趙 振 興

(龍源(北京)太陽能技術有限公司，北京 100034)

高海拔地區(qū)離網光伏電站系統(tǒng)方案設計

趙 振 興

(龍源(北京)太陽能技術有限公司，北京 100034)

以西藏巴青縣貢日鄉(xiāng)為例，介紹了高海拔地區(qū)離網光伏電站的系統(tǒng)方案設計要點。對太陽能資源進行了分析，對關鍵設備進行了選型，并提出了電站設計的技術要求。

離網光伏電站，蓄電池，離網逆變器，高海拔

1 概述

離網光伏電站由光伏方陣，控制器，蓄電池組、離網逆變器及低壓配電網組成，見圖1。離網光伏電站可全面解決無電村落、學校、衛(wèi)生院、寺廟、小型農機具等用電問題。

1.1項目地理位置

巴青縣，位于西藏區(qū)那曲地區(qū)東部，地勢北高南低，平均海拔4 500 m以上。屬高原亞寒帶半濕潤季風氣候區(qū)，高寒缺氧，空氣稀薄，冬寒夏涼，太陽輻射強，日照時間長，年溫差相對較大，無霜期短，冬季多大風雪。年日照時數2 400 h左右，年降水量約500 mm～600 mm。降雪日數約在150 d以上。

貢日鄉(xiāng)隸屬于西藏那曲地區(qū)巴青縣，位于巴青縣東北部，北臨青海省雜多縣，東接昌都地區(qū)丁青縣。鄉(xiāng)政府駐舍涌塘，距縣城所在地拉西鎮(zhèn)90 km，面積600多平方千米，人口1 378人，下轄6個行政村。

1.2離網光伏電站容量確定

經實地考察、收集資料，計算得出該鄉(xiāng)白天平均用電負荷33.4 kW，晚間平均用電負荷25.1 kW。根據現場實際情況和用戶要求，本方案為新建35 kW離網光伏系統(tǒng)。

2 關鍵設備選型

離網電站光伏陣列布置在貢日鄉(xiāng)政府門前道路西側約100 m的空地處(現狀為草原植被)。光伏控制器、離網逆變器、智能交流配電柜及蓄電池組布置在新建控制室內?？偱潆娤洳贾迷卩l(xiāng)政府院內(具體位置現場協(xié)調)。

2.1太陽能電池板方陣的設計

通過PVSyst光伏分析軟件進行建模仿真，對項目地不同固定傾角下太陽總輻射量進行比對，可知傾角為34°時，全年太陽輻射量最大，見表1。

表1 項目地址年均太陽總輻射量隨光伏板傾角的變化趨勢

本項目所選電池板為多晶硅255 Wp組件，開路電壓37.7 V，短路電流9.01 A，工作電壓30.0 V，工作電流8.49 A。

本工程計劃新增組件容量35 kWp，又因光伏控制器額定輸入電壓為DC 220 V，故選取每個組串8塊255 Wp組件，共18個組串，容量總計為36.72 kWp。組件采用3排橫放方式布置，支架形式為固定傾角支架，傾角為34°，支架之間中心間距為6.5 m。

2.2蓄電池組的設計

蓄電池容量的計算方法有多種，一般應按照下式計算[1]：

Cc=DFP0/(UKa)。

其中,Cc為蓄電池容量，kWh；Ka為交流回路的損失率，0.7～0.8；D為最長無日照期間用電小時數，h；F為蓄電池放電效率的修正系數，取1.05；P0為平均負荷容量，kW；U為蓄電池組放電深度，取0.5。

藏北高原連續(xù)陰雨天很少，一般每天都能有幾個小時進行發(fā)電。在本項目中，考慮最多1 d的陰雨是合適的。

所以此處的蓄電池的容量應該為：

C=25×5×1.05/(0.5×0.8)=328.13 kWh。

蓄電池電壓需匹配電網電壓，即為220 V。則蓄電池容量為1 491 Ah，取整為1 600 Ah。每串蓄電池組由110塊2 V蓄電池組成，兩串并聯(lián)，總計220塊2 V蓄電池。

2.3控制器的選型

光伏控制器要根據系統(tǒng)功率、直流工作電壓、方陣輸入路數、蓄電池組數、負載狀況等確定。要特別注意其額定工作電流必須同時大于太陽電池組件或方陣的短路電流和負載的最大工作電流。為了將來擴容和長期穩(wěn)定工作，控制器宜選擇高一個型號。

