100kW太阳能并网型设计方案

100kW太阳能光伏并网型发电系统设计方案北京日佳电源有限公司2008-04-021目录第1章太阳能光伏发电系统概述1.1利用新型能源（太阳能）作为供电电源的意义1.2天津地理位置及日照、气温等气象数据分析1.3太阳能光伏发电系统的应用领域1.4太阳能光伏独立发电系统介绍1.5太阳能光伏并网发电系统介绍第2章100kW太阳能光伏应急并网型发电系统运行数据分析2.1太阳能光伏并网型发电系统的年发电量统计2.2太阳能光伏并网型发电系统的环保效果统计第3章100kW太阳能光伏并网型发电系统实施设计方案3.1太阳电池方阵施工设计3.2功率调节器柜及隔离变压器柜施工设计3.3太阳能光伏发电系统显示展板及计算机通信施工设计3.4变压器施工设计3.5系统各单元间电缆施工设计3.6系统防雷接地等安全措施设计3.7系统调试、运行及维护等设计第4章太阳能光伏发电系统实际工程图片第5章100kW太阳能光伏应急并网型发电系统设备一览表2第1章太阳能光伏发电系统概述1.1利用新型能源（太阳能）作为供电电源的意义随着我国科技与经济的高速发展，能源的消费量在不断地提高，但是我国矿产资源人均占有量不到世界的一半，而单位产值能耗为世界平均水平的2倍，主要产品的能耗比发达国家高40%，70%靠火力发电。矿产资源的储量是有限的（即不可再生），据统计按照目前我国的经济发展速度，从2000年开始我国能源的使用年限分别为，石油15年、天然气30年、煤105年、铀50年。由于能源问题是关系到一个国家生存与发展的一件大事，因此需要迫切寻找新类型的可再生能源，以补充矿产资源不可再生的局限性。太阳能作为与其它新型可再生能源（风、水力、生物质能等）相比具有分布范围广（世界各地只要能有太阳光照到的地方都可以使用太阳能）、使用安全（不产生爆炸或可燃性气体等危险气体，采光板在静止状态下即可发电）、对周围环境不产生有害影响（不产生有毒气体、不破坏自然环境的平衡）等诸多优点，太阳能可再生能源作为许多世界发达国家首选并大力发展的能源，例如日本的“阳光计划”、德国的“百万屋顶计划”等都是针对太阳能光伏发电讲的。世界瞩目的2008年奥运会将在我国的首都－北京举行，这是第一次在发展中国家举行的奥运会，也让全国各族人民和海外华人感到非常兴奋和自豪的一件大事。但是本届奥运会的三大理念是“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”。“绿色奥运”和“科技奥运”都与利用太阳能光伏发电作为供电电源有关联的。首先，太阳能光伏发电系统所产生的电能属于绿色能源，因为这种电能在生产过程中不会产生环境污染，如产生有毒气体、二氧化碳气体、污水、噪声等破坏周围环境的因素；另外太阳能光伏发电系统所产生的电能是取自用之不竭的太阳光的能量，因此利用太阳能作为供电电源符合“绿色奥运”的要求。其次，利用太阳光发电的发电系统属于高科技含量的一个新能源领域，将太阳的光能转换为电能的太阳电池芯片所采用的基础材料（硅）与制造电子元器件和集成电路所用的相同；另外，太阳能光伏发电系统中处于核心地位的功率变换部分所采用的功率调节器，其内部也是全部采用当今世界先进的微处理器作为其自动控制系统的核心部件，因此它的制造同样需要非常高的技术水平。我公司是与日本GS汤浅电源有限公司合资成立的专业设计、生产太阳能光伏发电系统的中外合资公司，通过技术引进于2002年6月在我公司院内建成10kW太阳能光伏应急并网型发电系统并得到北京供电局相关专家的检测试验（各项指标符合与市电电网并网运行的要求），至今系统运行正常，期间没有发生任何故障。在日本国内，太阳能光伏发电系统所用功率调节器的30～40%都是由GS汤浅电源有限公司制造的，这说明其产品技术含量、可靠性等在日本也是属于领先水平。1.2天津地理位置及日照、气温等气象数据分析根据所在地区日照时间的长短，可将我国划分为五类地区，天津被划归为三类地区，它属于太阳能资源较充足的地区，适合于使用太阳能光伏发电作为供电电源。