污水厂光伏电站项目技术方案（柔性支架）.docx

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定西市水务清源污水净化公司

1200.98KW分布式光伏电站项目

技术方案

（ 柔性支架）

上海捷谛电力科技有限公司

2016年6月8日

目录

1技术方案 4

1.1项目概况 4

1.2系统设计原则 5

1.3统设计主要遵循和依据下列标准、文件 5

1.4系统设计说明 6

1.5光伏系统组成 7

1.6光伏系统结构实施方案 7

1.7光伏支架设计 7

1.8太阳能电池组件板布置 9

1.9接入系统方案 11

2系统仿真设计 11

2.1气象数据 11

2.2项目地太阳能资源 13

2.3阵列倾角设计 14

2.4光伏组件阵列阴影遮挡分析 15

2.5系统发电量计算 17

2.6太阳能光伏系统环保综合效益分析 19

3主要设备简介 20

3.1太阳能光伏组件板 20

3.2光伏逆变器 21

3.3光伏阵列汇流箱设计 23

3.4防雷、接地及过电压保护设计 24

3.5监控系统 25

3.6电气设备布置 26

4安装、调试与验收方法或方案 26

4.1调试要求 26

4.2调试内容 27

4.3验收方案 27

5项目运营维护与售后服务 28

5.1运营维护 28

5.2售后维修服务 28

1技术方案

1.1项目概况

1）项目名称：

定西市水务清源污水净化公司1200.98KW分布式光伏电站项目

2）工程地点：

甘肃省定西市安定区交通路北端

3）所处经纬度：

东经104度62分，北纬35度58分；

项目地理位置

4）环境温度：

定西气候属于南温带半湿润--中温带半干旱区，年均气温5.7~7.7℃，无霜期122~160天，年均降雨量350~600毫米，主要集中在7、8、9三个月，且多以暴雨的形式出现，而蒸发量高达1400毫米以上。

5）日照辐射量：

年平均太阳辐射量5828.3MJ/m2，年平均日照2500小时；

6）光伏阵列总容量：

1200.98kWp；

7）太阳能电池组件：

采用多晶265W组件板，共计4532块；

8）并网形式：

采用集中发电、逆变、10KV高压并网；

9）系统主要内容：

光伏组件阵列、直流汇流箱、逆变器、并网计量柜、升压站、后台监控系统、防雷接地系统及光伏电缆等设备附件；

1.2系统设计原则

系统设计主要应考虑的因素：

1）根据安装现场及安装条件选择合适的电池组件、安装固定方式及最佳的安装倾角设计；

2）根据安装地的气象数据，进行光伏阵列串并联设计；

3）光伏阵列防雷设计；

4）光伏阵列直流汇线设计；

5）根据各光伏方阵的容量及安装特点，进行逆变器的选型、组合设计；

6）光伏并网点系统接入设计，包含并网开关柜设计、计量、监控设计、防逆流保护系统设计；

7）并网发电系统的监控、通讯及数据远传设计；

8）系统电气电缆选型、敷设设计；

9）系统设备安装土建基础设计、设备优化布置设计。

1.3统设计主要遵循和依据下列标准、文件

lGB/T18479-2001《地面用光伏（PV）发电系统概述和导则》

lGB/T20046-2006《光伏系统电网接口特性》（IEC61727：

2004）

lGB50057-2000《建筑物防雷设计标准》

lGB50217-2007《电力工程电缆设计规范》

lIEC61730-1-2004光伏（PV）组件安全合格鉴定.第1部分:

结构要求

lIEC61730：

Photovoltaic（PV）modulesafetyqualification

lIEC61215-2005：

CrystallinesiliconterrestrialPhotovoltaic（PV）modulesDesignqualificationandtypeapproval

l地面光伏系统概述和导论IEC61277

l光伏（PV）组件安全鉴定第1部分：

结构要求GB/T20047.1-2006

l民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范JGJ203-2010

1.4系统设计说明

根据定西市水务清源污水净化公司厂区可利用面积，总共可安装4532块265W太阳能高效多晶电池组件，组件安装总面积为23000平方米，系统总功率为1200.98kWp，预计首年发电量约186.71万KWh（发电量的计算是根据当地历史的气象资料——美国宇航局NASA气象数据为基础计算的）。

