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      晶華威

       光伏并網發電系統方案

       

      第一章 前言 ...................................................................... 3

      1. 建設背景 ...................................................................... 3

      1.1 建設背景描述.................................................................. 3

      1.2 產品簡介 ..................................................................... 3

      2. 太陽能的環境分析 .............................................................. 3

      3. 現場環境分析 .................................................................. 4

      4. 綜合效益評估分析 .............................................................. 5

      第二章 太陽能發電系技術 .......................................................... 5

      1. 并網發電系統的原理及組成 ...................................................... 5

      2. 本次太陽發電系統 .............................................................. 5

      3. 并網型太陽能發電系統架構 ....................................................... 6

      4. 并網型太陽能發電系統架構的選擇 ................................................. 7

      第三章 發電系統設計方案 ........................................................... 7

      1. 系統設計依據的標準 ............................................................. 8

      2. 系統的構成 ..................................................................... 8

      3. 系統電路設計 ................................................................... 8

      第四章 多晶硅太陽能模塊設計與選用 .................................................. 8

      1. 電池組件的選擇 ................................................................. 8

      2. 電池串聯計算 ................................................................... 9

      3. 電池與并網逆變器的選擇 .......................................................... 9

      第五章 并網型光伏逆變器介紹 ........................................................ 9

      第六章 分布式直流匯流箱設計 ........................................................ 10

      第七章 系統設備總表 ................................................................ 12

       

       

      第一章 前 言


      1. 建設背景
      1.1 建設背景描述
        當今社會在飛速發展,與此同時,全球能源危機也越來越嚴重,煤炭、石油價格在上漲,煤炭和石油資源正面臨枯竭。在這種情況下,人們有理由大力開拓可再生能源,比如太陽能。
        在應對氣候變化、減少溫室氣體排放的措施中,發展新能源已成我國的戰略選擇。而通過可再生能源在不同領域中的不斷應用與推廣,還可以為城市的經濟結構調整與轉型助一臂之力。
        總之,利用太陽能光伏發電,鼓勵大規模開發,是發展新能源是必然趨勢。我們希望通過這些舉措,在不久的將來,實現“有陽光就有電”的美好理想。

                                                        
      1.2 選擇晶華威的理由

                                                  
         光伏發電是太陽能發電技術的一種,是利用太陽電池板(光伏組件)將太陽光能直接轉化為電能。理論上講,光伏發電技術可以用于任何需要電源的場合。    
         不論是獨立使用還是并網發電,晶華威都可以提供最具性價比,且安全有效率的方案,
         我公司采用擁有多項專利及自主知識產權的創新技術。同時,良好的工藝設計、嚴格的生產保障的制造業一流企業所提供的產品。
         我公司根植于西北地區,在我國光伏最具發展力的區域,能夠第一時間為用戶服務。同時最了解西北地區人文、地理形勢?梢灾苯訛橛脩舴⻊。
         我公司與業界最先進技術保持同步,與歐洲、國內等知名品牌建立合作關系,成為業內西北地區最具發展潛力的光伏集成商。
        
      2. 太陽能的環境分析
         根據科學家測算,太陽照到地球上的能源總量達到12,000TW(12,000 百萬兆瓦)實際可開采利用的也達到600TW,是世界上最大的能源來源。
         太陽能是取之不竭、用之不盡的、真正綠色環保的能源。太陽能的利用正好與人們的工作時間相同,能源利用效率高這就是為什么世界各國都在大力發展太陽能發電的根本原因。
         根據主要城市的輻射參數可見,臨夏的日輻射量處于全國的最豐富地區,太陽能日照時間約3200小時/年。

                                                 
         