控制器主要技術參數有：系統(tǒng)工作電壓、額定輸入電流、最大充電電流、額定負載電流、方陣輸入回路數、蓄電池過充電/過放電保護電壓、浮充電壓、溫度補償及其他保護功能等。另外，使用環(huán)境溫度、海拔高度、防護等級和外形尺寸及廠家和品牌也是控制器配置選型時要考慮的因素[2]。

2.4離網逆變器的選型

逆變器選型時，一般根據系統(tǒng)直流電壓選擇逆變器直流輸入電壓，根據負載總功率確定逆變器容量和相數，考慮負載瞬時沖擊決定逆變器的功率富余量。通常，逆變器持續(xù)功率要大于負載功率，逆變器最大沖擊功率大于負載啟動功率。還要為系統(tǒng)擴容留有一定余地。由于新增光伏組件安裝容量為36.72 kWp，且白天最大負載為33 kW，考慮未來會增加負載，逆變器選擇50 kVA。

逆變器主要參數有：逆變器效率(通常應在93%以上)、額定輸出電壓、額定功率、過載能力、額定輸入電壓、保護功能及安全性和環(huán)境要求等。

3 電站設計要求

3.1電站場地平整設計方案

光伏電站的位置選擇鄉(xiāng)村周邊的荒地，不選擇草地。

3.2光伏陣列支架和基礎設計

設計原則：本項目抗風能力31 m/s 風速下不受損壞設計；可靠穩(wěn)定的安裝面；安裝簡易。

3.3電站圍欄

電站圍墻均采用高速公路的金屬圍欄，立柱高2.5 m，基礎深0.5 m，立柱間距2.5 m。

3.4其他技術要求

1)場內集電線路采用直埋電纜，通過架空線路直接送至所在地村莊用戶，低壓電網的設計、施工要符合國家相關電力標準。需安裝與之匹配的光伏防雷匯流箱，正負極都具備防雷功能；

2)匯流箱內配有監(jiān)測裝置，可以實時監(jiān)測每個輸入輸出回路的直流電流、電壓及總輸出功率，防雷器的狀態(tài)等；

3)系統(tǒng)不配置遠程監(jiān)控系統(tǒng)，有故障由用戶直接報修到運營公司；

4)系統(tǒng)同時配備交流配電柜，配電柜需為雙路逆變器三相四線輸入，雙路220 V/380 V三相四線輸出，或并機一路三相四線輸出；配電柜具備輸入缺相保護，和輸出缺相保護功能；

5)主要土建(構)建筑設計基準期為30年；蓄電池及控制室可以采用彩鋼保溫結構,地平基礎可以為磚砌體結構或條形基礎；

6)集中系統(tǒng)為用戶自發(fā)自用，不收費，多余電量不上網，因此，不涉及電費計量；

7)當蓄電池電量不多時，能夠提前切斷電視音響輸出以保證照明用電并且發(fā)出聲光告警；

8)光伏組件、控制器、逆變一體機、蓄電池組、低壓電網等電氣裝置設計必須按電氣專業(yè)有關的設計技術規(guī)程、規(guī)范進行，并采用避雷保護、防止感應電的措施，設防靜電接地。

4 結語

對高海拔離網光伏發(fā)電站的太陽能資源進行了分析和評價，對光伏發(fā)電系統(tǒng)設備配置進行了優(yōu)化。該項目實施完成后，將進一步充分利用西藏自治區(qū)豐富的太陽能資源，進一步解決分散的農牧民用電問題，項目確定的投資規(guī)模、系統(tǒng)的容量配置符合西藏無電地區(qū)實際情況，使更多的家庭用電得到保障，可以促進家庭手工業(yè)和副業(yè)的生產、促進了人們對外界的交流和當地的經濟發(fā)展。

[1] GB 50797—2012,光伏發(fā)電站設計規(guī)范[S].

[2] 李安定，呂全亞.太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)工程[M].第2版.北京：北京工業(yè)大學出版社，2016.

Systemschemedesignofoff-gridphotovoltaicpowerstationinhighaltitudearea

ZhaoZhenxing

(Longyuan(Beijing)SolarEngineeringTechnologyCo.,Ltd，Beijing100034，China)

Taking Baqing Gongri township in Tibet as an example, the system design scheme of off-grid photovoltaic power station in high altitude area is introduced. The solar energy resources are analyzed, the key equipments are selected, and the technical requirements of power station design are put forward.

off-grid photovoltaic power station, storage battery, off grid inverter, high altitude

TU201.5

A

1009-6825(2017)27-0158-02

2017-07-14

趙振興(1983- )，男，工程師