光伏阵列产生的绿色清洁能源直流电就近接入为光伏方阵配备集中逆变器，逆变器将直流电转换成三相380V的稳定交流电，再经升压站升压到10KV配电所里。

最终将绿色清洁能源提供给区内电气负载使用。

系统具有良好的人机界面互动功能，采用大屏幕LCD液晶显示屏，可实时检测和显示系统直流工作电压和电流，交流输出电压和电流、功率、功率因素、频率、故障信息及环境检测参数（可选风速、风向、环境温度、电池板背板温度、组件倾斜面尚德辐照度），统计显示系统日发电量、累计发电量等信息，并可报表打印。

另外系统具备过压、失压、过载、过流、漏电、短路保护功能，具备完善的“孤岛效应”防护功能。

本并网系统设计的总体原则是保证系统特殊外观需求及各项性能指标的前提下，最大限度的优化设计方案，合理选用相关设备及材料，提升系统发电量，降低工程造价，为业主节约投资。

设计细节体现质量，也是整个光伏电站系统各项性能指标得以实现的关键。

光伏组件安装的每个型材截面形式、安装连接件的位置及连接方式，节点细节，都经过设计人员的精心仔细地推敲，优化计算，在确保各项性能的前提下，达到安全经济、美观合理。

1.5光伏系统组成

整个系统主要有太阳能电池组件、直流汇流箱、集中逆变器、并网计量柜、10KV升压站、监控系统和柔性支架系统等组成。

太阳能并网发电系统原理示意图

1.6光伏系统结构实施方案

为了最大限度利用太阳能，增加系统柔性冗余性能，本项目光伏系统采用集中型逆变器，最大程度提高发电效率。

逆变器之后交流配电增加一个交流隔离开关以保证用电的安全，然后通过电缆接入用户的交流配电所，光伏系统发出的电能将优先供应给用户的最近负载，多余的部分将输送到国家电网上。

为减小初始投资，节约土地，降低运行成本，使项目收益率达到最大，本工程的多晶硅光伏组件安装方式拟采用悬空式柔性支架固定倾角安装方式。

1.7光伏支架设计

根据定西市水务清源污水净化公司水池的特点，采用悬空式柔性光伏支架，其技术特点：

1.悬空式柔性光伏支架可实现上下左右各方向的自由架设，较好的改善了分布式光伏发电系统的支撑方式。

与传统钢架结构方案相比，悬空式柔性支架用量少、承重小，造价成本低，将大大缩短整体施工周期。

在不破坏原有地形地貌的基础上更大的增加了收益，同时提升了发电量，节能减排。

2．悬空式柔性光伏支架广泛地应用于种植业、畜牧业、水池鱼塘以及屋面等领域。

高度高于屋顶、污水处理池2-3米，支架间隔30米～50米，根据实际情况而定。

不会影响污水处理厂的正常运营及维护工作。

与传统钢架结构方案相比，悬空式柔性光伏支架用量少，大大减少了对地面面积的占用情况。

本项目采用悬空式柔性光伏支架，其中主要构件包括，钢立柱、横梁、拉索、锚索、斜支撑、紧固件等。

1.7.1 钢支撑 

支撑系统主要包括立柱（端柱、支撑柱）、横梁（端梁、支撑梁）、锚索。

立柱和横梁采用Q235B钢或Q345B钢制作，锚索采用钢丝绳。

立柱与基础连接主要用于支撑横梁及导轨等部件；横梁用于安装拉索等部件。

锚索主要用于加强横梁及立柱的稳定性。

本工程立柱的高度需要根据地势调整，依托地势走向布置，保证最大的采光面积，保证光伏板的倾角满足技术要求。

1.7.2 拉索系统 

包括拉索及定制的连接件、固定件。

拉索根据不同的风压、雪荷、板的自重及倾角等，通过计算采用不同的钢丝绳制作。

光伏板与拉索的固定形式分为横向和纵向两种，四点固定，特殊部位可适当加强。

钢索的工艺规范、抗拉强度、年限、防腐、防锈、压套等要符合技术要求。

1.7.3 稳定系统 

通过锚索、拉索以及支撑部分的连接形成空间的网架结构，互相依托保证结构平面内及平面外的稳定性。

在集中受力点，采用压块、借助地势锚固等形式，增加网架架构的附着力，起到防风卸风的作用，增加稳定性。

1.7.4 设计技术要求 

根据当地地理位置，地貌特征以及受的荷载情况进行设计，构件要结合实际的跨度、柱距通过计算设计结构方案和结构措施，保证构件的强度、刚度、稳定性。

保证拉索以及横梁的挠度要求。

1.7.5柔性支架优势

1.无需架设钢梁，安装维护方便，占地面积小；

2.节约钢材耗用量，降低成本（按可抗14级强台风设计，可节约40%的钢材）；

3.支架“悬、拉、挂、撑”安装、运行安全性高；

4.柔性支架光伏组件可“上下左右”设置间距，获得最佳倾角，提高发电效率，减少风压雪压面积，降低强风和地震袭击风险。

1.8太阳能电池组件板布置

光伏太阳能组件阵列的设计不仅为光伏系统提供可靠的发电保障，而且要有效地利用建筑屋顶的有限空间以提供更高的输出电量，更重要的是将可再生绿色能源和建筑美学完美的结合在一起，共同展示其强大的视觉效果和功能作用。

