分布式光伏电站方案

伍永畅

摘 要：文章介绍8.4535MW分布式光伏电站方案设计，着重分析系统组成，包括电力系统接入和计算机监控系统。根据方案对太阳能电池和光伏逆变器进行选型，分析计算系统效率并估算25年发电量。

关键词：光伏发电；太阳电池；逆变器；太阳能

分布式光伏电站利用太阳能资源进行发电，和传统火力发电相比，有着清洁效率高、布局分散、就近利用的优点。以下介绍中海油惠州物流基地屋顶8.4535MW分布式光伏电站方案。

1 项目概况

中海油惠州物流基地屋顶8.4535MW分布式光伏电站项目场址位于广东省惠州石化区，工程利用厂房钢结构屋顶建设太阳能发电工程，场站内可利用建筑物屋面面积约100000平方米，项目规模为8.4535MW。

2 惠州市太阳能资源概况

惠州地区日照时间长，热量充足。境内年平均日照时数1741.1～2068.2小时，日照百分率39%～47%。地域分布为南多北少。月际分布，以7月最多，均在220小时以上；3月最少，不足120小时。年总积温7618.5℃～8030.1℃；年太阳总辐射量4000兆焦耳～5000兆焦耳/平方米。总积温与太阳总辐射量都是南多、北少，夏季多、冬季少。

3 接入系统方案

根据建筑分布及可供接入配电站位置情况，拟将本项目拟分1接入点，采用10kV进行并网。每个发电系统由太阳电池组件、组串逆变器、交流防雷汇流箱、升压变压器、并网计量柜等组合而成。输出接至附近配电站10kV用户配电系统。

4 总体方案设计

4.1 系统组成

系统主要由光伏阵列、光伏逆变器、数据采集及监控系统、电力网络、配电柜组成。系统示意图如图1。

4.2 整体系统设计

针对本项目实际情况，通过技术可行性和经济效益论证，提出如下具有针对性整体方案设计：本光伏电站装机容量8.4535MWp，拟采用10kV并网；为了防止光伏系统逆向发电，配置一套防逆流装置，通过实时监测变压器低压侧的电压、电流信号来调节光伏系统的发电功率，从而达到光伏并网系统的防逆流功能。

4.3 主要设备选型

4.3.1 光伏板选型

目前市场上成熟的光伏板主要是单晶硅、多晶硅和非晶硅三种类型。单晶硅由于制造过程中能耗较高，市场占有率逐渐下降；多晶硅比非晶硅转换效率高且性能稳定，但价格较高。本工程选用性价比较高的多晶硅电池组件。

4.3.2 太阳电池组件主要技术参数

本工程拟选用高效265Wp多晶硅电池组件，组件效率为15.89%。

本期8.4535MWp光伏电站共采用31900块电池组件，每个支路由22块265Wp电池组件串联而成。

265Wp电池组件的参数如表1：

以上数据是在标准条件下测得的，即：电池温度为25℃，太阳辐射为1000W/m2、地面标准太阳光谱辐照度分布为AM1.5。

4.3.3 逆变器选型及参数

光伏电站选用组串式逆变器，可用于本项目的大容量并网型光伏逆变器主要有30kW、40kW、50kW、60kW等型号。本工程采用40kW组串式并网逆变器。

40kW组串式逆变器参数如表2：

4.4 光伏阵列及倾角设计

4.4.1 阵列总体布置

阵列总体布置原则：充分利用屋面资源，保证组件发电量，兼顾电站整体美观性。

阵列总体布置原则采用模块化设计、安装施工。模块化的基本结构。这样设计有如下好处：

（1）各发电单元各自独立，便于实现梯级控制，以提高系统的运行效率。

（2） 每个发电单元是单独的模块，由于整个光伏系统是多个模块组成，各模块又由不同的逆变器及与之相连的光伏组件方阵组成，系统的冗余度高，不至于由于局部设备发生故障而影响到整个发电模块或整个电站，且局部故障检修时不影响其他模块的运行。

（3）有利于工程分步实施。

（4）减少光伏组件至并网逆变器的直流電缆用量，减少系统线路损耗，提高系统的综合效率。

（5）每个发电单元的布置均相同，保证发电单元外观的一致性及其输出电性能的一致性。

4.4.2 倾角设计

本次规划以彩光钢屋面为主，按屋顶倾角进行平辅布置。

4.4.3 支架及组串单元设计

为提高发电量，光伏方阵采用固定倾角安装方式，运行维护较简单，适宜采用较小的串列单元结构。较小的串列单元可以采用较为简单的支架结构，降低对支架基础的要求，便于场地布置及施工、安装。设计方案为：

组串单元结构：单个组串由22块光伏组件构成。

安装方式：彩钢瓦屋顶平辅。

支架结构：铝型村导轨。

4.4.4 方阵设计

根据前述组串单元设计，每1个组串单元22片组件构成，构成串列的组串数量由逆变器功率参数、输电损耗确定。逆变器功率参数见表2，其最大直流输入功率为40.8kW，额定交流输出功率为40 kW，逆变器平均最大效率98.8%，取串列直流输电损耗为1%，组串最大输入路数为6路，相应串列峰值功率为33.66kW，小于逆变器最大直流输入功率。因此确定串列的组串并联数量为6路。逆变器输出交流电通过10kV升压变压器升压后接入用户侧10kV配电室并网点，峰值光伏方阵峰值功率8.4535MW。

