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第五章项目总体设计方案5.1 设计方案简介山东省恒隆广场光伏发电项目主要由光伏电池组件、光伏逆变器、配电系统、监控系统等重要部分组成。本项目电池组件总功率为 315.9KW，选用力诺集团公司生产的 LNPV-180Wp 高效单晶硅电池组件 1755 块。组件经过串、并联方式连接，接入 2 台德国进口的容量 150K 的光伏逆变器，逆变器输出三相交流电，用于特定负荷的供电。发电系统数据采集系统主要采集直流侧电压、电流，电网各相电压、电流，每日发电量、总发电量等，以及气象数据采集包括辐照度、风速、环境温度、组件温度等有关数据。另外可以根据现场情况，在公共区安装实时显示屏，有选择地显示系统输出功率、发电量、系统电压等信息参数。5.2 系统设备选型如下图所示，根据系统相关的技术要求以及屋顶面积情况，设计系统的总容量，并以此为依据，选择合适的光伏逆变器容量及数量，配备相应容量的配电保护系统，与市政电网相结合。5.2.1 组件选型太阳能光伏组件采用力诺集团公司生产的光伏组件。生产的电池组件已通过CE认证、 TUV认证、 IEC61215 认证、二级安全等级认证，为一级品，全部为正偏差片。该太阳能供电系统中的太阳电池组件是由本公司生产的 LNPV-180Wp高效单晶硅太阳电池组件，总共用 1755 块，总功率为 315.9KW。1.1 组件的选择本次工程中，我们选自力诺集团生产的 LNPV-180Wp高效单晶硅太阳电池组件，它的转换效率≥ 16。（ 1）单晶硅电池片的效率≥ 16.8，组件效率≥ 15.0；多晶硅电池片的效率≥14，组件效率更低。（ 2）单晶硅在我国的生产工艺比多晶硅的生产工艺更加纯熟，质量更加可靠，因此单晶硅在我国还是占主要市场。（ 3）由于硅锭生产工艺的不同，使在切割单晶硅硅锭后形成的电池片有统一的晶体面，颜色统一美观，尤其用于大型电站；而多晶硅硅锭的生产工艺决定了多晶硅电池片有多个晶体面，颜色明暗不一，在大型电站的美观性上，我们认为单晶硅电池组件更合适。1.2 基本性能1、正常工作条件2环境温度－ 40℃ - ＋ 85℃；2相对湿度≤ 95％（ 25℃）；2海拔高度≤ 5500m；2最大风速 150 km/h 。2、太阳能电池组件出厂检验（ 1）产品通过 TUV认证，并符合国家强制性标准要求。（ 2）提供的组件功率偏差为 3。（ 3）组件的电池上表面颜色均匀一致，无机械损伤，焊点无氧化斑。（ 4）组件的每片电池与互连条排列整齐，组件的框架整洁无腐蚀斑点。（ 5）在标准条件下（即大气质量 AM1.5，标准光强 E1000W/m2，温度为 25± 1℃，在测试周期内光照面上的辐照不均匀性≤± 5），太阳电池组件的实际输出功率均大于标称功率。（ 6）太阳电池片的效率≥ 16.8，组件效率≥ 15.0。（ 7）光伏组件具有较高的功率 / 面积比，功率与面积比≥ 144 W/m2。功率与质量比 11.9 W/Kg，填充因子 FF≥ 0.7 。（ 8）组件第一年内功率的衰减 24 小时8、内置电网保护装置，具有防孤岛保护单元（ MSD）9、具有通用的通讯接口，如 RS485等。本项目选用 2 台 150K型逆变器， 1755 块组件分成 10 个单元（如下图示）每个单元采用 15 串 12 并的排列方式，接入 2 台光伏逆变器。每 15 串 12 并汇流，接入逆变器的 5 组直流输入接口，每个接口的工作电压 540V，工作电流 58A。1.4 逆变器性能参数最大光伏输入功率150KWp 错极性保护短路保护二极管输入电压范围 450V-820V 额定交流输出功率 150KW 最大直流电压 880V 电流谐波 THD 3 直流电压纹波 3 电网工作电压范围 400± 10 输入路数 5 路电网工作频率范围 49.5Hz-50.5Hz 直流分断插拔电缆接头防护等级 IP20 过压保护是短路保护是，电流控制热敏过压保护是电网连接方式交流端子对地故障检测是宽 / 高 / 厚（毫米） 2000/2120/850 最大效率 95.3 重量 1450kg 5.2.3 支架设计采用标准GB 50009-2001 建筑结构载荷规范GB/T5237-2000 铝合金建筑型材GB/T699-1999 优质碳素结构钢GB50205-2001 钢结构质量工程验收规范太阳能组件支架设计原则太阳电池方阵都要求使用金属支架，支架除要有一定强度外，还要有利于固定和支撑。