光伏電站建設(shè)工程全過程設(shè)計(jì)

光伏電站建設(shè)工程全過程設(shè)計(jì)主講人：姚偉龍目錄01光伏的發(fā)電原理02光伏發(fā)電系統(tǒng)組成03光伏發(fā)電部件選型04投資回報(bào)率計(jì)算05施工組織設(shè)計(jì)05光伏電站的運(yùn)維01光伏的發(fā)電原理01.光伏發(fā)電原理太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。主要由太陽電池板（組件）、控制器和逆變器三大部分組成，主要部件由電子元器件構(gòu)成。光伏發(fā)電的主要原理是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)。光伏發(fā)電太陽電池板光電效應(yīng)02.光伏發(fā)電原理(離網(wǎng)）03.光伏發(fā)電原理(并網(wǎng)）02光伏發(fā)電系統(tǒng)組成01.光伏發(fā)電系統(tǒng)組成升壓系統(tǒng)光伏方陣蓄電池組監(jiān)控系統(tǒng)逆變器匯流箱光伏發(fā)電系統(tǒng)02.光伏方陣的組成電池方陣A光伏組串BC光伏支架光伏支墩182P型540W單晶硅雙面雙玻組件規(guī)格：長2256mm寬1133mm電池陣列的運(yùn)行方式：固定傾角安裝方式、可調(diào)傾角安裝方式、跟蹤式系統(tǒng)地面支架、屋頂支架鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，鋼螺旋樁基礎(chǔ)，獨(dú)立基礎(chǔ)，鋼筋混泥土條形基礎(chǔ)，預(yù)制樁基礎(chǔ)，平面屋頂光伏支架基礎(chǔ)涉及到的概念：光伏陣列方位角（≤45°），電池陣列最佳傾角（33°），太陽電池組件的串、并聯(lián)設(shè)計(jì)，太陽電池陣列行間距的計(jì)算，光伏陣列容量，容配比的確定，電池子方陣，電纜規(guī)格的確定等03光伏電站的設(shè)計(jì)1、地理位置，可利用場地大小，形狀；2、太陽能資源情況；3、電網(wǎng)接入條件，與接入點(diǎn)的距離，電網(wǎng)變壓器、輸電電纜容量，電壓等級等電網(wǎng)承載能力因素；4、環(huán)境影響：有無遮光障礙物，有無鹽害、公害、自然災(zāi)害,冬季的積雪、結(jié)冰、雷擊颶風(fēng)等災(zāi)害狀態(tài)；5、占地面積：由裝機(jī)功率和當(dāng)?shù)鼐暥葲Q定

(1)依據(jù)裝機(jī)功率按下式估算晶體硅組件：65—100—150Wp/m2薄膜電池(非晶硅)：22-40Wp/m2(2)當(dāng)?shù)鼐暥鹊挠绊懀航M件功率密度：200W/m201.站址的選擇02.站址勘察拍照至少需要5張不同角度角度圖片和環(huán)繞視頻才能確保做出正確的排布。兩張70米高俯拍圖能有效防止拍攝屋頂時(shí)的畸變、東西各45度角側(cè)拍圖一張以及一張靠近房屋正視圖，能全面的了解屋頂?shù)母鱾€(gè)情況。現(xiàn)場有無遮擋物對于遮擋物的勘查主要重點(diǎn)放在臨近的高層建筑和屋頂上的煙囪、衛(wèi)星鍋、電線桿。這些最好做出相應(yīng)的標(biāo)識，標(biāo)注出高度進(jìn)行陰影分析，計(jì)算出陰影影響的范圍，為之后的排布提供方便。屋頂?shù)某蚝蛢A角原則上以朝南面排布為主，但由于實(shí)際的屋面情況比較分散和復(fù)雜，所以東西面能大面積排鋪也可以。但如果東西面出現(xiàn)面積太小只能排一兩塊的情況時(shí)，就不適宜排布，會拉低南面發(fā)變量。在一般情況下，7千瓦以上逆變器的啟動(dòng)電壓為350V，所以折算下來12塊以上一串為宜。7千瓦以下逆變器的啟動(dòng)電壓為150V，所以折算下來6塊以上一串為宜。12303.光伏組件的選型集中式光伏電站在大型光伏電站設(shè)計(jì)中，度電成本LCOE是衡量項(xiàng)目的核心指標(biāo)，光伏組件選型的核心邏輯必須圍繞LCOE，從而確保光伏電站在整個(gè)生命周期內(nèi)提供成本最低的電力0102分布式光伏電站因屋頂形式多樣，不同應(yīng)用形式對應(yīng)的組件選型邏輯也不盡相同，并無一款產(chǎn)品能夠同時(shí)在三類項(xiàng)目中達(dá)到最優(yōu)，而相應(yīng)的組件也并非尺寸越大就越好，要根據(jù)實(shí)際的屋頂情形因地制宜進(jìn)行組件選型。04.逆變器的選型

