光伏太阳能电站设计施工心得

1光伏太阳能电站设计施工心得赵斌2011年2月18日21.前言太阳能光伏发电是一种具有可持续发展理想特征的可再生能源的发电型式，近年我国政府也相继出台了一系列鼓励和支持太阳能光伏产业发展的政策法规，使得太阳能光伏产业迅猛发展，各地投资太阳电站建设的热情非常高涨，项目也层出不穷，我司也参与了部分项目的可研，设计及EPC总包，现把从中得到经验及教训作一小结，请各位专家批评指正32.资源评估2.1我国太阳能资源概况太阳能资源的分布具有明显的地域性，这种分布特点反映了太阳能资源受气候和地理条件的制约。从全球角度来看，我国是太阳能资源相当丰富的国家，具有发展太阳能利用得天独厚的优越条件。我国太阳能资源分布的主要特点有：1、太阳能的高值中心和低值中心都处在北纬22°～35°这一带，青藏高原是高值中心，四川盆地是低值中心；2、太阳年辐射总量，西部地区高于东部地区，而且除西藏和新疆两个自治区外，基本上是南部低于北部；3、由于南方多数地区云多雨多，在北纬30°～40°之间，太阳能的分布情况与一般的太阳能随纬度而变化的规律相反，太阳能不是随着纬度的升高而减少，而是随着纬度的升高而增加。太阳能资源是以太阳总辐射量表示的，一个国家或一个地区的太阳总辐射量主要取决所处纬度、海拔高度和天空的云量。根据《太阳能资源评估方法》（QX/T89-2008），太阳能资源丰富程度等级划分见表2-1。等级资源代号年总辐射量2（MJ/m）年总辐射量2（kWh/m）平均日辐射量2（kWh/m）最丰富带I≥6300≥1750≥4.8很丰富带II5040–63001400–17503.8–4.8较丰富带III3780–50401050–14002.9–3.8一般IV378010502.94表2-1太阳能资源丰富程度等级划分表从全国来看，我国是太阳能资源相当丰富的国家，绝大多数地区年太阳辐射总量在5256MJ/m2以上，年日照时数在2000h以上。我国太阳能资源分布图见图2-1。图2-1我国太阳能资源分布图52.2太阳能资源数据太阳能辐射量可从县及气象局取得，也可从国家气象局取得，或者来自卫星扫描。从气象局取的的太阳能辐射数据为水平面上的太阳辐射量，一般包括水平面的总辐射量、直接辐射量和散射辐射量。来自卫星扫描的辐射数据，一般为水平面上的总辐射量。太阳能资源数据主要包括，年度太阳能辐射总量和各月太阳辐射总量。用于工程建设时需要的与之相关的气象数据包括：多年平均气温，多年极端最高气温，多年极端最低气温，白天（8-18时）最低温度；多年平均风速，多年最大风速；多年平均雷暴日，多年最多雷暴日数；多年平均年总量降水量，多年一日最大降水量；多年最大冻土深度；多年最大积雪深度；上述数据一般为近10年的累计数据，当然有近30年的统计数据，则会使数据分析更加准确。62.3太阳能资源数据有效性分析太阳能辐射数据的来源有来自卫星扫描数据，或从气象局取得的实地测试数据。目前卫星扫描数据一般利用美国宇航局NASA数据库提供的太阳能辐射数据。通过输入不同地理位置经纬度坐标，得到22年平均的太阳能月平均日辐射值（kwh/m2/d），卫星数据覆盖范围较大，记录时间较长，能够获得十年以上卫星扫描数据，但精度较低，有效范围约几百平方公里。实地测量数据能够根据实际地点定位测量太阳能资源，有效范围及数据较卫星数据要好，但是可能存在实测时间较短，仅得到有限区域的有限时间段内的实测数据。当取得项目所在地气象局辐射数据或者其它来源数据用于项目设计的分析，有以下情况需对数据有效性进行分析：1、若太阳能辐射数据不够完整或者缺少多年的辐射数据，则需对太阳能辐射数据的有效性和辐射量进行评估。2、当取得太阳能辐射数据较为完整时，且辐射量较好时，需结合项目场地综合考虑，若当地存在建筑或者树林等遮挡时，辐射数据会受影响。另一方面观察当地是否存在山脉或者会对辐射量影响较大的地形地貌。在这种情况下可通过比较场地附近地区的平均数据，来分析评估太阳能辐射数据的有效性。