方阵的框架应该十分坚固，要有足够的硬度，重量要轻。方阵支架必须能经受大风和冰雪堆积物的附加重，不会因为人为的和一些大动物破坏造成方阵坍塌。设计过程中考虑的主要因素支架及组件的自重大小、风压情况、积雪作用和地震等。通过计算确定选用材料的材质及强度规格，从而保证太阳电池组件安全与可靠的使用，确保太阳电池方阵的使用寿命达到预期的要求。防腐和抗风措施防止用于室外支撑太阳电池的支架受到腐蚀而威胁到整个太阳能发电系统的安全运行，支架采用表面热镀锌处理，可以满足 11 级风（ 30 米 / 秒），具有防腐，防锈功能。接地措施在阵列上和阵列周围有可靠的接地网，保证安全、防止雷击。5.2.4 方阵接线盒和直流配电箱方阵接线盒应尽可能接近组件，一般安装在方阵里，防护等级达到 IP56 以上，防紫外线， II 级执行防护等级。为了防止误动作，一般保险电流为大于 1.5 倍每路组件的峰值电流。方阵汇流盒内部接线如下图所示每个 150KW并网单元配置 5 台汇流箱，整个并网系统需配置 10 台光伏阵列汇流箱。为了保证方阵和逆变器有一个明显的分界点及有利于设备之间的检修，一般在它们之间增加一个直流配电箱，箱内配置一个双级隔离开关。本项目需要 2台直流配电柜。直流配电箱内部接线如下图示5.2.5 低压交流配电采用的标准IEC439 低压成套开关设备和控制设备IEC298 交流封闭开关设备和控制设备IEC60364-7-712 建筑的电气安装 - 太阳能发电系统低压交流配电系统是光伏逆变器和交流 380V系统并接的接口，它含有电压、电流、电能等指示仪表；状态指示灯；断路器、电涌保护器等保护装置；隔离开关等具有明显分断点的检修装置。5.2.6 防雷模块设计采用的标准SJ/T11127 光伏（ PV）发电系统过电压保护 - 导则GB/T18802.12-2006 低压配电系统的电涌保护器选择和应用导则CECS174 2004建筑物低压电源电涌保护器选用、安装验收及维护规程GB50057-2000 建筑物防雷设计规范1、防直击雷措施直击雷是指直接落到太阳能电池阵列、低压配电线路、电气设备以及在其旁的雷击。防直击雷的基本措施是安装避雷针。由于该光伏系统中的外置设备在整个环境中不是最高建筑物，所以设计为，把所有屋顶电池组件的钢结构与屋顶建筑的防雷网相连，以达到防雷击的目的。2、防感应雷措施太阳能光伏发电系统的雷电浪涌入侵途径，除了太阳能电池阵列外，还有配电线路、接地线以及它们的组合。从接地线侵入是由于近旁的雷击使大地电位上升，相对比电源高，从而产生从接地线向电源侧反向电流引起的。根据 SJ / T11127 中有关规定，该系统主要采取以下措施a. 在每路直流输入主回路内装设浪涌保护装置，并分散安装在直流配电箱内，保护后端重要设备如并网逆变器感应雷侵害。b. 在太阳能设备与市政电网并接点之间装设浪涌保护装置，把经市政电网流入的感应电流泻掉，保护太阳能系统设备（一般市政电网本身有浪涌保护器，可以选择加与不加）。5.2.7 线缆选择设计采用的标准GB/T12706-2002 JB8734-98 电力电缆选用高压交联电缆，卤素含量较低。该电缆符合 GB/T12706-2002。组件部分的连接电缆有两种直流侧与交流侧。直流侧有两种一种是用于组件与组件之间连接的暴露在户外的电缆，电缆暴露在户外，需要抗紫外线耐老化，需要承受的最大电流为单块组件的电流；另一种是电池方阵输出与太阳能并网逆变器之间的连接电缆，穿管敷设，需要承受的电流是组件串、并联后的电流交流侧为逆变器与电网或负荷之间的连线。系统的连接电缆有两种直流侧与交流侧。直流侧一种是用于 15 块组件之间连接的电线，单股、截面积为 2.5 mm2，电线进入汇流盒汇流。另一种，从汇流盒出来的线为 VV2*35mm2， 2 芯，每芯 35 平方毫米，进入太阳能设备房内的光伏逆变器直流输入侧。交流测现场采用 TN-S供电系统的接地方式，系统单台逆变器输出的电力电缆规格为（ 3*1202*70） mm2。5.2.8 系统接入电网采用的标准GB50052/95 供配电系统设计规范GB/T 19939-2005光伏系统并网技术要求1. 系统接入电网参数光伏并网集中式逆变器接入的电网为 AC380V/50Hz单相交流低压电网，使用独立的 N线和接地线，该逆变器适应于下表的电网参数序号项目内容1 配电系统方式 TN-S母线（独立的 N线和 PE线）2 系统电压 AC0.38KV 3 额定频率 50Hz 4 系统接地方式中性点直接接地2. 