大中型地面光伏电站设计要点(夏)

大中型地面光伏电站设计要点(夏)第一页，共79页。地面山坡单轴第二页，共79页。一、大中型地面光伏电站的设计要点二、大中型地面光伏电站建设过程中存在的问题及优化三、日喀则、德令哈工程案例第三页，共79页。1.1地面光伏电站典型分类地面固定安装系统平单轴跟踪系统斜单轴跟踪系统双轴跟踪系统聚光跟踪系统第四页，共79页。1.2地面光伏电站容量及电压匹配小型光伏电站：容量KW级，接入电压等级0.4KV及以下。中型光伏电站：10MW∽30MW，接入电压等级10KV∽35∽110KV。大型光伏电站：30MW以上，接入电压等级66KV及以上。注：各容量下的电压与钢芯铝绞线的关系1、10MW在10KV/35KV最大电流为577A/165A，铝导线LGJ-240/LGJ-502、20MW在10KV/35KV最大电流为1155A/330A，铝导线LGJQ-700/LGJ-953、30MW在35KV/110KV最大电流为495A/155A，铝导线LGJ-185/LGJ-504、50MW在35KV/110KV最大电流为825A/263A，铝导线LGJQ-400/LGJ-70以上可知10KV电压等级一般不超过20MW，30MW及以上尽量选用110KV。第五页，共79页。1.3大中型地面光伏电站主接线方案主要特点：扩容方便，可以从几十兆瓦扩容到上百兆瓦。光伏发电系统经逆变升压后送入电网并网发电。选用大功率无隔离变压器并网逆变器（如500kW、630kW）。通常采用一次升压方案，提高系统发电量。接入电网电压等级为10kV、35kV、110KV。分块发电、集中并网第六页，共79页。1.4大中型地面光伏电站应用方案预装箱式逆变器与美式箱变MNS低压开关柜110KV集成GIS开关柜预装箱式逆变器与欧式箱变35KV升压变与开关设备110KV升压变与开关设备第七页，共79页。1.5各方关注的重点电网企业关注：电能质量调度能力电网安全投资商关注：投资收益投资回报率建设速度与质量社会公众关注：供电可靠性环境的影响火灾、安全上述因素是光伏系统不断技术进步的原动力!制造商关注：成本与价格市场与竞争性能与质量第八页，共79页。1.6光伏电站建设流程（10∽30MW，6个月）项目选址、资源分析、政策咨询电网接入方案评审组件及逆变器选型、系统优化、工程设计工程施工、项目组织管理设备调试、系统联调系统试运行、验收检测编制可研报告、初步设计设备采购招标、施工单位招标（或EPC招标）电站投运选址前由拟建设地的省发改委核准选址后规划局国土资源局用地审批环境/水土保持/压矿/地质灾害/文物评价有资质设计咨询院地勘及编制可研报告省发改委组织可研评审(有资质中介主办)有资质电力设计咨询院编制接入系统方案，报省电力公司审批第九页，共79页。1.7站址选择三大原则自然条件的调查：太阳辐射量，地理位置，交通条件，水源等。接入电网条件： 与接入点的距离，接入点的出线间隔。环境影响：有无遮光的障碍物，有无盐害、公害和自然灾害，冬季的积雪、结冰、雷击灾害状态。第十页，共79页。1.8最佳倾角设计定义对于固定式安装组件，最佳倾角即光伏系统全年发电量最大时的倾角。组件的安装倾角对系统的发电量影响很大。计算工具：

---可再生能源工程分析软件（RETScreen）

---太阳能光伏系统设计软件（PVsyst)---根据当地气象部门提供的日照辐射数据，计算多年的不同角度倾斜面上各月日平均太阳总辐射量，进行比较后得出最佳倾角。倾角相差10度，则系统发电量损失2%~5%。第十一页，共79页。1.9光伏方阵最小间距计算光伏方阵最小间距计算示意图光伏方阵最小间距计算公式：D=(0.707×H

)÷tg[arcsin(0.648×cosφ-0.399×sinφ)]φ---电站所在地纬度以上计算公式是冬至日6小时的光照不遮挡，对于西北地区廉价的土地和日照时间较长的特点，建议适当增大方阵间距，从而获得更多的发电量。冬至日：上午9:00~下午15:00第十二页，共79页。1.10光伏方阵抗风能力设计

需要计算受风梁在受风条件下的弯曲应力和弯曲度；需要计算支撑臂在顺风条件下的压曲强度和逆风条件下的拉伸强度；需要计算受风条件下，螺栓剪切力（折断力）的耐受强度。光伏方阵抗风能力设计示意图