3、当气象局提供辐射数据或卫星扫描数据与当地实测数据存在较大差异时，需结合实测数据的测试时间长度和测试时是否有其它因素影响，根据《太阳能资源评估方法》来分析评估太阳能辐射数据的有效性。72.4太阳能资源数据的利用从气象局获得的太阳能辐射数据，一般包括水平面的总辐射量、直接辐射量和散射辐射量。卫星扫描得到的太阳能辐射数据为水平面上的总辐射量。在光伏发电系统中，固定式系统，为了取得全年更大的发电量和电池组件的自洁考虑，一般将太阳能电池组件以一定的角度倾斜安装。这样就需要将水平面上的辐射量转换为斜面上的辐射量。目前水平面的辐射量转换为斜面上的辐射量，可采用人工计算分析，但该方法较复杂，通常采用计算机软件进行分析，如RETScreen、PVSYST。若项目所在地的太阳能辐射数据不够完整或者缺少多年的辐射数据，可对比附近区域太阳能平均辐射数据，也可参考卫星扫描太阳能辐射数据，从而进行综合分析。为了使分析精确，还需要考虑的因数有：各月平均气温，各月平均风速，水平面上的散射辐射量。精确的太阳能资源评估是大规模开发利用太阳能的前提，是太阳能行业投资者准确投资分析的必要保障。82.5.1宁夏太阳能资源情况宁夏在开发利用太阳能方面具备得天独厚的优越条件，地势海拔高、阴雨天气少、日照时间长、辐射强度高、大气透明度好。宁夏年太阳能辐射总量为每平方米4936MJ-6119MJ(兆焦)，由南向北平均每10公里每平方米递增50MJ。年日照时数为2194小时-3082小时，日照百分率50％-69％，由南向北递增。宁夏太阳能辐射具有地域不同的差异，其特征是北部多于南部，南北每平方米相差约1000MJ，由六盘山地区的4947．3MJ增至中北部的6000MJ。其中引黄灌区与中部干旱带的盐池、同心县太阳辐射较高，在5864MJ-6100MJ之间，南部山区年辐射量相对较少，太阳辐射总量为4947MJ-5641MJ。宁夏太阳辐射还具有明显季节变化差异，夏季最多平均为1930MJ，春秋两季次之平均1456MJ，冬季最少平均945MJ。将全国部分地区的年平均气温、年总辐射、直接辐射、直接辐射占总辐射的百分率、年日照时数、年晴天日数、年太阳能可利用日数、年平均总云量等8项指标，经过数据预处理后，银川的太阳能可利用状况在全国排序占第3位，固原虽排序占第12位，就全国范围而言，其太阳能可利用状况也是比较好的。因此，宁夏有着得天独厚的优越条件，开发太阳能具有极大的潜力。2.5我国西北地区太阳能资源情况92.5.2内蒙古太阳能资源情况内蒙古海拔较高，地处中纬度内陆地区，以温带大陆性气候为主，全年降水较少，多晴朗天气，云量低，相对的日照时间长，日照时数在2600～3400h之间，太阳能辐射较强，是全国的高值地区之一。全区年辐射总量在4830～7014MJ/m2之间，仅次于青藏高原，居全国第2位。全区太阳能资源的分布自东部向西南增多，以巴彦淖尔市西部及阿拉善盟最好。一年之中，4～9月作物与牧草生长期的辐射总量与日照率都在全年的50％以上，特别是4～6月，东南季风还未推进到内蒙古境内，所以空气干燥，阴云天气少，日照充足。宁夏各地日照时间多于6小时的天数每月在13.3～25.7天，全年在215～292.6天,太阳能可利用时间较长。宁夏各地太阳能资源稳定程度在1.1～1.7，太阳能资源比较稳定。银川市中午是最有利太阳能资源利用的时段，上午、下午也是太阳能资源利用的较好时段。102.5.3甘肃省太阳能资源情况甘肃省位于祖国地理中心，介于北纬32°11′—42°57′,东经92°13′—108°46′，地貌复杂多样，山地、高原、平川、河谷、沙漠、戈壁，类型齐全，交错分布，地势自西南向东北倾斜。地形呈狭长状，东西长1655公里，南北宽530公里，复杂的地貌形态，大致可分为各具特色的六大地形区域。甘肃省具有丰富的太阳能资源，年太阳能总辐射量在4800－6400MJ/m2，其地理分布为自西北向东南递减的规律。