東帝汶光伏發(fā)電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

王曉蕾

(山東省水利勘測設(shè)計(jì)院,山東濟(jì)南 250013)

東帝汶光伏發(fā)電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

王曉蕾

(山東省水利勘測設(shè)計(jì)院,山東濟(jì)南 250013)

隨著能源危機(jī)和環(huán)境問題的不斷加劇,如何利用清潔能源成為關(guān)注的焦點(diǎn)。太陽能作為一種新能源以其環(huán)保、安全可靠,隨處可以得到等優(yōu)點(diǎn)受到人們的青睞。本文通過東帝汶農(nóng)業(yè)高新技術(shù)開發(fā)區(qū)的新建光伏發(fā)電站,整體介紹了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的類型及其構(gòu)成。

光伏發(fā)電站系統(tǒng) 逆變器

1 工程概述

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)在東帝汶農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)體系中占主導(dǎo)地位，產(chǎn)業(yè)發(fā)展還處于一種較為落后的狀態(tài)。打造東帝汶國家農(nóng)業(yè)高新技術(shù)開發(fā)區(qū)，對東帝汶國的農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展將起到帶動、輻射和示范作用。本次設(shè)計(jì)內(nèi)容為在高新技術(shù)開發(fā)區(qū)新建容量為200kW并網(wǎng)太陽能電站一座。

2 氣象條件

本項(xiàng)目氣象資料以東帝汶NASA數(shù)據(jù)庫中維克克縣氣象數(shù)據(jù)為參考，位于帝汶島南部海岸。

3 太陽能電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 工作原理

太陽能光伏供電系統(tǒng)是利用太陽能電池將太陽的光能轉(zhuǎn)化為電能后，通過控制器的控制，一方面直接提供給轉(zhuǎn)換電路及負(fù)載用電，另一方面將多余的電能存儲在蓄電池中，到了夜晚或是太陽能電池產(chǎn)生的電力不足時，蓄電池就會將所存儲的電能供給轉(zhuǎn)換電路及負(fù)載用電。太陽能光伏電站的系統(tǒng)是由太陽能電池方陣，蓄電池組，充放電控制器，逆變器，交流配電柜、防雷系統(tǒng)、匯流箱、直流配電柜、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)備組成。

3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)本工程的裝機(jī)容量，將系統(tǒng)分成10個20KW的并網(wǎng)發(fā)電單元，通過10臺(20KW)并網(wǎng)逆變器接入交流電網(wǎng)。系統(tǒng)選用多晶硅太陽能電池組件，功率為250W，工作電壓約為29．95V，開路電壓約為37．8V。根據(jù)本工程并網(wǎng)逆變器的MPPT控制器工作電壓范圍(300V～1000V)，每個電池串列按照10塊電池組件進(jìn)行串聯(lián)設(shè)計(jì)，單臺20kW光伏并網(wǎng)逆變器需要配置太陽能電池組件并聯(lián)的數(shù)量為Np=20000÷2500=8列。容量為200KW的并網(wǎng)單元，需配置80個電池串列，共計(jì)800塊電7池組件。

系統(tǒng)配電柜選用直流防雷配電柜，其中包含了直流防雷配電單元。光伏陣列通過匯流箱后經(jīng)直流防雷配電單元分別接入8臺逆變器，最后通過配電及計(jì)量裝置接入電網(wǎng)。系統(tǒng)同時配置1套監(jiān)控裝置，實(shí)時監(jiān)測并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)和工作狀態(tài)。

3.3 蓄電池組的設(shè)計(jì)

圖1 并網(wǎng)發(fā)電站系統(tǒng)圖

其中：C：蓄電池容量[kWh]；D：最長無日照間用電時[d]；F：蓄電池放電效率的修正系數(shù)（通常取1．05）；Po：平均負(fù)荷容量[kW]；L：蓄電池的維修保養(yǎng)率（通常取0．8)；U：蓄電池的放電深度（通常取0．5)；Ka：包括逆變器等交流回路的損失率（通常取0．7，如逆變器效率高可取0．8）。

所以此處的蓄電池的容量應(yīng)該為：

C=160×3×1．05/(0．7×0．5×0．8)=1800KWh蓄電池配置負(fù)載按約160KW左右的計(jì)算：系統(tǒng)設(shè)計(jì)的參考連續(xù)陰雨天數(shù)為3天，根據(jù)東帝汶的電力情況，戶用電壓為220V，蓄電池電壓選擇為48V。選用共252塊單體為12V150Ah的蓄電池4塊進(jìn)行串聯(lián)，共63組，蓄電池總?cè)萘繛?7800Ah，即37800AH×48V＝1814．4KWh。

