大中型地面光伏電站設計要點(夏)

大中型地面光伏電站設計要點(夏)第一頁，共79頁。地面山坡單軸第二頁，共79頁。一、大中型地面光伏電站的設計要點二、大中型地面光伏電站建設過程中存在的問題及優(yōu)化三、日喀則、德令哈工程案例第三頁，共79頁。1.1地面光伏電站典型分類地面固定安裝系統(tǒng)平單軸跟蹤系統(tǒng)斜單軸跟蹤系統(tǒng)雙軸跟蹤系統(tǒng)聚光跟蹤系統(tǒng)第四頁，共79頁。1.2地面光伏電站容量及電壓匹配小型光伏電站：容量KW級，接入電壓等級0.4KV及以下。中型光伏電站：10MW∽30MW，接入電壓等級10KV∽35∽110KV。大型光伏電站：30MW以上，接入電壓等級66KV及以上。注：各容量下的電壓與鋼芯鋁絞線的關系1、10MW在10KV/35KV最大電流為577A/165A，鋁導線LGJ-240/LGJ-502、20MW在10KV/35KV最大電流為1155A/330A，鋁導線LGJQ-700/LGJ-953、30MW在35KV/110KV最大電流為495A/155A，鋁導線LGJ-185/LGJ-504、50MW在35KV/110KV最大電流為825A/263A，鋁導線LGJQ-400/LGJ-70以上可知10KV電壓等級一般不超過20MW，30MW及以上盡量選用110KV。第五頁，共79頁。1.3大中型地面光伏電站主接線方案主要特點：擴容方便，可以從幾十兆瓦擴容到上百兆瓦。光伏發(fā)電系統(tǒng)經逆變升壓后送入電網并網發(fā)電。選用大功率無隔離變壓器并網逆變器（如500kW、630kW）。通常采用一次升壓方案，提高系統(tǒng)發(fā)電量。接入電網電壓等級為10kV、35kV、110KV。分塊發(fā)電、集中并網第六頁，共79頁。1.4大中型地面光伏電站應用方案預裝箱式逆變器與美式箱變MNS低壓開關柜110KV集成GIS開關柜預裝箱式逆變器與歐式箱變35KV升壓變與開關設備110KV升壓變與開關設備第七頁，共79頁。1.5各方關注的重點電網企業(yè)關注：電能質量調度能力電網安全投資商關注：投資收益投資回報率建設速度與質量社會公眾關注：供電可靠性環(huán)境的影響火災、安全上述因素是光伏系統(tǒng)不斷技術進步的原動力!制造商關注：成本與價格市場與競爭性能與質量第八頁，共79頁。1.6光伏電站建設流程（10∽30MW，6個月）項目選址、資源分析、政策咨詢電網接入方案評審組件及逆變器選型、系統(tǒng)優(yōu)化、工程設計工程施工、項目組織管理設備調試、系統(tǒng)聯調系統(tǒng)試運行、驗收檢測編制可研報告、初步設計設備采購招標、施工單位招標（或EPC招標）電站投運選址前由擬建設地的省發(fā)改委核準選址后規(guī)劃局國土資源局用地審批環(huán)境/水土保持/壓礦/地質災害/文物評價有資質設計咨詢院地勘及編制可研報告省發(fā)改委組織可研評審(有資質中介主辦)有資質電力設計咨詢院編制接入系統(tǒng)方案，報省電力公司審批第九頁，共79頁。1.7站址選擇三大原則自然條件的調查：太陽輻射量，地理位置，交通條件，水源等。接入電網條件： 與接入點的距離，接入點的出線間隔。環(huán)境影響：有無遮光的障礙物，有無鹽害、公害和自然災害，冬季的積雪、結冰、雷擊災害狀態(tài)。第十頁，共79頁。1.8最佳傾角設計定義對于固定式安裝組件，最佳傾角即光伏系統(tǒng)全年發(fā)電量最大時的傾角。組件的安裝傾角對系統(tǒng)的發(fā)電量影響很大。計算工具：

