离网发电系统方案.docx
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离网发电系统方案
光伏离网发电系统
(技术部分)
上海泊吾电源有限公司
2013 年 1 月
第一章:
系统概述...........................................................................................................................3
1.1 项目概述............................................................................................................................3
1.2 系统设计依据....................................................................................................................3
1.3 公司简介............................................................................................................................4
第二章:
系统配置...........................................................................................................................5
2.1 系统构成.............................................................................................................................5
2.2 系统选型.............................................................................................................................5
2.2.1 光伏组件..................................................................................................................5
2.2.2 光伏组件支架..........................................................................................................7
2.2.3 光伏方阵防雷汇流箱..............................................................................................8
2.2.4 接地和防雷..............................................................................................................9
2.2.5 线缆桥架................................................................................................................11
2.2.6 光伏逆变器............................................................................................................12
2.2.7 通讯及监控............................................................................................................15
2.2.8 蓄电池....................................................................................................................17
第三章:
系统设计.........................................................................................................................18
3.1 离网系统设计的基本原理...............................................................................................18
3.2 气象数据分析...................................................................................................................19
3.3 组件方阵设计..................................................................................................................20
3.3.1 倾角和方位角........................................................................................................20
3.3.2 组件阵列间距........................................................................................................23
3.3.3 组件距地(屋面)距离........................................................................................23
3.4 光伏逆变器电气设计.......................................................................................................24
3.5 光伏消防安全设计...........................................................................................................26
3.5.1 蓄电池设计方法....................................................................................................30
第四章:
系统发电量分析.............................................................................................................35
第五章:
系统主要设备清单.........................................................................................................36
第一章:
系统概述
1.1 系统概述
离网光伏屋顶系统由光伏组件、逆变器、控制装置、蓄电池组成。
以光伏电池
板为发电部件,控制器对所发的电能进行调节和控制,一方面把调整后的能量送往直
流负载或交流负载,另一方面把多余的能量送往蓄电池组储存,当所发的电不能满足
负载需要时,控制器又把蓄电池的电能送往负载。
蓄电池充满电后,控制器要控制蓄
电池不被过充。
当蓄电池所储存的电能放完时,控制器要控制蓄电池不被过放电,保
护蓄电池。
蓄电池可以贮能,以便在夜间或阴雨天保证负载用电。
离网直流运用还能
根据负载情况去掉逆变环节做不同电压等级的直流电源输出供给负载使用
1.2 系统设计依据
太阳能光伏发电系统的设计计算主要依据是技术规格书、及设备的技术规格和相关国
际、国家标准,主要有:
IEC 60891对晶体硅光电器件测量特性 I-V 的温度修正和辐照度修正的方法;
IEC 60904光电器件;
IEC 61173光电功率发生系统过压保护导则;
IEC 61215-1993晶体硅地表光伏电池组件 设计鉴定和定型;
1ECll94建筑物的电气安装;
GB/T 6495.2-1996 光伏器件 第 2 部分:
标准太阳电池的要求;
GB/T 19939-2005 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);
IEC 60068-2基本环境试验 第 2 部分:
试验;
IEC 61721-1995光电模块对意外碰撞的承受能力(抗撞击试验);
IEC 60364建筑物的电气设施;
GB/T2297 《太阳光伏能源系统术语》
GB/T11012《太阳电池电性能测试设备检验方法》
GB/T18210(IEC61829) 《晶体硅光伏 (PV) 方阵 I-V 特性的现场测量》
GB/T18479(IEC61277) 《地面用光伏(PV)发电系统 概述和导则》
IEC61724《光伏系统性能监测、测量、数据交换以及分析导则》
1.3 公司简介
上海泊吾电源有限公司是研发、集成和销售太阳能光伏发电系统的专业公司。
1)、为客户提供光伏(PV)发电系统的集成服务,包括工业或民用型屋顶(roof-
top)项目;
2)、为各种行业用户(如电力、军队、政府等)提供独立运行的太阳能并/离网供电系
统;
3)、为客户提供自主研发的光伏电站监控系统——Solar ON™ 光伏电站一体化监控平
台,该产品秉承“模块化”设计理念,可根据光伏电站的不同类型(如并网或离网)及规模
大小,为客户提供定制化(Customization)服务;
4)、技术上与哈尔滨工业大学紧密合作,进行智能光伏微网系统、光伏组件安全技术
以的研发。
第二章:
系统配置
2.1 系统构成
系统由以下部分的设备组成:
太阳能板组件、直流汇流箱(按需配置)、并网逆变器、
双向逆变器、交流配电柜、环境监测系统(系统监控器、环境温度传感器)、其他配件等。
2.2 系统选型
2.2.1 光伏组件
当前太阳能光伏电池可以分非晶硅薄膜太阳能电池、多晶和单晶薄膜电池三大类。
非晶硅薄膜太阳能电池的成本低,便于大规模生产,但由于其材料本身对太阳辐射光
谱的长波区域不敏感,限制了非晶硅太阳能电池的转换效率。
此外,其光电效率会随着光
照时间的延续而衰减,即所谓的光致衰退 S-W 效应,使得电池性能不稳定,其优势是弱光
