南阳30KW并网分布式光伏项目.docx
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南阳30KW并网分布式光伏项目
广东易事特电源股份有限公司
2014.08
一设计依据
1.1环境及资源情况
内乡县位于河南省西南部,南阳盆地西缘。
地形呈南北条状,总面积2465平方公里,总人口65万(2010年)。
同时也是全国唯一保存最完好的县级官署衙门内乡县衙、被联合国教科文组织列入世界生物圈保护区的宝天曼自然保护区等多处风景名胜。
地处北纬33度2分,东经112度35分,如下图1.1所示。
图1.1河南省内乡县地理位置
内乡县境处暖温带向北亚热带过渡地带,为北亚热带季风型大陆性气候,具有明显的过渡气候特征:
春季,冷,暖多变,温度呈跳跃上升,夏季炎热,冬季天冷,但无大冻害。
我们通过PVsyst软件中的Meteonorm6.1查询到内乡县平均每月的全局辐射,漫反射,温度及风速的数据,如下图1.2所示。
图1.2内乡县日照情况
从图上可以看到内乡县的月平均日照峰值为4558.8MJ/㎡(水平面),即3.47Kwh/㎡/day(水平面)。
查询内乡县全国日照情况,内乡县年均日照峰值时数为3.8H/day,以上数据可以看出内乡县具有一定的太阳能资源,适合安装光伏发电系统。
1.2总体设计原则
1)美观性
由于本项目的公众影响力,美观与否十分重要。
太阳能电池组件安装在中医院大厦屋顶上。
布局设计与安装方式应与屋顶结构密切配合,保持屋顶的风格和美观。
应尽可能将电池组件和屋顶的设计保持协调一致,布局适宜采用对称方案。
2)太阳辐射量
为了增加光伏阵列的能量输出,所有的太阳能电池组件均应普照在阳光下,并获得尽可能大的太阳辐射。
太阳电池组件应避免遮光,以及被高塔和屋顶四角的阴影遮挡,保证所有电池组件全天得到光照。
应在可能条件下,通过对太阳光伏列阵的安排,获得最大的能量输出。
3)电缆长度
为了实现以下目的,从太阳能电池到逆变器以及逆变器到开关站的电力电缆应尽可能的保持最短距离:
●减少线路的压降损失,提高系统输出能量;
●减少电缆尺寸以降低成本,同时减轻屋顶符合并增加其灵活性。
4)屋顶面形状
据现场勘察,内乡县中医院光伏并网项目共两栋屋顶,相邻成直角,面积大小相似,屋顶形式为“人”字屋顶,且均为彩钢瓦。
5)光伏电池组件制造、试验和验收标准
GB/T6497-1986《地面用太阳电池标定的一般规定》
GB/T9535-1998(IEC61215)《地面用晶体硅光伏组件设计鉴定和定型》
GB/T18210-2000《晶体硅光伏(PV)方阵I-V特性的现场测量》
GB/T18479-2001《地面用光伏(PV)发电系统概述和导则》
GB/T12632-1990《单晶硅太阳电池总规范》
6)本并网逆变系统的制造、试验和验收标准
GB/T191《包装储运图示标志》
GB/T19939-2005《光伏系统并网技术要求》
GB/T20046-2006《光伏(PV)系统电网接口特性(IEC61727:
2004,MOD)》
GB/Z19964-2005《光伏发电站接入电力系统技术规定》
GB/T2423.1-2001《电工电子产品基本环境试验规程试验A:
低温试验方法》
GB/T2423.2-2001《电工电子产品基本环境试验规程试验B:
高温试验方法》
GB/T2423.9-2001《电工电子产品基本环境试验规程试验Cb:
设备用恒定湿热试验方法》
GB4208《外壳防护等级(IP代码)(equIEC60529:
1998)》
GB3859.2-1993《半导体变流器应用导则》
GB/T14549-1993《电能质量公用电网谐波》
GB/T15543-1995《电能质量三相电压允许不平衡度》
二系统设计
