伍永暢

摘 要：文章介紹8.4535MW分布式光伏電站方案設計，著重分析系統(tǒng)組成，包括電力系統(tǒng)接入和計算機監(jiān)控系統(tǒng)。根據(jù)方案對太陽能電池和光伏逆變器進行選型，分析計算系統(tǒng)效率并估算25年發(fā)電量。

關鍵詞：光伏發(fā)電；太陽電池；逆變器；太陽能

分布式光伏電站利用太陽能資源進行發(fā)電，和傳統(tǒng)火力發(fā)電相比，有著清潔效率高、布局分散、就近利用的優(yōu)點。以下介紹中海油惠州物流基地屋頂8.4535MW分布式光伏電站方案。

1 項目概況

中海油惠州物流基地屋頂8.4535MW分布式光伏電站項目場址位于廣東省惠州石化區(qū)，工程利用廠房鋼結構屋頂建設太陽能發(fā)電工程，場站內可利用建筑物屋面面積約100000平方米，項目規(guī)模為8.4535MW。

2 惠州市太陽能資源概況

惠州地區(qū)日照時間長，熱量充足。境內年平均日照時數(shù)1741.1～2068.2小時，日照百分率39%～47%。地域分布為南多北少。月際分布，以7月最多，均在220小時以上；3月最少，不足120小時。年總積溫7618.5℃～8030.1℃；年太陽總輻射量4000兆焦耳～5000兆焦耳/平方米?？偡e溫與太陽總輻射量都是南多、北少，夏季多、冬季少。

3 接入系統(tǒng)方案

根據(jù)建筑分布及可供接入配電站位置情況，擬將本項目擬分1接入點，采用10kV進行并網(wǎng)。每個發(fā)電系統(tǒng)由太陽電池組件、組串逆變器、交流防雷匯流箱、升壓變壓器、并網(wǎng)計量柜等組合而成。輸出接至附近配電站10kV用戶配電系統(tǒng)。

4 總體方案設計

4.1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要由光伏陣列、光伏逆變器、數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)、電力網(wǎng)絡、配電柜組成。系統(tǒng)示意圖如圖1。

4.2 整體系統(tǒng)設計

針對本項目實際情況，通過技術可行性和經(jīng)濟效益論證，提出如下具有針對性整體方案設計：本光伏電站裝機容量8.4535MWp，擬采用10kV并網(wǎng)；為了防止光伏系統(tǒng)逆向發(fā)電，配置一套防逆流裝置，通過實時監(jiān)測變壓器低壓側的電壓、電流信號來調節(jié)光伏系統(tǒng)的發(fā)電功率，從而達到光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的防逆流功能。

4.3 主要設備選型

4.3.1 光伏板選型

目前市場上成熟的光伏板主要是單晶硅、多晶硅和非晶硅三種類型。單晶硅由于制造過程中能耗較高，市場占有率逐漸下降；多晶硅比非晶硅轉換效率高且性能穩(wěn)定，但價格較高。本工程選用性價比較高的多晶硅電池組件。

4.3.2 太陽電池組件主要技術參數(shù)

本工程擬選用高效265Wp多晶硅電池組件，組件效率為15.89%。

本期8.4535MWp光伏電站共采用31900塊電池組件，每個支路由22塊265Wp電池組件串聯(lián)而成。

265Wp電池組件的參數(shù)如表1：

以上數(shù)據(jù)是在標準條件下測得的，即：電池溫度為25℃，太陽輻射為1000W/m2、地面標準太陽光譜輻照度分布為AM1.5。

4.3.3 逆變器選型及參數(shù)

光伏電站選用組串式逆變器，可用于本項目的大容量并網(wǎng)型光伏逆變器主要有30kW、40kW、50kW、60kW等型號。本工程采用40kW組串式并網(wǎng)逆變器。

40kW組串式逆變器參數(shù)如表2：

4.4 光伏陣列及傾角設計

4.4.1 陣列總體布置

陣列總體布置原則：充分利用屋面資源，保證組件發(fā)電量，兼顧電站整體美觀性。

陣列總體布置原則采用模塊化設計、安裝施工。模塊化的基本結構。這樣設計有如下好處：

（1）各發(fā)電單元各自獨立，便于實現(xiàn)梯級控制，以提高系統(tǒng)的運行效率。

（2） 每個發(fā)電單元是單獨的模塊，由于整個光伏系統(tǒng)是多個模塊組成，各模塊又由不同的逆變器及與之相連的光伏組件方陣組成，系統(tǒng)的冗余度高，不至于由于局部設備發(fā)生故障而影響到整個發(fā)電模塊或整個電站，且局部故障檢修時不影響其他模塊的運行。

