光伏领跑者技术创新投标方案模板.docx
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光伏领跑者技术创新投标方案模板
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1电站系统效率提升方案
1.1采煤沉陷区复杂地形组件安装角度对发电量的影响分析
光伏阵列发电量与光伏组件表面太阳辐射量相关,光伏组件表平面与太阳光线垂直时其发电量最大,随着太阳光线入射角减小,发电量明显下降。
一个光伏电站内组件数量成千上万,通常需保持组件的安装倾角和方位角统一和一致,以便各组串发电出力一致、减少杂损,从而提高整体发电量。
采煤沉陷区地形中,理想状况下仍希望保持组件的安装倾角和方位角统一和一致,实际上则因地形复杂多变、施工安装精确度不足,可能出现安装倾角和方位角不统一的现象。
针对此现象,拟从两个方面进行考虑:
一、如倾角和方位角不统一时对发电量的影响特别明显,则仍然需要保持统一,必要时需要更精细的实地测量、更优良的支架、更准确的施工安装定位来保障;二、如影响不明显,则在不引起发电量不明显变化的前提下,可能选择更贴合地形的高度角和方位角,以减少支架投资、减少施工安装精确度需要。
1.1.1不同倾角时发电量
根据RETScreen软件进行计算,计算结果如下:
由上图可见,随着倾角的增加,发电量先增加后减少,于38度达到最大值;在发电量最小值处增加率最大,在发电量最大值处增加率最小(于38度时为0)。
经计算,各倾角下发电量相对最大值的幅比如下——
组件倾角
方位角
辐射量(度/m2*d)
幅比%
28
0
5.15
98.85%
30
0
5.17
99.23%
32
0
5.19
99.62%
34
0
5.20
99.81%
36
0
5.20
99.81%
38
0
5.21
100.00%
40
0
5.21
100.00%
42
0
5.20
99.81%
44
0
5.19
99.62%
46
0
5.18
99.42%
48
0
5.16
99.04%
由上表可见,最大100%发电量倾角在38度~40度范围内,>99%发电量倾角在30度~48度范围内,>98%发电量倾角在28度~48度范围内。
合理运用上述分析结果,既能保证发电量不受较大影响(<1%),又可以在组件倾角设计上有更大的灵活性。
采煤沉陷区地形下,南北向起伏不平,地形坡角Y°以朝南为正、朝北为负,则组件倾角а可选择——
Y°∈(-∞°,28°)时,а°=18°;
Y°∈(28°,48°)时,а°=Y°;
Y°∈(48°,+∞°)时,а°=48°。
1.1.2不同方位角时发电量
根据RETScreen软件进行计算,有如下结果——
组件倾角
方位角
辐射量(度/m2*d)
幅比%
28
0-6
5.14
99.04%
28
7-13
5.13
98.84%
28
14-17
5.12
98.65%
28
18-20
5.11
98.46%
28
21-23
5.10
98.27%
28
24-26
5.09
98.07%
28
27-29
5.08
97.88%
38-40
0-8
5.21
100.00%
38-40
9-12
5.18
99.81%
38-40
13-15
5.17
99.61%
38-40
16-18
5.16
99.42%
38-40
19-21
5.15
99.23%
38-40
22-23
5.14
99.04%
38-40
24-26
5.13
98.84%
48
0-2
5.16
99.42%
48
3-8
5.15
99.23%
48
9-12
5.14
99.04%
48
13-15
5.13
98.84%
48
16-18
5.12
98.65%
48
