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  • 1 # 遊戲小思熙

    一、專案概括1.1專案簡介及選址

    本專案電站選址地位於湖南省湘潭市雨湖區的響塘學校屋頂上,經過去現場實地的瞭解和勘測後,此學習周圍無森林無高大樹木,附近也無任何其他房屋,距離其最近的房屋也有數十米的距離,該屋頂無女兒牆無其他建造物,是一個平面的屋頂,其屋長為43米,寬為32米。

    本專案將在此學校屋頂上建造一個100kw的併網型光伏電站,實施全額上網措施。選址衛星圖如圖1-1所示,選址平面圖如圖1-2所示。

    1.2 專案位置及氣象情況

    經過百度地圖的計算,得出了此地經緯度為:北緯27.96,東經為112.83,是屬於亞熱帶溫溼氣候區,典型的冬冷夏熱氣溫,年降雨量充足達1450毫米,最高氣溫為夏季的41.8度,最低氣溫為冬季的-12.1度,年均氣溫17度。該專案所在地最高海拔為793米,最低海拔達30.7米,總的平均海拔為48.2米。該地年總輻射量經過PVsyst軟體的計算後,得出了1116.6的值,不是特別高,屬於第三類資源區,但建設一個電站也不是特別虧。湘潭市地理位置圖如圖1-3所示。

    1.3專案設計依據

    本專案設計依據如下:

    《光伏發電站設計規範》GB50794-2012

    《電力工程電纜設計規範》GB50217-1994

    《光伏系統併網技術要求》GB/T19939-2005

    《建築太陽能光伏系統設計與安裝》10J908-5

    《光伏發電站接入電力系統技術規範》GB/T19964-2012

    《光伏發電站接入電力系統設計規範》GB/T5086-2013

    《光伏(PV)系統電網介面特性》GB/T20046-2006

    《電能質量公用電網諧波》GB/T14549-19933

    《電能質量三相電壓允許不平衡度》GB/T15543-1995

    《晶體矽光伏方陣I-V特性的現場測量》GB/T18210-2000

    二、電站系統設計

    2.1元件選型

    元件是電站中造價最高的裝置,投資一個電站幾乎一半的錢是砸這元件上去了,為此我們選擇的元件一定要是最適合本電站的,不管是元件效率還是元件的其他引數在同功率元件下都應該保持最佳,這樣才不會虧本。

    元件的型別有很多,以不同的材料來說,元件又分為了晶矽元件、薄膜元件,在電站中使用最多的便是晶矽型元件,而晶矽型元件又分為單晶矽和多晶矽,它們都是市場上十分熱門的組價。

    單晶矽的效率比多晶矽高了很多,其使用壽命時間也長了不少,但價格方面卻比多晶矽高了很多,但考慮到平價上網的時代,單晶矽的價格遠遠不如過去那樣昂貴,所以本電站選取的元件為單晶型元件。

    第一款元件晶科Swan Bifacial 400 72H和第二款元件晶科Swan Bifacial 405 72H的型號牌子都一樣,除功率和其效率有點差距之外,其他的引數基本一樣,但其第二款元件晶科Swan Bifacial 405 72H元件的效率高,相同尺寸不同效率下,選擇第二款元件更好。

    第三款元件晶澳JAM72S10 400MR是3款元件裡效率最高的元件,比第一款和第二款分別高了0.37%和0.12%,並且尺寸和部分溫度係數也是3款裡面最小的,開路電壓和工作電壓以及短路電流等引數也是3款元件中最高的,從資料上來看,第三款元件晶澳JAM72S10 400MR是3款裡最棒的元件。

    綜合上面的分析,本專案最終選擇第3款元件晶澳JAM72S10 400MR作為本專案的元件使用型號。元件圖如圖2-1所示。

    2.2最佳傾斜角和方位角設計

    本電站建造在平面屋頂上,該屋頂無任何的傾角,由於元件是依靠著太Sunny發電,但每時每刻太陽都是在運動著,為此便會與元件形成一個角度,該角度影響著元件的發電量,對於採取固定支架安裝方式的電站來說,選擇一個最合適的角度能夠讓電站發電量達到最高,因此最佳傾角這個概念便被引出了。