并网逆变器接入电网节点选择本系统全部采用国际进口或国内知名品牌设备，配置 2 套交流配电柜，内含系统发电计量表、交流电网电压表和输出电流表，以及交流防雷器。部件均为国内、国际品牌。5.2.9 监控及通讯、显示装置整个系统数据采集是由专门的数据采集器完成。为了随时了解系统的工作情况，系统设计时，配备了一台电脑，可以随时查看每个单元的细节的运行状态。系统特点 1 可测量和显示每单元系统工作电压和电流、系统的工作状态、直流侧的电压和电流，交流输出电压和电流、功率、功率因数、频率、故障报警信息以及环境参数（如辐照度、环境温度等），统计和显示日发电量、总发电量等信息，并形成可打印报表。2 系统可配置 1 套环境监测仪，用来监测现场的环境情况该装置由风速传感器、风向传感器、日照辐射表、测温探头、控制盒及支架组成，适用于气象、军事、船空、海港、环保、工业、农业、交通等部门测量水平风参量及太阳辐射能量的测量。可测量环境温度、风速、风向和辐射强度等参量，其通讯接口可接入并网监控装置的监测系统，实时记录环境数据。3）监控所有逆变器的运行状态，采用声光报警方式提示设备出现故障，可查看故障原因及故障时间，监控的故障信息至少包括以下内容A、电网电压过高；B、电网电压过低；C、电网频率过高；D、电网频率过低；E、直流电压过高；F、逆变器过载；G、逆变器过热；H、逆变器短路；I 、散热器过热；J、逆变器孤岛；K、 DSP故障；L、通讯失败；4）监控装置可每隔 5 分钟存储一次电站所有运行数据，可连续存储 20 年以上的电站所有的运行数据和所有的故障纪录。5）监控主机同时提供对外的数据接口，即用户可以通过网络方式，异地实时查看整个电源系统的实时运行数据以及历史数据和故障数据。6）公共区域显示方式 LCD 电视显示，具有非常好的展示效果。如需要也可以采用 LED 大屏显示。 LED电子显示屏是由几万 -- 几十万个半导体发光二极管像素点均匀排列组成。利用不同的材料可以制造不同色彩的 LED像素点。目前应用最广的是红色、绿色、黄色。而蓝色和纯绿色 LED的开发已经达到了实用阶段。 LED显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像；不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏等无法比拟的优点。 LED之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本身所具有的优点分不开的。这些优点概括起来是亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。 LED的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。5.2.10 系统总体配置序号名称型号规格产地数量1 电池组件 LNPV-180 中国力诺 1800 块2 并网逆变器 150K 德国 2 台3 辐射采集器德国 1 台4 环境参数采集器德国 1 套5 直流配电柜 LNJX-10 中国力诺 2 台6 交流配电柜 LNPD-10 中国力诺 2 台7 系统防雷接地装置 LNFL-10 德国 1 套8 系统连接线 LNPX－ 10 中国 1 套9 监控软件德国 1 套10 支架中国力诺 1 套5.2.11 年发电量计算1、计算依据1. 气象依据济南市位于北纬 36 度 40 分，东经 117 度 0 分。济南属于暖温带半湿润大陆性季风气候。其特点是季风明显，四季分明，日照充分，春季干旱少雨，夏季炎热多雨，秋季较为清爽，冬季干燥寒冷。年平均气温 14.3℃， 1 月最冷 ,平均气温 -1.9 度， 7 月气温最高，平均气温 27 度。年平均降水量 660.7 毫米。山东省全年辐射总量为 4951.8 兆焦耳 /平方米 ,年平均日照时数 2582.3 小时 ,年日照百分率 58.3﹪ .最大日照百分率在 5、 10 月份，为 62－ 63﹪。最小日照率在 7 月，为 50－ 55﹪。