19-20
5.11
98.46%
48
21-22
5.10
98.27%
48
23-24
5.09
98.07%
48
25-26
5.08
97.88%
由上表可见——
最大100%发电量,为倾角∈(38,40)度、且方位角∈(0,8)度时;
>98.5%发电量,为倾角∈(28,48)度、且方位角∈(0,20)度时。
1.1.3同时刻不同安装角度组串并联特性分析
前述不同倾角、不同方位角发电量影响分析,均为针对发电总量(或日发电量平均值)的数值是否产生较大变化而进行分析。
事实上,在倾角或方位角变化较小时,虽然发电总量的数值可能变化不大,未受到较大影响,但因倾角或方位角不同,相同时刻不同角度的组串运行特性是不相同的,这些不同运行特性的组串是否在汇流箱中能直接进行并联还需进一步分析。
如果组串电压差异较大,直接并联后也将产生较大电量损失。
光伏组件的运行特性,主要受辐照度和温度影响。
根据其特性曲线,在温度不变时,辐照度越大,电流越大、功率越大,而电压基本不变化;在辐照度不变时,温度越高,电压越低,而电流基本不变化。
在相同时刻下,组件安装倾角或方位角不同时,主要引起组件表面接收的辐照度变化,对温度的影响较小(同一时刻环境温度相同)。
考虑到辐照度主要影响电流,则相同时刻不同安装角度组串的电压基本相等,而电流差别较大。
在这种运行特点下,相同时刻不同安装角度的组串进行并联对发电量影响较小。
组件运行特性曲线详见下图——
1.2山区地形光伏方阵间距设计方案
1.2.1阴影成因分析
本工程地处北半球太阳回归线外,太阳总是位于天顶南部,太阳光线照射到地面障碍物上后,将在障碍物北侧地面上形成阴影。
本工程光伏电场中,电池架因朝南以固定倾角安装,使各相邻的两排电池架南北向间产生高差(南高北低),其南排电池架(相当于障碍物)将向北形成阴影,在间距不足时,该阴影可能落于其北排电池架低处的光伏组件表面,从而影响其正常发电。
因此,各相邻的两排电池架南北向之间需设留足够的间距,该间距至少应大于阴影的南北向分量长度。
实际布置时,两排电池架南北间距,还受地形地势影响,如地势北高南低则间距可减少,地势北低南高则相反。
同理可分析,各相邻的两列电池架东西向间如有高差(东高西低、或西高东西),或早间或晚间也将产生阴影。
如地坪高度、电池架高度均相同,电池架均朝南以相同的固定倾角安装,各相邻的两列电池架东西向的阴影将落于电池架背后,不会遮挡电池架表面布置的光伏组件。
实际布置时,两排电池架东西向间距,还受地形地势影响,如东西向地势起伏较大,也可能产生阴影遮挡。
对光伏电场内可能导致阴影的障碍物进行分析,除电池架自身外,常见的还有围墙和逆变电设备。
南侧围墙与其北部相邻的电池架间的距离,至少应大于围墙阴影的南北向分量长度。
北侧围墙不会对本工程电池架产生阴影遮挡影响,但可能影响后续工程布置于其北部的电池架。
东西侧围墙与其相邻的电池架间的距离,至少应大于围墙阴影的东西向分量长度。
逆变电设备与围墙相似考虑间距。
1.2.2阴影系数
障碍物物体的阴影是变化的,可由下图示意求解。
图中,H为障碍物高度,α为太阳高度角,β为太阳方位角,r为太阳入射光线水平面上投影(总阴影)长度,d和e分别为总阴影在南北向和东西向的分量长度。
根据太阳高度角α和太阳方位角β的定义,结合几何关系,运用三角函数,可得:
①
;
②
,
;
阴影随纬度、时季、时间不同而变化。
高纬地阴影长、低纬地阴影短,冬季阴影长、夏季阴影短,早晚阴影长、正午阴影短。
阴影南北向的分量和东西向的分量,也随之各有长短和不同。
定义
为时角(表征时间的参数,时角为0表示太阳位于天顶真太阳时为12点,时角前后每隔15度表示太阳偏离天顶1小时),
为太阳赤纬角(表征时季的参数,在冬至日-23.45ºC至夏至日+23.45ºC范围内变化),