天津的经度：东经117°10’、纬度：北纬39°6’。天津属于暖温带地区，年平均气温为12.2℃；通过国家气象局最近10年的日照统计数据得到，天津的年均日射量为3.98kWh/m2、年日照时间为2575小时、年平均日照率为58%。因此，采用太阳能光伏发电能够起到较好的经济效果。31.3太阳能光伏发电系统的应用领域太阳能光伏发电系统主要应用的领域为：航空航天、通信、电力、交通、医疗、能源等，在这些领域中主要应用的设备为：航空设备、宇宙航天器、通信主干线、发电厂通信控制设备、道路交通管理设备、医疗设备、核能控制设备、信号台或站设备等。随着科学技术的不断进步，太阳能光伏发电系统生产成本的不断降低，我国的一些公共设施及偏远地区乡镇也都采用了可再生、新型的太阳能光伏发电系统，为其用电负荷提供工作电源。太阳能光伏发电系统的优点就在于，只要将采光用的太阳电池放置在能够充分接受阳光的地方，就能够将发电系统产生的电能输出给用电设备或者储存在储能蓄电池中作为备用，因此太阳能光伏发电系统的应用地区也是非常广泛的。1.4太阳能光伏独立发电系统介绍太阳能光伏独立发电系统是其发电及用电部分组成一个与外界完全隔离的一个发、供电系统，它主要由太阳电池方阵、独立发电用功率调节器、储能蓄电池、用电负荷设备及它们之间的连接电缆等组成。正常情况下，在晴朗的白天由太阳电池方阵产生电能，然后经过独立发电用功率调节器的控制或电能变换后给蓄电池充电和向用电负荷设备供电；在夜间由储能蓄电池经过独立发电用功率调节器放电向用电负荷设备供电。在阴雨天和方阵出现故障的特殊情况下，用电负荷设备只能靠储能蓄电池经过独立发电用功率调节器供电。太阳能光伏独立发电系统的示意图如下所示。太阳能光伏独立发电系统示意图在太阳能光伏独立发电系统中，太阳电池方阵产生的电能全部用于供给储能蓄电池充电和用电负荷设备消耗，当白天某一时刻（例如中午），太阳电池方阵的最大发电量大于以上2种所消耗的电能时，造成方阵的发电量此时只能等于消耗的电量，因此太阳电池方阵此时没有发挥其最大功用。而当太阳电池方阵发电量小于用电负荷设备消耗的电量时，不足部分只能靠储能蓄电池提供。由此可以看出，太阳能光伏独立发电系统存在太阳电池方阵不能够充分利用的时段。1.5太阳能光伏并网发电系统介绍太阳能光伏并网发电系统只能应用在有市电电网的地区，由太阳电池方阵所产生的电能必须立即送入到市电电网，否则整个发电系统将无法发电。此系统主要由太阳电池方阵、并网发电用功率调节器、市电电网、用电负荷设备及它们之间的连接电缆等组成。太阳电池方阵储能蓄电池独立发电用功率调节器用电负荷设备图中箭头方向代表电能走向，绿色为方阵发电，红色为蓄电池放电。4有市电的正常情况下，在晴朗白天由太阳电池方阵产生电能，然后经过并网发电用功率调节器控制或电能变换后，首先输出给太阳能系统与市电电网并网点附近的用电负荷设备，如果当时太阳电池方阵的最大发电功率大于用电负荷设备消耗功率，则将剩余电量上送到市电电网，然后通过电网给市电电网上的其它用电负荷设备供电。当并网点附近的用电负荷设备消耗的功率大于当时的太阳电池方阵最大发电功率，则用电负荷设备所消耗的功率由太阳电池方阵和市电同时提供，但是优先使用太阳电池方阵所产生的电能。在无市电时，晴朗的白天太阳电池方阵产生的电能不能通过功率调节器提供给用电负荷设备。因为此时用电负荷设备和无电的市电电网是连接在一起的，此时电网上的负荷功率将是一个无限大的用电负荷设备，而太阳电池方阵的发电量是有限的，因此，并网用功率调节器由于无法提供无限大的能量，而将关闭与市电电网连接的通道，并停止发电（即专业术语为：孤岛效应）。太阳能光伏并网发电系统的示意图如下所示。太阳能光伏并网发电系统示意图另外，太阳能作为一种环保能源，可以对社会做出环保的贡献，例如可以减少二氧化碳、二氧化硫等有毒气体的排放，从而减轻了“温室效应”、酸雨的危害。