太阳能光伏施工工法

目录第一章概述21.1研究背景、目的意义21.2太阳能发电特点31.3试用范围4第二章太阳能光伏发电工艺原理42.1工艺原理42.2太阳能光伏组件52.3汇流箱92.4直流配电柜102.5并网逆变器11第三章施工过程143.1主要技术措施143.2考前须知18第四章结语18光伏安装施工工法摘要：新能源产业是中国确定的七大战略性新兴产业之一，以风电、太阳能为代表的新能源产业因具有科技含量高、市场潜力大、增长速度快、产业带动强的特点而被列为开展重点。这对我国调整能源结构、加快转变能源增长方式、有效应对全球气候变化具有十分重要的战略意义。Abstract：ThenewenergyindustryisoneofChinaidentifiedsevenstrategicemergingindustries,windpower,solarenergy,representedbythenewenergyindustrydevelopmentareclassifiedashigh-tech,largemarketpotential,fastgrowth,drivenbystrongindustryfocus.AdjusttheenergystructureinChina,toacceleratethetransformationofenergygrowth,andeffectiveresponsetoglobalclimatechangehasimportantstrategicsignificance.第一章概述1.1研究背景、目的意义太阳能技术开展日趋成熟，并网型光伏发电的电价已快速接近商业用电的电价水平，加之政策引导，整个太阳能光伏产业正以日新月异的速度开展。2006年我国太阳能电池仅占世界总产量的6%左右，但自2007年起我国已连续4年太阳能电池组件产量居世界首位。太阳光光伏发电是太阳光伏电池组件安装在特定的支架上组成光伏电池方阵，利用光伏并网发电技术提供电能的一种方式。我国太阳能资源极其丰富，年日照时间在2500h的地区占国土面积的2/3以上，陆地外表每年接受的太阳辐射能约为50x1018kJ，全国各地太阳年辐射总量达335～837kJ／cm2·a，平均值为586kJ／cm2·a。而XX光伏发电工程位于XX省XX市XX县境内，该县位居甘肃省腹地北部，腾格里沙漠南缘，境内海拔在1274至3321米之间，属典型的温带大陆型气候。特殊的地理位置和气象特征，造就了区内丰富的风力资源。根据气象史料显示和近几年的测风数据分析，景泰县年平均风速为每秒2.9米，风资源理论储量约为200万千瓦，风向以西风及北风为主。其中，喜泉一带受寿鹿山、米家山狭管效应影响，风速较大，是风能资源相对富集地区之一。而且，兴泉、沙塘子、上沙沃、红山等地风电开发条件也较为优越。大自然也为这地方带来了丰富的太阳能，该地区光照充足，适合安装太阳能光伏发电组件。该县光热资源丰富，年日照时数为2713h，日照百分率62%，太阳年平均辐射量为147.8kJ／cm2·a，无霜期141天；年均降水量185mm，多集中在七、八、九三个月；年均蒸发量3038mm，是降水量的16倍。是我国除青藏高原外光热资源最丰富的地区之一，太阳能开发潜力巨大。利用太阳能发电是一种清洁、环保能源，它简单可行，平安可靠，具有可持续永久性、无需消耗燃料及机械转动部件，因此受到世界各国的欢送，太阳能电力系统以其供电稳定可靠、安装方便，已得到越来越广泛的应用，逐步成为常规电力的一种补充和替代。