---可再生能源工程分析軟件（RETScreen）

---太陽能光伏系統(tǒng)設計軟件（PVsyst)---根據當地氣象部門提供的日照輻射數據，計算多年的不同角度傾斜面上各月日平均太陽總輻射量，進行比較后得出最佳傾角。傾角相差10度，則系統(tǒng)發(fā)電量損失2%~5%。第十一頁，共79頁。1.9光伏方陣最小間距計算光伏方陣最小間距計算示意圖光伏方陣最小間距計算公式：D=(0.707×H

)÷tg[arcsin(0.648×cosφ-0.399×sinφ)]φ---電站所在地緯度以上計算公式是冬至日6小時的光照不遮擋，對于西北地區(qū)廉價的土地和日照時間較長的特點，建議適當增大方陣間距，從而獲得更多的發(fā)電量。冬至日：上午9:00~下午15:00第十二頁，共79頁。1.10光伏方陣抗風能力設計

需要計算受風梁在受風條件下的彎曲應力和彎曲度；需要計算支撐臂在順風條件下的壓曲強度和逆風條件下的拉伸強度；需要計算受風條件下，螺栓剪切力（折斷力）的耐受強度。光伏方陣抗風能力設計示意圖

光伏方陣抗風能力的設計（右圖），需依據GB50009-2006建筑結構荷載規(guī)范、GB50017-2003《鋼結構設計規(guī)范》。第十三頁，共79頁。1.11光伏組件串并聯設計原則根據串聯電路電流處處相等、電流就小不就大原則，I1=5.03I2=4.97I1電池串電壓=36.92+36.92+36.92+36.92+36.92=184.6VI2電池串電壓=35.18+36.17+36.92+35.26+34.42=177.95V根據并聯電路電壓處處相等、電壓就低不就高原則，Uab=177.95V第十四頁，共79頁。1.12匯流箱設計

主要性能特點：防護等級IP54或IP65，滿足室外安裝要求箱體金屬材質，25年使用壽命直流耐壓DC1000V8進1出、12進1出、16進1出可選正、負極配有光伏專用保險絲，耐壓DC1000V直流開關和光伏專用防雷模塊RS485通訊（標配）/無線通訊（選配）具有金太陽認證/TUV認證第十五頁，共79頁。1.13兩級匯流箱配置一級匯流箱一般由熔斷器、斷路器、浪涌保護器組成，一級匯流箱不可省略。二級匯流箱又稱直流柜，如果逆變器內有斷路器且與匯流箱一一對應，二級匯流箱可省略。

二級匯流箱如果是斷路器，一級匯流箱斷路器可由負荷開關代替。一級或二級匯流箱可選擇智能型，測量直流電壓和電流。

第十六頁，共79頁。1.13匯流箱三大件的選配熔斷器的選配：熔斷器的額定電流≥1.56×組件短路電流Ics例如：力諾產190W單晶硅Isc=5.56A，熔斷器電流=1.56×5.56=8.7A，查熔斷器手冊，選10A熔斷器熔絲。斷路器的選配：斷路器瞬時脫扣電流≥1.1（各匯流支路工作電流之和）；因為Isc/組件工作電流Impp≤1.1。例如：16進1出匯流箱，連接力諾產190W單晶硅組件，輸出電流16×5.15A=82.4A×1.1=90.64A，選125A塑殼，脫扣100A的斷路器。浪涌保護器（SPD）：最大持續(xù)工作電壓Uc＞1.3Uoc（組件串開路電壓）；最大泄放電流Imax≥15KA；電壓保護等級Uc＜Up＜Unb（逆變器耐壓）例如：力諾產190W單晶硅Uoc=44.31V，16串組件Uoc=709V×1.3=922V=Uc，922V＜Up＜Unb，取Unb=1.5KV，Unb一般不大于5KV。第十七頁，共79頁。1.14選擇逆變器的主要計算參數

根據逆變器給出的MPPT上限820V和下限450電壓，選取中間值如635V。根據光伏電池組件工作電壓36.92V，635V/36.92V=17.2，取17串。17串電池組件串聯后的工作電壓U=36.92V*17=627.64V≈628V。根據光伏電池組件電壓是按負溫度系數變化的特性，采用