为地理纬度。
根据“天球模型”和太阳运行规律可得:
③
;
④
;
将公式③、④代入公式①、②,消去中间参数α和β,可得d、e值计算公式如下——
⑤
,⑥
。
由公式⑤、⑥可见,对于某一确定高度H的障碍物,其阴影的各方向分量长度均只与时角
、太阳赤纬角
和地理纬度
等自变量有关,随自变量变化而变化,并可在自变量的给定区间内求得阴影各方向分量长度的最大值。
定义南北阴影系数s1=d/H
,
定义东西阴影系数s2=e/H
。
阴影系数直接建立了障碍物地面阴影长度与其高度之间的比例关系,从其公式可见阴影系数与障碍物本身高度无关。
阴影系数不受障碍物具体性质、特征等参数影响,适用于各种障碍物阴影计算。
对于确定地理纬度(本工程
约38º)的光伏发电工程,阴影系数在冬至日(太阳赤纬角
为-23.5º时)最大,且因阴影系数的各自变量是独立的,阴影系数在冬至日内还随时角的变化而变化,正午小、早晚大。
光伏发电工程中,冬至日的发电量于年内相比最低,其正常发电时间结合经济性设定(更长的正常发电时间通过设置更大的电池架间距来保证,虽然可在更长的时间范围内不受阴影遮挡而多发电,但也将因此降低场地使用效率),通常设定为上午9点至下午15点(真太阳时,对应时角
的最大值为45º)。
按上述分析的阴影系数自变量取值范围,经计算本工程阴影系数最大值——
s1=1.557;s2=1.578。
s1=2.676;s2=2.435。
根据s1和s2,可测算全年时间内,无论太阳高度角如何变化,在真太阳时上午9点至下午15点区间,单位高度(H=1)的阴影极限范围为——
1.2.3光伏电场阴影间距计算
1)电池架南北向间距计算,详见下图。
图中,L为电池架斜面高度,H为电池架垂直高度,B为安装倾角,D为前后电池架的间距,其它参数同前述。
若场地平整,南北坡比为零,组件倾角按38度设计,则根据阴影系数定义,有d=s1*Hm;根据三角函数关系,有D=d+L*CosB。
根据项目现场实地踏勘,项目地形多为山地,坡度较大,因此可以因地制宜,根据地形条件将场地合理分区,根据不同分区的坡比针对性布置电池架南北间距。
2)电池架东西向间距
相邻电池架间如有高差,则可能产生阴影遮挡,需要设置足够的东西向间距。
根据前文分析,本工程方位角±20度范围内对发电量影响较小,则电池架可设计成顺东西坡面连续布置,避免相邻电池架间产生高差。
由此,东西向间距可仅考虑维护人行通道,设置人性通道的电池架之间间距按300mm设计。
3)围墙与其相邻的电池架间的距离
围墙高度H按2.2m计算,考虑南北向阴影系数s1和东西向阴影系数s2,经计算围墙与电池架间距需≥3.5m;
4)逆变电设备与其相邻的电池架间的距离
逆变电设备成套集装箱,高度H。
逆变电设备与其北部电池架间距d>s1*H
逆变电设备与其东西部电池架间距d>s2*H。
1.3系统方案的合理优化设计
1.3.1采用组件最优分选设计
项目设计采用了组件分选设计,对组件按实测参数进行电流、电压的按档分选,并提供分选方案,由组件厂家按分选方案进行箱、托、车的包装,并按此分选设计进行组件组串设计、安装,可降低组串功率损失1~2%,对于系统整体发电量来说每年可多发电2%左右,经济效益明显。
我公司做河北XX、XXXX、吉林通榆、内蒙二连浩特和XX等项目组件供货、安装方面均要求了组件分选包装,并制定了严密的分选规定、包装标准以及现场组件堆放、安装工艺流程,可保证组件分选工作的顺利执行,并保证为业主带来明显经济效益。
1.3.2采用较少的进线柜设计
通常35KV开关柜最小规格的断路器即为630A,而每个1MWp单元升压后的输出电流却比较小,如果各个单元单独采用一个进线柜,是非常浪费设备容量的,本项目在升压变压器升压后,各个箱式逆变器站输出35KV线路并不是都汇至开关站35KV母线,而是先采用就近并接、然后汇流进入开关站35KV进线柜。