年资源理论储量67万亿KWh，每年地表吸收的太阳能相当于大约824亿吨标准煤的能量，开发利用前景广阔。河西走廊、甘南高原为甘肃省太阳辐射丰富区，年太阳总辐射量分别为每平方米5800MJ和6400MJ；陇南地区相对较低，年太阳总辐射量仅4800～5200MJ；其余地区为5200-5800MJ。除陇南地区外，甘肃省年太阳总辐射量比同纬度的华北、东北地区都大。甘肃省以夏季太阳总辐射最多，冬季最少，春季大于秋季。7月各地太阳总辐射量为每平方米560～740MJ；1月为260～380MJ；4月为480～630MJ；10月为300～480MJ。太阳总辐射冬季南北差异小，春季南北差异大。甘肃省各地年日照时数在1700-3320小时之间，自西北向东南逐渐减少。河西走廊西部年日照时数，在3200小时以上；陇南南部，在1800小时以下；其余地区在2000～3000小时之间。112.5.4陕西省太阳能资源概况陕西全省年平均太阳总辐射量为4100～5600MJ/m2，年峰值日照时数为1150～1550h，年平均日照时数在1270～2900小时，日照百分率在28％～64％之间。其空间分布特征是北部多于南部，南北总辐射量相差1400MJ/m2，高值区位于陕北长城沿线一带，年太阳总辐射量为5100-5600MJ/m2；低值区主要分布于陕南大巴山区，年太阳总辐射量为4100-4300MJ/m2。夏季总辐射量最大，占到总辐射量的近40%，冬季总辐射量最小，表现出四季分布的不对称性。陕北区域日照强烈，地势海拔高，大气透明度好、阴雨天气少、日照时间长、辐射强度高，年日照时数达到2600～2900h，年总太阳辐射量5100-5600MJ/m2。123.光伏阵列的设计光伏阵列即光伏方阵，由若干个光伏组件或光伏构件在机械和电气上按一定方式组装在一起，并且有固定的支撑结构而构成的直流发电单元。在光伏方阵设计时我们通常需要考虑以下几个方面：光伏组件的倾角、光伏阵列之间的间距和组件串的组件数量计算。3.1光伏组件倾角的计算：光伏组件倾角：光伏组件所在平面与水平面的夹角。我们从气象站得到的资料,一般为水平上的太阳辐量,换算成光伏阵列倾斜面的辐射量,才能进行光伏系统发电量的计算.对于以某一倾角固定式安装的光伏阵列,所接受到的太阳辐射能与倾斜的角度有关，其中较为简便的计算日辐射量的公式如下:倾斜方阵面上的太阳总辐射量计算图式中：Rβ—倾斜方阵面上的太阳总辐射量；D—散射辐射量,假定D与斜面倾角无关；S—水平面上的太阳直接辐射量；β—方阵倾角；α—午时分的太阳高度角。Rβ=S×[sin(α+β)/sinα]+D13通过上述方法可计算某地一定时间内斜面上的辐射量，但是要计算出某斜面在该地区一年的辐射相对较困难，甚至无法计算。主要是到达光伏组件上的太阳辐射量受许多因素影响，归纳起来有以下几个方面：天文、地理因素：日地距离的变化，太阳赤纬、太阳时角、地理纬度、海拔高度和气候等；大气状况：云量、大气透明度、大气组成及污染程度（灰尘粒子密度、二氧化碳等的含量）；组件阵列倾角设计考虑：组件的倾斜角及方位角，支架采用固定式还是巡日跟踪式等；因此，光伏组件倾斜面上的辐射量因素较多，且随机性很强，要完全依靠理论计算很难取得精确地结果。目前光伏组件倾角我们正常通过软件模拟不同倾角时的辐射量同时考虑当地气象局实测的数据进行分析。根据工程经验，一般光伏阵列的倾角取当地纬度或偏小一点（并网系统）。而在离网系统中，光伏阵列倾角设计则需要考虑最不利条件因素下保证系统可靠供电的原则，其倾角往往大于当地纬度。3.2光伏阵列之间间距的计算：并网光伏发电系统方阵的最佳安装倾角采用专业系统设计软件进行优化设计来确定，它应是系统全年发电量最大时的倾角。当倾角确定后我们要保证每个光伏阵列在冬至日上午九时到下午三时无阴影遮挡（北半球）。太阳电池阵列间距的设计计算：在北半球，对应最大日照辐射接收量的平面为朝向正南，阵列倾角确定后，要注意南北向前后阵列间要留出合理的间距，以免前后出现阴影遮挡，前后间距为：冬至日（一年当中物体在太阳下阴