      3. 現場環境分析
      3.1 現場環境條件
        現場環境氣候:
                安裝地點             臨夏廣河縣
                當地經度             103.12(東經)
                當地緯度             35.37(北緯)
                當地海拔             1150m
                地平面日均輻射量      11,868 kJ/m2/d
                最佳傾角面日均輻射    12,138 k J/m2/d
      3.2 現場安裝條件
      需要根據現場考察來確定組件布置、電氣設備安裝
      4. 綜合效益評估分析
        目前很多企業已經開始認識到新型能源的節能空間,及其取之不盡的動力來源和長遠的利用價值。無論是從保護環境的角度,還是從節約能源的角度來說,像太陽能和風能這種新型能源都將是我們利用開發的重點能源。
      根據 臨夏 日照條件:
      屋頂太陽能板按最佳傾角布放時,計算結果如下。
      地面效益總表:
                 平均太陽斜面日輻射量Htp (kJ/m2*d)       12,137.97
                 太陽能系統效率η                         80%
                 銷售電價 (RMB/kWh)                      0.96
                 CO2排放銷售價格(RMB/Tons)               122.76
                 美元:人民幣匯率                         6.82
                 標準光強下平均日照時間H (hr)             3.372
                 標準光強下平均年照時間Ha (hr)            1,230.75
                 太陽能系統標稱容量(Wp)                   10,000
                 太陽能系統實際容量(Wp)                   10,160
                 平均日發電量 (kWh)                       50
                 平均年發電量 (kWh)                       16000
                 年電費收入(RM B)                         15360
                 折合標準煤(Tons)                         19
                 CO2減排量(Tons)                          50
                 CO2排放權收入(RMB)                       6,148
                 SO2減排量(Tons)                          0.5
      說明:
      如果需要計算不同電價下的電費收入,只需將每千瓦時的電費乘上相應的日發電量或年發電量。


      第二章、光伏并網發電系統方案
      1. 并網發電系統的原理及組成
        太陽能電池發電系統是利用光生伏打效應原理制成的,它是將太陽輻射能量直接轉換成電能的發電系統。它主要由太陽能電池方陣和逆變器兩部分組成。如下圖所示:白天有日照時,太陽能電池方陣發出的電經過并網逆變器將電能直接輸送到交流電網上,或將太陽能所發出的電經過并網逆變器直接為交流負載供電。

                                                        

       

                                                         
      2. 本次太陽發電系統
        本次太陽能發電系統采用并網型AC 供電系統。太陽能發出的電能與市電供電線路并聯,給負載供電。這種電路架構簡單,不需要蓄電池儲能,太陽能發電直接送給負載或市電中。但是,當市電停電時,直/交流電力轉換器會自動停止輸出,以防止太陽能供電系統過載損壞,因此,此供電線路不能保證負載的不間斷供電。當負載需要的電能少于太陽能發電系統輸出的電能時,太陽能系統給負載供電的同時,將多于的電力送往市電(即賣電給電力公司),當太陽能系統電能不足以給負載供電時,太陽能電能全部提供給負載,不足部分由市電補充(即從電力公司買電)。
      并網型AC 供電系統圖:

                                                      

      3. 并網型太陽能發電系統架構
        并網型太陽能發電系統主要由太陽能電池板、并網型直/交流轉換器、防雷系統及遠程監控系統組成,太陽能發電并網系統的發電輸出是高度依賴電網的,只有電網有電的情況下,太陽能發出的電才能輸出。并網型太陽能發電系統共有兩種電路架構,如下面描述。
        1、低壓側并網主電路如下圖所示:
        此種架構主要是為了保證太陽能發出的電為本地交流負載供電,當太陽能電供給交流負載有余的情況下,向低壓電網輸送電力;當太陽能電不足以給交流負載供電的情況下,從低壓電網提取電力,以滿足負載用電需求,這種架構通常是太陽能發電規模比較小的。
      高壓側并網主電路如下圖所示:

                                          
      此種架構主要是為了將太陽能發出的電直接輸送給電網,只要太陽能系統發電,就直接輸送給電網。對于大型的(MW 級)太陽能發電系統一般采取這種架構。
      4. 并網型太陽能發電系統架構的選擇
      本案為企業自建光伏發電,是小型發電規模發電并入低壓220ACV 電網,鑒于以上技術經濟分析及比較,選用主要設備如下:

       序號    名稱 規格型號  單位   數量  備注 
       1   光伏組件 SWM240P156多晶硅太陽電池   塊  42  2組21塊 
       2 支架 10KW  套   
       3  并網逆變器   RPI203N  臺   
       4 直流匯流箱   2進1出    防雷
       5  電纜及安裝   10KW   項   


       