性能较好,在阴雨天这种不理想的环境下也有较高的转化率,这是晶硅组件不具备的。
多晶硅太阳能光伏组件转换效率略低于单晶硅,商业化电池的转换效率在
13%~15%,在寿命期内有一定的效率衰减,但成本较低。
单晶硅和多晶硅组件使用寿命
均能达到 25 年,其功率衰减均小于 15%。
单晶硅太阳能光伏组件具有电池转换效率高的特点,商业化电池的转换效率在 15%左
右,其稳定性好,同等容量太阳能电池组件所占面积小,但是其生产过程复杂原料成本高,
所以单晶硅的价格相比也较高。
不同类型的组件都有各自的特点,选择组件时需要根据项目现场环境、当地气候特点、
转化率要求、质量要求等诸多因素综合考虑,这样才能因地制宜得到理想的解决方案。
2.2.2 光伏组件支架
在光伏组件的安装过程当中,屋顶用光伏支架正常有两种。
一种屋顶平铺支架(下图
左),屋面有一定的倾角,在考虑到屋面的抗风性和屋面的美观,一般采用此法;另外一种
就是屋顶固定支架(下图右),屋面为平屋顶,良好的倾角安装可以取得较好的日照条件,
同时可以一定程度上提升组件的自净能力和除雪能力。
无论是平铺安装或屋顶固定支架安装,组件支架的选型连接方式均参照防十二级台风
等级的要求进行计算设计,支架型材需根据现场情况选择,组件板与板之间采用专业固
定组件板的中压块与边压块,螺丝采用不锈钢材质,所有外露材料均经过热镀锌处理。
除锈采用专用除锈设备,进行抛射除锈可以提高钢材的疲劳强度和抗腐能力。
对钢材
表面硬度也有不同程度的提高,有利于漆膜的附和不需增加外加的涂层厚度。
除锈使用的
磨料必须符合质量标准和工艺要求,施工环境相对湿度不应大于 85%。
经除锈后的钢材表
面,用毛刷等工具清扫干净,才能进行下道工序,除锈合格后的钢材表面,如在涂底漆前
已返锈,需重新除锈。
钢材除锈经检查合格后,在表面涂完第一道底漆,一般在除锈完成后,可在 24 小时内
涂完底漆。
存放在厂房外,则应在当班漆完底漆。
油漆应按设计要求配套使用,第一遍底
漆干燥后,再进行中间漆和面漆的涂刷,保证涂层厚变达到设计要求。
油漆在涂刷过程中
应均匀,不流坠。
所有材料采用镀锌钢材,并对钢结构的焊接部分表面涂刷防锈漆二遍;
外涂刷环氧类油漆,油漆干模厚度为 150 微米。
2.2.3 光伏方阵防雷汇流箱
对于大型光伏并网发电系统,为了较少电池组件与逆变器之间连接线,以及日后维护
方便,通常情况下,需要在电池组件与逆变器之间增加直流汇流装置。
通常汇流箱其性能特点如下:
户外壁挂式安装,防水、防锈、防晒,能够满足室外安装使用要求;
可同时接入多路太阳电池串列,每路串列的电流不大于 20A;
每路可接入最大太阳电池串列的开路电压不大于 DC900V;
每路太阳电池串列配有光伏专用高压直流熔丝进行保护,其耐压值不小于
DC1000V;
直流输出母线的正极对地、负极对地、正负极之间配有光伏专用高压防雷器,防雷器
采用知名品牌;
直流输出母线端配有可分断的直流断路器,断路器建议采用知名品牌;
光伏方阵防雷汇流箱接线原理图
本项目中系统容量较小,且采用组串型逆变器,所以汇流箱无需采用汇流箱。
2.2.4 接地和防雷
太阳能光伏电站为三级防雷建筑物,防雷和接地涉及到以下的方面:
(可参考GB50057 -94
《建筑防雷设计规范》)
电站站址的选择:
Ø尽量避免将光伏电站建筑在雷电易发生的和易遭受雷击的位置;
Ø尽量避免避雷针的投影落在太阳电池组件上;
Ø防止雷电感应:
控制机房内的全部金属物包括设备、机架、金属管道、电缆的金属外
皮都要可靠接地,每件金属物品都要单独接到接地干线,不允许串联后再接到接地干
线上。
Ø防止雷电波侵入:
在出线杆上安装阀型避雷器,对于低压的220/380V 可以采用低压阀
型避雷器。
要在每条回路的出线和零线上装设。
架空引入室内的金属管道和电缆的金
属外皮在入口处可靠接地,冲击电阻不宜大于30 欧姆。
接地的方式可以采用电焊,如
果没有办法采用电焊,也可以采用螺栓连接。
接地系统的要求:
Ø所有接地都要连接在一个接地体上,接地电阻满足其中的最小值,不允许设备串联后
再接到接地干线上。
Ø光伏电站对接地电阻值的要求较严格,因此要实测数据,建议采用复合接地体,接地
机的根数以满足实测接地电阻为准。
光伏电站接地接零的要求:
电气设备的接地电阻R≤4 欧姆,满足屏蔽接地和工作接地的要求。
在中性点直接接
地的系统中,要重复接地,R≤10 欧姆防雷接地应该独立设置,要求R≤30 欧姆,且和主
接地装置在地下的距离保持在3M 以上。
总的来讲,光伏系统的接地包括以下方面。
Ø防雷接地:
包括避雷针、避雷带以及低压避雷器、外线出线杆上的瓷瓶铁脚还有连接
架空线路的电缆金属外皮。
Ø工作接地:
逆变器、蓄电池的中性点、电压互感器和电流互感器的二次线圈。
Ø保护接地:
光伏电池组件机架、控制器、逆变器、以配电屏外壳、蓄电池支架、电缆
外皮、穿线金属管道的外皮。
Ø屏蔽接地:
电子设备的金属屏蔽。
Ø重复接地:
低压架空线路上,每隔1公里处接地。
Ø接闪器可以采用12mm 圆钢,如果采用避雷带,则使用圆钢或者扁钢,圆钢直径
≥48mm,厚度不应该小于等于4 mm2。
Ø引下线采用圆钢或者扁钢,宜优先采用圆钢直径≥8mm,扁钢的截面不应该小于
4mm。
Ø接地装置:
人工垂直接地体宜采用角钢、钢管或者圆钢。
水平接地体宜采用扁钢或者
圆钢。
圆钢的直径不应该小于10mm,扁钢截面不应小于100 mm2,角钢厚度不宜小于
4mm,钢管厚度不小于3-5mm。
人工接地体在土壤中的埋设深度不应小于0.5mm,需
要热镀锌防腐处理,在焊接的地方也要进行防腐防锈处理。
Ø根据实际情况安装电涌保护器。
参考 GB50057-94。
2.2.5 线缆桥架
