恒行娱乐一体式光伏发电系统 设计要点 2014-4-23 1 太阳能利用方式 太 光伏 光伏发电 阳 能 中、高温应用 聚光热发电系统 利 光热 用 低温应用 太阳能热水系统 2014-4-23 2 项目生命周期 1 2 3 项目前期阶段 项目实施阶段 项目营运阶段 项目建议书 设计 生产运行 采购施工安装 维护 可研报告 调试并网试运行 2014-4-23 3 介绍内容 1、设计前期工作 2、设计阶段各专业要点 3、设计后期工作 4、工程实例 2014-4-23 4 设计前期注意事项 现场踏勘 地形测绘、地质勘探、灾害评估 协调电网接入 气象资料 2014-4-23 5 相关的气象数据 多年平均气温 多年极端最高气温 多 年 极 端 最 低 气 温 白 天 最 低 温 度 多年平均风速 多年最大风速 多年平均雷暴日 多年最多雷暴日数 多年平均年总量降水量 多年一日最大降水量 多年最大冻土深度 多年最大积雪深度 数据一般为近10年的累计数据，如有近30年的统计数据， 则会使数据分析更加准确。 2014-4-23 6 特殊气候条件的影响 极端低温和极端高温 ：极端低温会导致地基产生冻胀现象，毁 坏基础；极端高温对电池板输出电能不利，气温的升高将导致 组件表面温度的升高，组件的发电效率也急剧下降。 极端大风 ：会影响电池板的安全，导致光伏组件被大风吹翻； 洪水 ：会造成基础沉降，导致光伏阵列变形，损坏光伏组件。 雷暴 ：可能导致电气设备毁坏，影响光伏电站电能输出。 积雪 ：可能造成组件的大面积损坏，影响光伏电站电能输出。 2014-4-23 7 设计-电气专业 光伏电池 升压变压器 光伏阵列 中压配电 直流汇流箱 配套设施 直流电线电缆 并网设施 光伏并网逆变器 监控设施 2014-4-23 8 电气主要规范 光伏发电站设计规范（GB50797-2012） 光伏(PV)发电系统过电保护-导则 (SJT 11127-1997) 光伏发电站接入电力系统设计规范（GB/T50866） 电力工程电缆设计规范（GB 50217） 建筑物防雷设计规范 （GB50057-2010） 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合（DL/T 620-1997） 交流电气装置的接地 (DL/T 621-1997 ) 高压配电装置设计技术规程 （DL/T 5352-2006） 3～110KV高压配电装置设计规范 （GB50060-1998） 火力发电厂变电站 二次接线设计技术规程（DL /T 5136-2001） 继电保护和安全自动装置技术规程 (GB／T 14285－2006) ······ 2014-4-23 9 并网发电系统组成 光伏 直流1级 直流2级 电池板 汇流箱 汇流箱 一次升压 变压器 交流低压 并网 10~35KV 开关柜 逆变器 10~35KV中压并网 中压 并入 开关柜 二次升压 110KV及以上 公共电网 10~35KV 变压器 配电装置 2014-4-23 10 光伏电池分类 单晶硅太阳电池 晶体硅太阳能电池 多晶硅太阳电池 按 带状硅太阳电池 球状多晶硅太阳电池 基 非晶硅太阳电池 体 硅薄膜太阳能电池 微晶硅薄膜太阳电池 多晶硅薄膜太阳电池 材 纳米晶硅薄膜太阳电池 料 硫化镉太阳电池 硒铟铜太阳电池 化合物太阳能电池 分 碲化镉太阳电池 砷化镓太阳电池 磷化铟太阳电池 铜铟镓硒太阳电池 类 硒光电池 染料敏化太阳电池 有机薄膜太阳电池 2014-4-23 11 光伏电池 由于目前硅材料价格大降，非晶硅薄膜 电池没有成本优势，使用的较少。单晶 硅由于制造工艺较多晶硅复杂，价格稍 高。 所以目前光伏电站使用较多的为多晶硅 电池组件，根据工艺水平及造价，采用 245~250Wp功率较多 。 