低溫-25℃、

高溫+70℃校核，如果低溫出現曲線2或高溫出現曲線1，應重新考慮光

伏電池組件的串聯數，如將17串改為16串。

第十八頁，共79頁。1.15選擇逆變器的關鍵條件第十九頁，共79頁。1.16升壓變壓器選擇

參數配置大型光伏逆變器交流輸出電壓一般在270∽320V，電網電壓10或35KV

可以采用一級升壓，否則應采用兩級升壓。第一級升壓變接線組別一般為DYn11Yn11，有利于抑制高次諧波。第二級升壓變接線組別一般為Ynd11第二十頁，共79頁。1.17電纜選擇光伏專用電纜：

直流耐壓1.8KV導體（鍍錫退火銅）

使用環(huán)境溫度-40∽90℃

絕緣層（輻照交聯）阻燃、耐日光、臭氧、酸堿護套層（輻照交聯）導體截面積/載流量

：1.5/302.5/414/556/7010/9816/13225/176其它常規(guī)電纜：大中型地面光伏電站一般都建設在我國西部荒漠地區(qū)，電纜選擇除按常規(guī)選用VV、YJV、YJY等電力電纜，還要考慮小動物啃咬電纜外皮傷及電纜絕緣，宜選用VV22、YJV22、YJY22，電纜敷設可采用直埋或電纜溝方式。

第二十一頁，共79頁。1.18光伏電站功率輸送線路10KV/35KV一般采用鋼管塔，110KV及以上一般采用角鋼鐵塔。鋼管塔檔距一般有50/75米，單回路造價150萬/120萬。角鋼鐵塔檔距一般250∽500米，單回路造價65萬，檔距越大造價相對越低。第二十二頁，共79頁。1.19電網接入系統(tǒng)設計

參照國家電網公司企業(yè)標準Q/GDW617-2011第二十三頁，共79頁。1.20防雷接地設計

參考標準：GB50057-1994建筑物防雷設計規(guī)范DL/T621-1997交流電氣裝置的接地SJ/T11127-1997光伏(PV)發(fā)電系統(tǒng)過電壓保護－導則GB/T21431-2008建筑物防雷裝置檢測技術規(guī)范IEC60364-7-712-2002、IEC61557-4-2007、IEC623051-5基本原則：支架等電位連接光伏組件金屬邊框接地接地電阻的設計，防雷地≤10Ω、電氣地≤4Ω、電子設備地≤1Ω。接閃器的設計和布置第二十四頁，共79頁。1.21防雷接地設計參考直擊雷防護感應雷防護參考案例第二十五頁，共79頁。1.22監(jiān)控系統(tǒng)設計（1）監(jiān)控系統(tǒng)設計原則：大中型地面光伏電站既然是發(fā)電廠，電網公司就要按照國家對發(fā)電廠的有關規(guī)范、規(guī)程要求對其運行進行管理控制，監(jiān)控設備一般配置如下：*電力調度數據網設備屏；*電能質量在線監(jiān)測設備屏；*光功率預測系統(tǒng)屏；*數值天氣預報系統(tǒng)屏；*遠方電量計量表屏；*GPS對時屏；*遠動工作屏；*網絡通信屏；*公用測控屏；*主變測控屏；*主變保護屏；*主變電度表屏；*110KV線路保護屏；*110KV線路電壓接口屏；*故障錄波屏；*安穩(wěn)控制屏；*繼電保護試驗電源屏；*通信專業(yè)屏；*事故照明切換屏；*直流充電屏；*直流放電屏；*UPS屏；*直流饋線屏；*蓄電池屏；*10KV開關柜綜合保護；注：根據電站電壓等級及規(guī)模，上述設備有增有減。第二十六頁，共79頁。1.22監(jiān)控系統(tǒng)設計（2）網絡示意圖第二十七頁，共79頁。1.22監(jiān)控系統(tǒng)設計（3）光功率預測系統(tǒng)接線示意圖第二十八頁，共79頁。1.23基于SunInfoLogger的遠程監(jiān)控第二十九頁，共79頁。1.24低電壓穿越功能T1=1秒，T2=3秒低電壓穿越要求綠色為并網電流波形，黃色為電網電壓波形某逆變器低電壓穿越波形