2.1系统方案及其特点
1)方案描述
并网型太阳能光伏发电系统是利用太阳能电池组件将太阳能转换成直流电能,再通过逆变器将直流电逆变成50赫兹、230/400V的三相交流电。
逆变器的输出端通过配电柜与电网(230/400V)并联,将电能送入并网。
下图为本项目光伏发电系统示意图。
图2.1中医院30KW系统示意图
它包括以下主要部分:
a.太阳能电池阵列及其连接
图中30KW太阳能光伏阵列由120块高效多晶硅太阳能电池组件组成,每块电池的功率250Wp。
将15块电池组件组成一串,共8串,将8串分成2个子阵列。
上诉所有太阳能电池组件均直接安装固定在屋顶上。
b.并网型逆变器和交流配电柜
每个光伏阵列的输出直接在逆变器汇集,不增设汇流箱。
项目为两个“人”子屋顶,所以光伏系统特别设计的具有2路追踪容量为15KW的逆变器,得到50HZ、3相400V(线电压)的交流输出。
整套系统共2台户外式逆变器,它们的输出端接入交流配电柜。
(1)逆变器
本逆变器的功能包括:
●最大功率点跟踪(MPPT)
●MPPT路数:
2路
●最大效率高达98.3%
●逆变器的自动开启和关断控制
●远程监控
●各种保护功能
c.数据采集处理和远程监测显示系统
本系统具有采集、监控和显示多项功能,包括太阳辐照度、环境温度和电池组件温度、主要电路的电压和电流、各个电池组件子阵列和逆变器的工作状况等的监测和监控,直流、交流输出功率和发电量的计算和储存,以及各个故障的显示、报警等。
2)方案特点
本方案的特点如下:
●采用增强型高效多晶硅电池组件,外形美观,效率高,运行可靠。
●逆变器采用2路MPPT跟踪极大的提高了系统的发电效率,“人”字屋顶具有南北坡,如不采用多路跟踪那么无法实现最大效率输出,因当一面光照不足,另一面光照充足时,采用一路跟踪得不到最大效率。
而采用多路跟踪将可以避免此问题。
●采用多台逆变器并联供电,提高了供电的可靠性,并可以提高逆变器了系统的运行效率。
如果有一台逆变器发生故障,其他逆变器可以继续向负载供电或向电网卖电,仍可以保证一定的供电量。
控制系统采用最大功率点跟踪控制,使整个系统有较高的能量输出。
●采用先进的数据采集和远程监控系统,整个光伏系统的运行状况一目了然,有很好的显示度。
并可通过互联网或Modem,传送运行数据。
2.2系统框图和参数
1)系统框图
系统框图如下图所示。
图2.2中医院30KW系统框图
(1)太阳能电池组件
●型号:
CSG250W
●总数:
120块
●串联组件数:
15
●并联支路数:
8
●组件最大功率:
250Wp
●组件效率:
15.7%
●组件最佳工作电压:
30.9V
●组件最佳工作电流:
8.09A
(2)逆变器
●型号:
EA15KTLPV
●额定功率:
15KW
●数量:
2台
●最大直流输入功率:
15.5KWp
●最大直流输入电压:
1000V
●最大交流功率:
15KW
●额定交流电压:
3*400V
●频率:
50Hz(与电网相同)
●电流谐波:
<3%
●功率因数:
>0.99
●最大效率:
98.3%
2)系统参数
光伏阵列:
●光伏峰值功率30.40Kw
●电池组件总数量:
120块
●光伏阵列面积:
200m2
●逆变器数量:
2台
●逆变器最大直流功率:
15.5kW
●逆变器最大交流功率:
15KW
●逆变器效率:
98.3%
●年发电量:
36385kWh
2.3电站总体布局
经过对现场的考察和比较,并考虑到现实的可能性,将安装2台逆变器及交流配电柜的控制室放在中医院的变配电室,通过附近的电缆竖并连接到最靠近的市电变压器连入电网。
我们认为,总体说来,这样的安排基本体现了布局美观、合理,走线较短的原则。
2.4电网接入方式