在国际光伏市场蓬勃开展的拉动和国家政策的引导鼓励下，近年来我国光伏产业开展迅猛，光伏技术得到了大幅度提高，逐渐克服了发电本钱高的障碍，在建筑工程中得到了推广和应用，并作为太阳能—建筑一体化的重要内容，在节能工程中取得了显著效益。1.2太阳能发电特点=1\*GB3①发电原材料采用太阳能是一种清洁、环保能源，而且取之不尽用之不竭，是丰富永久性天然能源。=2\*GB3②太阳光电转化平安可靠，并直接通过并网逆变器，把电能送上电网，由于不需要蓄电池，无需机械部件与传动系统，可节省设备投入费用。=3\*GB3③太阳光电不用单独建设厂房、车间。=4\*GB3④系统采用太阳能电池组件，使用寿命长至少到达25年，衰减小，具备良好的耐候性，防风、防雹。能有效抵御湿气和盐雾腐蚀，无毒无害。=5\*GB3⑤太阳光能转换为电能，转换效率高，不产生垃圾及废弃物，有利于环境保护，减少常年维修与处理费用。=6\*GB3⑥太阳光电安装简单方便，无噪音，无污染，建设周期短，自动调控，无需人员值守，也无需线路；架设，减少常年运行费用。=7\*GB3⑦享受财政补贴及相应优惠政策。对于不同的地区补贴，各省市亦有政策支持。1.3试用范围适用于大型光伏发电场太阳能发电装置根底施工及设备安装。第二章太阳能光伏发电工艺原理2.1工艺原理把能将太阳光转换为电能的未用电池组件，安装在固定支架上，通过逆变器等设施把转换成的电能传输至用电器终端或并网传入供电线路。其原理如下图：图1太阳能光伏方阵发电工艺原理电池阵列接受光照产生直流电流，电流输出到汇流箱并联阔流，然后由多个汇流箱输出到逆变器，最终逆变器把直流电转换为交流电后输送到电网或经过升压后进行并网。利用光伏电池板为发电部件，将太阳辐射能源转换成电能。太阳能组件在太阳光照下，电池吸收光能，电池两端出现异号电荷的积累，即产生“光生电压〞，这就是“光电效应〞。在光电效应的作用下，太阳能电池的两端产生电动势E电池吸收光能，将光能转换成电能。控制器再对所发的电能进行调节和控制，一方面，把调整后的能量送往直流负载或交流负载，另一方面，把多余的能量送往蓄电池储存，同时控制蓄电池充满后不被过充。当所发的电能不能满足负载时，控制器又把蓄电池的电能送往负载。蓄电池所储存的电能接近放完时，为保护蓄电池，控制器控制蓄电池不被过放电。逆变器负责将直流电转换成交流电，供交流负载使用。2.2太阳能光伏组件太阳电池具有质量轻、使用平安、不污染环境、工作时不产生热量等优点，是一种电压稳定性良好的纯直流电源。光伏电池是将太阳光辐射能量直接转换成电能的器件。单个硅晶体光伏电池能得到的最大电压约为0.6V，最大电流约为30mA/cm2。因此光伏电池很少单个使用，为获得所期望的电压或电流，将其串联或并联组合，然后密封在透明外壳中构成太阳能组件。外壳通常用强化玻璃和透明的耐水性树脂构成，是光伏发电系统中电池方阵的根本单元。为了到达较高转换效率，光伏组件中的单体电池须具有相似的特性。在实际使用过程中，可能出现电池裂纹或不匹配、内部连接失效、局部被遮光或弄脏等情况，导致一个或一组电池的特性与整体不谐调。失谐电池不但对组件输出没有奉献，而且会消耗其他电池产生的能量，导致局部过热。这种现象称为热斑效应。热斑效应可导致电池局部烧毁形成暗斑、焊点熔化、封装材料老化等永久性损坏，是影响光伏组件输出功率和使用寿命的重要因素，甚至可能导致平安隐患。当组件被短路时，内部功率消耗最大，热斑效应也最严重。当某局部电池板被遮挡而不工作时，会造成此支路电流小于其他支路，而当电压差大于某一值时，会产生倒流现象，致使光伏电池二极管反向击穿而损坏，从而破坏整个电池组件。