平,抗风较好由表中数据可见,固定式与自动跟踪式各有优缺点:固定式 初始投资较低、且支架系统基本免维护;自动跟踪式初始投资较 高、需要一定的维护,但发电量较倾角最优固定式相比有较大的 提高,假如不考虑后期维护工作增加的成本,采用自动跟踪式运 行的光伏电站单位电度发电成本将有所降低
6、。若自动跟踪式支架 造价能进一步降低,则其发电量增加的优势将更加明显;同时, 若能较好解决阵列同步性及减少维护工作量,则自动跟踪式系统 相较固定安装式系统将更有竞争力。1.1.3 光伏阵列的运行方式的确定经对固定式和跟踪式两种运行方式的初步比较,考虑到本工 程规模较大,固定式初始投资较低、且支架系统基本免维护;自 动跟踪式虽然能增加一定的发电量,但目前初始投资相对较高、 而且后期运行过程中需要一定的维护,运行费用相对较高,另外 电池阵列的同步性对机电控制和机械传动构件要求较高,自动跟 踪式缺乏在场址区或相似特殊的气候环境下的实际应用的可靠 性验证,在我国大规模应用的工程也相对较少,同时国内技术
7、成 熟可靠稳定的跟踪系统生产厂家相对较少。因此,工程推荐选用固定式安装方式。1.2 逆变器选型并网型逆变器选型时除应考虑具有过/欠电压、过/欠频率、 防孤岛效应、短路保护、逆向功率保护等保护功能外,同时应考 虑其电压(电流)总谐波畸变率满足国际规定要求,减少对电网 的干扰。本项目逆变器应具有有功功率、无功功率调节控制功能。 整个光伏系统采用若干组逆变器,每个逆变器具有自动最大功率 跟踪功能,并能够随着太阳能组件接受的功率,以最经济的方式 自动识别并投入运行。通过对逆变器产品的考察,现对美国PowpeL0ne330kW、合 肥阳光250kW、500kW逆变器产品、美国赛康625kW及德国艾思玛
8、SMA625kW lOOOkW逆变器做技术参数比较,如下表所示:表5-5逆变器技术参数对比表由上表比较可以看出,各厂家提供的逆变器技术参数均满足逆变器pVI-CENSG250KTSG500KTSMA50SATC0N62SMA1000推荐的354kW275kW550kW560kW650kW1160kW绝对最900Vdc880Vdc880Vdc900Vdc900900VdcMppT 输465V-850450V-82450V-82450V-82515-850450V-820ih幺/古Q7 A 1 。心QQ 1 OkQQ 二 04QQQQ 1 0LQQ 二 04174 XI 六ZrC 7 1/10/c
9、n 公o/no 90/no /io/cn a o/no 90/额定交336kW250kW500kW500kW625 kWlOOOkW额定交648A534A1070A1070A1250A2138A额定交270Vac270Vac270Vac270Vac320Vac270Vac额定交50Hz50Hz50Hz50Hz50Hz50Hz防护等IP20IP20IP20IP20IP54IP20功率因0. 990. 990. 990. 990. 990. 99电流波3% (额定3%(额3%(额3%(额3%(额3% (额定国家电网公司光伏电站接入电网技术规定的要求。且绝对最 大输入电压及MPPT输入电压范围相差不
10、大,随着额定交流输出 功率的增大,逆变器效率及输出电流增大。本工程系统发电容量 为30MW,从工程运行及维护考虑,若选用单台容量小的逆变设 备,则设备数量较多,会增加投资后期的维护工作量;在投资相 同的条件下,应尽量选用容量大的逆变设备,可在一定程度上降 低投资,并提高系统可靠性;但若是逆变器容量过大,则在一台 逆变器发生故障时,发电系统损失发电量过大,且本工程考虑逆 变器户外布置。因此,本工程选用容量为625kW的逆变器。美国 赛康的625kW逆变器和选用的240Wp晶体硅光伏组件能够良 好匹配且防护等级为IP54,且该逆变器具有选配的空调模块,逆 变器能够自动检测工作温度,并调节至正常工作