以20MW项目为例,35KV总计选用2回进线(每回10MW,常规设计采用每回5MW)、1回无功补偿、1回接地变及消弧线圈、1回站用变出线(备用)、1回出线的一次设计。
具体汇流方式为1MWp单元每10个先相并后进入1个进线柜,对于20MW项目可以节省2面高压柜。
1.3.3分站房及汇流箱的优化设计
在分站房位置的选择方面我公司设计如下:
创新设计方案
常规设计方案
创新设计方案各分站房及升压变布置在方阵中间,汇流箱与分站房再一条垂直的直线上布置,由此具有如下优点:
1、汇流箱至逆变器之间的直流电缆用量节省近40%,从而降低了直流线损,提高了系统效率,并且从敷设来看,直流电缆可以同沟敷设,减少了电缆沟的开挖量,后期的通讯电缆也可以敷设在一起,更加方便简洁;2、汇流箱布置在一条直线上并且位于道路边上,方便检修运维,可提高维护管理效率,降低维护运营成本。
1.3.3直流汇线优化设计
常规的汇线方式如下图所示:
创新后的汇线方式如下图所示:
创新的直流组串汇线方式,充分利用了组件自身带的线缆,节省了直流线缆的用量,降低了线损,提高了经济性,也体现了低碳环保,高效利用的原则。
对于山地地形,为了提高发电量,我们组串汇线方式从细节上进行了优化。
下图是优化前和优化后的对比图。
优化前的常规方案
优化后的创新方案
目前光伏电站的支架设计是一个最小支架单元上安装40块(或者44块)组件,即两个组串,对于前后排的间距是按照北京时间上午9:
00-下午15:
00之间保证不遮挡设计,但是在实际的运行中,到了15:
00以后,在春夏秋季还可以继续发电,由于间距的问题造成常规方案的下排组件的遮挡,常规方案的汇线方式导致上下排的组件不能导通继续发电,而创新的汇线方案遮挡下排组件后不影响上排组件继续发电,此时发电量减半继续运行,而常规方案被遮挡后会造成全部停运。
创新的汇线方案即可节省线缆用量,也可以增加发电量,可延长发电时间半个小时到一个小时左右。
1.4支架基础及支架优化设计方案
1.4.1本工程的重点、难点分析
本项目工程环境为煤矿采空区,山地地形,地面起伏不平,地形及地质情况复杂(如下图),为满足现场可能出现的各种因素,依据我司多年的设计及施工经验,准备通过以下几个方面来解决地形及地质条件所产生的问题:
1.4.2支架的可调性设计
1.4.2.1立柱高低可无极调节
针对山地地形,地面起伏不平,基础只能做到粗调调平,难以做到一次性精调调平到位,从而需要支架具备一定范围高度的无级调功能:
支架立柱设计为正负200mm无级式调节,,即高度总体调节达400mm,立柱采用D60圆钢管,基础预埋D76钢套管,立柱与钢套管之间上下调整以实现高度无级调节,到位后通过三个螺栓顶紧连接,同时在钢套管下部预留孔的位置在现场定位钻孔,然后穿对穿螺栓紧固,预防钢管与外套管之间的再次位移。
1.4.2.2横梁与斜梁夹角可调
按前面专题论述,我们依据RETScreen软件进行理论测算结果,在支架南北倾角取40(0,-2)度时,支架的东西向方位角在正负8度以内时,发电量为100%无差别;当支架的东西向方位角在正负8度~15度以内时,发电量的最大损失量也在0.4%以内。
依据现场1:
500地形图,东西向坡度90%在12度以内,因此,全场支架的东西向方位角完全可以依据具体地形随坡就势,控制在正负15度以内。
单个支架的东西方向的角度调整,要满足随坡就势,就必须做到东西向角度在正负15度范围内无级调。
具体设计是通过斜梁上的檩托连接件,其上特有的长调孔与横梁长度方向的长圆孔,成十字交叉调节,以实现东坡、西坡的纵坡需求。
详见下图:
位置图5.2-1:
东西方位角0度时状态
位置图5.2-2:
东西方位角15度时状态
位置图5.2-3:
东西方位角-15时状态
1.4.3基础选型及施工工艺