    對於本電站而言,根據其PVsyst軟體的計算後,得出了湘潭最佳傾角為18度時,方位為0度時,電站一年下來的發電量能夠達到最高。PVsyst最佳方位角、傾斜角模擬圖如圖2-2所示。

    2.3元件排布方式

    本專案選址地屋頂長43米,寬為29米,採取橫向排布方式無法擺下其電站中的整個陣列,因此本專案元件方式採取豎向排布,中間間距20mm。如圖2-3所示。

    2.4元件間距設計

    太陽照射到一個物體上時,由於該物體遮住了光,使得光不能直射到地上時,該物體便會產生一個陰影投射到地上,而電站中的元件也類似於此,前一個元件因光產生的陰影投射到另一個元件上時,被照射的元件便會受到影響,進而影響整個電站,這對於電站來說是一個嚴重的問題,因此在設計其元件之間的間距時,一定要保證陰影的距離不會觸及元件。

    在公式2-1中:

    L是陣列傾斜面長度(4050mm)

    D是陣列之間間距

    β是陣列傾斜角(18°)

    為當地緯度(27.96°)

    把以上數值代入公式後計算得:

    根據結果,當電站中的子方陣間距大於2119mm時,子方陣與子方陣便不會受到影響。

    2.5逆變器選型

    逆變器是電站中其轉換電流的裝置,十分的重要,而逆變器的種類比較多,對於本專案電站來說,選擇組串式逆變器最佳,因此本專案選擇了3款市場上熱賣的組串式逆變器。

    3款逆變器的功率均在100kw以上,其效率也都是一模一樣,均只有98.1%,其額定輸出電壓也都為600V,對於本電站來說,這3款逆變器都能使用,但可惜本電站只會從中選擇一個最合適的品牌。

    第一款逆變器華為SUN2000-100KTL-C1和第二款逆變器華為SUN2000-110KTL-C1是同種類同型號,但不同功率的逆變器,這兩款逆變器大部分資料都一模一樣,但第二款逆變器功率比第一款逆變器功率高了10k,比本電站的容量也高了10k,並且價格了略微高了那麼點,選用第一款逆變器不僅省錢而且還不會造成功率閒置無處使用,最大發揮逆變器的作用,因此第1款比第2款逆變器好。

    第三款逆變器是固德威HT 100K,它的最大輸入功率高達150kw,明明是一個100kw的逆變器,但其輸入功率卻不同我們往常見的逆變器一樣,它居然還高了50k,如果選用這款逆變器,那麼陣列輸入的功率超過100都能承受。雖然最大輸入功率很恐怖,但其他引數正常,對比第一款逆變器,僅只是部分引數略微差了點,總體是幾乎沒什麼太大的差別。

    本專案根據上述的分析和對其逆變器的需求,最終選擇了固德威HT 100K型逆變器為本電站逆變器。

    2.6光伏陣列布置設計

    2.6.1串並聯設計

    公式2-3、2-4中:

    Kv——光伏元件的開路電壓溫度係數-0.00272

    K——光伏元件的工作電壓係數-0.0035

    t/——光伏元件工作環境極限高溫(℃)60

    Vpm——光伏元件的工作電壓(V)41.33

    VMPPTmax——逆變器MPPT電壓最大值(V)1000

    VMPPTmin——逆變器MPPT電壓最小值(V)200

    Voc——光伏元件開路電壓(V)49.58

    N——光伏元件串聯數(取整)

    t——光伏元件工作環境極端低溫(℃)-12.7

    ——逆變器允許的最大直流輸入電壓(V)1100

    把以上數值代入公式中計算可得:

    5.5≤N≤21

    經計算,本電站最終選取20塊元件為一陣列。如圖2-6元件串並聯設計圖。

    2.6.2專案方陣排布

    據2.6.1的結果,每一個陣列共有20塊元件,單塊元件的功率是400w,一個陣列便是8kw,而本電站的總容量為100kw,總計是需要13個陣列。本電站建設地屋頂長43米,寬為32米,可以完整的擺放電站中的所有子方陣。如圖2-9所示。