本系统阵列共由4532块多晶265W高效组件组成。

组件板平面布置如下图所示：

组件板平面布置图

安装后效果图

1.9接入系统方案

1接入系统电压等级的选择

光伏电站接入电力系统应根据自身装机容量、当地供电网络情况、电能质量等技术要求选择合适的接入电压等级。

综合考虑本项目以10kV电压等级接入电网。

2接入电力系统方案

本项目总装机容量约1200.98kW，根据各厂区配电站主接线情况和各配电站的负荷情况，提出定西市1200.98kW太阳能光伏发电集中示范项目接入系统方案如下：

初步确定污水场区相关配电设施（含接入电缆）按低压并网标准设计。

为满足可靠性要求，光伏并网点接入用户10KV变电站高压侧，运行模式采用“自发自用，余电上网”。

场区采取集中型逆变器的方案，每22块光伏组件组成一个组串，每12路接入一台直流汇流箱，每5台汇流箱接入一台630KV逆变器逆变成315V交流电，然后经升压变压器接入到到10KV高压母线侧并网。

2系统仿真设计

2.1气象数据

根据中国气象局风能太阳能资源评估中心，利用700多个地面气象站，1978－2007年观测资料计算了总辐射和直接辐射，初步更新我国太阳能资源的时空分布特征，并进一步简要分析了云、气溶胶和水汽等相关要素的影响得到的数据如下：

中国近30年年平均总辐射分布图

中国近30年年平均直接辐射分布图

我国太阳能资源分布的主要特点有：

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；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；由于南方多数地区云雾雨多，在北纬30°～40°地区，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增加而减少，而是随着纬度的增加而增长。

2.2项目地太阳能资源

本项目位于甘肃省定西市安定区交通北路。

太阳能辐射量参考NASA数据，该地区太阳辐射情况如下所示。

2.3阵列倾角设计

本项目坐落于本工程位于甘肃省定西市安定区交通路北端。

地理位置北纬35.58°，东经104.62°

考虑全年发电量最大的原则，最佳倾角35度

°

如图，分析得出全年发电最佳倾角35°，倾斜面上的辐射量为1877kWh/m2

考虑到阵列布置受建筑屋顶面积的影响，兼顾阵列排间距离设计、遮挡损失及系统效率因素，最终选定35°倾角，光伏组件横向单块放置，两块光伏组件之间留有200mm的间隙，故晶体硅固定支架单元倾斜面的宽为992mm

2.4光伏组件阵列阴影遮挡分析

方阵倾角确定后，要注意南北向前后方阵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影长度最长的一天）上午9：