光伏方阵抗风能力的设计（右图），需依据GB50009-2006建筑结构荷载规范、GB50017-2003《钢结构设计规范》。第十三页，共79页。1.11光伏组件串并联设计原则根据串联电路电流处处相等、电流就小不就大原则，I1=5.03I2=4.97I1电池串电压=36.92+36.92+36.92+36.92+36.92=184.6VI2电池串电压=35.18+36.17+36.92+35.26+34.42=177.95V根据并联电路电压处处相等、电压就低不就高原则，Uab=177.95V第十四页，共79页。1.12汇流箱设计

主要性能特点：防护等级IP54或IP65，满足室外安装要求箱体金属材质，25年使用寿命直流耐压DC1000V8进1出、12进1出、16进1出可选正、负极配有光伏专用保险丝，耐压DC1000V直流开关和光伏专用防雷模块RS485通讯（标配）/无线通讯（选配）具有金太阳认证/TUV认证第十五页，共79页。1.13两级汇流箱配置一级汇流箱一般由熔断器、断路器、浪涌保护器组成，一级汇流箱不可省略。二级汇流箱又称直流柜，如果逆变器内有断路器且与汇流箱一一对应，二级汇流箱可省略。

二级汇流箱如果是断路器，一级汇流箱断路器可由负荷开关代替。一级或二级汇流箱可选择智能型，测量直流电压和电流。

第十六页，共79页。1.13汇流箱三大件的选配熔断器的选配：熔断器的额定电流≥1.56×组件短路电流Ics例如：力诺产190W单晶硅Isc=5.56A，熔断器电流=1.56×5.56=8.7A，查熔断器手册，选10A熔断器熔丝。断路器的选配：断路器瞬时脱扣电流≥1.1（各汇流支路工作电流之和）；因为Isc/组件工作电流Impp≤1.1。例如：16进1出汇流箱，连接力诺产190W单晶硅组件，输出电流16×5.15A=82.4A×1.1=90.64A，选125A塑壳，脱扣100A的断路器。浪涌保护器（SPD）：最大持续工作电压Uc＞1.3Uoc（组件串开路电压）；最大泄放电流Imax≥15KA；电压保护等级Uc＜Up＜Unb（逆变器耐压）例如：力诺产190W单晶硅Uoc=44.31V，16串组件Uoc=709V×1.3=922V=Uc，922V＜Up＜Unb，取Unb=1.5KV，Unb一般不大于5KV。第十七页，共79页。1.14选择逆变器的主要计算参数

根据逆变器给出的MPPT上限820V和下限450电压，选取中间值如635V。根据光伏电池组件工作电压36.92V，635V/36.92V=17.2，取17串。17串电池组件串联后的工作电压U=36.92V*17=627.64V≈628V。根据光伏电池组件电压是按负温度系数变化的特性，采用

低温-25℃、

高温+70℃校核，如果低温出现曲线2或高温出现曲线1，应重新考虑光

伏电池组件的串联数，如将17串改为16串。

第十八页，共79页。1.15选择逆变器的关键条件第十九页，共79页。1.16升压变压器选择

参数配置大型光伏逆变器交流输出电压一般在270∽320V，电网电压10或35KV

可以采用一级升压，否则应采用两级升压。第一级升压变接线组别一般为DYn11Yn11，有利于抑制高次谐波。第二级升压变接线组别一般为Ynd11第二十页，共79页。1.17电缆选择光伏专用电缆：

直流耐压1.8KV导体（镀锡退火铜）

使用环境温度-40∽90℃

绝缘层（辐照交联）阻燃、耐日光、臭氧、酸碱护套层（辐照交联）导体截面积/载流量

：1.5/302.5/414/556/7010/9816/13225/176其它常规电缆：大中型地面光伏电站一般都建设在我国西部荒漠地区，电缆选择除按常规选用VV、YJV、YJY等电力电缆，还要考虑小动物啃咬电缆外皮伤及电缆绝缘，宜选用VV22、YJV22、YJY22，电缆敷设可采用直埋或电缆沟方式。

第二十一页，共79页。1.18光伏电站功率输送线路10KV/35KV一般采用钢管塔，110KV及以上一般采用角钢铁塔。钢管塔档距一般有50/75米，单回路造价150万/120万。角钢铁塔档距一般250∽500米，单回路造价65万，档距越大造价相对越低。第二十二页，共79页。1.19电网接入系统设计

