西藏阿里地区扎达县光伏电站

西藏阿里地区扎达县1MW太阳能离网光伏电站技术方案——2010级材料1班第2组左逢思、朱运新、王才宇、夏鑫可行性分析电站设计1MW离网电站展示札达县光伏电站设计系统设计防雷接地等系统监测电网安全性组件及设备选型组件串并联方式整体布局电气连接电站规模及年发电量支架承载、抗风能力计算阵列排布支架设计技术方案电气设计辅助设计一、电站设计项目地概况1.1项目地概况•札达县1MW太阳能离网电站拟建地位于西藏阿里地区扎达县北郊2公里。扎达县地处北纬31.3°—31.8°，东经79.8°—80.4°，海拔高度约为4000米，总人口约1万余人。•札达县属高原亚寒带干旱气候区，其基本特征是：日照时间长，空气稀薄，干燥多风，年日照时数为3000小时左右，太阳能资源丰富，年降水量200毫米左右，年无霜期130天。极端最高气温23.7℃，极端最低气温﹣30.3℃，年均降水量50～100毫米，冬春多大风。组件选型控制器选型逆变器选型蓄电池选型组件及设备选型1.2组件及设备选型1.2.1组件选型•通过对亿晶、赛维、上古、创盛、东鋆等公司的单晶硅及多晶硅太阳能电池的组件价格、安装成本、占地面积、1MW电池的年发电量及年衰竭率，最终选择亿晶的型号为EG-（Series）M60-C多晶硅组件，部分参数如下右：产品型号EG(Series)P60-C峰值功率(Pmax)250Wp峰值工作电压（Vmpp）30.2V峰值工作电流（Impp）8.28A开路电压（Voc）37.72V短路电流（Isc）8.81A组件效率15.3%工作温度-40~85°C温度系数（Pmax）-0.24%/°C温度系数（Voc）-0.325%/°C温度系数（Isc）0.04%/°C组件尺寸（高/宽/厚）高=高度/长度/Y-轴宽=宽度/X-轴厚=深度/厚度/Z-轴1650x990x40mm1.2.2控制器选型•为了能最好地为蓄电池进行充放电管理和最优充电控制，我们选择选择阳光电源的型号为SD220300的控制器。部分参数如下：型号SD220300额定电压（V）DC220额定电流（A）300最大光伏组件功率（KWp）66光伏阵列输入控制路数10每路光伏阵列最大电流（A）30尺寸（宽×高×深）（mm）482×266×4551.2.3逆变器的选型•在选型时考虑到负载中包含有工业用电，因此要选择三相逆变器以满足其需求。由于选择的控制器的额定电压为220V，因此为了与之匹配，逆变器的输入额定电压也选定为220V。综合考虑，扎达县海拔高，气候恶劣，而阳光电源公司的逆变器技术先进，质量稳定，符合要求。具体型号参数见下表：型号SN22060K3SD1直流输入输入额定电压(V)DC220输入额定电流(A)296允许输入电压范围(V)180～300交流输出输出额定功率(KW)48输出额定电压及频率AC380/220V，50Hz(三相四线制)逆变效率(80%阻性负载)94％立式(宽×高×深)mm800×2260×6001.2.4蓄电池选型•查阅气象资料可知，连续阴雨天数为3天，最低温度为-30.3℃。人均年用电量为149.8kWh,县城人数约为1050人，则负载日均用电量为AhVkWh78.195836522010008.1491050天人•根据蓄电池容量的计算公式：根据上述条件，确定蓄电池最大放电深度系数为0.6，低温修正系数为0.7，且该地区蓄电池放电属于慢放电率，再此确定放电率修正系数为0.75。将数据代入公式计算，蓄电池（组）容量为：h负载日平均用电量（A）连续阴雨天数放电修正系数蓄电池容量最大放电深度低温修正系数Ah46.104937.06.075.0)(3Ah78.1958天蓄电池（组）容量•为了减少蓄电池之间的不平衡所造成的影响，因此要减少并联的数目。