徐臻
(鹿島建設(shè)(中國(guó))有限公司)
本文通過廣東省東莞市的理光高科技電子廠房分布式屋面光伏發(fā)電項(xiàng)目,系統(tǒng)的論述了設(shè)計(jì)的基本過程,光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成和電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。
根據(jù)2014年1月國(guó)家能源局頒布《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)光伏電站建設(shè)與運(yùn)行管理工作的通知》(國(guó)能新能[2014]445號(hào))的通知,利用現(xiàn)有混凝土廠房屋頂建設(shè)分布式太陽(yáng)能發(fā)電項(xiàng)目。
項(xiàng)目建設(shè)地位于廣東省東莞市,地處北緯 22°39′~23°09′,東經(jīng) 113°31′~114°15′,太陽(yáng)總輻射量與日照時(shí)數(shù)充足,累年平均太陽(yáng)總輻射量為109158.19K/cm2,累年平均日照總時(shí)數(shù)約為1950~2150h。該地陽(yáng)光資源充足,按《中華人民共和國(guó)氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)—太陽(yáng)能資源評(píng)估方法》中對(duì)太陽(yáng)能資源豐富程度等級(jí)的劃分標(biāo)準(zhǔn),屬于我國(guó)太陽(yáng)能資源三類區(qū)域,比較適合建設(shè)太陽(yáng)能光伏發(fā)電項(xiàng)目。
目前計(jì)劃利用一棟現(xiàn)有生產(chǎn)廠房屋面大約1萬m2屋面進(jìn)行建設(shè)容量0.9MW的屋頂太陽(yáng)能發(fā)電工程。
光伏發(fā)電系統(tǒng)可分為獨(dú)立式太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)式太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)。
獨(dú)立式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)是指太陽(yáng)能光伏發(fā)電用蓄電池進(jìn)行電量存儲(chǔ),而不與國(guó)家電網(wǎng)連接的發(fā)電方式。并網(wǎng)式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)是指太陽(yáng)能光伏發(fā)電作為電網(wǎng)的補(bǔ)充輸送到到國(guó)家電網(wǎng)的發(fā)電方式。
根據(jù)本項(xiàng)目的建設(shè)方意向,實(shí)施目的在于充分利太陽(yáng)能資源,并作為現(xiàn)有電網(wǎng)的補(bǔ)充。且通過全廠布局及設(shè)置條件的確認(rèn)后,考慮到現(xiàn)有建筑內(nèi)沒有蓄電池組設(shè)置位置及樓面承載力也可能達(dá)不到設(shè)置要求,所以采用的無蓄電池的并網(wǎng)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)作為本項(xiàng)目的方案。
光伏發(fā)電是指利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù)。其關(guān)鍵元件在于太陽(yáng)能電池。把太陽(yáng)能電池經(jīng)過串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽(yáng)能電池組件,在再配合上功率控制器等部件形成光伏發(fā)電系統(tǒng)裝置。分布式光伏發(fā)電,指的是在用戶所在場(chǎng)地附近敷設(shè),運(yùn)行方式以用戶側(cè)自發(fā)為主,多余電量上網(wǎng)的光伏發(fā)電設(shè)置。
分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)組成包括:光伏組件、逆變器、并網(wǎng)柜、數(shù)據(jù)監(jiān)控等主要部件組成,如圖1所示。
通過以下公式確定太陽(yáng)能電池列陣的安裝方式和安裝位置,以便合理的利用屋頂空間和保證最大的年度發(fā)電量,同時(shí)均勻一年內(nèi)發(fā)電量的波動(dòng)值。
圖1 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)示意圖
方位角設(shè)置按以下公式計(jì)算,確保電池輸出負(fù)荷出力最大:
傾斜角應(yīng)選擇光伏發(fā)電系統(tǒng)年度總發(fā)電量最大的角度,按如下公式估算:
最小間距應(yīng)保證按冬日9:00~15:00期間,盡量保證光伏列陣不出現(xiàn)遮擋。利用以下公式估算:
經(jīng)核算后確定,大約需要9400萬m2屋面面積能達(dá)到較好的發(fā)電效果,目前現(xiàn)有屋頂1萬m2的面積,除去無法利用面積并保證安全的前提下,滿足0.9MW太陽(yáng)能電池組列陣的實(shí)際要求。
