山地光伏电站设计与设备选型

山地光伏电站设计与设备选型山地光伏电站特点山地光伏电站总体设计方案山地光伏电站设备选型近年来，山地光伏发电作为光伏发电的新型式，受到广泛关注，在全国多地进行了探索和实践。自河北张家口以南，华北，华中、华南、低山丘陵众多，发展山地光伏电站具有不占用耕地地、荒山治理优势，可以拓宽光伏应用。3山地光伏电站发展现状及趋势土地性质青海、新疆、甘肃等西北地区拥有大量戈壁等未利用地华北、华中有部分未利用山地华东、华南等地区土地性质多为农用地南方多水域地区拥有较多的鱼塘、湖泊、水库等山地领跑者项目：阳泉采煤沉陷区1GW项目，芮城500MW项目，包头1GW项目，乌海项目。4山地光伏电站特点5山地光伏电站开发注意事项土地类型耕地基本农田一般农用地林地牧草地宜林地建设用地未利用地6山地光伏电站系统方案设计：桩型选择系统核心设备选型：逆变器、箱变、监控平台......高性能设备：防腐、防PID方案系统布局设计：沿道路、子阵中间......光伏与林业的平衡后期运维管理方案选取：运营平台、运维平台7山地光伏电站发展现状及趋势8山地光伏电站注意事项（1）建设条件恶劣：上山道路、施工难度、生态影响。（2）支撑结构适应性：电池组件支架和设备基础，对抗腐蚀性能、抗冻胀、抗风、承载能力等均要求较高。（3）设备适应性：组件、逆变器、变压器等设备需满足大风等条件下正常工作。9山地光伏光伏电站特点10山地光伏电站特点太阳能资源丰富接入系统便利征地站址选择是关键有利条件地块不平整，面积较大朝向不一致，角度不一致防火山洪不利条件项目内容工程地质站址地质勘探岩土性质、桩基处理及的选择水文气象极限风速山洪影响、设计规范地质灾害评诂、环评交通运输接地系统特殊考虑注意事项总体方案设计逆变器选型集中式逆变器适用于大型地面电站一般处于地广人稀的地带，组件布局朝向一致，极少出现局部遮挡。组串型式逆变器在分布式电站和小型地面电站及山地电站中，适用于地形比较复杂、遮挡物较多的情况。大型渔光互补光伏电站朝向一致，间距一致，推荐使用集中式逆变器。一般选500kW/630kW集中型逆变器。对于面积大小不一，分布不规则的渔光互补电站，可以选择组串式逆变器具体选择何种逆变器由价格因素及招标的实际情况决定总体方案设计总体方案设计13方案介绍光伏系统组成：光伏组件、支架、汇流系统、逆变系统、升压配电系统、监控系统、并网系统等。目前常用的方案，以1MWp为一个光伏发电单元。以310Wp多晶硅光伏组件为例，一个发电单元需要选用光伏组件3456块；并网逆变器选用500kW型逆变器，共计2台；每个发电单元以18块光伏组件串联为一个组串，共192个组串，各组串平均分配接入16进1出的直流汇流箱，共计12台汇流箱，每6个直流汇流箱接入1台500kW逆变器，共计2台500kW逆变器。通过交流电缆分别连接到容量为1000kVA升压变压器低压侧。总体方案设计#1支架#1汇流箱其他设备箱式变压器SG1000TS35kV或10kV0.315-0.315/10kV或0.315-0.315/35kVSG500MX#n支架#N汇流箱通讯柜光纤输入光纤输出逆变器的单机功率不断增加，降低系统成本2.5MW压集成中压方案2.5MW集中式方案集成：逆变器，箱变，环网柜，交直流配电，通讯，烟感，报警等2.5MW方案可降低成本约0.1元/W15总体方案设计80kW组串式单机功率增大大，降低设备成本和系统成本设计内容项目内容系统设计总体方案、总体布置、倾角和间距、阵列设计、光伏场区电缆和接线等电气一次开关站、升压站设计、防雷接地设计、高压电缆走线等电气二次保护、调度、计量和通信；监控系统设计土建结构支架及其基础设计、设备基础、开关站升压站土建设计、综合楼土建设计其他总图、给排水等总体方案设计17场址图片山地光伏电站18芮城领跑者项目19芮城领跑者项目20芮城领跑者项目21芮城县建设国家生态光伏领跑者示范基地2016年光伏电站项目7个招标方案选址及规划容量统计如下：总容量500MWp，共划分7个单体项目，其中光伏发电示范项目6个，分别为：150MWp项目1个（上坡村、东升村场址），100MWp项目2个（长坡村场址、水峪村与神西村场址），50MWp项目3个（夹沟村场址、白马岭场址、斜坡村场址）.