    2.7基礎與支架設計

    2.7.1水泥墩設計

    本電站所建地點是公辦學校,屬於公共建築,如果使用其打孔安裝方式,便有可能使得其屋頂因時間長久而漏水,一旦漏水便需要進行維修,這也是得花費一些金錢,又因是學校,開工去維修可能將使部分學生要做停課處理,因此為了避免這個麻煩,本電站還是選擇最常見的水泥墩來做基礎設計。

    考慮到學校有許多的學生,突然出現了事故,作為電站建設者肯定會有責任,因此為了避免元件出現任何事故,特地將水泥墩設計為一個正方形,其長寬高都為500mm,這樣的重量大大降低了事故的發生率。如圖2-10水泥墩設計圖和2-11電站整體水泥墩設計所示。

    2.7.2支架設計

    都已經把基礎設計水泥墩做好了,那麼接下來則是考慮水泥墩上的支撐裝置支架,對於支架的設計最重要的一點就是在選材上,一般電站中的支架會持續使用到電站報廢為止,使用時間長達二十多年三十多年甚至更久,對此支架的選型便是十分的重要,其使用壽命必須得長,抗腐蝕能力強。如圖2-12支架設計圖所示。

    2.8配電箱選型

    配電箱在光伏電站裡又分為直流配電箱和交流配電箱,對於本電站來說,是選擇其交流配電箱。配電箱的容量是根據其逆變器的容量選擇,必定不能小於其逆變器的容量,否則可能會出現配電箱過壓的情況,然後給電站造成事故危險。

    配電箱具備配電、匯電、護電等多種功能,是本電站必須要又的裝置,經過配電箱型號的對比,本電站最終選擇了昌松100kw光伏交流逆變器。

    2.9電纜選配

    電站分為兩類電,一類是直流電,必須使用直流電纜運輸;一類是交流電,必須使用交流電纜運輸,切記不可以亂搭配使用,否則將會造成電纜出線問題,電站裝置出現問題。

    直流電纜選型一般都是選擇PV1-F-1*4mm²光伏專用直流電纜

    交流電纜:

    P:逆變器功率100KW

    U:交流電電壓380V

    COSΦ:功率因數0.8

    線損率:976/100000=0.9%<2%,符合光伏電纜設計要求。

    據其計算結果和下圖電纜引數表,本電站最終選擇ZRC-YJV22 7Omm2交流電纜。如圖

    2.10防雷接地設計

    防雷接地是絕大多數光伏電站都必須要做的,目的就是防止雷擊破幻電站,損壞人民的生命以及財產,特別是對於本電站而言,建設點是在學校,而學校不僅人多而且易燃物也多,一旦雷擊劈到電站上,給電站造成了任何事故,都有可能把整個學校給毀了,為此本電站一定需要做好防雷接地設計。

    本電站防雷方式採取常用的避雷針進行避雷,接地則是為電站中各個裝置接地端做好接地連線。

    2.11電氣系統設計及圖紙

    本電站裝機總容量為100kw,由260塊光伏元件組成,形成了13個陣列,每個陣列20塊元件,然後連線至逆變器,逆變器變電後接入配電箱,最後再連線國家電網。

    三、電站成本與收益

    3.1電站專案裝置清單

    根據當地市場的物價,預估出了一個本電站預計投資表。

    3.2電站年發電量計算

    本電站總容量為100kw,而電站選址地的年總輻射量為1116.6,首先發電量便達到了89328度電。

    Q=100*1116.6*0.8=89328度

    Q——電站首年發電量

    W——本專案電站總容量(85KW)

    T——許昌市年日照小時數(1258.2H)

    ——系統綜合效率(0.8)

    任何裝置一旦使用,便就開始慢慢磨損了,其效率也是一年比一年差,即便是光伏元件也不例外。元件首年使用一年後,為了適應其環境,自身的效率瞬間就降低2.5%,而後的每年則是降低0.7%,將至80%左右時,光伏元件也是已經運行了25年。

    3.3電站預估收益計算

    根據湖南省的標準電價,我們電站發的每度電能夠有0.45元收入,持續執行25年後,將會獲得2007021.504*0.45=903159元,也就是90多萬,減去我們為電站投資的41.57萬,我們25年內能夠獲得大約50萬的純利潤收入

    參考文獻

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