参考分布式电源接入系统典型设计—国家电网发展[2013]625号文件,本次30KW的并网发电项目初步设计为自发自用余电上网的方式,2台逆变器接入交流并网柜后,系统接入电网采用XGF380-Z-1方案如下图所示。
图2.3XGF380-Z-1方案一次系统接线示意图
此接入方案设计只是示意图,具体的接入方式以当地电力局设计为准。
2.5光伏阵列在屋顶上的安装方式和布置方案
1)光伏阵列的安装方式
根据业主的要求,光伏阵列应安装在中医院的屋顶上,与大厦屋顶结构工程、大厦屋封顶工程及屋面排水工程等有关工程密切配合,保证屋顶的美观、和谐、协调。
为此,我们对光伏阵列的安装方式及布置方案进行了科学、合理的考虑和比较。
我们设计的安装方式如下:
将太阳能电池组件紧贴屋顶面,顺着屋顶面的坡度安装。
针对这种安装方式,根据美学效果,可接受到的太阳辐射量以及接线电缆长度,我们将后续具体设计光伏阵列布置方案。
2)光伏阵列布置方案
(l)布置原则
●美学角度和视觉效果;
●可接受到太阳辐射量或年发电量;
●光伏阵列到控制空的走线距离:
●安装的难易。
(2)布置方案评价标准的说明
●美学效果:
美学效果在本项目中是一个非常重要的评价因素,为了保持屋
顶的风格,必须充分重视太阳能电池组件布置与屋顶的协调一致。
将太阳能电池组件尽可能放在地面人群可以看到的位置,并与
屋顶风格一致的设计将获得最高的评价。
●发电量:
为了得到最大功率输出,太阳能电池组件应尽可能放在日照时
间最长、太阳辐射量最大的位置,同时应避免塔楼和屋顶本身的遮
影影响。
将太阳能电池组件排列在功率输出越大的地方,评价越高。
●走线距离:
指光伏阵列组件到逆变器的距离。
为了降低线路压降损失以及
降低电缆成本和屋顶负载,应尽可能减少走线距离。
由于屋顶不规则,某个方向可能所需电缆较长,因此走线距离越
短,评价越高。
●易于安装:
在屋顶面倾斜度较小的地方安装太阳能电池组件将减少安装上
的困难,可以达到降低安装费用,减少安装时间的目的。
安装斜坡越小,评价越高。
三.主要部件设计、选型及技术性能
3.1系统部件选型原则
●寿命一长,可靠性高;
●效率高,性能稳定;
●冗余性好,即使个别元器件发生故障,仍可保证安全运行;
●与建筑物结合有很好的视觉效果,符合审美要求;
●安装方便,不需要专用工具;
●维护工作减少到最低程度(通常由半熟练工人每年进行一次);
●设备适用于大范围的气候条件(温度、湿度)。
3.2太阳能电池组件及其固定和接线装置
1)太阳能电池组件
基于以上原则,在太阳能太阳能电池组件的选用上,我们拟采
用技术上已经成熟,效率较高且性能稳定的晶体硅太阳能电池组件。
考虑到国内太阳能电池组件的性能和国外先进水平比较尚有较大差
距,并充分考虑到这一工程的示范意义,经过反复比较,我们决定
采用东莞南玻公司的产品。
在内乡县中医院中,我们综合考虑了效率、稳定性、关观、价格等诸因素,拟选用东莞南玻公司的CSG250W增强型高
效多晶硅电池组件。
东莞南玻公司生产的CSG系列太阳能电池组件具有严格控制的电气参数和25年的性能保证,CSG250W的标称峰值功率为250瓦,采用了氮化硅涂层,以及适于快速安装的标有正负极的防水密封引出线和接插头,非常适用十与建筑物结合的并网光伏系统。
CSG250W符合以下质量和安全标准:
l)保险公司实验室列出的电气和防火安全要求(C级防火标准):
2)TUVRheinland二级设备合格证;
3)欧盟的89/336/EEC,72/23/EEC和93/68/EEC标准;
4)IEC61215标准,包括:
●相对湿度为85%时,太阳电池组件温度在-400C与85C
之间的重复循环试验;
●.模拟直径为25毫米(一英寸)的冰雹,以落地速度,对
太阳电池组件的冲击试验;
●.连续1000小时,把太阳电池组件暴露在温度为85C,相