3.4 電池板傾角的計(jì)算

出于項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性及技術(shù)可靠性方面的考慮，本工程采用固定式太陽能電池方陣。前后排之間間隔為2．5m。太陽能光伏陣列安裝傾角為45°。

3.5 逆變器的設(shè)計(jì)

由于當(dāng)?shù)氐挠秒婋妷簽?20V，所以選擇輸出電壓為220V的并網(wǎng)逆變器，考慮到用戶負(fù)載中有感性負(fù)載，在啟動過程時有較大的沖擊電流，同時考慮系統(tǒng)的臨時增加負(fù)載的情況，因此選取20KW的逆變器。

3.6 方陣支架基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目單板采用250W的太陽電池組件，一斜排20塊太陽電池組件。其中，單板尺寸為：1640mm×990mm×50mm，架設(shè)方陣傾角為45°。方陣支架基礎(chǔ)采用C25混凝土現(xiàn)澆，預(yù)埋安裝地角螺栓，單個基礎(chǔ)0．08m3(0．4×0．4×0．6)。

4 光伏方陣電氣設(shè)計(jì)

太陽能發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)由系統(tǒng)內(nèi)并網(wǎng)逆變器將太陽能直流電轉(zhuǎn)換為交流電，并入建筑物內(nèi)低壓電網(wǎng)，供建筑負(fù)載使用。在配電室低壓進(jìn)線總開關(guān)內(nèi)層安裝防逆流裝置，避免電流送入外部高壓電網(wǎng)。

4.1 系統(tǒng)直流側(cè)最高工作電壓

在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，系統(tǒng)直流側(cè)的最高工作電壓主要取決于在直流回路中直流斷路器額定工作電壓，以及逆變器直流側(cè)最高電壓。直流輸入范圍一般在200V～510V之間，最大輸入電壓為600V。

4.2 組件串聯(lián)方式設(shè)計(jì)

系統(tǒng)分成10個20KW的并網(wǎng)發(fā)電單元，每個20KW的并網(wǎng)發(fā)電單元都接入10KV升壓站的0．4KV低壓配電柜，經(jīng)過0．4KV/10KV (200KVA)變壓器升壓裝置，最終實(shí)現(xiàn)整個并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)并入10KV中壓交流電網(wǎng)。

逆變器輸出為三相0．4KV電壓。每臺逆變器的交流輸出接入交流配電柜，經(jīng)交流斷路器接入升壓變壓器的0．4KV側(cè)，并配有逆變器的發(fā)電計(jì)量表。每臺交流配電柜裝有交流電網(wǎng)電壓表和輸出電流表，可以直觀地顯示電網(wǎng)側(cè)電壓及發(fā)電電流。

5 系統(tǒng)接入電網(wǎng)設(shè)計(jì)

由于整個系統(tǒng)需要并入10KV的交流電網(wǎng)，所以本系統(tǒng)需配置1套10KV升壓站，該升壓站主要包含10KV主變、10KV 開關(guān)柜、0．4KV開關(guān)柜以及直流電源、二次控制柜等裝置。系統(tǒng)配置10臺并網(wǎng)逆變器的交流輸出直接接入交流配電柜的0．4KV開關(guān)柜，經(jīng)交流低壓母線匯流后通過10KV主變接入高壓的10KV開關(guān)柜，并入10KV中壓交流電網(wǎng)，從而最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的并網(wǎng)發(fā)電功能。

6 接地及防雷

為了保證本工程光伏離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)安全可靠，防止因雷擊、浪涌等外在因素導(dǎo)致系統(tǒng)器件的損壞，本系統(tǒng)設(shè)有防雷接地系統(tǒng)。 在施工期進(jìn)行基礎(chǔ)建設(shè)的同時，用-40×4的扁鋼可靠焊接，形成人工接地體，接地電阻應(yīng)小于4歐姆。在配電室附近建一避雷針，高15米，并單獨(dú)做一地線，方法同上。所有的機(jī)柜要有良好的接地。

直流側(cè)防雷措施：電池支架應(yīng)保證良好的接地，光伏電池陣列連接電纜接入直流防雷配電箱，配電箱內(nèi)已含高壓防雷器保護(hù)裝置，電池陣列匯流后再接入直流防雷配電柜，經(jīng)過多級防雷裝置可有效地避免雷擊導(dǎo)致設(shè)備的損壞。

交流側(cè)防雷措施：離網(wǎng)逆變器的交流輸出經(jīng)交流防雷配電柜接入用戶交流負(fù)載，可有效地避免雷擊和浪涌導(dǎo)致設(shè)備的損壞。

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