参照国家电网公司企业标准Q/GDW617-2011第二十三页，共79页。1.20防雷接地设计

参考标准：GB50057-1994建筑物防雷设计规范DL/T621-1997交流电气装置的接地SJ/T11127-1997光伏(PV)发电系统过电压保护－导则GB/T21431-2008建筑物防雷装置检测技术规范IEC60364-7-712-2002、IEC61557-4-2007、IEC623051-5基本原则：支架等电位连接光伏组件金属边框接地接地电阻的设计，防雷地≤10Ω、电气地≤4Ω、电子设备地≤1Ω。接闪器的设计和布置第二十四页，共79页。1.21防雷接地设计参考直击雷防护感应雷防护参考案例第二十五页，共79页。1.22监控系统设计（1）监控系统设计原则：大中型地面光伏电站既然是发电厂，电网公司就要按照国家对发电厂的有关规范、规程要求对其运行进行管理控制，监控设备一般配置如下：*电力调度数据网设备屏；*电能质量在线监测设备屏；*光功率预测系统屏；*数值天气预报系统屏；*远方电量计量表屏；*GPS对时屏；*远动工作屏；*网络通信屏；*公用测控屏；*主变测控屏；*主变保护屏；*主变电度表屏；*110KV线路保护屏；*110KV线路电压接口屏；*故障录波屏；*安稳控制屏；*继电保护试验电源屏；*通信专业屏；*事故照明切换屏；*直流充电屏；*直流放电屏；*UPS屏；*直流馈线屏；*蓄电池屏；*10KV开关柜综合保护；注：根据电站电压等级及规模，上述设备有增有减。第二十六页，共79页。1.22监控系统设计（2）网络示意图第二十七页，共79页。1.22监控系统设计（3）光功率预测系统接线示意图第二十八页，共79页。1.23基于SunInfoLogger的远程监控第二十九页，共79页。1.24低电压穿越功能T1=1秒，T2=3秒低电压穿越要求绿色为并网电流波形，黄色为电网电压波形某逆变器低电压穿越波形

第三十页，共79页。1.25有功功率调节功能

根据远程调度指令，自动控制有功功率输出，保证逆变器最大输出有功功率不超过电网调度部门的给定值。第三十一页，共79页。1.26无功功率调节功能根据远程调度指令或者根据电网设定的算法，并网逆变器自动在一定范围内进行无功功率补偿。第三十二页，共79页。1.27电网频率异常响应特性大中型光伏电站应具备一定的耐受电网频率异常的能力。第三十三页，共79页。1.28不容忽视的系统效率全系统效率图示光伏组件光伏阵列直流线缆光伏逆变器升压变压器“木桶效应”损耗MPPT损耗直流线损逆变损耗交流线损变压器损耗电网(2%~5%)(1%~2%)(2%~5%)(2%~5%)(2%~10%)(2%~5%)光伏系统的每个环节都要精心设计，才能获得较高的转换效率。根据每个环节的不同损耗，全系统效率变化范围70%~90%。第三十四页，共79页。1.29系统效率与收益光伏组件光伏阵列直流线缆光伏逆变器交流线缆升压变压器电网光伏发电能量通道对于一个10MW的光伏电站，如果效率损失2%，按照年利用小时数1500h，电价1元/kWh计算，25年将少收益600万元左右！第三十五页，共79页。1.30投资分析（以力诺德令哈30MW为例）

名称

万元

元/W%太阳能光伏电池组件255008.565.77逆变器（预装箱式、西门子与施耐德）42601.4210.99螺旋地桩、支架、组件安装35001.179.03直流电缆、1KV低压电缆、10KV高压电缆11280.3762.9110及110KV开关及保护设备、调度、通信、综自11050.3682.853公里110KV铁塔外线、对侧开关站设备10320.3442.6610KV及110KV两级升压变压器9100.3032.35土建、围墙、接地极等施工6850.2281.77直流侧电气施工、交流侧电气施工5310.1171.37非智能汇流箱1210.040.31合计注：1)前三项约占86%，其余仅占14%；2)以上不包括土地费、勘察设计环境评价等前期费用。3877212.924第三十六页，共79页。2.1光伏组件的遮挡问题（1）灰尘、鸟粪、塑料袋、树叶等遮挡。特别是后三项遮挡还会形成热斑效应。光伏组件因灰尘遮挡将导致发电量下降（5%~10%），需定期进行清洗。便携式吹风机解决办法自来水清洗第三十七页，共79页。2.2光伏组件的遮挡问题（2）光伏方阵阴影遮挡光伏方阵前后间距设计不当，会造成阴影遮挡，将导致发电量下降（5%~10%）。对于西北地区日照时间较长特点，可以适当增大光伏方阵间距，以获得更长时间的不遮挡，提高系统发电量。第三十八页，共79页。2.3光伏组件的遮挡问题（3）杂草遮挡杂草遮挡也会导致发电量下降，需定期清理。第三十九页，共79页。2.4光伏组件串并联接线问题连接线缠绕在一起，产生压降，损失发电量。