综合考虑，选择欧亚玛的型号为SP2V3000的蓄电池，具体参数如下：型号额定容量额定电压规格参考重量(KG)L长W宽H高总高SP2V30003000Ah2V712350341382200因此所需蓄电池如下：块块蓄电池并联数4498.3Ah3000Ah46.10493块蓄电池串联数110V2V220块蓄电池组总块数44011041.3光伏电站在项目地的年发电量•1.3.1光伏阵列倾斜面发电量•1.3.2太阳能离网系统发电量1.3.1光伏阵列倾斜面发电量•从气象站得到的辐射量是水平面上的太阳能辐射量，需要换算成光伏阵列倾斜面辐射量才能进行发电量的计算。根据美国国家航空航天局提供的太阳能辐射数据，计算出不同倾斜面的太阳能辐射量。取ψ-5°~ψ+25°，每隔一度共取31个倾角进行比较，绘出不同倾角下的辐射量如下图：根据太阳能离网发电系统的特点最终将方阵倾角确定为32.5°。将水平面上的月平均太阳辐照量换算成倾斜面上平均太阳辐照量。光伏阵列的倾斜面发电量计算方法如下：•①札达县的太阳能资源情况软件模拟•②扎达县的太阳能资源情况气象统计①札达县的太阳能资源情况软件模拟每日的太阳总辐射-水平线/kWh/m2/日每日的太阳辐射-倾斜面/kWh/m2/日年平均数5.6956.48803331MW太阳能电池年发电量：6.4880333kWh/m2/日×365日/年=2368.12kWh/m2/年（即1MW太阳能电池年发电量为2368.12kWh）根据气象资料，扎达县太阳年辐射量约为7700MJ/m2，即2138.89kWh/m2；组件倾斜角修正因子=1/cos(32.5°)=1.1857；1MW太阳能电池年发电量：2138.89kWh/m2/年×1.1857=2536.08kWh/m2/年；最终发电量取上述两种方法的平均值，即：（2368.12kWh/m2/年+2536.08kWh/m2/年）/2=2452.1kWh/m2/年。②扎达县的太阳能资源情况气象统计1.3.2太阳能离网系统发电量•光伏阵列的直流效率η1：光伏阵列在1000w/m2的太阳辐射强度下，实际直流输出功率与标称功率之比。取η1=86%；•逆变器效率η2：选择阳光电源逆变器，其效率为94%，η2=94%；•蓄电池效率η3：一般蓄电池的充电效率根据蓄电池的不同一般在90%～95%，保守估计取η3=90%；•离网发电系统总效率：η=η1×η2×η3=72.756%；•综合组件倾角发电量及离网效率两项分析，最终可计算出1MW太阳能电池在扎达县的发电量：2452.1kWh/m2/年×15.3%×72.756%×（1.65m×0.99m×4000）≈1860000kWh。组件串并联方式阵列排布整体布局技术方案二、技术方案2.1组件串并联方式•光伏发电系统的光伏组件串联数目：•采用8块串联在一起,每两排串组16块组成一路，共250路，17个28路串组和1个24路串组（8块为一串组）分别分10路接入控制器（共需18个控制器）。组件峰值电压控制器额定电压光伏组件串联数目块。块83.7V2.30V220•组件的峰值功率的温度系数为-0.24%/°C，极端最低温度-30.3°C，极端最高温度23.7℃组串输入功率Wp一个组件的最大功率283.18Wp一个组件的最大电流8.8054A组串最大功率63.432kW组串最大电流246.55A控制器型号最大直流输入功率66kWp最大直流输入电流300A组串最大功率不超过控制器的最大直流输入功率66kW，组串的最大电流不超过最大直流输入电流300A，设计安全合理。2.2阵列排布•①阵列左右预留0.9米（用以行人；减小风压；用于安装、检修电池组件）•②阵列前后间距根据公式：•D=0.707×H/tan[sin-1(0.648cosφ-0.399sinφ)]•算出最小间距3.78米，在此基础上增加2.27m基本不会被光伏阵列遮挡，最终阵列单元前后间距确定为的为6.05m。•示意图如下：多晶硅组件单元250个阵列整体排布图如下：汇流箱放置位置如上图，一共180个4汇1汇流箱。红线框内每列为一个小单元分为四个汇流箱接入控制器（其中每个阵列分为两个单独的8个组件串联）。