光伏系统中不同的部件之间的连接,因为环境和要求的不同,选择的电缆也不相同,
根据《电力工程电缆设计规范》(GB50217-2007)及《防止电力生产重大事故的二十五
项重点要求》对电缆选型的要求,本工程电缆建议采用C 类阻燃电缆。
低压动力电缆采用
阻燃铜芯电缆,型号为ZRC-YJV系列;进入计算机系统的控制电缆采用屏蔽电缆,型号
ZRC-kVVP系列。
以下分别列出不同连接部分的技术要求:
1) 组件与组件之间的连接
必须进行UL 测试,耐热90℃,防酸,防化学物质,防潮,防曝晒。
2) 方阵内部和方阵之间的连接
可以露天或者埋在地下,要求防潮、防曝晒。
建议穿管安装,导管必须耐热90℃。
3) 蓄电池和逆变器之间的接线
可以使用通过UL 测试的多股软线,或者使用通过UL 测试的电焊机电缆。
4) 室内接线(环境干燥)可以使用较短的直流连线。
电缆大小规格设计,必须遵循以下原则:
1) 蓄电池到室内设备的短距离直流连接,选取电缆的额定电流为计算电缆连续电流的1.25
倍。
2) 交流负载的连接,选取的电缆额定电流为计算所得电缆中最大连续电流的1.25倍。
3) 逆变器的连接,选取的电缆额定电流为计算所得电缆中最大连续电流的1.25倍。
4) 方阵内部和方阵之间的连接,选取的电缆额定电流为计算所得电缆中最大连续电流的
1.56倍。
5) 考虑温度对电缆的性能的影响。
6) 考虑电压降不要超过2%。
7) 适当的电缆尺径选取基于两个因素,电流强度与电路电压损失。
完整的计算公
式为:
线损 = 电流× 电路总线长× 线缆电压因子式中线缆电压因子可由电缆制造商处获
得。
线缆施工中需要注意以下几点:
(1) 电缆敷设前作好施工计划,列出详细电缆表,表中注明每个回路电缆的型号规格、
长度、路径、起始设备名称。
(2) 电缆短距离搬运,一般采用滚动电缆轴的方法。
滚动时应按电缆轴上箭头指示方向
滚动。
如无箭头时,可按电缆缠绕方向滚动,切不可反缠绕方向滚运,以免电缆松驰
(3) 电缆敷设前应对电缆进行详细检查,规格、型号、截面、电压等级均符合设计要求,
外观无扭曲、坏损等现象。
并用 1kV 摇表进行绝缘检测,同时作好记录。
(4) 桥架多根电缆敷设时,应根据现场实际情况,事先将电缆的排列,用表或图的方式
划出来,以防电缆的交叉和混乱。
(5) 电缆沿桥架敷设时,应单层敷设,排列整齐。
不得有交叉,拐弯处应以最大截面电
缆允许弯曲半径为准。
(6) 电缆敷设,可用无线电对讲机做为定向联络,简易电话作为全线联络,手持扩音喇
叭指挥。
(7) 电缆在桥架内固定间隔不大于 2 米,电缆在终端头与接头附近宜留有备用长度。
(8) 电缆敷设到位后挂上统一规格的标志牌,标志牌上均注明电缆编号、型号规格、路
径。
(9) 电缆敷设完后,分回路进行相间、相地、相零绝缘测试,同时作好记录。
(10) 电缆敷设完毕、应请建设单位、监理单位及施工单位的质量检查部门共同进行隐
蔽工程验收。
2.2.6 光伏逆变器
逆变器是太阳能光伏发电的核心部分,而且要求的技术也比较高,转换效率被视为重
中之重。
逆变器性能参数:
性能特点:
1)最大转换效率达到 98.1% ;
2) 易于安装,方便组件阵列的设计;
3) 运行温度:
-25℃~+60℃;
4)逆变并网电流闭环控制,可控可调;
5)输入直流电压范围宽,适应不同场合需求;
6)防孤岛保护;
7)电路结构紧凑、无变压器拓扑结构;
8)全天候室外型,全密封安装;防护等级可达到 IP65;
9)可选 RS485 或蓝牙通讯,上位机监控,实现远程数据采集和监视;
功能说明:
在确认接线正确无误后,首先闭合交流侧外接断路器,电源供电正常,液晶显示
板亮起,闭合直流侧外接断路器,在直流电压正常的情况下,电源开始判断是否具备并
网条件,如果条件不具备,电源处于待机状态;条件具备后,2 分钟后开始并网发电,
电流馈入公共电网。
在运行过程中,电源控制系统会自动判断各项并网条件,不需人为
干预。
1)待机
所谓的待机模式是指逆变电源准备并网发电,但是还没有并网发电。
此模式下其不断检
测光伏阵列是否有足够的能量并网发电,当达到并网发电条件时逆变电源从待机模式转入
并网发电模式。
2)并网发电
在此模式下,并网逆变器将光伏阵列的直流电转换为交流电并入电网。
同时在此模式下
逆变电源一直以最大功率点跟踪(MPPT)方式使光伏阵列输出的能量最大,故并网发电
模式一般也称MPPT模式。
当检测到输出功率超过最大允许功率后,限制输出功率为不高
于最大允许功率。
3)故障
当光伏发电系统出现故障时,逆变电源会将交直流侧的接触器立即断开进入保护程序从
而保证系统安全。
4)停止
所谓停止模式是指人为的干预控制逆变电源关机,其也会将交直流侧的接触器立即断开,
SMA有独特的ESS直流电子开关设计,即使在误操作的情况下也能保证人生安全。
同时逆变器选择需要满足以下要求:
(1)并网逆变器的功率因数和电能质量应满足中国电网要求,各项性能指标满足国
网公2009年7月下发的《国家电网公司光伏电站接入电网技术规定(试行)》要求。
(2)逆变器额定功率满足用于本项目海拔高度的要求,其内绝缘等电气性能满足要求。
(3)逆变器的安装简便,无特殊性要求。
(4)逆变器采用太阳电池组件最大功率跟踪技术(MPPT)。
(5)逆变器能够自动化运行,运行状态可视化程度高。
显示屏可清晰显示实时各项
运行数据,实时故障数据,历史故障数据,总发电量数据,历史发电量(按月、按年查询)
数据。
(6)逆变器具有故障数据自动记录存储功能,存储时间大于10年。
(7)逆变器本体具有直流输入分断开关,紧急停机操作开关。
(8)逆变器具有极
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