2014-4-23 12 光伏电池的基本特性 短路电流 :光伏电池的短路电流等于其光生电流 开路电压 :当光伏电池处于开路状态时，对应光 电流的大小产生电动势，这就是开路电压 转换效率 :转换效率表示在外电路连接最佳负载 电阻R时，得到的最大能量转换效率 2014-4-23 13 温度影响 电流随温度的升高有所增加。 电压随温度的升高急剧下降。 转换效率随温度的升高而降低 2014-4-23 14 影响电池效率的因素 材料能带宽度 ：开路电压随能带宽度的增大而增 大. 温度 ：随温度的增加，效率η下降。 光生载流子复合寿命:复合寿命越长，短路电流会 越大。 掺杂浓度及剖面分布 ：半导体掺杂浓度愈高， Voc愈高。 2014-4-23 15 影响电池效率的因素 表面复合速率 ：低的表面复合速率有助于提高ISC ， 并由于I0的减小而使VOC改善。 串联电阻 ：在任何一个实际的光伏电池中，都存在着 串联电阻，其来源可以是引线、金属接触栅或电池体 电阻。 金属栅线和光反射 ：在前表面上的金属栅线不能透 过阳光。 一个光伏电池的转换效率是其输出功率与输入功率之 比。为获取高效率，希望有大的短路电流，高的开路 电压和大的填充因子。 2014-4-23 16 光伏阵列 光伏阵列，由若干个光伏组件在机械和电气上 按一定方式组装在一起，并且有固定的支撑结 构而构成的直流发电单元 •太阳能是一种低密度的平面能源，需要用大面 积的太阳能电池方阵来采集。 •太阳能电池组件的输出电压不高，需要用一定 数量的太阳能电池组件经过串并联构成方阵。 2014-4-23 17 组串设计 组件串联数量须同时满足下列条件： 组件串的最大开路电压不应大于组件的最大系统电压。 组件串的工作电压应在逆变器的最大功率跟踪（MPPT） 电压范围内 （应考虑温度因素）。 组件串的最大开路电压不应大于逆变器的最大直流输入电 压。 组件串并联总功率不应大于逆变器的最大直流输入功率。 同一组件串中太阳电池组件的电性能参数宜一致。 必须考虑直流线路实际压降所产生的影响 2014-4-23 18 阵列设计 太阳能电池串并联所需要注意的原则： （1） 串联时需要工作电流相同的组件。 （2） 并联时需要工作电压相同的组件，（必要 时加防反充二极管）。 （3） 尽量考虑组件互连接线） 要严格防止个别性能变坏的太阳能电池组 件混入太阳能电池方阵。 2014-4-23 19 阵列设计 光伏组件最低点距地距离： 1、高于最大积雪深度 2、高于洪水水位 3、防止动物破坏 4、防止泥沙溅上组件表面 2014-4-23 20 热斑效应 一串联支路中被遮蔽的太阳电池组件，将被当作 负载消耗其他有光照的太阳电池组件所产生的能 量。被遮蔽的太阳电池组件此时会发热，这就是 热斑效应。 这种效应能严重的破坏太阳电池。有光照的太阳 电池所产生的部分能量，都可能被遮蔽的电池所 消耗。在较大的方阵中，严重时热斑的温度有可 能高达200℃左右。热斑效应会使焊点融化，破坏 封装材料（如无旁路二极管保护），甚至会使整 个方阵失效。 2014-4-23 21 热斑效应 造成热斑效应的原因是： （1）有个别坏电池的混入； （2）电极焊片虚焊； （3）电池由裂纹演变为破碎； （4）个别电池特性变坏； （5）电池局部受到阴影遮挡等。 为避免热斑效应，主要方法是加设旁路二极 管，以增加方阵的可靠性。 2014-4-23 22 光伏阵列的倾角 太阳电池方阵的固定倾角设计应综合考虑站址当地的多 年月平均辐照度、直射分量辐照度、散射分量辐照度、 风速、雨水、积雪等气候条件，并符合下列要求： 对于并网光伏系统，太阳电池方阵的倾角宜使倾斜面 上受到的全年辐照量最大。 对于独立光伏系统，太阳电池方阵的倾角宜使最低辐 照度月份倾斜面上受到较高的辐照量。 一般依赖于软件确定。 2014-4-23 23 光伏阵列的方位角 太阳电池方阵的方位角宜朝向正南方向。 