其原理如图2所示。图2热斑效应原理为了防止热斑效应，主要方法是在组件上加装旁路二极管，以增加方阵的可靠性。通常情况下，旁路二极管处于反偏压，不影响组件正常工作。当一个电池被遮挡时，其他电池促其反偏成为大电阻，此时二极管导通，总电池中超过被遮电池光生电流的局部被二极管分流，从而防止被遮电池过热损坏。旁路二极管的作用在于当电池片出现热斑效应不能发电时，起旁路作用，让其他电池片所产生的电流从二极管流出，使太阳能发电系统继续发电，不会因为某一片电池片出现问题而产生发电电路不通的情况。光伏组件中一般不会给每个电池配一个旁路二极管，而是假设干个电池为一组配一个。此时被遮挡电池只影响其所在电池组的发电能力。本工程光伏组件采用的是天合光伏组件，在安装时需要注意一些措施：〔1〕多个组件组成的一个阵列可以造成致命的电击和/或烧伤危险。只有经授权的和训练有素的人员才可接触组件。〔2〕不要站立或踩踏组件。〔3〕不要损坏或划伤组件的前后外表〔4〕勿用玻璃破碎或背板撕裂的组件。破碎的组件不能被修复，接触组件外表或边框的任何区域都可以导致触。(5)使用正确的绝缘工具和适当的防护设备来减少电击危险。(6)不要拆卸组件或去处组件的任何局部。(7)防止污物堵塞插头，不要使用被污染的插头进行接插连接。(8)请勿在组件潮湿或在大风天气时安装或处理组件。(9)请勿将单个SPV组件的正负极短路连接。(10)请勿在带有负载时断开连接。(11)确保连接器的绝缘体间没有间隙，间隙会导致火灾的危险和/或触电的危险。(12)考虑余下组件或组件串，确保每个组件及组件串的极性没有接反(13)组件上不应照射人为聚集的太阳光(14)最大系统电压请勿超过1000VDC.(15)在正常情况下，相比标准测试条件下的报告，太阳能光伏组件可能产生更多的电流和/或电压。因此，在测算组件额定电压，额定电流，熔断器规格和最大串联数量时，组件标称的短路电流Isc和开路电压Voc应乘以一个1.25的系数〔NEC要求乘以一个额外的系数1.25，一共乘以1.56〕。串联的天合光能SPV组件应在相同的方向和角度安装。不同的方向或角度,因组件上接收太阳辐照量的不同可能导致输出功率的损失。组件最优化的倾斜角度根本上与安装地点的纬度相同。本工程位于景泰县境内纬度为：36.43′～38°之间。图3组件角度说明图4本工程固定支架安装图设备材料为1套20块组件〔单块尺寸为1650*992*45mm,重量为19.5KG〕支架单位安装所需。支架安装结束后，需保证每个单元支架斜面的倾斜角度一致，倾斜角度为38°，组件分为上下两排安装，每10块组件，相邻组件东西相间距20mm,南北向间距20mm。组件安装完毕后，须保证每排组件上下左右边在同一条直线上。太阳能电池阵列的发电量计算：太阳能光伏发电系统设计功率计算方法：为了使太阳能发电系统能为负荷提供足够的电源，要根据用电器的功率，合理选择部件，由弱电设备功率表算出弱电设备功率约1800W，考虑开关电源效率及损耗，总负载为2100W。本工程负载电压为220V，功率为2100W，每天工作24h，最长连续阴雨天为1.4d，两个最长连续阴雨天之间的最短间隔天数为2d，选用太阳能电池采用组件标准功率为245W，工作电压30.2V，工作电流8.12A，蓄电池采用铅酸免维护蓄电池，浮充电压为2V。其水平面的年平均日辐射量为147.8〔KJ/m2·a〕，可计算出太阳能电池方阵功率及蓄电池容量。经计算该工程需太阳能电池方阵功率为9450W，蓄电池容量为500Ah。系统一共配置太阳能电池板54块，设计26个太阳能方阵。