月份空气温度相对湿度日平均峰值日照时数（水平面）月平均峰值日照时数（水平面）大气压° C kWh/m2 kWh/m2 KPa 1月 -0.1 49.8 2.19 67.89 101.9 2月 2.7 45.2 3.18 89.04 101.6 3月 8.4 44.2 3.96 122.76 101.2 4月 16.5 44.8 5.56 166.8 100.5 5月 21.9 53.1 5.09 157.79 100.1 6月 26.4 55.4 5.61 168.3 99.6 7月 27.7 70.9 4.58 141.98 99.4 8月 26.5 74.0 4.02 124.62 99.8 9月 22.3 63.8 4.06 121.8 100.5 10 月 16.4 56.9 3.18 98.58 101.1 11 月 8.5 55.0 2.42 72.6 101.6 12 月 2.1 51.8 2.21 68.51 101.9 平均 15.0 55.5 3.84 116.8 100.7 2. 倾斜面光伏阵列表面的太阳辐射量从气象站得到的资料 ,一般为水平面上的太阳辐射量 ,须换算成光伏阵列倾斜面的辐射量 ,才能进行光伏系统发电量的计算 . 计算日辐射量的公式 Rβ S3 [sinα -β /sinα ] D 式中 ; Rβ 倾斜方阵面上的太阳总辐射量D 散射辐射量 ,假定 D 与斜面倾角无关 ; S 水平面上的太阳直接辐射量β 方阵倾角α 中午时分的太阳高度角。对于北半球地理纬度 φ 的地区 , α 与太阳赤纬角 δ 的关系如下 α 900 -φ δ其中 , δ 23.45*sin[360*284N/365] 度，N为一年中某日的日期序号，如 1月 1日的 N1,2 月 1日的 N32, 12 月 31 日的 N365 等。下表为其计算结果恒隆广场太阳能发电系统平均辐照量计算表月份25 度倾斜角的平均日辐照量 kWh/m2 28 度倾斜角的平均日辐照量 kWh/m2 30 度倾斜角的平均日辐照量 kWh/m2 32 度倾斜角的平均日辐照量 kWh/m2 35 度倾斜角的平均日辐照量 kWh/m2 1 月 31 3.08 3.13 3.17 3.20 3.28 2 月 28 4.10 4.15 4.16 4.13 4.27 3 月 31 4.51 4.53 4.54 4.52 4.55 4 月 30 5.82 5.80 5.78 5.76 5.71 5 月 31 4.94 4.91 4.83 4.82 4.74 6 月 30 5.29 5.24 5.19 5.13 5.00 7 月 31 4.39 4.35 4.31 4.27 4.20 8 月 31 4.02 4.10 3.98 3.95 3.87 9 月 30 4.42 4.42 4.42 4.42 4.40 10 月 31 3.85 3.78 3.91 3.93 3.90 11 月 30 3.32 3.36 3.42 3.45 3.52 12 月 31 3.32 3.37 3.45 3.51 3.59 日平均辐照量 4.255 4.261 4.263 4.257 4.252 从上述 2 个表中可以看出（ 1）倾角在 2535°之间时 ,全年所接收到的太阳辐射能最大 ,比水平面的数值高约 10.94。（ 2）倾角在 2535°之间时 ,全年太阳辐射量差别不大。所以济南恒隆广场并网电站选择 30 度的安装倾角。2、计算公式1. 并网光伏系统的效率分析1 光伏阵列效率 η 1光伏阵列在 1000W/㎡太阳辐射强度下 , 实际的直流输出功率与标称功率之比（ η 1）。光伏阵列在能量转换与传输过程中的损失包括 ① 组件匹配损失对于精心设计、精心施工的系统 , 约有 5的损失；② 太阳辐射损失包括组件表面尘埃遮挡及不可利用的低、弱太阳辐射损失 , 取值 5；③ 偏离最大功率点损失如温度的影响、最大功率点跟踪 MPPT精度等 . 取值 4；④ 直流线路损失按有关标准规定 , 应小于 3。η 1 95 3 95 3 96 3 97 84 2 逆变器的转换效率 η 2 逆变器输出的交流电功率与直流输入功率之比。对于大型并网逆变器 , 可取 η 2 95。3 交流输出损耗 η 3若系统设备位置与并网接点位置较远，线路有一部分损耗，一般≤ 4， η 3 94 ；若距离较近， η 3 100。系统的总效率 η η η 13 η 23 η 3 843 953 94 75 2. 济南恒隆广场 324KWp并网光伏发电系统发电量测算 1）依据 ① 济南地区太阳辐射量② 系统组件总功率 315.9KWp ③ 系统效率 75 2）结果 ① 光伏阵列倾角等于 30° , 固定式安装②第一年年平均发电量315.9KWp*4.26h*75*365天 368394.6 千瓦时。