与建筑物相结合的太阳电池方阵的方位角 宜与建筑物方向保持一致。 在北半球，理论上电池组件朝向正南方布 置，即组件方位角为0度时，发电量最大。 2014-4-23 24 间距计算 光伏组件布置一般确定原则：冬至当天9:00～15:00太阳 电池方阵不应被遮挡。 计算公式如下 ： 0.707H D tan arcsin 0.648 cosφ−0.399 sinφ[ ( )] 式中：φ为纬度(在北半球为正、南半球为负) ； H为光伏方阵阵列或遮挡物与可能被遮挡组件底边高度差， D为光伏方阵阵列最小间距。 计算小软件 2014-4-23 25 间距计算(任意时间段发电） 光伏方阵阵列间距距离应不小于d （任意发电时间段） 式中：φ为项目所在地纬度(北半球为正、南半球为负) ； ω：太阳时角（am正、pm负） δ：赤纬角（-23.5°） H为光伏方阵阵列或遮挡物与可能被遮挡组件底边高度差， d为光伏方阵阵列最小间距。 特别说明 ：时间段均指项目所在地的标准时间 2014-4-23 26 系统效率 损耗项目 参数 备注 交直流线% 根据电缆长度及负荷估算 尘土覆盖损耗 5.00% 由于光伏组件上有灰尘或积雪造成的污染， 逆变器平均损耗 3.00% 取逆变器平均损耗3% 早晚不可利用辐射 因早晚时阳光辐照强度低，不能达到逆变器的启 1.00% 损失 动条件，此部分损耗取值2% 光伏组件性能差异 2.00% 组件之间的电气特性差异导致效率的损耗 升压变压器 3.00% 系统二次升压按3%损耗计算 其它损耗(故障等) 1.00% 设备故障、电网故障等，现估算取值1% 组件工作温度损耗 根据组件温度系数估算各月平均损耗 2014-4-23 27 发电量计算 光伏发电站上网电量Ep计算如下： E H ×P ×K kW·h p A AZ 其中： H —为水平面太阳能总辐射量，单位kW·h/m2； A Ep—为上网发电量，kW·h； PAZ—组件安装容量，kW； K—为综合效率系数， 综合效率系数为考虑了各种因素影响后的修正系数 2014-4-23 28 直流汇流箱 对于大型光伏并网发电系统，为了减少光伏 组件与逆变器之间连接线,方便维护，提高可 靠性，一般需要在光伏组件与逆变器之间增 加直流汇流装置。根据逆变器输入的直流电 压范围,把一定数量的规格相同的光伏组件串 联组成1个光伏组件串列，再将若干个串列接 入光伏阵列防雷汇流箱进行汇流，通过防雷 器与断路器后输出。 2014-4-23 29 直流汇流箱 防护等级，防水、防灰、防锈、防晒、防盐雾，满 足室外安装的要求； 每路接入电池串列的开路电压值可达900V； 每路电池串列的正负极都配有光伏专用中压直流熔 丝进行保护，其耐压值为DC1000V； 直流输出母线的正极对地、负极对地、正负极之间 配有光伏专用防雷器； 直流输出母线端配有可分断的直流断路器； 具有串电流检测功能。 2014-4-23 30 直流汇流箱 2014-4-23 31 直流汇流箱 2014-4-23 32 电线电缆 组件串联所用的电缆线应满足抗紫外 线、抗老化、抗高温、防腐蚀和阻燃 等性能要求，选用双绝缘防紫外线阻 燃铜芯电缆，电性能符合 GB/T18950-2003性能测试要求。 必须进行电压损耗计算 。 2014-4-23 33 电线电缆 根据设定的直流电压损失，计算 所需直流电缆的最小截面积 Smin=2L*I*ρ/△U 2014-4-23 34 直流配电柜 直流防雷配电柜，安装在室内，主要是将汇流箱输出的直流 电缆接入后进行汇流，再与并网逆变器连接，方便操作和维 护。 每一台直流防雷配电柜容量符合一台逆变器的容量配置； 直流防雷配电柜直流输入接口，可接汇流箱； 每路直流输入侧都配有可分断的直流断路器和防反二极管； 直流母线输出侧都配置光伏专用防雷器； 直流母线输出侧配置直流电压显示表； 2014-4-23 35 逆变器 逆变器是将直流电能转换成交流电能的变流装置。