00到下午3：

00，光伏组件之间南北方向无阴影遮挡。

固定方阵安装好后倾角不再调整。

本项目固定倾角支架的光伏组件排布方式为：

光伏组件横向单块放置，两块光伏组件之间留有200mm的间隙，故晶体硅固定支架单元倾斜面的宽为992mm。

计算当光伏方阵前后安装时的最小间距D，如下图所示：

阵列间遮挡模拟情况图示

过计算得到：

固定光伏方阵的前后排中心间距为1300mm时可以保证南、北两排方阵在上午9点到下午3点之间，前排不对后排造成遮挡，符合系统设计原则。

2.5系统发电量计算

2.5.1光伏电站首年发电量

序号

名称

数值

备注

1

太阳辐射时数（单位：

小时）

1829

2

装机容量（单位：

kW）

1200.98

3

光伏电站系统转换效率

85%

根据经验，一般取85%

影响转换效率的主要因素：

1-环境温度

光伏组件平均工作在高于气温25度

折损因子=95%

2-逆变并网系统效率

折损因子=97%

3-电站检修及电网停电

折损因子=95%

4-光伏组件积尘

折损因子=95%

5-光伏组件性能差异

折损因子=92%

6-线缆损失

折损因子=3%

4

年发电量（单位：

万度）

186.71

=装机容量x年辐射时数x转换效率

=1200.98KW*1829*85%

=186.71

2.5.2光伏电站25年运行期间发电量

一般来说，组件厂生产的组件的衰减率为：

前3年功率衰减≤5%，前10年功率衰减≤10%，25年寿命期功率衰减≤20%

25年寿命期年均功率衰减≤0.8%

功率衰减曲线图

在计算发电量时，我们按年均0.8%的衰减率进行计算。

L

年发电量

万kWh

186.71

b

年衰减率

0.80%

年数

年衰减率

1

0

万kWh

186.7100

2

0.008

万kWh

185.2163

3

0.008

万kWh

183.7346

4

0.008

万kWh

182.2647

5

0.008

万kWh

180.8066

6

0.008

万kWh

179.3601

7

0.008

万kWh

177.9253

8

0.008

万kWh

176.5019

9

0.008

万kWh

175.0898

10

0.008

万kWh

173.6891

11

0.008

万kWh

172.2996

12

0.008

万kWh

170.9212

13

0.008

万kWh

169.5538

14

0.008

万kWh

168.1974

15

0.008

万kWh

166.8518

16

0.008

万kWh

165.5170

17

0.008

万kWh

164.1929

18

0.008

万kWh

162.8793

19

0.008

万kWh

161.5763

20

0.008

万kWh

160.2837

21

0.008

万kWh

159.0014

22

0.008

万kWh

157.7294

23

0.008

万kWh

156.4676

24

0.008

万kWh

155.2158

25

0.008

万kWh

153.9741

总数

0.008

万kWh

4245.9600

L

年平均发电量

万kWh

169.8384

2.6太阳能光伏系统环保综合效益分析

本项目节能减排效果显著，具体数据如下。

在绿色环保理念渐入人心的当下，将极大地提升公司的社会形象及品牌形象。

类别

数量

单位

备注

年均发电量

169.8384

万度

年均节能

节约标准煤

611418

Kg

年均减排

CO2减排

1693289

Kg

SO2减排

50952

Kg

NOx减排

25476

Kg

减少粉尘

461960

Kg

3主要设备简介

3.1太阳能光伏组件板

光伏组件是光伏发电系统的核心部件，其各项参数指标的优劣直接影响着整光伏发电系统的发电性能。

光伏组件性能的各项参数主要包括：

标准测试条件下组件峰值功率、峰值电流、峰值电压、短路电流、开路电压、最大系统电压、组件效率、短路电流温度系数、开路电压温度系数、峰值功率温度系数等。

综合考虑市场占有率较高的厂商所生产的多晶硅光伏组件规格、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并结合本工程土地情况，推荐选用多晶硅光伏组件规格为265W。

综合考虑以上各种因素，本工程拟选多晶硅光伏组件。

其主要技术参数见下表：

太阳能光伏组件性能参数表

峰值功率（Wp）

265

短路电流（Isc）

9.12

开路电压（Voc）

38.1

峰值电压（Vmp）

30.5

峰值电流（Imp）

8.56

开路电压（Voc）温度系数

-0.41%/℃

短路电流（Isc）温度系数

-0.32%/℃

峰值功率（Pmax）温度系数

0.053%/℃

工作温度

-40~+85℃

外形尺寸（mm）

1650x992x40

重量（kg）

20

3.2光伏逆变器

并网逆变器系统设计方案合理的逆变器配置方案和合理的电气一次主接线对于提高太阳能光伏系统发电效率，减少运行损耗，降低光伏并网电厂运营费用以及缩短电厂建设周期和经济成本的回收期具有重要的意义，合理的电气一次主接线可以简化保护配置、减少线路损耗、提高运行可靠性。

同时合理的配置方案和合理的电气一次主接线对于我国大规模的光伏并网电厂建设具有一定的示范意义。

根据工程实际情况，考虑到各水池之间关系及设备负载容量，本工程将1200.98kWp集中型的并网发电系统。

综上比较，整个光伏发电系统装机容量总计1200.98MWp，本工程选用630kW集中型逆变器。

逆变器输出容量相对小，设备损坏或停电维护对系统影响小，可选择集中发电逆变，降低线损和配电损耗。

光伏并网系统将太阳能转换成直流电能后，再通过逆变器将直流电逆变为50Hz/0.4kV的三相交流电。

在光伏并网系统中，逆变控制部分担负着系统的DC/AC转换，并准确控制转换电压、频率、相位、谐波含量等重要指标，同时，负责光伏并网发电系统各部分与公共电网的协调运行，并对系统可能发生的各种异常状态进行保护，它是光伏并网系统的关键设备。