（3）有利于工程分步實施。

（4）減少光伏組件至并網(wǎng)逆變器的直流電纜用量，減少系統(tǒng)線路損耗，提高系統(tǒng)的綜合效率。

（5）每個發(fā)電單元的布置均相同，保證發(fā)電單元外觀的一致性及其輸出電性能的一致性。

4.4.2 傾角設計

本次規(guī)劃以彩光鋼屋面為主，按屋頂傾角進行平輔布置。

4.4.3 支架及組串單元設計

為提高發(fā)電量，光伏方陣采用固定傾角安裝方式，運行維護較簡單，適宜采用較小的串列單元結構。較小的串列單元可以采用較為簡單的支架結構，降低對支架基礎的要求，便于場地布置及施工、安裝。設計方案為：

組串單元結構：單個組串由22塊光伏組件構成。

安裝方式：彩鋼瓦屋頂平輔。

支架結構：鋁型村導軌。

4.4.4 方陣設計

根據(jù)前述組串單元設計，每1個組串單元22片組件構成，構成串列的組串數(shù)量由逆變器功率參數(shù)、輸電損耗確定。逆變器功率參數(shù)見表2，其最大直流輸入功率為40.8kW，額定交流輸出功率為40 kW，逆變器平均最大效率98.8%，取串列直流輸電損耗為1%，組串最大輸入路數(shù)為6路，相應串列峰值功率為33.66kW，小于逆變器最大直流輸入功率。因此確定串列的組串并聯(lián)數(shù)量為6路。逆變器輸出交流電通過10kV升壓變壓器升壓后接入用戶側10kV配電室并網(wǎng)點，峰值光伏方陣峰值功率8.4535MW。

4.5 發(fā)電量測算

4.5.1 系統(tǒng)效率計算

影響發(fā)電量的關鍵因素是系統(tǒng)效率，系統(tǒng)效率主要考慮的因素有：灰塵或雨水遮擋、溫度、組件串聯(lián)不匹配、逆變器損耗、線纜損耗、變壓器損耗、跟蹤系統(tǒng)的精度等等。

（1）灰塵或雨水遮擋引起的效率降低

現(xiàn)場臨近海邊并且是石化區(qū)，灰塵較多，降水較多，按照日常有維護人員維護，采用數(shù)值：95%。

（2）溫度引起的效率降低

太陽能電池組件會因溫度變化而輸出電壓降低、電流增大，組件實際效率降低，發(fā)電量減少，系統(tǒng)在設計時已考慮溫度變化引起的電壓變化，并根據(jù)該變化選擇組件串聯(lián)數(shù)，保證組件能在絕大部分時間內工作在最大跟蹤功率點范圍內，考慮0.31%/K的MPP功率變化、各月輻照量計算加權平均值，可以計算得到加權平均值為97%。

（3）組件串聯(lián)不匹配產(chǎn)生的效率降低

組件串聯(lián)因為電流不一致產(chǎn)生的效率降低，選擇該效率為97%。

（4）直流部分線纜功率損耗

根據(jù)直流部分的線纜連接，計算得線纜損耗98%。

（5）逆變器的功率損耗

逆變器功率損耗取97%。

（6）交流線纜的功率損耗

根據(jù)線纜選型和敷設長度，計算得線纜損耗效率98%。

（7）變壓器功率損耗

變壓器選用高效率，效率為98%。

（8）總體系統(tǒng)效率

根據(jù)系統(tǒng)各項效率取0.99的修正系數(shù)，則系統(tǒng)綜合效率：

η=95%×97%×97%×98%×97%×98%×98%×0.99≈78%

光伏電站整體效率為78%。

4.5.2 本方案發(fā)電量估算

惠州地區(qū)水平面年輻射量為：1383.35kWh/m2；

光伏板光電轉換效率逐年衰減，整個光伏發(fā)電系統(tǒng)25年壽命期內平均年有效利用小時數(shù)也隨之逐年降低。

運行壽命周期內每年最少0.7%計算，保證25年后衰減不超過20%，則年發(fā)電量估算見下表：

因此，該項目年發(fā)電量估算如下。

25年總發(fā)電量：20224.423萬度。

項目25年年平均利用小時數(shù)：957h，年均發(fā)電量：809萬度。

本光伏電站在運行期25年的逐年上網(wǎng)電量直方圖表見表3。

4.6 電氣部分

4.6.1 電氣主接線

屋頂光伏組件組串方式為22塊一串，經(jīng)直流防雷匯流箱匯流一次匯流后經(jīng)直流電纜經(jīng)橋架至逆變器直流側二次匯流，經(jīng)逆變就地升壓后，并入配電房內10kV高壓柜母排，實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。初步電氣接入方案如下：