逆變器作為組件和電網(wǎng)之間的橋梁，是光伏系統(tǒng)的核心部件。根據(jù)電站規(guī)模、以及不同的應(yīng)用場合，選擇合適的逆變器，對系統(tǒng)成本和發(fā)電量都大有益處。在規(guī)模大、地勢平坦的荒漠、灘涂，適合選用集中型逆變器；在規(guī)模較大、地勢起伏的山丘電站，適合選用多MPPT的集中型逆變器；在規(guī)模相對較小、布局多樣化的屋頂電站，適合選用組串型逆變器。因地制宜，科學(xué)選擇光伏電站逆變器，可以確保光伏電站在投資決策階段少走彎路，在后期運(yùn)行維護(hù)階段更加可靠高效運(yùn)行。1直流正極匯流輸出2直流負(fù)極匯流輸出3接地端子4通訊電源端子和RS485通訊接口5主匯流板6副匯流板7監(jiān)測板8防雷器9直流斷路器05.直流匯流箱選型06.光伏支墩選型鋼制螺旋樁/鋁合金/Q235混凝土抗風(fēng)雪、抗腐蝕、抗震等機(jī)械性能，確保在風(fēng)沙、雨雪、地震等各種惡劣環(huán)境下正常工作，使用壽命達(dá)到25年以上。固定支架：普通固定式支架和固定可調(diào)式支架柔性支架：平單軸跟蹤支架、斜單軸跟蹤支架、雙軸跟蹤支架07.光伏支架選型

常用電纜類型（1）銅芯電纜

（2）鋁合金電纜

（3）銅包鋁電纜

光伏直流電纜線：抗紫外線、抗老化、抗高低溫、防腐蝕和阻燃等性能要求，選用國標(biāo)雙絕緣防紫外線阻燃銅芯電纜（電性能符合《橡膠和塑料軟管靜態(tài)下耐紫外線性能測定》GB/T18950性能測試的要求）和行標(biāo)《光伏發(fā)電系統(tǒng)用電纜》CEEIAB218—2012光伏交流電纜線：選用銅芯電纜，或合金鋁電纜。鍍錫銅導(dǎo)體08.電纜的選型內(nèi)絕緣護(hù)套09.電纜載流量計(jì)算電纜承受功率與截面積計(jì)算方式P=U*II=P/U下面是線纜載流量與平方數(shù)的對照表：空氣鋪設(shè)長期允許的載流量橡皮絕緣線纜聚氯乙烯絕緣電線對應(yīng)的電流(I)和功率(KW)銅芯鋁芯銅芯鋁芯線纜標(biāo)稱平方（mm2）BXFBXFRBLXFBVBVRBLV0.7518(4.0KW)16(3.5KW)1.021(4.6KW)19(4.2KW)1.527(5.9KW)19(4.2KW)24(5.3KW)18(4.0KW)2.033(7.3KW)27(5.9KW)32(7.0KW)25(5.5KW)4.045(9.9KW)35(7.7KW)42(9.2KW)32(7.0KW)6.058(12.8KW)45(9.9KW)55(12.1KW)42(9.2KW)10.085(18.7KW)65(14.3KW)75(16.5KW)59(13.0KW)10.光伏電站的監(jiān)控公式法推薦值法光伏軟件法陣列傾角定義