对湿度为85%的环境下所进行的“湿热”试验;
●“热斑”测试;
●太阳电池组件背而与正面加静载荷2400帕斯卜,以及正
而加5400帕斯卡的静载荷(如冬天表面积雪),对太阳电
池组件进行抗静载荷能力测试。
3.3并网型逆变器和交流配电柜
1)并网型逆变器
作为系统关键部件的逆变器,经分析比较,拟选用目前我司具有先技术的EA15KTLPV逆变器。
该逆变器具有2路的MPPT跟踪功能;适合户外安装;内置有系统显示屏,多种通讯方式可供选择;宽泛的环境温度范围;提供包括服务热线在内的195个售后服务体系保障:
具有综合质量保证;设计简易,安装成本降低。
EA15KTLPV逆变器是组串系列逆变器的中功率产品,已在客户中广泛使用,具有较宽的电压范围,多路MPPT跟踪,具有较高的转换效率。
2)交流配电柜
项目采用的2台逆变器的输出接到交流配电柜,交流配电柜的数量为1台。
3.4控制与监测系统
1)控制
(1)大功率点跟踪控制
太阳太阳能电池组件的工作点随温度、太阳幅照度和工作电压等的变化而常常偏离其最佳运行点。
为了使系统有尽可能高的运行效率和能量输出,本系统采用了最大功率点跟踪控制技术,确保在各种情况下,太阳能电池组件工作在最佳状态。
下图示出CSG250W的输出功率随温度变化的情况。
可以看出,随着温度的变化,与最大功率点相应的电压也将发生变化。
最大功率点跟踪控制将调节直流输出电压,直至找出功率最高点。
确保太
阳能太阳能电池组件在该点工作。
图3.1组件CSG250W的输出功率随温度变化的情况
(2)防止孤岛效应
孤岛效应指的是在主电网电源切断之后,太阳能发电系统继续
发电并供给主电网。
这是很危险的,因为如果维修人员正试图修复
主电网的故障时而太阳能电力仍然传送入主电网,就有可能发生伤
害。
本系统控制器持续监测主电网,当主电网指标超出允许值时,
立即切断连接。
当电网电压在0.1秒到10秒时间内(可调)超出设置范围(Umin、
Umax),或电网频率在0.1秒到10秒时间内(可调)超出设置范围(Fmin、Fmax)时,逆变器了系统自动与电网断开。
只有当上述引起逆变器与电网断开的原因消除后,逆变器才可
以自动与电网重新接入。
2)监测
(1)本系统可测量、记录、显示以下参数和信息:
●光伏阵列了系统的电压、电流和瞬时直流输出功率;
●每个逆变器的直流输入电压、电流和瞬时功率;
●每个逆变器的交流输出电压、电流、有功功率和无功功率。
●输入电网的有功功率和无功功率;
●一年内的日发电量或由操作人员选定的从1小时到1年的某段时间内输入电网的电量;
●电网频率;
●太阳辐照度;
●组件温度;
●环境温度;
●各个逆变器的接入/切除状态:
●故障报警。
(2)监测系统的最低采样速度为:
●对与人员和设备安全无关的参数,每10秒采样一次;
●对与人员和设备安全有关的参数,每0.5秒采样一次;
(3)本系统可储存一年中每10分钟的平均数据或累计数据,还可以根据用户要求储存过去一个月的瞬时数据。
3)报警
在下列情况下,系统将自动检测到的信息以报警的方式提供给
运行管理人员
●每个逆变器的输入电压超出允许范围(Umin、Umax—直流):
●光伏阵列每组并联支路的电流超出允许范围(Imin、Imax—直流);
●光伏阵列了系统的直流电流泄漏大十50毫安。
4)显示方式
(1)微机现场监控
将一台外置的EA15KTLPV逆变器(见下图)用一根RS485数据线与逆变器连接起来,再用一根RS232数据线连接到微机上,即可从微机上得到所需的数据和信息,并可对系统进行详细的分析。
图3.2逆变EA15KTLPV现场监控画面
(2)远程.监控—互联网
将EA15KTLPV逆变器的第二个串行端口接到一台调制解调器(modem),通过拨号方式,就可以在远处和现场的所有.监控设备进行通讯。