（1）就近6個倉庫共計6*169.07kW=1014.42kW，經(jīng)1000kVA箱式變壓器升壓至10kV；其中有兩臺1250kVA箱式升壓變就近接入7個倉庫，單臺接入為7*169.07kW=1183.49kW；整個項目共配置6臺1000kVA就地升壓變，2臺1250kVA就地升壓變。

（2）8臺就地升壓變分兩路匯流進入新建配電房內兩臺升壓變進線柜實現(xiàn)匯流，后經(jīng)接入柜至配電房內新增光伏并網(wǎng)柜實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。

4.6.2 電氣設備選擇

（1）10kV并網(wǎng)計量柜

10kV開關柜選用國產(chǎn)金屬鎧裝高壓開關柜，每臺開關柜的一次元件主要包括斷路器、操作機構、電壓互感器、電流互感器和避雷器等。并網(wǎng)計量柜內斷路器額定電流為630A，最大開斷電流31.5kA。

（2）10kV箱式升壓變

為保證光伏組件所發(fā)電力安全可靠地送出，選用運行方式靈活、安裝簡便的箱式升壓變壓器。

箱式變壓器，內附：S11-1000（1250）/10.5kV三相低損耗升壓變壓器，容量為1000kVA（1250kVA），10.5±2×2.5/0.48kV；Y，d11；Ud%=6.5%；箱變10kV高壓側安裝負荷開關，每臺箱變的高壓側裝3×RNT-12kV型插入式全范圍保護熔斷器，具有過載和短路故障保護；箱變低壓側配套有斷路器，低壓斷路器采用智能式斷路器；箱變配置測控單元一套。

（3）交流匯流箱

根據(jù)光伏方陣布置，本工程采用6路和8路交流匯流箱進行一次匯流。

匯流箱應具備以下特點：

a.同時可接入6路或8路輸入，每路設置專用斷路器，輸出總線設置隔離開關并配置熔斷器；b.配有專用防雷浪涌器；匯流箱內配有監(jiān)測裝置，可以實時監(jiān)測每個輸入輸出回路的通斷狀態(tài)及防雷器的狀態(tài)等。

4.6.3 計算機監(jiān)控系統(tǒng)

光伏電站配置一套光伏電站綜合自動化系統(tǒng)，負責收集各種設備的測量數(shù)據(jù)和狀態(tài)信號，并對信息進行匯總、分析、存貯和報告輸出，同時還負責和匯流站之間的通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、狀態(tài)量的傳輸和控制命令的傳達，另外，它還與交直流系統(tǒng)、圖像監(jiān)控系統(tǒng)等其它智能模塊或設備相連接，實現(xiàn)電站的綜合管理功能。

（1）計算機監(jiān)控系統(tǒng)結構

計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式系統(tǒng)結構，分站控層和現(xiàn)地控制層。站控層和現(xiàn)地控制層之間通過百兆工業(yè)以太網(wǎng)相連?，F(xiàn)地控制層的站內其他智能設備通過管理機接至以太網(wǎng)。站控層為實時監(jiān)控中心，負責整個系統(tǒng)的控制、管理和對外部系統(tǒng)的通信等，并接受逆變器、就地升壓變的運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)等通過光纖通道發(fā)送來的監(jiān)控信息，便于整個電站數(shù)據(jù)處理分析。

（2）計算機監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能

光伏廠區(qū)采用計算機監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)自動化控制與管理，計算機監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)對電氣設備及其它設備的安全監(jiān)控，滿足自動化要求，完成遙測、遙信、遙調、遙控等遠動功能。系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)采集與處理、安全檢測與人機接口、控制功能、通信功能、系統(tǒng)自診斷、系統(tǒng)二次開發(fā)、自動報表及打印功能。

參考文獻

[1]林安中，王斯成.國內外太陽電池和光伏發(fā)電的進展與前景[J].太陽能學報：增刊，1999：68-74.

[2]周德佳.太陽能光伏發(fā)電技術現(xiàn)狀及其發(fā)展[J].電氣應用，2007.

[3]趙玉文.太陽能光伏技術的發(fā)展概況[A].第五屆全國光伏技術學術研討會論文集[C].1998.