并網(wǎng)光伏電站主要由光伏方陣、并網(wǎng)逆變器、并網(wǎng)柜及書記通信系統(tǒng)組成,包括太陽(yáng)電池組件、直流電纜、匯流箱、逆變器、交流并網(wǎng)配電柜等。
項(xiàng)目主要安裝在房屋屋頂上,采用3384塊270W多晶組件,裝機(jī)容量為0.9MWp,使用30臺(tái)30kW組串式光伏逆變器,每個(gè)30KWp的發(fā)電單元,太陽(yáng)能電池組件初選為18塊一串,逆變器輸出電壓為三相交流400W。
圖2 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)一次系統(tǒng)圖
光伏組件:簡(jiǎn)單來說就是將太陽(yáng)能電池光伏板組合構(gòu)成。由于單片太陽(yáng)能電池片的電流和電壓都較小,所以我們把單片組件先串聯(lián)起來以獲得高電壓后再并聯(lián)獲得高電流后,通過二極管進(jìn)行輸出。本次采用多晶硅材質(zhì)電池組件,初步選用組件功率為270W/塊,共計(jì)3384塊。具體參數(shù)如表1。
表1 多晶組件技術(shù)參數(shù)
并網(wǎng)逆變器:把由太陽(yáng)能量一次轉(zhuǎn)化為直流的電能后經(jīng)二次轉(zhuǎn)變?yōu)榕c交流電網(wǎng)同頻率、同相位的正弦波交流電并饋入電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電功能的儀器。本項(xiàng)目宜選用30臺(tái)30kW組串式光伏逆變器,逆變器具體參數(shù)如表2所示。
為了保證本項(xiàng)目光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)安全性及可靠性,防止因浪涌、雷擊等外在因素導(dǎo)致系統(tǒng)器件的損壞等情況發(fā)生,系統(tǒng)必須設(shè)置防雷接地裝置。根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)情況合理考慮直流交流的防雷配電和防雷接地具體措施。
廣州東莞當(dāng)?shù)氐睦妆r(shí)期經(jīng)計(jì)算后本工程屬于三類防雷建筑。
光伏組件的防雷應(yīng)充分利用原建筑物的防雷設(shè)施,此外還要采取如下措施;考慮到光伏組件為無金屬邊框組件,故采用20m×20m或16m×24m的避雷帶網(wǎng)格作為防雷保護(hù)接閃器,并與金屬支架進(jìn)行可靠連通,并與建筑物防雷引下線連接。屋面光伏發(fā)電裝置的直流側(cè)的正負(fù)極均懸空且不接地。
直流側(cè)防雷措施:光伏電池陣列之間敷設(shè)鍍鋁鋅電纜橋架,并連接到防雷匯流箱,匯流箱內(nèi)設(shè)置高壓避雷器,陣列匯流后再接入直流防雷配電柜,設(shè)置多級(jí)防雷裝置從而有效地避免雷擊導(dǎo)致的設(shè)備損壞。交流側(cè)防雷措施:逆變器的交流輸出經(jīng)過交流防雷配電柜,可有效地避免雷擊和電網(wǎng)浪涌所產(chǎn)生的設(shè)備損壞??偨拥仉娮璨淮笥?Ω。
表2 逆變器技術(shù)參數(shù)
并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的總效率由光伏組件陳列效率、逆變器效率和交流并網(wǎng)三部分組成。
在1000W/m2太陽(yáng)輻射強(qiáng)度下,光伏陣列實(shí)際的直流輸出功率與標(biāo)稱功率之比。光伏陣列在能量轉(zhuǎn)換傳輸過程中的損失有:光伏組件的匹配損失、不可利用的太陽(yáng)輻射損失、表面塵埃遮擋損失、溫度的影響以及直流線路損失等。以上綜合考慮,一般取η1效率為86%。
逆變器輸出的交流電功率與直流輸入功率之比。逆變器進(jìn)行電能轉(zhuǎn)換時(shí)的損失包括逆變器轉(zhuǎn)換的損失、最大功率點(diǎn)跟蹤精度的損失等。對(duì)于本項(xiàng)目擬采用的并網(wǎng)逆變器,取η2效率98%。
從逆變器輸出至高壓電網(wǎng)的傳輸效率。這里指的是升壓變壓器的效率和交流電氣連接的線路損耗,一般η3取94~96%。但是在本項(xiàng)目中,并網(wǎng)系統(tǒng)是直接在用戶側(cè)低壓并網(wǎng),并沒有使用變壓器,因此可取η3效率99%。
綜上所述,系統(tǒng)的總效率即上述各效率的乘積,即:
光伏組件的輸出功率在光照及常規(guī)大氣環(huán)境中使用會(huì)隨著時(shí)間衰減,根據(jù)本項(xiàng)目采用的多晶硅太陽(yáng)電池組件。
初步完成了本項(xiàng)目的工程設(shè)計(jì)方案,到實(shí)際的施工,調(diào)試,試運(yùn)行和正式運(yùn)行還有一段時(shí)間。在此期間,如何充分合理利用屋面進(jìn)行太陽(yáng)能光伏板的敷設(shè),針對(duì)對(duì)屋面承載力選擇合適的支架并考慮到今后的維護(hù)等都是即將迎來的新問題。會(huì)持續(xù)跟進(jìn)該項(xiàng)目直至成功運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)
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