1.4.3.1基础选型
针对现场地质情况复杂,我司通过科学的技术方案、便捷的施工顺序、成本的控制以及达到预期的质量和安全目标等方面选取最优化的支架基础方案:
1)预钻孔混凝土灌注钢管桩---适用于泥土层较厚或非硬岩的地质区域:
预钻孔混凝土灌注钢管桩利用钻孔设备直接定点预成孔,施工快捷,对现有地质破坏性小,定点位置准确,且由于有混凝土保护钢管,防腐蚀性能极佳,钢管桩与上部结构连接采用高度方向无级调节,可适应地面的不平整及基础施工的偏差,具体做法如下:
a.先用钻机在定点放线的位置,预钻φ200孔洞,见图1、图2;
b.预埋钢管放入洞内,预埋钢管为φ76钢管,钢管四周钻φ25孔,见图3;
c.将软管插入钢管底部,把活好的1:
3水泥砂浆灌入,现浇时注意边浇灌边振捣;浇筑完后在初凝前将钢管调整位置、调整垂直度,见图4。
d.钢管桩基础完成5~7天后即可开始上部支架的安装。
图1、钻机预钻孔图2、成孔
图3、将钢管桩放入空洞内图4、灌浆后成型
2)混凝土自承重独立浅基础+高度调节件---适用于大石块较多的硬岩地质区域
针对大石块较多的硬岩区域,钻机无法钻孔,拟采用混凝土自承重浅基础与预埋锚杆式钢管组合模式实现立柱在高度方向的无极调,适应地面的不平整及基础施工的偏差,具体做法如下:
a.放线定位(轴线尺寸、基底标高);
b.槽底或模板内清理;
c.手持式风镐钻小孔;
d.预埋锚杆式钢管;
e.支基础模板;
f.混凝土浇筑——混凝土振捣——混凝土找平——混凝土养护——模板拆除;
1.4.3.2确保基础定位准确及支架整体性的措施
由于测绘的地形图与实际存在差异,基础放线时,采用GPS定位放线、放点,需根据现场实际情况做出局部调整(移位或取消);基础施工完毕,对已完工的基础面再用GPS实测一遍,及时调整设计数据,以确保组件完成面的整体性;
1.4.4全场植被及水系的保持专题
1)施工时,必须尽量不破坏现有植被,保留植被根系,确保水土不流失;
2)道路施工时,尽量不破坏现有自然形成的表层排水水系,例如不切断排洪沟渠,实在不得已跨线时,需预埋排水管,不切断自然排水。
3)合理安排施工工续,根据云南气候特点,注意避开6月~10月大雨季,把道路、支架基础和其他土建施工,都争取在5月份完成,为整体完工继而提前完工创造条件。
2新材料、新技术的使用
2.1采用先进的高转化效率、大功率组件
针对XX市采煤沉陷区的项目,我们选择了四家具备中国质量认证中心认证的知名组件供应商合作,为本次项目提供高转化效率、优质的大功率组件,这四家分别为:
XX光伏科技有限公司、XX新能源(启东)有限公司、XX新能源股份有限公司、XX太阳XX技(镇江)有限公司,其中XX光伏科技有限公司主要生产高效的单晶组件,其余三个企业主要生产高效的多晶组件。
多晶组件结合了多项高效与创新技术,我公司选择单块275Wp、280Wp、285Wp的多晶组件,转换效率分别为16.8%、17.11%、17.41%,组件转换效率完全优于领跑者计划的要求,电池的转换效率达到了18.8%以上,完全满足要求。
该项目使用的多晶采用各种先进技术,包括降低晶体硅片缺陷的晶体技术、采用杜邦Solamet电池金属化的先进结构电池技术、先进的组件一体化封装技术、运用基于杜邦Tedlar薄膜的背板等,在提高可靠性的同时实现了组件功率的大幅提升。
除高功率输出外,Eagle+组件实现了双85度条件下1000小时的无电势诱导衰减(PID-Free),并且通过对电池及封装材料进行了抗氧化设计,将蛇形斑的概率降到近乎为零。
2.2采煤沉陷山地地形组串逆变器的应用
组件选择优质高效组件,只是提高系统发电量的一部分,合理优化的组件布置设计,选择性能优异的组串逆变器,对于解决山地地形光伏有这个得天独厚的优势。
