東帝汶光伏發(fā)電站系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

王曉蕾

【摘 要】 隨著能源危機和環(huán)境問題的不斷加劇，如何利用清潔能源成為關(guān)注的焦點。太陽能作為一種新能源以其環(huán)保、安全可靠，隨處可以得到等優(yōu)點受到人們的青睞。本文通過東帝汶農(nóng)業(yè)高新技術(shù)開發(fā)區(qū)的新建光伏發(fā)電站，整體介紹了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的類型及其構(gòu)成。

【關(guān)鍵詞】 光伏發(fā)電站系統(tǒng) ?逆變器

1 工程概述

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)在東帝汶農(nóng)業(yè)經(jīng)濟體系中占主導(dǎo)地位，產(chǎn)業(yè)發(fā)展還處于一種較為落后的狀態(tài)。打造東帝汶國家農(nóng)業(yè)高新技術(shù)開發(fā)區(qū)，對東帝汶國的農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展將起到帶動、輻射和示范作用。本次設(shè)計內(nèi)容為在高新技術(shù)開發(fā)區(qū)新建容量為200kW并網(wǎng)太陽能電站一座。

2 氣象條件

本項目氣象資料以東帝汶NASA數(shù)據(jù)庫中維克克縣氣象數(shù)據(jù)為參考，位于帝汶島南部海岸。

3 太陽能電站系統(tǒng)設(shè)計

3.1 工作原理

太陽能光伏供電系統(tǒng)是利用太陽能電池將太陽的光能轉(zhuǎn)化為電能后，通過控制器的控制，一方面直接提供給轉(zhuǎn)換電路及負載用電，另一方面將多余的電能存儲在蓄電池中，到了夜晚或是太陽能電池產(chǎn)生的電力不足時，蓄電池就會將所存儲的電能供給轉(zhuǎn)換電路及負載用電。太陽能光伏電站的系統(tǒng)是由太陽能電池方陣，蓄電池組，充放電控制器，逆變器，交流配電柜、防雷系統(tǒng)、匯流箱、直流配電柜、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)備組成。

3.2 系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)本工程的裝機容量，將系統(tǒng)分成10個20KW的并網(wǎng)發(fā)電單元，通過10臺（20KW）并網(wǎng)逆變器接入交流電網(wǎng)。系統(tǒng)選用多晶硅太陽能電池組件，功率為250W，工作電壓約為29.95V，開路電壓約為37.8V。根據(jù)本工程并網(wǎng)逆變器的MPPT控制器工作電壓范圍（300V～1000V），每個電池串列按照10塊電池組件進行串聯(lián)設(shè)計，單臺20kW光伏并網(wǎng)逆變器需要配置太陽能電池組件并聯(lián)的數(shù)量為Np=20000÷2500=8列。容量為200KW的并網(wǎng)單元，需配置80個電池串列，共計800塊電7池組件。

系統(tǒng)配電柜選用直流防雷配電柜，其中包含了直流防雷配電單元。光伏陣列通過匯流箱后經(jīng)直流防雷配電單元分別接入8臺逆變器，最后通過配電及計量裝置接入電網(wǎng)。系統(tǒng)同時配置1套監(jiān)控裝置，實時監(jiān)測并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的運行參數(shù)和工作狀態(tài)。

3.3 蓄電池組的設(shè)計

在系統(tǒng)中儲能主要靠鉛酸蓄電池，蓄電池的容量利用下面公式計算：

其中：C：蓄電池容量[kWh];D：最長無日照間用電時[d];F：蓄電池放電效率的修正系數(shù)（通常取1.05）;Po：平均負荷容量[kW];L：蓄電池的維修保養(yǎng)率（通常取0.8）;U：蓄電池的放電深度（通常取0.5）;Ka：包括逆變器等交流回路的損失率（通常取0.7，如逆變器效率高可取0.8）。

所以此處的蓄電池的容量應(yīng)該為：

C=160×3×1.05/（0.7×0.5×0.8）=1800KWh蓄電池配置負載按約160KW左右的計算：系統(tǒng)設(shè)計的參考連續(xù)陰雨天數(shù)為3天，根據(jù)東帝汶的電力情況，戶用電壓為220V，蓄電池電壓選擇為48V。選用共252塊單體為12V150Ah的蓄電池4塊進行串聯(lián)，共63組，蓄電池總?cè)萘繛?7800Ah，即37800AH×48V=1814.4KWh。