第三十頁，共79頁。1.25有功功率調節(jié)功能

根據遠程調度指令，自動控制有功功率輸出，保證逆變器最大輸出有功功率不超過電網調度部門的給定值。第三十一頁，共79頁。1.26無功功率調節(jié)功能根據遠程調度指令或者根據電網設定的算法，并網逆變器自動在一定范圍內進行無功功率補償。第三十二頁，共79頁。1.27電網頻率異常響應特性大中型光伏電站應具備一定的耐受電網頻率異常的能力。第三十三頁，共79頁。1.28不容忽視的系統(tǒng)效率全系統(tǒng)效率圖示光伏組件光伏陣列直流線纜光伏逆變器升壓變壓器“木桶效應”損耗MPPT損耗直流線損逆變損耗交流線損變壓器損耗電網(2%~5%)(1%~2%)(2%~5%)(2%~5%)(2%~10%)(2%~5%)光伏系統(tǒng)的每個環(huán)節(jié)都要精心設計，才能獲得較高的轉換效率。根據每個環(huán)節(jié)的不同損耗，全系統(tǒng)效率變化范圍70%~90%。第三十四頁，共79頁。1.29系統(tǒng)效率與收益光伏組件光伏陣列直流線纜光伏逆變器交流線纜升壓變壓器電網光伏發(fā)電能量通道對于一個10MW的光伏電站，如果效率損失2%，按照年利用小時數1500h，電價1元/kWh計算，25年將少收益600萬元左右！第三十五頁，共79頁。1.30投資分析（以力諾德令哈30MW為例）

名稱

萬元

元/W%太陽能光伏電池組件255008.565.77逆變器（預裝箱式、西門子與施耐德）42601.4210.99螺旋地樁、支架、組件安裝35001.179.03直流電纜、1KV低壓電纜、10KV高壓電纜11280.3762.9110及110KV開關及保護設備、調度、通信、綜自11050.3682.853公里110KV鐵塔外線、對側開關站設備10320.3442.6610KV及110KV兩級升壓變壓器9100.3032.35土建、圍墻、接地極等施工6850.2281.77直流側電氣施工、交流側電氣施工5310.1171.37非智能匯流箱1210.040.31合計注：1)前三項約占86%，其余僅占14%；2)以上不包括土地費、勘察設計環(huán)境評價等前期費用。3877212.924第三十六頁，共79頁。2.1光伏組件的遮擋問題（1）灰塵、鳥糞、塑料袋、樹葉等遮擋。特別是后三項遮擋還會形成熱斑效應。光伏組件因灰塵遮擋將導致發(fā)電量下降（5%~10%），需定期進行清洗。便攜式吹風機解決辦法自來水清洗第三十七頁，共79頁。2.2光伏組件的遮擋問題（2）光伏方陣陰影遮擋光伏方陣前后間距設計不當，會造成陰影遮擋，將導致發(fā)電量下降（5%~10%）。對于西北地區(qū)日照時間較長特點，可以適當增大光伏方陣間距，以獲得更長時間的不遮擋，提高系統(tǒng)發(fā)電量。第三十八頁，共79頁。2.3光伏組件的遮擋問題（3）雜草遮擋雜草遮擋也會導致發(fā)電量下降，需定期清理。第三十九頁，共79頁。2.4光伏組件串并聯接線問題連接線纏繞在一起，產生壓降，損失發(fā)電量。

組件串并聯的接線盡可能短！第四十頁，共79頁。2.4光伏組件串并聯接線問題組件自帶0.9米電纜，組件豎向布匯流箱電纜余量過大，造成浪費。置多余電纜引起壓降損耗，投資浪費。