采煤沉陷区属于地质不稳地段,容量发生沉降、塌方、滑坡等地质灾害,要求地面建筑载荷较小,减少发生地质灾害的风险。
集中式逆变器重量大,占地面积大、需要吊车安装,山地不便于吊车作业,并且对地质稳定性要求较高,因此对地质不利地段的适应性较小。
组串式逆变器的优势主要有以下几方面:
(1)组串逆变器体积小、接入灵活;
(2)组串逆变器的拓扑结构适合双绕组变压器的接入升压,成本更低;
(3)组串逆变器重量轻,不需要重型机械作业安装,更安全;
(4)组串逆变器发生故障后可作为整机更换,维修简便快捷,减少故障时间,降低了发电量损失;
(5)组串逆变器可以减少汇流箱等设备,并且阵列容量可以随意选择,更加简洁方便;
(6)组串逆变器有多路MPPT,可以跟踪多路组串的工作电压,有效提高发电量等。
基于以上优势及特点,证明组串逆变器适宜在采煤沉陷区或地形复杂地区使用。
本项目采用的组串逆变器比传统逆变器方案更高效,更智能,更可靠,发电量提升>5%,IRR提升2.75%,确保智能光伏电站首年的系统效率不低于81%。
2.3智能运维生态系统
多年潜心研发的智能运维生态系统,是式智能运维整体解决方案,依托XX以互联网+、智能智造为核心的技术优势,提供高可靠性与高性价比的电站清洗与智能运维整体解决方案,可有效提升电站发电率10%~20%。
2.3.1完美越障功能大幅度降低清洗成本
传统人工清洗或半自动化机械清洗成本约为2.5万元/次/10MW,需200人时,不仅耗水多、受天气影响,且占用白天发点时间,更有触电漏电的安全隐患。
XX研发的智能运维清洗机器人可实现1天清洗1次,成本仅为0.1万元/次/10MW,且不受天气影响,在夜间清洗,不占用白天电站发电时间,更无漏电或损伤电池板的隐患。
目前,世界上已有的光伏电站全自动化清洗设备对电站施工要求非常高,仅能容忍2-3毫米的阵列间隙高度差,而中国大多数光伏电站的施工都存在陈列排布不整齐、不在一个平面上,以及陈列高度差大的情况。
若国内电站整体安装清洗设备,则设备数量巨大,在经济上使得业务无法承受。
此外,由于缺乏配套的控制系统和强大的动力支持,目前市面上的清洗设备难以适应较大起伏的地形,使用场景受限。
3XX光资源、系统效率分析及发电量估算
3.1XX光资源分析
图我国太阳能资源空间分布
表2.2-1我国太阳能资源等级区划表
地区
类型
年日照时数(h/a)
年辐射总量(MJ/m2·a)
等量热量所
需标准燃煤
(kg)
包括的主要地区
备注
一类
3200-3300
6680-8400
225~285kg
宁夏北部,甘肃北部,新疆南部,青海西部,西藏西部
太阳能资源最丰富地区
二类
3000-3200
5852-6680
200~225kg
河北西北部,XX北部,内蒙南部,宁夏南部,甘肃中部,青海东部,西藏东南部,新疆南部
较丰富地区
三类
2200-3000
5016-5852
170-200㎏
山东,河南,河北东南部,XX南部,新疆北部,吉林,辽宁,云南,陕西北部,甘肃东南部,广东南部
中等地区
四类
1400-2000
4180-5016
140-170㎏
湖南,广西,江西,浙江,湖北,福建北部,广东北部,陕西南部,安徽南部
较差地区
五类
1000-1400
3344-4180
115-140㎏
四川大部分地区,贵州
最差地区
我国太阳能资源分布的主要特点:
太阳能的高值中心和低值中心都处在北纬22°~36°这一带,青藏高原是高值中心,四川盆地是低值中心;西部地区太阳年辐射总量高于东部地区,而且除西藏和新疆两个自治区外,基本上是南部低于北部;由于南方地区云雾雨较多,在北纬30°~40°地区,太阳辐射随着纬度的增加而增长。
XX市是XX省东部地区政治、经济、教育、文化中心,是中国能源
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