再有，可以提高天津生态城的知名度，因为，从目前安装太阳能发电系统的地点来看，我国在城市内安装并使用较大规模（100kW）太阳能并网型发电系统的还没有，因此说明，该地区重视生态环境的保护，领导在能源上具有前瞻性思维。第2章100kW太阳能光伏并网型发电系统运行数据分析2.1太阳能光伏并网型发电系统的年发电量统计下面以一个容量为113.75kW的太阳电池方阵（方阵与水平地面的夹角为30°）为例进行年发电量的统计计算，其结果如下表：月份日射量发电量(度/平方米.天)日发电量天数月发电量(度/天)(天/月)(度/月)12.98284.4318817.423.67349.3289781.234.22402.13112465.145.05481.13014432.0太阳电池方阵市电电网并网发电用功率调节器图中箭头方向代表电能走向，绿色为方阵发电，红色为市电供电。用电负荷设备555.28503.03115592.765.03479.63014388.374.52431.13113363.684.28407.63112635.794.41419.93012595.9103.76358.43111108.9112.97283.5308504.1122.71258.4318009.4年间合计4.07388.2365141694.2从以上统计的内容可以看出，一个113.75kW的太阳电池方阵平均每天发电量最少的是12月，为每天发电258度；最多的是5月，为503度；一年总的发电量为141694.2度。如果针对一个具体的用电负荷容量应该选择多大容量的太阳电池方阵合适，可以根据负荷每天（24小时）的用电量和太阳电池方阵发电量进行比较，应以发电量大于或等于用电量为宜。不同太阳电池方阵的日发电量可以根据以上的太阳电池方阵日发电量按照线性比例进行推算即可。用电负荷容量越大所需要的太阳电池方阵容量就越大。2.2太阳能光伏并网型发电系统的环保效果统计根据一个113.75kW的太阳能光伏并网型发电系统的年发电量，如果这些电是用火力发电产生的，则相应地由太阳能发电后，可以减少二氧化碳的排放量约为162吨、二氧化硫的排放量约为1.33吨、氮氧化物的排放量约为0.6吨。所排放的这些气体如果用森林在一年内来吸收，则需要28.4公顷（1公顷≈100.5m×100.5m）面积的森林，即相当于我们一年种植了这么大面积的森林。一个113.75kW的太阳能光伏并网型发电系统的年发电量，如果改用燃油来获得，则相当于得消耗35244升的燃油。由此看来，一个113.75kW的太阳能光伏并网型发电系统对于环境保护方面的贡献是非常大的。对于天津生态城的节能环保起到了巨大的宣传、示范作用。第3章100kW太阳能光伏并网型发电系统实施设计方案3.1太阳电池方阵施工设计可以利用屋顶的空余地方来放置太阳电池方阵，由于屋顶没有遮挡阳光的物体，这样能够充分发挥太阳电池方阵的利用率，以获得最大的发电量。由于太阳能光伏并网型发电系统的功率调节器额定输入电压为DC400V，因此选用的太阳电池组件为25块（130Wp/块）串联然后再35组并联的接线方式，得到太阳电池方阵的输出最大工作电压为440V（17.6V×25），实际工作时的太阳电池方阵最佳电压大约为396V（＝394.5V×0.9）这样能够使功率调节器以近似其设计的额定输入电压工作，从而使系统配置更加合理，提高了系统的发电效率，并且满足达到113.75kW（130W×25×35）太阳电池方阵的要求。从系统运行的安全性、可靠性角度考虑，太阳电池方阵架台应接地，使太阳电池方阵避免受到雷电等高电压的冲击。太阳电池方阵用的汇总接线箱内还设置有浪涌吸收组件，以保护后面并网设备的安全运行。6太阳电池方阵的总重量约12.8吨，其占地面积约820m2，即东西方向约为165m、南北方向约为5m。方阵基础的高度为0.5m，因此方阵最高点距屋顶平面高约为3m。方阵的倾斜角为30°，朝向为正南，这样可以获得最大的发电量。方阵由前后两排水泥基础支撑，每排的水泥基础间距约为3.3m。建议水泥基础内的钢筋应与屋顶结构梁的钢筋进行焊接，且水泥基础的位置尽量在屋顶承重的