芮城领跑者项目22芮城500MW光伏领跑者50MW光伏电站，由28个1.8MWp发电子阵单元组成，项目直流容量为50.4MWp，其中单个发电子阵采用34台50KTL逆变器，经9个4进1出汇流箱进行交流回流后，再经1台1600KVA的双绕组式0.5kV/36.75kV箱式变压器升至35kV，每个光伏发电子阵单元经35kV电缆汇集至110kV升压站，35kV/110kV汇集站及线路作为公共基础统一建设运行。芮城领跑者项目23项目采用能源控股有限公司提供的单晶EaglePERC-JKM295M，JKM295M单晶硅组件采用的P型电池，采用黑硅+PERC电池路线，光电转换效率到达18.02%，电池片的转换效率高达20.2%，优于领跑者指标要求。能源研发的高效EaglePERCJKM295M组件的峰值功率达到295Wp，组件转换效率达到18.02%，各项指标完全符合“领跑者”的各项要求。该型号组件结合了多项高效与创新技术，包括多层钝化PERC晶体硅技术、采用杜邦Solamet电池金属化的先进结构电池技术、先进的组件一体化封装技术、运用基于杜邦Tedlar薄膜的背板等，在提高可靠性的同时实现了组件功率的大幅提升。24多晶硅单晶硅选用单晶硅组件综合考虑组件效率、技术成熟性、市场占有率，以及采购订货时的可选择余地，本工程采用60片2950Wp型晶体硅光伏组件。芮城领跑者项目芮城领跑者项目25芮城领跑者项目26芮城领跑者项目27组串式逆变器采用模块化设计，每个光伏串对应一个逆变器，直流端具有最大功率跟踪功能，交流端并联并网，其优点是不受组串间模块差异，和阴影遮挡的影响，同时减少光伏电池组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况，最大程度增加了发电量。体积小、重量轻。根据项目的总体地形情况，芮城地形地貌主要是山坡地形为主，适宜于采用组串式逆变器方案，因此本规划项目拟采用50KTL组串式逆变器设计方案。芮城领跑者项目28采用“分区发电，集中并网”方式，单元方阵设计采用1.8MW组串式方案，采用50kW组串式逆变器，每台逆变器具备4路MPPT，两台逆变器接入一个开关盒，然后直接接入升压变。该方案中输入端直流电压提高到了1100V，交流侧输出电压550V，有效降低主电路电缆损耗，光伏子阵设备数量减少，安装、维护工作量也明显减少，降低了施工成本和运维成本。由于1100V组串式智能光伏方案系统简单，进场大型设备少，施工进度更有保障。芮城领跑者项目29芮城领跑者项目30芮城领跑者项目31芮城领跑者项目32传统集中式方案中多个组串通过直流汇流箱进行一级汇流，再通过汇流箱接入集装箱的直流配电柜进行二次汇流，直流环节电流大、线路长，不仅会造成很大的直流损耗，而且由于组串、汇流箱和逆变器距离的不一致，会导致组串实际工作电压与逆变器控制的MPPT点电压之间的差值达到30V，实际测试中30V的电压差异可以导致1MW功率输出偏差1335W，发电量损失达到1%。芮城领跑者项目3334芮城领跑者项目35逆变器1逆变器2开关盒1变压器PLC耦合信号箱变监控SmartLogger中压电网AC500AC500CPELTE4GPOE逆变器33逆变器34开关盒17功率线PLCRS485以太网智能子阵控制器芮城领跑者项目36芮城领跑者项目37芮城领跑者项目38芮城领跑者项目39芮城领跑者项目40土地利用类型占地面积（平方米）占地百分比土地综合利用率光伏方阵及设备用地12238.5428.4%光伏电站占地利用率：28.4%农业综合占地利用率：92.7%道路场占地利用率：7.3%农光互补土地提升综合利用率约为：121%光伏电站内道路用地3123.967.3%农业种植用地光伏支架间种植27631.0064.3%光伏支架下种植12238.5428.4%芮城领跑者项目41（1）光伏方阵及设备占地面积约:18081.90平方米，约为总面积的32.6%。