11、温度范围,适合 极端温度地区使用。因此本工程选用美国赛康SATCON-625kW逆 变器,最终逆变器选型应根据招标情况确定。本工程拟选用的逆变器功率为625kW,输入直流电压范围为 DC515-850V,输出交流电压为320V,功率因数大于0. 99,谐波 畸变率小于3%THDo1.1.1 4光伏方阵设计1.1.2 模块化设计由于光伏组件和并网逆变器都是可根据功率、电压、电流参 数相对灵活组合的设备,本工程采用模块化设计、安装施工。模 块化的基本结构:30MW光伏组件由24个子系统组成,每个子系 统均为一个独立的并网单元,每个子系统由264个光伏组件组串 组成,每个子系统就地逆变升压后接入站区
12、内配电室。这样设计 有如下好处:1)各子系统各自独立,便于实现梯级控制,以提高系统的 运行效率;2)每个子系统是单独的模块,由于整个30MW光伏系统是多 个模块组成,各模块又由不同的逆变器及与之相连的光伏组件方 阵组成,系统的冗余度高,不至于由于局部设备发生故障而影响 到整个发电模块或整个电站,且局部故障检修时不影响其他模块 的运行;3)有利于工程分步实施;4)减少光伏组件至并网逆变器的直流电缆用量,减少系统 线路损耗,提高系统的综合效率;5)每个子系统的布置均相同,保证子系统外观的一致性及 其输出电性能的一致性。6)便于进行各种不同元器件设备、不同技术设计的技术经 济性能评估,如国产设备和进
13、口设备;晶体硅,以及不同安装方 式(固定式和跟踪式)等。1.1.3 系统方案概述本工程设计发电容量为30M肌 推荐采用分块发电、集中并 网方案。光伏组件选用240Wp多晶硅光伏组件,均采用最佳倾 角固定安装方式。考虑到逆变器的具有一定的过载能力,逆变器的输入端光伏 阵列实际容量可以略大于其额定输入功率,本工程30MW光伏组 件阵列由24个1.2672MW光伏组件子方阵组成,每个子方阵均 由若干路光伏组件组串并联而成。每个光伏发电单元由光伏组件 组串、汇流设备、逆变设备及升压设备构成。1. 5光伏子方阵设计1. 1.1光伏阵列及倾角设计在光伏供电系统设计中,光伏组件阵列的放置形式和放置倾 角对光
14、伏系统接收到的太阳辐射有很大的影响,从而影响到光伏 供电系统的发电能力。因此确定方阵的最佳倾角是光伏发电系统 设计中不可缺少的重要环节。固定式安装的最佳倾角选择取决于诸多因素,如:地理位置、 全年太阳辐射分布、直接辐射与散射辐射比例、负载供电要求和 特定的场地条件等。光伏组件方阵的安装倾角对光伏发电系统的 效率影响较大,对于固定式电池列阵最佳倾角即光伏发电系统全 年发电量最大时的倾角。上中所显示的倾斜面上太阳辐射变化趋势可知,当光伏组件 方位角为0 (朝正南方向),倾角为28时,全年平均太阳总辐 射量最大,并满足灰尘雨雪滑落要求及倾斜支架较好稳定性的角 度范围。表对比了不同角度年辐射量的差别。
15、表1. 1. 1不同倾角月辐射量对比(MJ/m2 )倾角(242526272829303132)1月331.333.331.337.339.341.343.344.346.4666530732月337.338.339.340.341.342.343.344.341.2578998633月467.468.468.469.469.469.469.469.469.6271467764月516.511.514.514.513.512.511.510.509.0592454315月552.550.549.547.541.543.541.539.537.2826899856月486.481.483.481
16、.480.478.471.473.471.9368009867月441.443.442.440.439.437.431.433.432.0738258908月447.446.441.444.443.442.440.439.437.3554317499月422.422.422.422.422.421.421.420.420.55430738210402.403.404.401.406.406.407.408.408.月12220851611321.326.328.330.331.333.334.336.337.月08527260212309.311.313.311.317.319.321.323