按照逆变器的主 电路结构按照输出的绝缘形式分为：工频变压器隔离方式，高频变 压器隔离方式，无变压器方式。 2014-4-23 36 逆变器选型要点 a、安全可靠 d、简明的人机交互方式 可靠的孤岛效应防护 显示发电参数、信息 完善的并网保护功能 通信功能（通信接口 可靠的地震、雷击、对地短 LAN/RS232/485) 路等防护措施 e、智能自动运行能力 b、高电能质量 自动与电网同步 优质的纯正正弦波交流输出 自动电压调整 低谐波分量 输入宽电压 C、高效电能转换率 f、节能低噪 含MPPT功能 自耗电较低 高转换效率 低噪音 2014-4-23 37 逆变器的转换效率 最大效率： 逆变器所能达到的最大效率 MPPT效率 ： 最大功率点跟踪的精度 系统效率 ： 逆变器效率 X MPPT效率 欧洲效率（EU效率）：按不同功率点效率根据加权公式计算（5%- 0.03， 10%-0.06， 20%-0.13， 30%-0.1， 50%-0.48， 100%-0.2） 加州效率（CA效率）：按不同功率点效率根据加权公式计算（10%- 0.04， 20%-0.05， 30%-0.12， 50%-0.21， 75%-0.53， 100%-0.05） EU效率与CA效率的区别在于50%、75%、100%功率点处权重不同 目前水平：系统效率97%，欧洲效率96% 2014-4-23 38 逆变器 并网逆变器相关标准 主要保护功能如下： CNCA/CTS0004:2009 IEEE929-2000，UL1741 电网电压过、欠压保护 电网频率过、欠频保护 电网短路保护 孤岛效应保护 逆变器过载保护 逆变器过热保护 逆变器对地漏电保护 逆变器防反放电保护 直流输入极性反接保护 直流输入过压保护 防浪涌保护 2014-4-23 39 逆变器 工频变压器隔离方式 •采用工频变压器进行电压变换和电气隔离， 其优点是结构简单，抗冲击性好，安全性能 较好。 •该类型逆变器体积和重量较大，且整体效率 下降。 2014-4-23 40 逆变器 高频变压器隔离方式 采用高频变压器绝缘方式的逆变器，高频 变压器经多级变换，回路较为复杂，逆变效 率不高。 由于有SPWM控制和周波数变换，输出波 形畸变小，能满足电网对谐波要求。 该类型逆变器故障率较高。 2014-4-23 41 逆变器 无隔离变压器方式 降低了成本，提高了效率。 无变压器方式逆变器增加了升压部分，输入电压 比较稳定，同时提高了电压，减少了电流，降低 了逆变部分的损耗，提高效率。 升压电路还可以对输入的功率因数进行校正。 输出波形畸变小，能满足电网对谐波要求，符合 电力入网标准，在大型的太阳能并网发电系统中 大量使用。 2014-4-23 42 逆变器选用 从工程运行及维护考虑，若选用单台容量小 的逆变设备，则设备台数较多，会增加后期 建设的维护工作量。 在技术成熟情况下，一般应尽量选用容量较 大的逆变设备，在一定程度上也能降低投 资，并提高系统的可靠性； 但单台逆变器容量过大，则会导致一台逆变 器故障时，发电量损失过大，因此工程一般 选用容量为500kW的逆变器。 2014-4-23 43 逆变器选用 逆变器直流输入及输出 ：要求直流输入电压有较 宽的适应范围， 可靠性和可恢复性 ：逆变器应具有一定的抗干扰 能力、环境适应能力、瞬时过载能力及各种保护功 能，如：故障情况下，逆变器必须自动从主网解列。 逆变器输出电能质量 ：为使光伏阵列所产生的直 流电源逆变后向公共电网并网供电，就必须使逆变器 的输出电压波形、幅值及相位与公共电网一致，实现 无扰动平滑电网供电。 2014-4-23 44 升压变压器 就地升压变压器选择原则 ： 应优先选用自冷式、低损耗电力变压器。 容量可按光伏发电单元最大输出功率选取。 