（2）农业种植用地分两部分，一部分是利用光伏组件支架间土地进行种植，可利用面积约34821.44平方米，占用地比例约62.9%；另一部分是利用光伏组件支架下方土地进行种植，可利用面积约18081.90平方米，占用地约32.6%。农业种植土地综合利用率可达95.5%。（3）其余用地（道路、场地等）约2455.59平方米。占用地比例约4.5%分析得出：光伏电站与农业种植综合利用的土地叠加面积为70956.31平方米，综合利用率约128%，体现了土地综合利用对土地有复合型、集约型的明显优势。42为减小初始投资，降低运行成本，使项目收益率达到最大，综合考虑发电量、运行、维护等方面因素，本工程推荐采用固定倾角安装方式。支架类型优点缺点固定式技术最为成熟，成本相对最低，应用最为广泛不能最大限度利用太阳总辐射量平单轴跟踪跟踪方式较为简单故障率及维护成本高，成本相对较高斜单轴跟踪跟踪方式较为简单故障率及维护成本高，抗风性能不佳，成本相对较高双轴跟踪最大程度利用太阳总辐射量，增加了发电量故障率及维护成本高，成本相对最高山地电站系统设计43从工程运行及维护考虑，若选用单台容量小的逆变设备，则设备数量较多，会增加投资后期的维护工作量在初始投资考虑，应尽量选用容量大的逆变设备，可降低投资，并提高系统可靠性逆变器容量过大，则在一台逆变器发生故障时，发电系统损失发电量过大本工程选用容量为500kW的逆变器。系统设计44120MWp光伏组件由120个1MWp子方阵组成共安装234000块260Wp和234000块255Wp组件每个子系统均为一个独立的并网单元每个子系统由192个光伏组件组串组成每个子系统就地逆变升压后接入站区内配电室。好处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局部故障检修时不影响其他模块的运行有利于工程分步实施系统设计45选定的晶硅组件为20块/串若选择每个支路的光伏组件数量较大，则最低温度时开路电压将突破极限，损坏系统若选择每个支路的光伏组件数量较小，则组串工作电压虽可能在MPPT范围内，但是电压较低，组串较多，系统损耗变大。串联数量1920212223组串工作电压（V）589620651682713组串工作电压（V）779822866909952系统设计46倾角24°25°26°27°28°29°30°年太阳辐射量（kWh/㎡）1386.701386.261385.551384.561383.2911381.741379.92利用PVSYST软件对支架倾角从23度到29度进行模拟分析（见下表）方阵倾角24~30度时，倾斜面上总辐射量相差不大考虑到支架设计、工程量和占地面积，确定本项目固定支架的安装角度为25度系统设计47保证两排方阵在冬至日上午9点到下午3点之间前排不对后排造成遮挡考虑到场区地势坡度以及便于施工、检修等因素，取光伏组件方阵间距D为2500mm系统设计48序号效率损失项目修正系数电站平均瞬时总效率1太阳入射角损失97%85%2辐射强度损失99%3阴影损失96%4温度损失97%5组件质量损失99%6组件串并联不匹配损失98%7直流电缆线损99%8并网逆变器效率损失98%9变压器效率损失97%10交流电缆线损98%11其它损失（故障检修停机等）98.8%系统设计49110kV配电装置周围采安装1个独立避雷针，避雷针高度为30米露天光伏组件利用其四周的铝合金边框与支架可靠连接，再通过支架与接地体连接。在逆变集装箱、开关站集装箱及二次集装箱设置避雷带用于直击雷防护直击雷防护在主要电气设备处装设氧化锌避雷器采取接地、分流、屏蔽、均压等电位等方法对感应雷进行有效的防护，以保证人身和设备的安全。感应雷防护汇流盒直流防雷模块直流汇流箱直流防