蓝线框内一个阵列分为两个汇流箱接入控制器。汇流箱出来之后的电缆接入配电房控制器（其中9个3汇一和1个1汇1接入一个控制器（共17个），7个3汇一和3个1汇1接入一个控制器（共1个）），再直接接入60kW逆变器，并接入交流配电柜。2.3整体布局电站容量为1MW，按前面的技术方案，选定的是250W组件，则总的数量应为4000块，而设计方案是8块组件串联在一起，将两排串联的共16块组件组成一个子方阵，则总的子方阵数（路数）为250个。再看项目地的集合参数：电站总占地面积42000m2（约60亩），长700m,宽60m。根据计算可知，子阵列的几何参数为：长为8×0.99=7.92≈8.1m（估算要偏大点，加点边框），宽为1.65×2×cos32.5°=2.78≈3m，高为2.1m。由于项目地长度远远大于宽度，因此在南北方向将电池组件排成六行，第一、二行各放38个子方阵（留作配电房用），第三、四行各放44个子方阵，第五至六行各放43个子方阵，共38×2+44×2+43×2=250个子方阵。故可设计如下图：子方阵的长方向之间的距离为0.9米；在整个电站中留3个大通道，每个通道5m,且在距边上要修围栏，留6.1m，在东南角修建5×3的看守房，因此在东西方向共用425m。2.3.1配电房布置•配电房内放置有：18个逆变器、18个控制器、440个蓄电池、交流配电柜和监控系统放在配电房内，并设储藏室。电气连接防雷接地等电气设计三、电气设计2.1.1电缆规格及用量计算•电缆从光伏组件经一级汇流箱及线管到达配电房，通过汇流箱、线管槽及电站的整体排布计算电站整体用线量。•电缆截面决定了电缆可以通过的最大电流，按下表（详见电缆规格及电缆计算附件）计算得出扎达县电缆的规格。直流电缆1.5mm²/m6mm²/m16mm²/m120mm²/m185mm²/m合计13200887002100501800105850交流电缆6mm²/m16mm²/m合计2206508702.1.2线管规格及用量计算•电缆全部套入线管埋地，不同规格的电缆采用不同规格的线管，通过所用电缆规格计算的出线管规格。如下表：直流线管1.5mm²/m6mm²/m16mm²/m120mm²/m185mm²/m合计110008650000180099300交流线管6mm²/m16mm²/m合计2206508702.1.3支架定点图2.2系统防雷•根据方阵的设计图纸，决定全部采用高度为20米的避雷针。避雷针在hx高度的xx’平面上的保护半径rx的确定：rx—避雷针在hx高度的xx’平面上的保护半径（m）；hr—滚球半径，45米；hx—被保护物的高度，2.5米；h—避雷针的高度，20米因此，避雷针在被保护物高度2.5米的xx’平面上的保护半径为：（1）626.22)5.2452(5.220)-45(220rx米当hx=0，由（1）可得在地面上的保护半径ro为：因此，避雷针在地面上的保护半径为：416.3720-452200r）（米•根据上述公式，可画出两根20米固定式避雷针防护范围：根据图纸，该电站长为700米（实用425米），宽为60米；经纬度：东经80.1°北纬31.5°，海拔：4134米；太阳能发电站周围没有高大建筑物，所以极易遭受直接雷击。设有单独的机房（控制系统，蓄电池组、监控系统，逆变系统等）。根据气象部门气象统计数据得：札达县年平均雷暴日为60.3天，年最多雷暴日为73天。根据多年的防雷经验，雷电发生的方向和风向一致，而主要的来风方向（西南角、东北角）。为了减少雷击概率，我们采用等高针配合防雷，在重要设备附近和主要来风方向各安装一根避雷针；在正西和正东方向各安装一根避雷针；其余按照针间45.25米的间距依次排列在正北方。根据上述描述，确定避雷针的安装位置及防护范围如下图：•根据上述描述，确定避雷针的安装位置及防护范围如下图：选择新昌县富斯特防雷科技有限公司型号为FT-60C的提前放电避雷针，产品说明如下：加