可选用箱式变电站、组合式变压器以及由变压器与高低压电气元 件等组成的敞开式设备 、与逆变器集成一体化设备。 对于在沿海或风沙大的光伏电站，当采用户外布置时，沿海防护 等级应达到IP65，风沙大的光伏发电场防护等级应达到IP54。 就地升压变压器可采用双绕组变压器或分裂变压器。 就地升压变压器宜选用无载调压变压器。 2014-4-23 45 箱变 欧式箱变 美式箱变 2014-4-23 46 交流主接线方式 一台升压变压器连接两台不带隔离的逆 变器时，宜选用分裂绕组变压器。 光伏电站发电母线电压，应综合比较后 确定（容量、接入电压等）： 一般采用0.4kV、10.5kV、38.5kV。 2014-4-23 47 交流主接线方式 光伏电站发电母线的接线方式： 光伏发电站安装容量小于或等于20MW，宜 采用单母线接线。 光伏发电站安装容量大于20MW，小于等于 50MW，宜采用单母线或单母线分段接线。 光伏发电站安装容量大于50MW，宜采用单 母线分段接线。 当母线分段时，应采用分段断路器。 2014-4-23 48 交流主接线方式 光伏电站内各发电单元与光伏电压母 线的连接方式： 辐射式连接方式。 “T”接式连接方式。 环网式连接方式。但电压不大于10kV的环 网正常应开环运行。 2014-4-23 49 二次系统 直流电源配置（UPS电源） 继电保护（内部、外部） 并网接入（远动、通信、调度、电能 质量监控、光功率预测装置、线 电能计量 电能计量装置（包括CT、PT）应得到主管部门的认 可，并经校验合格。 计量点设置在产权分界处。 自用电取自外网电的，应设置计量点。 应在关口电能计量点配置、安装具有通信功能的电能计 量装置和电能量采集装置。 相同的主、副电能表各一套。 电能计量信息应上传电网调度机构。 2014-4-23 51 无功补偿 无功补偿装置应根据就地平衡和便于调整电压的原 则配置。 符合《并联电容器装置设计规范》的规定。 无功补偿装置设备的型式根据容量可选用成套设备 或装配式设备，可选用动态连续可调或其它型式 （ SVC、SVG等） 根据接入报告要求，容量15~20% 安装在中压系统中 2014-4-23 52 接地系统 光伏方阵的场地应设置接地网，接地网 除采用人工接地极外，还应充分利用光 伏组件支架。 光伏方阵接地应连续、可靠。接地电阻 应10Ω。 2014-4-23 53 站用电系统 宜采用380V、应采用动力与照明共用的 中性点直接接地方式。 站用电工作电源引接方式： 当光伏电站有发电母线时，宜从发电母线引接。 当技术经济合理时，可由外部电网引接电源供给。 当技术经济合理时，也可由分散在各发电单元逆变器 交流出线侧引接。但升压站（或开关站）除外。 2014-4-23 54 站用电系统 应设置备用电源，宜由外部电网引接。 工作电源与备用电源间应设自投装置。 自用电变压器容量： 自用电工作变压器容量宜为计算负荷的1.1倍。 自用电备用变压器的容量与工作变压器容量相同。 2014-4-23 55 监控系统 监控系统可连续记录运行数据和故障数据： （1）要求提供多机通讯软件，采用 RS485 或 Ethernet （以太网）远程 通讯方式，实时采集电站设备运行状态及工作参数并上传到监控主机。 （2）要求监控主机至少可以显示下列信息： 可实时显示电站的当前发电总功率、日总发电量、累计总发电量、累计 CO2 总减排量以及每天发电功率曲线图。 可查看每台逆变器的运行参数，主要包括： A 、直流电压 B、直流电流 C、直流功率 D、交流电压 E、交流电流 F、逆变器机内温度 G、时钟 H、频率 I、功率因数 J 、当前发电功率 K、日发电量 L、累计发电量 M、累计 CO2 减排量 N、每天发电功率曲线 监控系统 监控所有逆变器的运行状态，可查看故障原因及故障时间，监控的故障信息至少因 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、直流电压过低； G、逆变器过载；H、逆变器过热；I、逆变器短路；J、散热器过热； K、逆变器孤岛；L、DSP 故障；M、通讯失败； 可检测组件串的电流，并将汇流箱故障信号上传至监控系统。 （3）要求监控软件集成环境监测功能，主要包括日照强度、风速、风向、室外温 度和电池板温度等参量。 （4）要求最短每隔5分钟存储一次电站所有运行数据，包括环境数据。故障数据需 要实时存储。 （5）要求至少可以连续存储 20 年以上的电站所有的运行数据和所有的故障纪录。 （6）要求提供多种远端故障报警方式，至少包括： SMS （短信）方式，E_MAIL 方式，FAX 方式。 （7）监控器在电网需要停电的时候应能接收电网的调度指令。 2014-4-23 57 监控系统 2014-4-23 58 安保 视频监控 出入口控制 入侵报警系统 2014-4-23 59 站区布置 光伏电站站区由以下部分组成： 1. 光伏方阵； 2. 升压站及配套建、构筑物； 3. 场区集电线. 光伏方阵逆变升压单元； 5. 站内道路； 6. 其他防护功能设施。 2014-4-23 60 土建工程 大型地面电站按场地条件可分为 ： 戈壁电站、荒原电站、 沙漠电站、 山地电站、 填方地区电站、 沿海鱼光互补电站等。 2014-4-23 61 土建工程 戈壁、荒原地区地面电站 通常地势变化较缓，根据场地土的腐蚀性评 价可采用条形基础、微孔灌注桩基础、钢桩 基础、墩形基础等，组件固定支架可采用前 后双立柱支架，单立柱支架等； 2014-4-23 62 土建工程 沙漠地区光伏电站 地形多较为起伏，为减少施工难度及误差，可采用 单立柱支架，基础可采用预制混凝土桩、螺旋桩 等。 山地电站 由于施工难度相对较大，可采用微孔灌注桩基础、 钢桩基础、条形基础等。 2014-4-23 63 土建工程 填方地区电站 如填方整平完成时间短、土质较软且多数未经压实，则应 采用自重较轻的螺旋钢桩基础。 沿海鱼光互补电站 通常选用预制混凝土桩基础，桩上部兼作支架的单立柱， 支架与预制桩桩身通过抱箍连接，预制混凝土桩需根据桩 所处的环境类别确定桩的混凝土配料要求、保护层厚度、 抗渗要求等，由于预制混凝土桩基的施工误差相对较大， 组件支架在设计和制作时应预留一定的调节余量。 2014-4-23 64 光伏支架基础 钢筋混凝土独立基础 混凝土灌注桩 2014-4-23 65 光伏支架基础 混凝土灌注桩 2014-4-23 66 光伏支架基础 预制混凝土管桩（单立柱、鱼光互补） 2014-4-23 67 光伏支架基础 钢制管桩基础 型钢制作基础 2014-4-23 68 光伏支架基础 型钢桩基施工 灌注桩基钻孔 2014-4-23 69 光伏支架系统 2014-4-23 70 暖通与给排水 站房的采暖、通风、空调。 室内外生活给排水、雨水系统、消 防给水系统、电池组件清洗给水系 统等 。 2014-4-23 71 消防系统 建筑工程防火 电气设备防火 消防措施： 消防水系统、灭火器、防排烟、火灾报警系 统、贮油挡油设施及事故油池、应急照明等 2014-4-23 72 设计后期工作 施工图报审 施工图送市级审图中心或相关机构报审 电气一次、二次评审 电气施工图到地、市级电力公司进行评审， 确认电气主接线与对侧接入点相关调度、通 信等内容。 2014-4-23 73 工程实例 2014-4-23 74 工程实例 2014-4-23 75 工程实例 2014-4-23 76 工程实例 2014-4-23 77 工程实例 2014-4-23 78 工程实例 2014-4-23 79 工程实例 2014-4-23 80
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