系统的安全可由设定的密码予以保证。
这种方式不仅可以在远处了解系统的运行情况,一而且有利十远处的技术人员刘、系统的监控和维修。
作为本方案的一个示例,我们可以设立一个监控网络系统。
从而不仅可使个参观人员看到医院的太阳能光伏发电系统,而且也可领略到医院优美的建筑风格。
5)系统保护
(1)防雷保护
●太阳光伏阵列、逆变器、交、和逆变器等金属外壳均作等电位连接,并接到建筑物的共同接地装置;
●每组光伏了阵列的输出端、交、和逆变器的输入、输出端均通过金属氧化物压敏电阻接地,以防护雷电的电磁感应过电压。
●为了保证系统在雷雨等恶劣天气下能够安全运行,要对这套系统采取防雷措施。
主要有以下八个方而:
(A)地线是避需、防雷的关键,在进行配电空基础建设和太阳电池方阵基础建设的同时,选择光电厂附近土层较厚、潮湿的地点,挖2米深地线坑,采用40扁钢,添加降阻剂并引出地线,引出线采用35mm2铜芯电缆,接地电阻应小于4欧姆。
(B)在配电室附近建一避雷针,高15米,并单独做一地线,方
法同上。
(C)太阳能光伏系统电缆进入配电室的电压为AC400V,加防需器保护。
此外电池板方阵的支架应保证良好的接地。
(D)并网逆变器交流输出线采用防雷箱一级保护(并网逆变器
内有交流输出防需器)。
(2)过流和短断保护
逆变器和交流配电柜装有断路器或熔断器,作为过流或短路保护。
(3)反向截流保护
每个光伏了阵列的输出端接有反向截流二极管,以防止电流反
向流入太阳能电池组件。
四.施工组织设计方案
4.1施工组织实施方案
1)概述
本方案覆盖总承包合同项目执行的个过程,即包括系统总体设计、部件设计、设备制造、采购、运输、现场施工及施工管理等。
本方案的目的是保证中医院30KW太阳能发电系统建设符合一下述规定:
●相关国际、国家标准、规范
●同中业主的要求
●有关的行业规定
本方案将使所有参加项目人员清晰了解其工作职责、内容和计划进度等,同时使业主了解本公司的计划执行情况,以保证项目的顺利实施。
2)项目实现目标
(1)安全
系统的安全设计是向用户提供合格服务的一个重要组成部分,对用户而言,为其提供安全、简单、方便的供电系统是极为重要的。
同时保证项目实施过程中的设备和人身安全也是非常关键的。
(2)质量
本公司十分重视为用户提供高质量的服务,这种认识将贯穿从
承接项目、技术设计、设备采购、现场施工到建成发电、维修服务的个过程。
(3)进度
保证项目进度的有效管理是为用户提供高质量服务的重要部
分。
本公司承诺在满足安全和质量要求的前提下,合理安排设计、
采购、施工工作,按规定高质量完成项目建设任务。
3)项目实施部署
(1)前期动员
从投标开始,选定本项目的主要技术和管理人员,并以他们为
核心形成项目组。
这样自合同签定起就可以立即开始工作,节省了通常所需的组成项目组、动员人力的时间。
并保证项目管理、一设计、设备制造调试、采购、施工等主要人员在项目刚开始时就已了解、熟悉项目的情况和要求。
(2)组织和人员安排
在项目负责人的统一领一导下,统一组织项目参加单位人员成立
系统设计组、设备制造组、采购组、质量保证组和现场工程施工组,选派高素质、有经验人员中的骨干人员担任组一长,各组相互配合。
在技术上由总工程师统一把关。
为了协调不同单位、不同国籍人员
协调工作,特别选定2名项目行政助理协调项目实施过程中的行政事务。
为确保工作的高质量和工程进度,本公司将}分重视并仔细考虑各组人员的安排,充分发挥每个人的特点和一长处,做到人尽其
才。
(3)系统设计
广东易事特电源股份有限公司有极其丰富的设计安装光伏发电系统的经验,并从事系统中控制逆变器、监控系统、太阳能电池组件的设计制造,公司选派最好的专家组成了包括总体设计、电气、自动控制、计算机、机械、建筑、空气动力学、工程管理等方面的专家的系统设计组。