光伏組件與水平地面之間的夾角確定傾角11.陣列傾角的設(shè)計(jì)公式法根據(jù)Hay提出的天空散射輻射各向異性的模型，表達(dá)式為：

式中：H—為水平面上的太陽輻照量總量；Hb—為直接輻照量；Hd—為散射輻照量；Rb—為傾斜面和水平面上直接輻照量的比值；H0—為大氣層外水平輻照量；β—為傾角；Ρ—為地面反射率11.陣列傾角的設(shè)計(jì)推薦值法城市緯度（°）傾斜面日輻射量（kJ/m2)水平面日輻射量（kJ/m2)獨(dú)立系統(tǒng)推薦傾角（°）并網(wǎng)系統(tǒng)推薦傾角（°）哈爾濱45.681583812703+3-3北京39.801803515261+4-7西寧36.751961716777+1-1成都30.671030410392+2-8拉薩29.702415121301+0+2西安34.301295212781+14-511.陣列傾角的設(shè)計(jì)獨(dú)立系統(tǒng)和并網(wǎng)系統(tǒng)的最佳陣列傾角為什么不一樣PVsyst軟件法角度23°24°25°26°27°28°29°30°30°輻射量（kWh/m2）13701371137313741374137513751374137311.陣列傾角的設(shè)計(jì)12.方陣之間的距離粗略算法：D=(1.854-4.199)H陣列間距設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求一般要求冬至日要保證上午9點(diǎn)到下午3點(diǎn)之間前排組件陰影不對后排組件造成遮擋設(shè)計(jì)方法公式法光伏軟件法12.方陣之間的距離根據(jù)光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范GB50297-2012，水平面上固定式光伏方陣間距可根據(jù)以下公式計(jì)算：式中：L—陣列傾斜面長度；D—兩排陣列之間距離；β—陣列傾角；φ—當(dāng)?shù)鼐暥?。公式法各地區(qū)經(jīng)緯度查詢網(wǎng)址：/maps.htm12.方陣之間的距離

公式法12.方陣之間的距離PVsyst軟件法12.方陣之間的距離方陣面積計(jì)算

12.方陣之間的距離方陣面積計(jì)算可以看出：1）單個(gè)陣列的占地面積主要取決于三個(gè)因素：組件面積、方陣傾角、影子倍率（緯度）。2）光伏陣列的占地基本與組件面積成正比，可以用“組件面積×系數(shù)”對光伏陣列占地面積進(jìn)行計(jì)算。3）在高緯度地區(qū)，高效組件優(yōu)勢明顯；以北京（40°）為例，290W的比265W的陣列區(qū)占地少約28%。12.方陣之間的距離（1）高于當(dāng)?shù)刈畲蠓e雪深度；（2）高于當(dāng)?shù)睾樗?；?）高于一般灌木植物的高度；（4）防止下雨時(shí)泥沙濺上太陽電池板;一般設(shè)計(jì)時(shí)取值30?60cm。13.方陣的低點(diǎn)每一串里，每塊組件的工作電流要相同方陣的并聯(lián)電路中，要求每個(gè)組件串的電壓要相同串聯(lián)的上限？并聯(lián)的上限？Stringbox17modu1esperstringModuIestring15Modulestring1614.方陣的串并聯(lián)優(yōu)化串聯(lián)設(shè)計(jì)