      第三章 發電系統設計方案


      1. 系統設計依據的標準
      GB/T19939-2005 光伏系統并網技術要求;
      GB/T20046-2006 光伏(PV)系統電網接口特性;
      GB/T12325-2003 電能質量 供電電壓允許偏差;
      GB/T14549-1993 電能品質 公用電網諧波;
      GB/T15543-1995 電能質量 三相電壓允許不平衡度;
      GB/T15945-1995 電能質量 電力系統頻率允許偏差;
      GB2297-1989 太陽光伏能源系統術語;
      GB6497-1986 地面用太陽能電池標定的一般規定;
      GB6495-86 地面用太陽能電池電性能測試方法;
      IEEE 1262-1995 光伏組件的測試認證規范;
      GB/T 14007-92 陸地用太陽能電池組件總規范;
      GB/T 14009-92 太陽能電池組件參數測量方法;
      GB 9535 陸地用太陽能電池組件環境試驗方法;
      GB/T6495.1-1996 光伏器件第1 部分:光伏電流-電壓特性的測量;
      GB/T6495.3-1996 光伏器件 第3 部分:地面用光伏器件的測量原理及標準光譜輻照度數據;
      GB/T6495.4-1996 晶體硅光伏器件的I-V 實測特性的溫度和輻照度修正方法
      SJ/T11127-1997 光伏(PV)發電系統過電壓保護—導則
      GB/T9535-1998 地面用晶體硅光伏組件設計鑒定和定型
      GB/T18210-2000 晶體硅光伏(PV)方陣I-V 特性的現場測量
      GB/T18479-2001 地面用光伏(PV)發電系統概述和導則
      GB/T19064-2003 家用太陽能光伏電源系統技術條件和試驗方法
      GB/T61727:1995 光伏(PV)系統電網接口特性
      GB/T4942.2-1993 低壓電器外殼防護等級
      GB/T3859-1993 半導體變流器應用導則
      GB/T14598.9 輻射電磁場干擾試驗
      GB/T14598.14 靜電放電試驗
      GB/T17626.8 工頻磁場抗擾度試驗
      GB/T14598.3-93 6.0 絕緣試驗
      JB-T7064-1993 半導體逆變器通用技術條件
      B/T60904-10 光伏器件 線性特性測量方法
      Q/3201GYDY01-2002 逆變電源


      2. 系統的構成
      小型并網太陽能發電系統主要由下列部分構成:
      太陽能電池板;
      太陽能電池板支架;
      分布式直流匯流箱(帶防雷及信號);
      分布式并網逆變器(或集中式并網逆變器);


      3. 系統電路設計
         依據本項目情況,設計為 10k Wp 由 220V 低壓直接并網,根據業主提供的資料,系統方案的考慮:該方案是采取 10 kWp 集中式并網逆變器為前端交流并網設備,光伏電池板采用目前主流的多晶硅板SWM240P156多晶硅太陽電池。
         . 逆變器并網系統方案:
         本次50kWp 發電系統直接并入220VAC 低壓側電力系統,直接并入企業指定并網位置,即用戶側并網。方案電路圖如下:


         
                        圖 1 臺10KW并網逆變器的電路


      4. 多晶硅太陽能模塊設計與選用
      4.1. 電池組件的選擇
      4.1.1. 本次選擇多晶硅太陽能電池板,規格參數如下:
      電池組件型號規格             SWM240P156
      標準測試條件下峰值功率(Wp)  240
      最佳工作電流(A)            7.68
      最佳工作電壓(V)            30
      短路電流(A)                8.32
      開路電壓(V)                37.29
      最大系統電壓(V)            1000
      組件效率                    13.5%
      短路電流溫度系數              0.049%/K
      開路電壓溫度系數              -0.353%/K
      峰值功率溫度系數              -0.472%/K
      輸出功率公差                  3%
      組件尺寸(㎜)                1650×990×42
      重量(㎏)                    22.25
      4.2. 電池串聯計算
      太陽能電池板串聯后構成一串,其開路電壓不能超過并網逆變器的最高輸入電壓,選用 臺達公司的 10KWp 三相并網逆變器,允許最高輸入電壓為 1000 Vdc,分布式直流匯流箱內輸入直流熔斷器采用 1,000 Vdc,因此,確定電池模塊串聯后最高工作電壓可選不超過 850 Vdc,且能盡量地提高太陽能板串聯后的輸出電壓,以便滿足逆變器最大功率輸出。在本方案中,240Wp 多晶硅組件串聯數21,串聯后工作電壓630.03V,開路電壓807.18V。該工作電壓在我司逆變器MPPT 范圍內,該配置下,我司逆變器能最大化的將組件收集的太陽能轉化為電能輸送給電網。
      10kW 網逆變器電池配置:
      . 每串最高開路輸出電壓:37.29 × 21= 783.09Vdc
      . 每串額定輸出電壓: 30 Vdc × 21= 630.00Vdc
      . 每串額定輸出功率: 240Wp × 21=5040Wp
      . 2路并聯功率:5040Wp*2=10.08kWp
      . 單臺逆變器功率:10.08kWp
      4.3. 電池與并網逆變器的選擇
      本次選用 中達電通股份有限 公司 10 kW并網逆變器,逆變器接入240Wp組件42塊,組件連接方式為21塊2并。設計中每個MPPT支路接入2串組件,選用2進1出匯流箱。