组件串并联的接线尽可能短！第四十页，共79页。2.4光伏组件串并联接线问题组件自带0.9米电缆，组件竖向布汇流箱电缆余量过大，造成浪费。置多余电缆引起压降损耗，投资浪费。

第四十一页，共79页。2.4光伏组件串并联接线问题解决方案-1：230W多晶硅双排竖向布置组件宽度992，组件自带二根连接线每根一般0.9米长，由上图可知，组件连接线每根长约0.9米，组件订货时可提出要求，每根长0.5米即可，这种导线每米一般4元∽5元，二根连接线节约0.8米，可节约资金3.2元∽4元，1MW太阳能方阵需要4348块组件，节约1.39∽1.74万。二排组件接线盒头对头，10#组件与11#组件连接线短。二根引出线在一侧可节约去汇流箱的电缆，见下图。

第四十二页，共79页。2.4光伏组件串并联接线问题上图接线方式20块组件的二根引出线分别在两头，01S﹣、02S﹢比上页图在一侧引出将浪费10块组件宽度和组件连接缝宽度的电缆，(992＋20)×10＝10120≈10米，二根20米，按4元/米，浪费80元。上图组件功率共9200W，1MW组件方阵约有109个上图方阵，109×80元＝8720元，10MW电站如忽略施工将多投资金8.7万元电缆费用。

第四十三页，共79页。2.4光伏组件串并联接线问题解决方案-2：190W单晶硅双排竖向布置由于190W单晶硅输出电流相对较小，可将二串组件用双连接插头插座汇总后引向汇流箱，可节约去汇流箱的电缆。

第四十四页，共79页。2.4光伏组件串并联接线问题解决方案-3：190W单晶硅四排横向布置此布置方式组件本身自带0.9米电缆基本用足，四组11串方阵外引电缆全部从方阵中部引出，不浪费电缆，比较合理。

第四十五页，共79页。直流线路尽量短的布局2.5光伏组件串并联接线问题第四十六页，共79页。2.6直流电缆压降对MPPT的影响三路光伏方阵接至同一台逆变器，直流电缆长度不一致直流电缆压降不相同，导致各光伏方阵的MPPT不相同逆变器无法跟踪光伏方阵的最大输出功率，其输出功率（Pm）将发生偏移发电量会损失2%~5%左右！第四十七页，共79页。2.7直流电缆压降对MPPT的影响汇流箱逆变器1汇流箱汇流箱汇流箱汇流箱汇流箱汇流箱汇流箱汇流箱汇流箱汇流箱汇流箱汇流箱汇流箱汇流箱汇流箱逆变器21MW并网单元接线示意图光伏电站通常按照多个1MW单元方案进行设计，1MW单元配置2台500kW逆变器，16台16进1出汇流箱，汇流箱距离逆变器远近不一致，所以接至同一个逆变器的汇流箱，线缆长度应尽可能一致。线缆的线径设计建议按照小于2%的损耗进行设计。第四十八页，共79页。2.8散热排风措施风扇强制排风散热风管集中排风散热热量直接排在室内室内温度升高热量直接排向室外室内温度相对较低第四十九页，共79页。2.9防尘防沙措施

常见方案：采用百叶窗和纱网进行防尘防沙。铁纱网百叶窗弯管第五十页，共79页。2.10防低温措施室内环境温度低于-25℃时，建议安装电加热装置。第五十一页，共79页。2.11防火措施消防通道烟感探头及消防联动装置灭火器消防知识培训必不可少第五十二页，共79页。2.12逆变室方案对比随着光伏电站规模的扩大，为了缩短施工周期，集装箱一体化逆变装置优势明显。混凝土房活动板房集装箱一体化逆变房第五十三页，共79页。3.1日喀则10MW电站外景第五十四页，共79页。3.2日喀则10MW电站组件背面接线第五十五页，共79页。3.3日喀则10MW电站汇流箱接线第五十六页，共79页。3.4日喀则10MW电站施耐德500KW高原型逆变器第五十七页，共79页。3.5日喀则10MW电站卡罗拉750KW逆变器第五十八页，共79页。3.6日喀则10MW电站双分裂升压变压器第五十九页，共79页。