組件串聯(lián)數(shù)量是由光伏組件允許的最大系統(tǒng)電壓、并網(wǎng)逆變器的最高輸入電壓、MPP電壓所確定，光伏方陣中，同一光伏組件串各光伏組件的電性能參數(shù)應(yīng)保持一致1）組件耐受電壓光伏組件的串聯(lián)電壓之和要小于光伏組件的耐受電壓，即：N×Voc＜組件的耐受電壓考慮到溫度的影響，即：N×Voc

×[1+Kv×（t-25）]≤組件的耐受電壓14.方陣的串并聯(lián)優(yōu)化串聯(lián)設(shè)計(jì)

組件串聯(lián)數(shù)量是由光伏組件允許的最大系統(tǒng)電壓、并網(wǎng)逆變器的最高輸入電壓、MPP電壓所確定，光伏方陣中，同一光伏組件串各光伏組件的電性能參數(shù)應(yīng)保持一致2）逆變器最大直流輸入電壓串聯(lián)組件的開路電壓在低溫的時(shí)候要小于逆變器可以接受的最高直流輸入電壓，即：N×Voc

×[1+Kv×（t-25）]≤Vdcmax14.方陣的串并聯(lián)優(yōu)化串聯(lián)設(shè)計(jì)

組件串聯(lián)數(shù)量是由光伏組件允許的最大系統(tǒng)電壓、并網(wǎng)逆變器的最高輸入電壓、MPP電壓所確定，光伏方陣中，同一光伏組件串各光伏組件的電性能參數(shù)應(yīng)保持一致3）組串電壓的MPP匹配串聯(lián)光伏組件的工作電壓值在逆變器的MPP范圍之內(nèi)Vmpptmin≤Vmppstring≤Vmpptmax考慮到溫度影響，進(jìn)行溫度修正：低溫時(shí)候：N×Vmpp×[（1+K'v×（t-25）]≤Vmpptmax高溫時(shí)候：N×Vmpp×[（1+K'v×（t'-25）]≥Vmpptmin14.方陣的串并聯(lián)優(yōu)化串聯(lián)設(shè)計(jì)4）計(jì)算舉例

組件開路電壓VOC38.7V組件工作電壓Vpm31.4V組件開路電壓溫度系數(shù)-0.29%/℃逆變器最大直流輸入電壓1000VMPP電壓范圍480—850V極限低溫-10℃極限高溫70℃計(jì)算得到N≦23,18≦N≦2414.方陣的串并聯(lián)優(yōu)化并聯(lián)設(shè)計(jì)光伏電池組串并聯(lián)數(shù)量主要由逆變器的額定功率以及最大直流輸入電流確定

1）逆變器的額定功率所有組串支路的功率之和宜等于或略高于（超配設(shè)計(jì)）逆變器的額定功率；

N*Ps

=（1.0﹣1.3）Pe

Pe—為逆變器額定功率Ps—為組串支路功率Ps=Pmax×n2）最大直流輸入電流所有組串支路的短路電流之和不能超過逆變器最大直流輸入電流N≦Iin/IscIin—為逆變器最大直流輸入電流Isc—為組串支路短路電流14.方陣的串并聯(lián)優(yōu)化并聯(lián)設(shè)計(jì)光伏電池組串并聯(lián)數(shù)量主要由逆變器的額定功率以及最大直流輸入電流確定

3）舉例計(jì)算組件短路電流Isc9.26A組件輸出功率Pmax275W逆變器額定功率Pe500KW逆變器最大直流輸入電流Iin1064A組串串聯(lián)數(shù)量22塊計(jì)算得到，最大直流輸入電流：N≦114；額定功率

：N=82.6（超配比1.0）、

N=90.9（超配比1.1）14.方陣的串并聯(lián)優(yōu)化串聯(lián)設(shè)計(jì)右圖為某多晶硅組件電性能參數(shù)