3.4 電池板傾角的計算

出于項目經(jīng)濟性及技術(shù)可靠性方面的考慮，本工程采用固定式太陽能電池方陣。前后排之間間隔為2.5m。太陽能光伏陣列安裝傾角為45°。

3.5 逆變器的設(shè)計

由于當(dāng)?shù)氐挠秒婋妷簽?20V，所以選擇輸出電壓為220V的并網(wǎng)逆變器，考慮到用戶負載中有感性負載，在啟動過程時有較大的沖擊電流，同時考慮系統(tǒng)的臨時增加負載的情況，因此選取20KW的逆變器。

3.6 方陣支架基礎(chǔ)設(shè)計

該項目單板采用250W的太陽電池組件，一斜排20塊太陽電池組件。其中，單板尺寸為：1640mm×990mm×50mm，架設(shè)方陣傾角為45°。方陣支架基礎(chǔ)采用C25混凝土現(xiàn)澆，預(yù)埋安裝地角螺栓，單個基礎(chǔ)0.08m3（0.4×0.4×0.6）。

4 光伏方陣電氣設(shè)計

太陽能發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)由系統(tǒng)內(nèi)并網(wǎng)逆變器將太陽能直流電轉(zhuǎn)換為交流電，并入建筑物內(nèi)低壓電網(wǎng)，供建筑負載使用。在配電室低壓進線總開關(guān)內(nèi)層安裝防逆流裝置，避免電流送入外部高壓電網(wǎng)。

4.1 系統(tǒng)直流側(cè)最高工作電壓

在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，系統(tǒng)直流側(cè)的最高工作電壓主要取決于在直流回路中直流斷路器額定工作電壓，以及逆變器直流側(cè)最高電壓。直流輸入范圍一般在200V～510V之間，最大輸入電壓為600V。

4.2 組件串聯(lián)方式設(shè)計

系統(tǒng)分成10個20KW的并網(wǎng)發(fā)電單元，每個20KW的并網(wǎng)發(fā)電單元都接入10KV升壓站的0.4KV低壓配電柜，經(jīng)過0.4KV/10KV（200KVA）變壓器升壓裝置，最終實現(xiàn)整個并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)并入10KV中壓交流電網(wǎng)。

逆變器輸出為三相0.4KV電壓。每臺逆變器的交流輸出接入交流配電柜，經(jīng)交流斷路器接入升壓變壓器的0.4KV側(cè)，并配有逆變器的發(fā)電計量表。每臺交流配電柜裝有交流電網(wǎng)電壓表和輸出電流表，可以直觀地顯示電網(wǎng)側(cè)電壓及發(fā)電電流。

5 系統(tǒng)接入電網(wǎng)設(shè)計

由于整個系統(tǒng)需要并入10KV的交流電網(wǎng)，所以本系統(tǒng)需配置1套10KV升壓站，該升壓站主要包含10KV主變、10KV 開關(guān)柜、0.4KV開關(guān)柜以及直流電源、二次控制柜等裝置。系統(tǒng)配置10臺并網(wǎng)逆變器的交流輸出直接接入交流配電柜的0.4KV開關(guān)柜，經(jīng)交流低壓母線匯流后通過10KV主變接入高壓的10KV開關(guān)柜，并入10KV中壓交流電網(wǎng)，從而最終實現(xiàn)系統(tǒng)的并網(wǎng)發(fā)電功能。

6 接地及防雷

為了保證本工程光伏離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)安全可靠，防止因雷擊、浪涌等外在因素導(dǎo)致系統(tǒng)器件的損壞，本系統(tǒng)設(shè)有防雷接地系統(tǒng)。 在施工期進行基礎(chǔ)建設(shè)的同時，用-40×4的扁鋼可靠焊接，形成人工接地體，接地電阻應(yīng)小于4歐姆。在配電室附近建一避雷針，高15米，并單獨做一地線，方法同上。所有的機柜要有良好的接地。

直流側(cè)防雷措施：電池支架應(yīng)保證良好的接地，光伏電池陣列連接電纜接入直流防雷配電箱，配電箱內(nèi)已含高壓防雷器保護裝置，電池陣列匯流后再接入直流防雷配電柜，經(jīng)過多級防雷裝置可有效地避免雷擊導(dǎo)致設(shè)備的損壞。

交流側(cè)防雷措施：離網(wǎng)逆變器的交流輸出經(jīng)交流防雷配電柜接入用戶交流負載，可有效地避免雷擊和浪涌導(dǎo)致設(shè)備的損壞。

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