第四十一頁，共79頁。2.4光伏組件串并聯接線問題解決方案-1：230W多晶硅雙排豎向布置組件寬度992，組件自帶二根連接線每根一般0.9米長，由上圖可知，組件連接線每根長約0.9米，組件訂貨時可提出要求，每根長0.5米即可，這種導線每米一般4元∽5元，二根連接線節(jié)約0.8米，可節(jié)約資金3.2元∽4元，1MW太陽能方陣需要4348塊組件，節(jié)約1.39∽1.74萬。二排組件接線盒頭對頭，10#組件與11#組件連接線短。二根引出線在一側可節(jié)約去匯流箱的電纜，見下圖。

第四十二頁，共79頁。2.4光伏組件串并聯接線問題上圖接線方式20塊組件的二根引出線分別在兩頭，01S﹣、02S﹢比上頁圖在一側引出將浪費10塊組件寬度和組件連接縫寬度的電纜，(992＋20)×10＝10120≈10米，二根20米，按4元/米，浪費80元。上圖組件功率共9200W，1MW組件方陣約有109個上圖方陣，109×80元＝8720元，10MW電站如忽略施工將多投資金8.7萬元電纜費用。

第四十三頁，共79頁。2.4光伏組件串并聯接線問題解決方案-2：190W單晶硅雙排豎向布置由于190W單晶硅輸出電流相對較小，可將二串組件用雙連接插頭插座匯總后引向匯流箱，可節(jié)約去匯流箱的電纜。

第四十四頁，共79頁。2.4光伏組件串并聯接線問題解決方案-3：190W單晶硅四排橫向布置此布置方式組件本身自帶0.9米電纜基本用足，四組11串方陣外引電纜全部從方陣中部引出，不浪費電纜，比較合理。

第四十五頁，共79頁。直流線路盡量短的布局2.5光伏組件串并聯接線問題第四十六頁，共79頁。2.6直流電纜壓降對MPPT的影響三路光伏方陣接至同一臺逆變器，直流電纜長度不一致直流電纜壓降不相同，導致各光伏方陣的MPPT不相同逆變器無法跟蹤光伏方陣的最大輸出功率，其輸出功率（Pm）將發(fā)生偏移發(fā)電量會損失2%~5%左右！第四十七頁，共79頁。2.7直流電纜壓降對MPPT的影響匯流箱逆變器1匯流箱匯流箱匯流箱匯流箱匯流箱匯流箱匯流箱匯流箱匯流箱匯流箱匯流箱匯流箱匯流箱匯流箱匯流箱逆變器21MW并網單元接線示意圖光伏電站通常按照多個1MW單元方案進行設計，1MW單元配置2臺500kW逆變器，16臺16進1出匯流箱，匯流箱距離逆變器遠近不一致，所以接至同一個逆變器的匯流箱，線纜長度應盡可能一致。線纜的線徑設計建議按照小于2%的損耗進行設計。第四十八頁，共79頁。2.8散熱排風措施風扇強制排風散熱風管集中排風散熱熱量直接排在室內室內溫度升高熱量直接排向室外室內溫度相對較低第四十九頁，共79頁。2.9防塵防沙措施

常見方案：采用百葉窗和紗網進行防塵防沙。鐵紗網百葉窗彎管第五十頁，共79頁。2.10防低溫措施室內環(huán)境溫度低于-25℃時，建議安裝電加熱裝置。第五十一頁，共79頁。2.11防火措施消防通道煙感探頭及消防聯動裝置滅火器消防知識培訓必不可少第五十二頁，共79頁。2.12逆變室方案對比隨著光伏電站規(guī)模的擴大，為了縮短施工周期，集裝箱一體化逆變裝置優(yōu)勢明顯?；炷练炕顒影宸考b箱一體化逆變房第五十三頁，共79頁。3.1日喀則10MW電站外景第五十四頁，共79頁。3.2日喀則10MW電站組件背面接線第五十五頁，共79頁。3.3日喀則10MW電站匯流箱接線第五十六頁，共79頁。3.4日喀則10MW電站施耐德500KW高原型逆變器第五十七頁，共79頁。3.5日喀則10MW電站卡羅拉750KW逆變器第五十八頁，共79頁。3.6日喀則10MW電站雙分裂升壓變壓器第五十九頁，共79頁。