这些国际、国内知名专家组成的设计组保证了其技术方案的先进性和科学性。
(4)设一备制造
根据总体和分部件设·计要求,太阳能电池织件采用增强型多晶
硅高效电池,由广东易事特电源股份有限公司按其本身符合ISO9001质量认证的和国际通用的质量标准制造。
根据该系统的要求,光伏阵列逆变器
和参照以前类似系统由广东易事特电源股份有限公司特别设计制造。
控制逆变器和监控系统由易事特公司制造。
我司生产制造的逆变器和监控系统的技术和质量处于国际领先地位。
交流配电柜由总体系统设计组设计后,选用最好的元器件在国内加工制造。
(5)设一备采购
为保证采购工作的正常进行,由公司专设的采购组负责采购活
动。
采购服务工作的范围从调查国内外市场选择合格厂商起,直到
合格的产品运送到现场,包括厂商评定、询价、采购、催货及设备
运输的个过程。
采购设备的型号和生产厂家必须经过系统设计组和
总工程师的批准,并由质量保证组认可方可最终确定。
需采购的一设备除太阳能电池组件、控制逆变器、监控系统、交等主要设备外,还包括各种电线电缆、走线槽、各种固定件连接件、施工工具、检测仪器仪表等。
(6)质量保证
由质保组负责监督设备制造和施工的质量,实行质量控制一票
否决制。
对重要的设备制造及安装过程实行全程监控。
(7)项目施工
现场施工计划委托当地有电气及建筑安装施工资质的公司具体
施工。
施工监理及技术负责人将由本公司选派,他们具有丰富的光
伏发电项目施工经验。
对各主要部件的现场调试和联调,我公司将
派相应的工程师和设备供应商的技术人员一起进行。
4.2关键部位的施工方法及技术要求
1)太阳能电池组件在屋顶上的安装固定
太阳能电池组件的安装必须结合屋顶上封板的结构协调考虑,根
据我们现场考察所得知的上封板形状结构的初步考虑,我们设计了一
种简单、快捷、可靠的安装工艺,整个结构只有三个主要部件,即太
阳能电池组件、支架和连接件。
根据计算,这种连接可承受风速高达
55米/秒的风荷。
2)逆变器、线槽的安装
逆变器、屋顶走线槽同样用支架安装在屋面上,安装方法与上述
类似。
3)逆变器和交、的布置和安装
逆变器(2台)安装在室外(初步考虑),交流配电柜(1台)安装在位于中医院的变配电室(初步考虑)内,太阳能发电控制室的布置。
上述设备的放置地而要平整,安放时应离墙有一定的距离。
在搬放柜了时,柜门应锁死,轻搬轻放,地而采用静电地板。
4)导线和布线系统
(1)导线和布线系统的设计和选择按以下因素进行考虑:
1 符合技术指标;
2 最小的导线电压降;
3 最短行程;
4 确保屋顶材料的完整性(例如防水、重量等);
5 最小的视觉影响;
6 能承受环境因素影响:
7 可靠性高;
8 长期使用,用户满意;
9 安装容易快捷;
10 保养容易。
(2)太阳能电池组件间的导线连接:
a)规模:
每块太阳能电池组件本身带有密封的正负两根引出线和防水接抽头,将彼此相邻的太阳能电池组件互相连接成串,整个系统总共120块太阳能电池组件,连接成8串,每4串接入一台逆变器,初步设计将逆变器和光伏组件均安装在房顶。
b)导线行程:
太阳能电池组件成串连接后,每串间距大约1米。
最远的太阳能电池组件与逆变器的距离大约27米。
C)导线压降:
直流1.13伏。
d)线阻抗:
0.12欧。
e)导线截而:
最小4mm'(单芯)。
f)导线连接:
由于以下原因必须使用多触点接头:
●标有极性(正、负)的接插头确保不会接错;
●易十安装,减少安装时间;
●防水;
●适用直流电路;
●连接电阻小。
g)线束捆扎/固定:
太阳能电池组件间的导线应避开视线和阳光,隐藏在太阳能电池组件下。
最后一块太阳能电池组
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