本项目配备合适容量的逆变器，经比较，拟选用630kW集中型逆变器。

该产品质量可靠，性能完善。

该产品具有如下技术特点：

uØMPPT自寻优技术，最大限度提高系统的发电量。

uØ多种语言液晶显示功能，可自由设置。

uØ多种通讯接口可以选择，方便实现上机位控制。

uØ完善的保护功能，系统可靠性高。

uØ宽直流电压输入范围。

uØ人性化界面，通过按键设定各种参数。

uØ可实现多台逆变器并联组合运行。

逆变器均配置有高性能滤波电路，使得逆变器的交流输出电能质量很高，不会对电网质量造成污染。

在输出功率≥50%额定功率，电网波动<5%时，所选用的三种逆变器的交流输出电流总谐波分量（THD）<3%。

所选用的逆变器为并网型逆变器，在运行过程中，实时采集交流电网的电压信号，通过闭环控制，使逆变器的交流输出相位与电网保持一致。

主要并网逆变器参数见下表：

630kW集中型逆变器参数表

并网逆变器（型号：

630KW）

2.1

最大输入功率

KW

725

2.2

最高输入电压

V

1000

2.3

启动电压

V

520

2.4

光伏电压范围

V

500--1000

2.5

额定电压

V

600V

2.6

满载输入电压范围

V

500--850

2.7

最大输入电流

A

1120

2.8

MPPT追踪器数量

个

1

2.9

额定输出功率

KW

630

2.10

最大输出电流

A

1296

2.11

额定输出电压

V

315

2.12

输出频率

Hz

50/60

2.13

功率因数

0.9

2.14

最大效率

%

98.7

2.15

MPPT效率

%

99.9

2.16

直流反接保护

支持

2.17

输入直流开关

支持

2.18

输出过流保护

支持

2.19

交流浪涌保护

支持

2.20

绝缘阻抗检测

支持

2.21

尺寸（宽/高/厚）

mm

1600*1900*850

2.22

重量

kg

965

2.23

工作温度

℃

-25--+55

2.24

噪音指数

dB（A）

65

2.25

海拔高度

m

6000

2.26

夜间自损耗

w

<30

2.27

拓扑结构

无变压器

2.28

散热方式智能风冷

2.29

环境防护等级

IP20

3.3光伏阵列汇流箱设计

针对总体设计方案中逆变器和光伏组件的选择，配置型号为PVS-12M防雷汇流箱12台，每台均有12路直流输入，汇流箱的内有防雷保护器。

如下图所示：

该汇流箱的接线方式为12进1出，即把相同规格的12路电池串列输入经汇流后输出1路直流。

该汇流箱具有以下特点：

该汇流箱具有以下特点：

1） 防护等级IP65，防水、防灰、防锈、防晒，能够满足室外安装使用要求；  

2） 可同时接入12路电池串列； 

3） 每路接入电池串列的开路电压值最大可达DC1000V；

4） 具有12路保护控制，每路的正负极都配置高压直流熔断器（最大电流为15A），其耐压值可达DC1000V； 

5） 直流汇流的输出正极对地、负极对地、正负极之间配有光伏专用防雷器；

6） 直流汇流的输出端配有可分断的直流断路器；

 8） 直流汇流箱的电气原理框图如下图所示：

直流汇流箱的电气原理框图

3.4防雷、接地及过电压保护设计

1、光伏阵列区接地及防雷

光伏组件采用支架直接接地的方式进行防雷保护，不设置独立防直击雷保护装置。

将光伏光伏组件支架连接扁钢接到接地端子作为防雷保护。

线路防雷，要求光伏发电系统直流侧的正负极均悬空、不接地，将光伏电池方阵支架接地。

直流汇流箱内设置电涌保护器，防止雷电引起的线路过电压。

周围敷设以水平接地体为主，垂直接地体为辅，联合构成的闭合回路的接地装置，供工作接地和保护接地之用。

水平接地体采用25x4的热镀锌扁钢、垂直接地体采用4#角钢。

该接地采用方孔接地网，接地电阻按《交流电气装置的接地》DL/T6211997中的规定进行选择应不大于4Ω。

在光伏阵列区域设置避雷带，防止直击雷。

2、绝缘配合

根据GB311.1-1997《高压输变电设备的绝缘配合》，对于110kV及以下设备，主要考虑以雷电冲击作用电压为基础来确定主要设备的绝缘水平，即雷电冲击耐受电压和短时工频耐受电压。

根据避雷器的保护水平，经济合理的确定主要设备的绝缘水平。

3.5监控系统

系统可配置1套监控装置及1套环境