分布式光伏光伏發(fā)電系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)

1、分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)新能源科學(xué)與工程新能源科學(xué)與工程能科能科12112112080201951208020195游婭游婭目錄目錄1 1、分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究目的意義、發(fā)展現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨、分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究目的意義、發(fā)展現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢勢2 2、總體技術(shù)方案、總體技術(shù)方案3 3、發(fā)電量預(yù)測發(fā)電量預(yù)測4 4、系統(tǒng)組件選型、系統(tǒng)組件選型5 5、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)6 6、其他需要注意的問題及結(jié)語、其他需要注意的問題及結(jié)語1 1、分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究目的意義、發(fā)展現(xiàn)、分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究目的意義、發(fā)展現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢狀和未來發(fā)展趨勢 當(dāng)今全球化石能

2、源短缺和面臨枯竭，光伏發(fā)電將解決能源短缺，更替等問題提供可行性方法和途徑；光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)是當(dāng)今世界新能源的發(fā)展趨勢，我國出現(xiàn)大范圍的霧霾天氣，對環(huán)境以及人體造成諸多損害，而大力發(fā)展綠色、無污染的可再生能源是人類可持續(xù)發(fā)展的必由之路,太陽能光伏發(fā)電是一種新型的可再生能源發(fā)電方式，光伏發(fā)電指采用光伏組件，將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能的系統(tǒng)。目前光伏發(fā)電主要分為兩種：一種是集中式光伏電站（地面電站） ，另一種是分布式光伏電站。分布式發(fā)電通常是指利用分散式資源，裝機(jī)規(guī)模較小的、布置在用戶附近的發(fā)電系統(tǒng)。其中集中式光伏電站的建設(shè)，在節(jié)能降耗的同時(shí)，也暴露出以下缺點(diǎn)： 1）需要依賴長距離輸電線路送電入網(wǎng)，同時(shí)

3、自身也是電網(wǎng)的一個(gè)較大的干擾源，輸電線路的損耗、電壓跌落、無功補(bǔ)償?shù)葐栴}將會(huì)突顯； 2）大容量的光伏電站由多臺(tái)變換裝置組合實(shí)現(xiàn)，這些設(shè)備的協(xié)同工作需要進(jìn)行同一管理，目前這方面技術(shù)尚不成熟； 3）為保證電網(wǎng)安全，大容量的集中式光伏接入需要有LVRT等新的功能，這一技術(shù)往往與孤島存在沖突?；谝陨蠁栴}，人們把目光漸漸的投向分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)特點(diǎn)具有： 1）分布式發(fā)電系統(tǒng)中各電站相互獨(dú)立，用戶由于可以自行控制，不會(huì)發(fā)生大規(guī)模停電事故，所以安全可靠性比較高； 2）分布式發(fā)電可以彌補(bǔ)大電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的不足，在意外災(zāi)害發(fā)生時(shí)繼續(xù)供電，已成為集中供電方式不可缺少的重要補(bǔ)充； 3）可對區(qū)域電

4、力的質(zhì)量和性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，非常適合向農(nóng)村、牧區(qū)、山區(qū)，發(fā)展中的中、小城市或商業(yè)區(qū)的居民供電，可大大減小環(huán)保壓力； 4）分布式發(fā)電的輸配電損耗很低，甚至沒有，無需建配電站，可降低或避免附加的輸配電成本，同時(shí)土建和安裝成本低； 5）可以滿足特殊場合的需求，如用于重要集會(huì)或慶典的(處于熱備用狀態(tài)的)移動(dòng)分散式發(fā)電車； 6）調(diào)峰性能好，操作簡單，由于參與運(yùn)行的系統(tǒng)少，啟?？焖?，便于實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)； 7）充分利用建筑物表面，可以將光伏電池同時(shí)作為建筑材料，有效減少光伏電站的占地面積。所以我們現(xiàn)下研究設(shè)計(jì)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)為主。并且當(dāng)前國內(nèi)許多邊遠(yuǎn)貧困地區(qū)電力網(wǎng)無法普及或成本太高，小型分布式光伏發(fā)電將很好解

5、決用戶用電難、沒電用的問題；分布式光伏發(fā)電以其資源豐富、清潔無污染等優(yōu)勢得到了國家能源政策的扶持和社會(huì)的廣泛關(guān)注，在此基礎(chǔ)上極大方便研究，便于取材，和得到相應(yīng)政策扶持，降低了研究困難。建筑物能為光伏系統(tǒng)提供足夠的面積，不需另占土地；分布式光伏發(fā)電還是一種新型的、具有廣闊發(fā)展前景的發(fā)電和能源綜合利用方式，它倡導(dǎo)就近發(fā)電、就近并網(wǎng)、就近轉(zhuǎn)換、就近使用的原則，不僅能有效提高同等規(guī)模光伏電站的發(fā)電量，同時(shí)還有效解決了電力在升壓及長途運(yùn)輸中的損耗問題，分布式發(fā)電系統(tǒng)就近向負(fù)荷供電，從而減少了電能傳輸過程中的損失，還可以有效降低 CO2排放量，減少環(huán)境污染，為社會(huì)提供更加清潔高效的能源，實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)。光伏

