深圳国际园林花卉博览园并网型高效环保太阳能光伏发电系统

深圳国际园林花卉博览园并网型高效环保太阳能光伏发电系统

2004年8月，由深圳市政府投资，由中国生态科学院北京科诺实业有限公司建设。2004年9月23日至2005年3月23日期间,在该园内举办中国第五届国际园林花卉博览会,是深圳市政府重点建设项目。共有25个国家、67个国内城市和地区在此参展,园区内共有景点100多个。此电站的建成和成功运行,为我国太阳能技术的发展起到良好的示范作用。该电站采用与市电直接并网的运行方式,是目前亚洲最大的并网太阳能光伏电站。该电站总容量1000.322kWp,光伏组件总面积7660m2,年发电能力约为100万kWh(IMWP),相当于每年可节省标准煤约384吨,年减排二氧化碳约170余吨,减排二氧化硫约7.68吨。与常规能源发电比较,并网光伏发电系统的运行、维护费用很低,节约了运营成本。并网发电高效环保太阳能光伏发电系统的运行方式基本上可分为两类,即:独立运行和并网运行。独立运行的光伏发电系统需要有蓄电池作为储能装置,它主要用于无电网的边远地区及人口分散地区。由于必须有蓄电池储能装置,所以整个系统的造价很高。在有公共电网的地区,光伏发电系统一般与电网连接,即采用并网运行方式,这要求逆变器具有同电网连接的功能。并网型光伏发电系统的优点是可以省去蓄电池,而将电网作为自己的储能单元,具有更高的发电效率和更好的环保性能。在进行深圳国际园林花卉博览园1MWp并网太阳能电站设计时,主要考虑以下几个因素:一是美观性。由于本项目的公众影响力,美观与否非常重要。电池板安装在综合展馆、花卉展馆、游客服务管理中心、南区游客服务中心和北区东山坡上,除北区东山坡太阳电池板的安装倾角与平整后的坡面角度基本一致(为23°)外,其余四个建筑物屋顶的太阳电池板的安装均与屋顶结构密切配合,保持屋顶的风格和美观,布局宜采用对称方案。二是太阳辐照量。为了增加光伏阵列的输出能量,尽可能地将更多的太阳电池板普照在阳光下,且避免太阳电池板之间互相遮光,以及被高塔、屋顶边缘及其他障碍物遮挡阳光。对于边缘区域,在一年中某些时间或者一天中的某些时段会受到局部遮挡的太阳电池板,为了获取更多的能量输出,将这部分太阳电池板接入串式逆变器(StringInverter),以将阴影遮蔽的影响降低到最小。三是电缆长度。从太阳电池到接线箱、接线箱到逆变器以及从逆变器到并网交流配电柜的电力电缆应尽可能保持在最短距离,以减小线路的压降损失,提高系统的输出能量;减小电缆尺寸以降低成本,同时减轻屋顶负荷并增加其灵活性。通常,在进行太阳能光伏电站设计时,需要将直流部分的线路损耗控制在3-4%以内。系统技术先进成熟该电站主要设备从德国、澳大利亚、日本进口,达到国际先进水平,经委托专业部门检测,完全符合国家相关标准及国际相关规范。并网型太阳能光伏电站是利用太阳电池板将太阳能转换成直流电能,再通过逆变器将直流电逆变成50赫兹、230/400伏的三相或230V的单相交流电。逆变器的输出端通过配电柜与变电所内的变压器低压端(230/400伏)并联,对负载供电,并将多余的电能通过变压器送入电网。本电站无蓄电池储能设备,当阴雨天无太阳时,由电网供电给负载。主要部件1MWp并网太阳能电站的主要部件包括太阳电池板(光伏组件)和并网逆变器,均采用了国际上先进而又成熟的技术,这些技术已通过十多年的成功运行的考验。共采用了三种型号的太阳电池板,分别是:BP太阳能公司生产的单晶硅光伏组件BP4170S(功率为170Wp)、多晶硅光伏组件BP3160S(功率为160Wp)以及日本京瓷公司生产的多晶硅光伏组件KC167G(功率为167Wp)。BP太阳能和日本京瓷公司均为世界上太阳电池板产量前五位的大公司。所采用的并网逆变器也分为三种型号:SC125LV(额定功率为125kW)、SC90(额定功率为90kW)以及SB2500(额定功率为2.5kW)。其中,SC125LV、SC90为集中型逆变器(CentralInverter),SB2500为串式逆变器(StringInverter)。上述三种型号的并网逆变器均由德国的SMA公司生产,其在欧洲的并网逆变器市场占有率为80%以上。系统构成深圳国际园林花卉博览园的1MWp并网太阳能电站分为五个子系统,分别安装在四个场馆及北区东山坡。总共安装了6048块光伏组件和45台逆变器。这5个安装地点的太阳能发电子系统采用了就地并网的技术方案。关键技术安全可靠与建筑牢固结合本电站利用螺栓和型钢把光伏组件固定在建筑屋面上,对屋面起到了良好的隔热效果,其设计按50年一遇的台风考虑,符合国家有关的技术政策和标准规范;符合施工技术装备条件;无特殊材料要求的品种;建筑与设备安装之间无矛盾。优质的电能输出SMA公司所生产的集中型和串式逆变器均配置有高性能滤波电路,使得逆变器交流输出的电能质量很高,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%情况下,SC125LV和SC90逆变器的交流输出电流总谐波分量(THD)<3%,SB2500逆变器的交流输出电流总谐波分量(THD)<4%。SC125LV、SC90和SB2500逆变器均为并网型逆变器,在运行过程中,需要实时采集交流电网的电压信号,通过闭环控制,使得逆变器的交流输出电流与电网电压的相位保持一致,所以功率因数能保持在1.0附近。“孤岛效应”防护手段“孤岛效应”指在电网失电情况下,发电设备仍作为孤立电源对负载供电这一现象。“孤岛效应”对设备和人员的安全存在重大隐患。SC125LV、SC90和SB2500逆变器均采用被动式和主动式两种“孤岛效应”检测方法。被动式检测方法指实时检测电网电压的幅值、频率和相位。当电网失电时,会在电网电压的幅值、频率和相位参数上产生跳变信号,通过检测跳变信号来判断电网是否失电;主动式检测方法指对电网参数产生小干扰信号,通过检测反馈信号来判断电网是否失电。在并网逆变器检测到电网失电后,会立即停止工作。当电网恢复供电时,并网逆变器并不会立即投入运行,而是需要持续检测电网信号在一段时间(如90秒钟)内完全正常,才重新投入运行。电气隔离SC125LV、SC90和SB2500逆变器均带有隔离变压器,使得逆变器的直流输入和交流输出之间电气隔离开来。直流侧的太阳电池板阵列为“浮地”,正负极与地之间都没有电气连接,且逆变器在运行过程中,实时检测直流正负极的对地阻抗,从而保证了逆变器直流侧的短路故障不会影响到电网。完善的监测手段电站共提供了两种监测手段:第一种手段是可由安装在集中型逆变器和SBC+面板上的LCD液晶显示屏上分别观察到集中型逆变器和串式逆变器的运行参数(包括直流输入电压和电流、交流输出电压和电流、功率、电网频率等)及故障代码和信息。SBC+全称为SunnyBoyControlPlus,具有测量环境参数如辐照度、环境温度等、收集串式逆变器运行信息的功能,同时还具有与PC机通讯的功能。第二种手段是可通过安装在五个子系统太阳能控制室的PC机上观察到本系统的运行数据,其中安装在综合展馆太阳能控制室的PC机还作为中央监测计算机,实时采集其余四个安装地点的运行数据,并可