      5. 并網型光伏逆變器介紹
      10KW并網光伏逆變器產品特色

      . 適用范圍廣
      . 具備寬廣的MPP 電壓范圍,能適應絕大多數品牌的PV 電池模組
      . 防護等級達到IP65,完全滿足獨立室外安裝
      . 廣泛應用于中大型光伏并網電站
      . 系統效能高
      . 轉換效率高達98.1%;
      . 具備多重MPPT 追蹤,追蹤效率>99.9%
      . MPPT 追蹤啟動電壓低,每天的工作時間更長
      . 穩定性強
      . 直流側輸入采用限流技術,平滑輸出功率曲線
      . 采用智能化的氣流設計和散熱管理
      . 選用全數字控制、薄膜電容等高性能元器件,保證穩定運行
      . 符合美國、歐洲和日本的安全規格要求
      . 主要參數  RPI-M30 RPI-M20 RPI-M15


      一般規格
      外殼             Powder coated aluminum
      操作溫度         -20~60℃, full power up to 40℃
      相對濕度         0 – 90% non condensing.
      防護等級         IP65 (Electronics)
      電氣隔離         NO
      安全性等級       Class I metal enclosure with protective earth
      過電壓類別       III
      重量             71.2kg 67.2kg 67.2kg
      尺寸             960 × 612 × 278 mm
      連接器           Weather resistant connectors
      直流側          (Solar side)
      最大輸入功率     33kW 22kW 16.5kW
      PV 功率建議范圍  26kW – 38kW 18kW – 25kW 14kW – 19kW
      標稱電壓         630Vdc
      操作電壓         200 Vdc – 1000 Vdc
      初始電壓         250Vdc
      初始功率         40W
      MPP 追蹤并聯輸入 1 MPP tracker
      分開輸入         2 MPP trackers
      絕對最大電壓     1000 V
      MPP電壓范圍標稱功率 350 – 800 Vdc
      輸入數目         4 inputs (2 MPP trackers)
      額定電流         34 A * 2 30 A * 2 23 A * 2
      市電側(Grid side)
      標稱功率         30kVA 20kVA 15kVA
      最大功率         31.5kVA 21kW 16kW
      電壓 3Ph,        230/400Vac (3-phase / N / PE)
      標稱電流         44 A 29 A 22 A
      最大電流         46 A 32 A 24 A
      頻率
      50 Hz models: 47 – 53 Hz
      60 Hz models: 57 – 63 Hz
      總諧波失真 < 3 % at rated power
      本逆變器已通過“金太陽”認證


      六、分布式直流匯流箱設計
         分布式直流匯流箱是將太陽能電池組矩陣的直流輸出,按照太陽能控制器的要求分成若干個符合控制器輸入電壓及電流要求組,并通過該匯流箱匯合后集中將電能送入太陽能逆變器。因為太陽能電池組放置在室外,為避免被其它物體遮擋陽光,通常放置在最高處,很容易遭受到雷電襲擊,因此,太陽能電池模塊需要做好雷電防護。該分布式直流匯流箱內部配置了防雷模塊,以保護太陽能控制器免受雷電襲擊。
         對該直流匯流箱內防雷器件具備監控能力。其中,對防雷器件,采用帶輔助觸點的器件,當雷電造成防雷器件損壞后,輔助觸點閉合,給出故障信號,同時因為雷擊大電流流經直流電纜,導致保護輸入盒式熔斷器斷路,防止再次雷擊造成后面設備(如防逆二極管模塊及并網逆變器)的損壞。當雷擊故障發生后,維護人員收到監控發出的故障及定位信息,能及時對損壞器件進行更換修復。當太陽能電池板開路、輸入盒式熔斷器斷開或防逆二極管損壞,造成一組太陽能方陣沒有輸出,監控通過對逆變器的輸入狀況分析,可以告警并定位故障。

      七、系統設備總表
      太陽能發電系統前端設備總表:

       序號    名稱 規格型號  單位   數量  備注 
       1   光伏組件 SWM240P156多晶硅太陽電池   塊  42  2組21塊 
       2 支架 10KW  套   
       3  并網逆變器   RPI203N  臺   
       4 直流匯流箱   2進1出    防雷
       5  電纜及安裝   10KW   項   


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