6、陣列可代替常規(guī)建筑材料，能省去光伏系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)，節(jié)省材料費(fèi)用，安裝與建筑施工結(jié)合，節(jié)省安裝成本，此能為光伏發(fā)電提供廣泛發(fā)展前景和用地；在這眾多的優(yōu)勢下，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)還能配合現(xiàn)今國內(nèi)化石能源供電系統(tǒng)，完善化石能源供電系統(tǒng)的不足和補(bǔ)充加強(qiáng)電網(wǎng)供電的普及；分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)適合應(yīng)用于邊遠(yuǎn)山區(qū)和特殊情況下小型用電器應(yīng)用和一般性照明；并且此設(shè)計(jì)可加深自己對光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝調(diào)試能力。2、總體技術(shù)方案 城市中土地資源緊張、各種建筑物林立，適宜采用分布式發(fā)電，通常為屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)。除示范工程或特大工程外，系統(tǒng)發(fā)電功率不會(huì)很大，通常設(shè)計(jì)簡單的并網(wǎng)系統(tǒng)就能滿足需求。光伏組件陣列通過匯流箱匯流后接入

7、逆變器，從逆變器輸出的電能通過并網(wǎng)裝置接入低壓電網(wǎng)。 其光伏系統(tǒng)組成圖如下 太陽能電池板控制器逆變器 并網(wǎng)柜 配電柜電網(wǎng)蓄電器用電器3、發(fā)電量預(yù)測 （1）常年的氣候條件（查資料） （2）傾斜面光伏陣列太陽輻射度的計(jì)算方法 在選擇某一日期光伏陣列的最佳傾角(日均太陽輻射度最大時(shí)的角度)時(shí)，需要根據(jù)資料中得到的水平面上的太陽輻射量，換算成相應(yīng)傾角上的太陽輻射量。用各向同性模型來確定傾斜面正朝赤道的情況，將傾斜面上的太陽輻射總量分成直接太陽輻射量、天空散射輻射量和地面反射輻射量計(jì)算。但各向同性模型只適用于傾斜面正朝向赤道的情況，而不能計(jì)算傾斜面斜朝向的情況。在此基礎(chǔ)上，再由各向異性模型來計(jì)算傾斜面斜

8、朝向的情況。其示意圖如下：角 太陽高度角光伏板安裝面角水平面輻射量H太陽輻射量光伏板安裝平面水平面光伏板垂直輻射量Hta、近似計(jì)算 t=sin(+)/sin+D (1) 式中：t為傾斜面上太陽輻射量，為水平面上太陽輻射量；為中午時(shí)分的太陽高度角；為方陣傾角；D為散射輻射量。中午時(shí)分的太陽高度角有一個(gè)簡單的推導(dǎo)出的公式： （2） 式中： 為項(xiàng)目所在地的緯度， 為太陽的赤緯角，可由庫伯公式來計(jì)算，即6=2345sin(360365(284+n)，n=1365，為一年中某日的日期序號(hào)。 -90a（3)光伏系統(tǒng)的效率 能量在光伏系統(tǒng)的每個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)產(chǎn)生損失。太陽能經(jīng)光伏陣列轉(zhuǎn)化為電能傳輸過程中的損失包括

9、組件匹配損失、太陽輻射損失、偏離最大功率點(diǎn)損失以及直流線路損失等。如：光伏陣列效率約為85。逆變器的轉(zhuǎn)換效率可取為95，交流并網(wǎng)效率可取為95。因此，光伏系統(tǒng)的總效率約為n=859595=77。（4）系統(tǒng)安裝功率P的估算 一般來說，屋頂光伏系統(tǒng)安裝功率最大的限制因素就是屋頂?shù)拿娣e。實(shí)際工程中，可以根據(jù)擬選用的主流的光伏電池板制造廠家的產(chǎn)品進(jìn)行大體估算。例如，北京地區(qū)可以按照4050W/m2進(jìn)行估算。工程的實(shí)際安裝功率還要根據(jù)業(yè)主的實(shí)際需求以及光伏電池板的排布形式來最終確定。需要指出的是，系統(tǒng)安裝功率P。是在標(biāo)準(zhǔn)測試條件(光照強(qiáng)度1000Wm2的太陽光照射在傾角為37的斜面上)下得到的峰值功率，

10、而不是實(shí)際的發(fā)電功率。（5)發(fā)電量計(jì)算 由上述材料得： (6)關(guān)于光伏陣列的傾角光伏陣列傾角的控制有以下5種方式：水平安裝、固定傾角安裝、每月調(diào)節(jié)、單軸跟蹤和雙軸跟蹤。一般來說，陣列傾角可取項(xiàng)目所在緯度值。傾角在10之內(nèi)變化，太陽輻射量相差不大。nPHWt4、系統(tǒng)組件選型 1)光伏組件選擇從表1可以看出，晶體硅的轉(zhuǎn)化效率較高。而多晶硅一般比單晶硅價(jià)格便宜。具體選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況進(jìn)行合理選用。 表1 光伏組件參數(shù)晶體硅晶體硅薄膜薄膜太陽電池類型單晶、多晶非晶硅碲化鎘銅銦鎵硒電池最高效率%24131619.5電池組件效率%131868710811柔性電池組件無有沒有有穩(wěn)定性很好衰減較大，特