如果將該組件設(shè)計(jì)為21塊組件串聯(lián)，根據(jù)數(shù)據(jù)，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下開路電壓為：44.4×21=932.4V考慮到溫度影響，-0.34%/K的開路電壓溫度系數(shù)，那么在0℃時(shí)開路電壓為：21×44.4×[1+（-0.34）×（0-25）]=1011V大于光伏組件的耐受電壓，系統(tǒng)危險(xiǎn)！

14.方陣的串并聯(lián)優(yōu)化地點(diǎn)烏魯木齊銀川煙臺西安廣州三亞緯度43.838.537.534.423.118.2經(jīng)度87.6106.3121.4109.1113.3109.515.陣列方位角的設(shè)計(jì)從圖中可以看出，當(dāng)方位角從-90°~90°變化時(shí)，發(fā)電量變化有如下特點(diǎn)：1）方位角朝東、朝西變化，對發(fā)電量的影響相同；2）發(fā)電量降低曲線為拋物線情況，即方位角由0逐漸變大時(shí)，發(fā)電量損失速度加快；3）在不同地區(qū)，發(fā)電量的變化差異很大。最大的影響在20%以上，最少的僅為4%。4）方位角變化時(shí)，發(fā)電量損失與經(jīng)度基本無關(guān)，與緯度相關(guān)性較大。緯度越高，損失越大；緯度越低，損失越少。組件正常工作15.組件排布設(shè)計(jì)橫向遮擋15.組件排布設(shè)計(jì)豎向遮擋15.組件排布設(shè)計(jì)04投資回報(bào)率計(jì)算01.光伏電站建設(shè)成本估算以2MWp裝機(jī)容量的分布式光伏電站為例，建設(shè)成本估算如下：02.光伏電站投資回報(bào)率計(jì)算分布式光伏電站投資收益計(jì)算工具電站投資收益電站容量（KW）114.24填寫單價(jià)(元/W)8.25填寫總投資(萬元)94.25電價(jià)(元/度)0.62填寫天月年25年發(fā)電量（度）456.9613708.80164505.604112640.00收益(元)281.678450.10101401.252535031.30回本年限(年)9.29年收益率（%）10.76%銀行貸款與還款貸款利率（60個(gè)月）（千分比）5.04填寫貸款金額(萬元)94.25填寫保證金（5%）（萬元）4.71月年60個(gè)月貸款利息(元)4750.1057001.19285005.95還款金額(元)20458.10245497.191227485.95電站收益8450.10101401.25502006.26收益與還款差價(jià)-12002.99-144095.94-720479.69貸款回本年限(年)12.11年收益率（%）8.26%05施工組織設(shè)計(jì)01.平整土地或屋頂規(guī)劃02.支墩的澆筑03.支架及組件的安裝04.電氣設(shè)備安裝05.電站的監(jiān)控直擊雷、感應(yīng)雷和雷電波考慮因素：組件邊框、設(shè)備外殼的防雷、直流側(cè)防雷、交流側(cè)防雷、通訊系統(tǒng)防雷、變電所的防雷、全場共地、等電位聯(lián)結(jié)。光伏組件：支架直接接地建筑物：《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50057-94)、《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》(GB50343)及《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》(DL/T620)等標(biāo)準(zhǔn)綜合考慮。電氣設(shè)備：設(shè)備內(nèi)配有防雷裝置防雷接地：避雷針、引下線、接地體等，要求接地電阻小于10歐姆，最好考慮單獨(dú)設(shè)置接地體；安全保護(hù)接地、工作接地、屏蔽接地等：要求接地電阻小于等于4歐姆；當(dāng)安全保護(hù)接地、工作接地、屏蔽接地和防雷接地4種接地共用一組接地裝置時(shí)，其接地電阻按其中最小值4歐姆確定；若防雷已單獨(dú)設(shè)置接地裝置時(shí)，其余3種接地宜共用一組接地裝置，其接地電阻不應(yīng)大于其中最小值。06.防雷與接地01.主控室及配電柜01.關(guān)于無功補(bǔ)償01.電纜橋架箱變（35KV）