4.5 发电量测算

4.5.1 系统效率计算

影响发电量的关键因素是系统效率，系统效率主要考虑的因素有：灰尘或雨水遮挡、温度、组件串联不匹配、逆变器损耗、线缆损耗、变压器损耗、跟踪系统的精度等等。

（1）灰尘或雨水遮挡引起的效率降低

现场临近海边并且是石化区，灰尘较多，降水较多，按照日常有维护人员维护，采用数值：95%。

（2）温度引起的效率降低

太阳能电池组件会因温度变化而输出电压降低、电流增大，组件实际效率降低，发电量减少，系统在设计时已考虑温度变化引起的电压变化，并根据该变化选择组件串联数，保证组件能在绝大部分时间内工作在最大跟踪功率点范围内，考虑0.31%/K的MPP功率变化、各月辐照量计算加权平均值，可以计算得到加权平均值为97%。

（3）组件串联不匹配产生的效率降低

组件串联因为电流不一致产生的效率降低，选择该效率为97%。

（4）直流部分线缆功率损耗

根据直流部分的线缆连接，计算得线缆损耗98%。

（5）逆变器的功率损耗

逆变器功率损耗取97%。

（6）交流线缆的功率损耗

根据线缆选型和敷设长度，计算得线缆损耗效率98%。

（7）变压器功率损耗

变压器选用高效率，效率为98%。

（8）总体系统效率

根据系统各项效率取0.99的修正系数，则系统综合效率：

η=95%×97%×97%×98%×97%×98%×98%×0.99≈78%

光伏电站整体效率为78%。

4.5.2 本方案发电量估算

惠州地区水平面年辐射量为：1383.35kWh/m2；

光伏板光电转换效率逐年衰减，整个光伏发电系统25年寿命期内平均年有效利用小时数也随之逐年降低。

运行寿命周期内每年最少0.7%计算，保证25年后衰减不超过20%，则年发电量估算见下表：

因此，该项目年发电量估算如下。

25年总发电量：20224.423万度。

项目25年年平均利用小时数：957h，年均发电量：809万度。

本光伏电站在运行期25年的逐年上网电量直方图表见表3。

4.6 电气部分

4.6.1 电气主接线

屋顶光伏组件组串方式为22块一串，经直流防雷汇流箱汇流一次汇流后经直流电缆经桥架至逆变器直流侧二次汇流，经逆变就地升压后，并入配电房内10kV高压柜母排，实现并网发电。初步电气接入方案如下：

（1）就近6个仓库共计6*169.07kW=1014.42kW，经1000kVA箱式变压器升压至10kV；其中有两台1250kVA箱式升压变就近接入7个仓库，单台接入为7*169.07kW=1183.49kW；整个项目共配置6台1000kVA就地升压变，2台1250kVA就地升压变。

（2）8台就地升压变分两路汇流进入新建配电房内两台升压变进线柜实现汇流，后经接入柜至配电房内新增光伏并网柜实现并网发电。

4.6.2 电气设备选择

（1）10kV并网计量柜

10kV开关柜选用国产金属铠装高压开关柜，每台开关柜的一次元件主要包括断路器、操作机构、电压互感器、电流互感器和避雷器等。并网计量柜内断路器额定电流为630A，最大开断电流31.5kA。

（2）10kV箱式升压变

为保证光伏组件所发电力安全可靠地送出，选用运行方式灵活、安装简便的箱式升压变压器。

箱式变压器，内附：S11-1000（1250）/10.5kV三相低损耗升压变压器，容量为1000kVA（1250kVA），10.5±2×2.5/0.48kV；Y，d11；Ud%=6.5%；箱变10kV高压侧安装负荷开关，每台箱变的高压侧装3×RNT-12kV型插入式全范围保护熔断器，具有过载和短路故障保护；箱变低压侧配套有断路器，低压断路器采用智能式断路器；箱变配置测控单元一套。

（3）交流汇流箱

根据光伏方阵布置，本工程采用6路和8路交流汇流箱进行一次汇流。

汇流箱应具备以下特点：

a.同时可接入6路或8路输入，每路设置专用断路器，输出总线设置隔离开关并配置熔断器；b.配有专用防雷浪涌器；匯流箱内配有监测装置，可以实时监测每个输入输出回路的通断状态及防雷器的状态等。

4.6.3 计算机监控系统

光伏电站配置一套光伏电站综合自动化系统，负责收集各种设备的测量数据和状态信号，并对信息进行汇总、分析、存贮和报告输出，同时还负责和汇流站之间的通讯，实现数据、状态量的传输和控制命令的传达，另外，它还与交直流系统、图像监控系统等其它智能模块或设备相连接，实现电站的综合管理功能。

（1）计算机监控系统结构

计算机监控系统采用分层分布式系统结构，分站控层和现地控制层。站控层和现地控制层之间通过百兆工业以太网相连。现地控制层的站内其他智能设备通过管理机接至以太网。站控层为实时监控中心，负责整个系统的控制、管理和对外部系统的通信等，并接受逆变器、就地升压变的运行状态和数据等通过光纤通道发送来的监控信息，便于整个电站数据处理分析。

（2）计算机监控系统的主要功能

光伏厂区采用计算机监控系统实现自动化控制与管理，计算机监控系统主要实现对电气设备及其它设备的安全监控，满足自动化要求，完成遥测、遥信、遥调、遥控等远动功能。系统具备数据采集与处理、安全检测与人机接口、控制功能、通信功能、系统自诊断、系统二次开发、自动报表及打印功能。

参考文献

[1]林安中，王斯成.国内外太阳电池和光伏发电的进展与前景[J].太阳能学报：增刊，1999：68-74.

[2]周德佳.太阳能光伏发电技术现状及其发展[J].电气应用，2007.

[3]赵玉文.太阳能光伏技术的发展概况[A].第五届全国光伏技术学术研讨会论文集[C].1998.