11、別是在早期接觸衰減暫未發(fā)現(xiàn)功率溫度系數(shù)-0.370.52-0.1-0.3-0.36-0.18-0.6-0.33柔光響應(yīng)性較差好較好較好環(huán)境友好性好好有污染好2）光伏組件串并聯(lián)計(jì)算 本著先計(jì)算光伏板串聯(lián)數(shù)再計(jì)算并聯(lián)數(shù)的原則，光伏組件串并聯(lián)數(shù)計(jì)算方法為： 串聯(lián)數(shù)Ns=UiUs，Ui為逆變器輸入電壓，Us光伏電池板的額定電壓。 并聯(lián)數(shù)Np=P(P1Ns)，P為系統(tǒng)安裝功率，P1為一個(gè)光伏電池板的額定功率。3)并網(wǎng)逆變器的匹配選型 并網(wǎng)逆變器的選型要遵循三個(gè)匹配原則，即功率匹配、電壓匹配和電流匹配。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，光伏系統(tǒng)的最大輸入功率應(yīng)為光伏陣列總輸出功率的0.851.2倍。 UimaxUsoc1+(T一

12、25)2）光伏組件串并聯(lián)計(jì)算 本著先計(jì)算光伏板串聯(lián)數(shù)再計(jì)算并聯(lián)數(shù)的原則，光伏組件串并聯(lián)數(shù)計(jì)算方法為： 串聯(lián)數(shù)Ns=UiUs，Ui為逆變器輸入電壓，Us光伏電池板的額定電壓。 并聯(lián)數(shù)Np=P(P1Ns)，P為系統(tǒng)安裝功率，P1為一個(gè)光伏電池板的額定功率。3)并網(wǎng)逆變器的匹配選型 并網(wǎng)逆變器的選型要遵循三個(gè)匹配原則，即功率匹配、電壓匹配和電流匹配。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，光伏系統(tǒng)的最大輸入功率應(yīng)為光伏陣列總輸出功率的0.851.2倍。 UimaxUsoc1+(T一25) (3) 其中，Uimax為逆變器的最大直流輸入電壓；Usoc為光伏板在環(huán)境溫度為25時(shí)的開路電壓；%為光伏板電壓溫度系數(shù)，多晶硅可參考一032

13、：T為項(xiàng)目所在地最低氣溫，攝氏溫度。 UiUmp (4) 其中，：Ui為逆變器輸入MPPT跟蹤直流電壓(V)；Ump為光伏組件工作直流電壓(V)。 電流匹配由式(5)決定。 Iimax Isc1-%(T-25) (5) 其中：Iimax為逆變器的最大輸入電流;Isc為光伏陣列的最大短路電流；為電流溫度系數(shù)，多晶硅可參考0.04；r為項(xiàng)目所在地最高氣溫，攝氏溫度。5、系統(tǒng)設(shè)計(jì)1)光伏電池板的布置 光伏電池板的布置主要是根據(jù)現(xiàn)有的排布面積(如屋頂面積)解決光伏電池板前后布置的間距問題。固定傾角安裝方式下，如太陽能光伏板面向正南方。工程上約定：光伏電池板的前后間距設(shè)置應(yīng)能保證冬至日9：0015：00

14、前排陰影不落在后排的光伏電池板上。 冬至日上午9：00太陽高度角、方位角、當(dāng)?shù)鼐暥燃皶r(shí)刻的關(guān)系如式(6)(8)所示：sin=cos costcost+sin sin (6) sin=cos sintcos (7) L=Dcos=Htan (8) 其中，為當(dāng)?shù)囟寥丈衔?：00的太陽高度角；為當(dāng)?shù)囟寥丈衔?：00的方位角，其值取為公式計(jì)算值；L為安裝完畢后當(dāng)?shù)囟寥丈衔?：00光伏電池板最高點(diǎn)所在的垂直于水平面的直線的垂足與最高點(diǎn)的投影之間的長度；D為安裝完畢后當(dāng)?shù)囟寥丈衔?：00前后排光伏電池板最高點(diǎn)所在的垂直于水平面的平面之間的長度，也即是所求；H為安裝完畢后當(dāng)?shù)囟寥丈衔?：00光伏電池板最高點(diǎn)所在的垂直于水平面的垂線段的長度： 為赤緯角， 為當(dāng)?shù)鼐暥?t為時(shí)角，正午為0，上午為負(fù)值，下午為正值，每一小時(shí)為15。2)系統(tǒng)防雷方案 光伏系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備應(yīng)采取防直擊雷和雷電波侵入的措施。將光伏組件安裝支架和基礎(chǔ)鋼筋等均可靠地與接地網(wǎng)相連接。為防止感應(yīng)雷、浪涌等情況造成過電壓而損壞設(shè)備，其防雷措施主要采用裝設(shè)SPD防雷保護(hù)器。太陽能光伏電池串列通過電纜接入直流防雷配電單元，配電柜內(nèi)配置光伏專用