17、.321.月578998741全年504250465048504950505049504750445040.9.3.6.8.0.2.3.3.4通过上表可以看出固定角度为28时,接收到的太阳辐射量 最高,为5050MJ/n)2。表1. 1. 1. 1水平面和最佳倾角情况对比月份水平面最佳倾角当月太阳 辐射量(kWh/m2 )当月太阳 辐射量 (MJ/m2)当月太阳 辐射量(kWh/m2 )当月太阳 辐射量 (MJ/m2)一月71.93258. 9594. 30339. 48二月79. 21281. 1494. 97341.90三月117. 79424. 05130. 40469. 43四月137
18、. 65491. 55142. 60513. 37五月153.69553. 28151.60541. 77六月138. 12497. 24133. 32479. 96七月121.81452.91121.99439. 17八月123.04442. 93123. 13443. 28九月110. 23396. 84117.23422. 02十月97. 26350. 15112. 79406. 04十一月72. 57261. 2692. 15331. 72十二月61.60236. 1688. 30317.89年总数1292. 914654. 471402. 795050. 03上表可以看出,当光伏组件
19、以28倾角安装时,在14月份和812月份其表面接受到的太阳辐射量比水平面上接受到的太阳辐射量大。在57月份,光伏组件以28倾角安装比水平安装所接受到的辐射强度略小。水平太阳辐射量 (MJ/m2)最佳倾角太阳辐射量 (MJ/m2)水平太阳辐射量 (MJ/m2)最佳倾角太阳辐射量 (MJ/m2)图1. 1. 2最佳倾角与水平太阳辐射量折线图从整年接受的太阳辐射量来说,光伏组件以28倾角安装, 其表面获取的太阳辐射量较大,且全年各月光伏组件表面获取的 太阳辐射量比较均衡,各月的发电量也将会比较均衡;而水平安 装的光伏组件各月获取的太阳辐射量差异比较大,各月的发电量 也将会有很大的变化。结论:用。大规
20、模生产的单晶硅电池效率可以达到13-20%。由于采用了 切割、打磨等工艺,会造成大量硅原料的损失;受硅单晶棒形状 的限制,单晶硅电池必须做成圆形,对光伏组件的布置也有一定 的影响。多晶硅电池的生产主要有两种方法,一种是通过浇铸、定向 凝固的方法,制成多晶硅的晶锭,再经过切割、打磨等工艺制成 多晶硅片,进一步印刷电极、封装,制成电池。浇铸方法制造多 晶硅片不需要经过单晶拉制工艺,消耗能源较单晶硅电池少,并 且形状不受限制,可以做成方便光伏组件布置的方形;除不需要 单晶拉制工艺外,制造单晶硅电池的成熟工艺都可以在多晶硅电 池的制造中得到应用。另一种方法是在单晶硅衬底上采用化学气 相沉积(CVD)等
21、工艺形成无序分布的非晶态硅膜,然后通过退 火形成较大晶粒,以提高发电效率。多晶硅电池的效率能够达到 10-18%,略低于单晶硅电池的水平。和单晶硅电池相比,多晶硅 电池虽然效率有所降低,但是节约能源,节省硅原料,达到工艺 成本和效率的平衡。晶体硅电池片如图1. 1. 1-1, 1. 1. 1-2所示:通过以上分析比对、计算,固定倾角为28 ,方位角为0。时,接收到的有效太阳辐射量最高,为5050MJ/ni2,折合有效发 电小时约1402. 8小时,本工程确定最佳固定倾角为28。L1.2固定支架的设计光伏组件支架采用固定钢结构支架,材料采用Q235,表面处 理采用热浸锌方式,设计使用寿命为25年
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