2.3汇流箱智能型光伏汇流箱用于连接光伏组件与逆变器，在实现汇流、防雷功能的同时，还具有对箱内电流、电压、温度测量，对防雷器、母线、光伏组串进行故障诊断，以及与主站通讯的功能，便于构成光伏发电监测系统。将一定数量、规格相同的光伏电池串联起来，组成一个个光伏串列，然后再将假设干个光伏串列并联接入GHL-100系列智能型光伏汇流箱，在智能汇流箱内汇流后，通过直流断路器输出，与光伏逆变器配套使用从而构成完整的光伏发电系统，实现并网。为了提高系统的可靠性和实用性，智能型在光伏防雷汇流箱里配置了光伏专用直流防雷模块、直流熔断器、防反二极管和断路器等，并设置了工作状态指示灯、雷电计数器等，方便用户及时准确的掌握光伏电池的工作情况，保证太阳能光伏发电系统发挥最大成效。汇流箱组成分析如下：=1\*GB3①能够检测到光伏电池阵列中损坏的电池组件需要测量此电池阵列的输出电流是否正常，而为了防止光伏电池的高电压造成设备损坏和人身伤害，需要进行隔离测量直流电流，因此需要用到霍尔电流传感器来完成；=2\*GB3②为防止雷击损坏，汇流箱内必须加防雷模块；=3\*GB3③为了防止逆变器不工作时，并联的电池阵列中形成环流，〔实际应用中光伏电池厂家并未对内部环流提出明确的应该防止的技术要求〕可以在每个电池阵列输入到汇流的回路内串接一只防反二极管，及可防止内部环流的形成，当然这种结构也会损失效率，目前耐压为1kV，工作电流为10A的二极管压降一般在0.8V～1V左右，所以如果在发电电流为10A的情况下，会造成约为10W的功率以发热的形式损耗掉。=4\*GB3④为防止电流倒灌和电池过流损坏光伏电池，需要在每个电池阵列输出回路中安装熔断器，作为保护昂贵的光伏电池的最后一道防线，根据光伏电池的电流特性，光伏电池的短路电流仅为额定电流的1.25倍左右，而目前电池组件的最高串接电压可达1kV,所以需要选用耐压为1kV，熔断电流为额定电流1.25倍的IR特性快速熔断器。=5\*GB3⑤二级汇流侧出现短路情况时，那么需在光伏电池阵列并联后，在回路中增加一个额定电压为电池阵列最大空载电压，额定电流为光伏电池并联后最大额定电流的直流断路器来保护，目前的常用的做法是，使用专用的直流断路器两极串联来提高断路器的额定工作电压。为能够检测到断路器的工作状态，可以采集断路器的辅助输出接点进行判断。甚至如果采用带有电操作机构的断路器，可以使用智能汇流箱内提供的输出接点控制电操作机构的分合闸。=6\*GB3⑥由于汇流箱零散分布在电站各个区域，汇流箱内的采集装置的辅助供电布线比拟困难，所以智能汇流箱开发出了直接光电池供电的专用产品，实现DC800V直接供能，解决了应用中布线难的矛盾。=7\*GB3⑦智能汇流箱还需要把上文检测的众多数据远传到中央控制室，进行数据分析和显示，以排除故障，检测系统运行情况，执行某些操作命令，为保证远距离、恶劣的使用环境及布线本钱的考虑，汇流箱必须具备RS485通讯口，以实现和上位机控制系统实现数据采集和交换。本工程采用的汇流箱是由许继电气股份提供的智能型光伏汇流箱，技术指标：=1\*GB3①最大系统电压：DC1000V；=2\*GB3②接入光伏组串数目：4路～32路；=3\*GB3③每路光伏组串最大输入电流：12A；=4\*GB3④最大持续输出电流：384A；=5\*GB3⑤最大熔断器额定电流：20A；=6\*GB3⑥额定短时耐受电流：1400A；=7\*GB3⑦过电压类别：II；=8\*GB3⑧保护等级：I；=9\*GB3⑨电源工作电压范围：DC250—1000V，AC85～264V；=10\*GB3⑩正常工作及故障诊断动作时的功率消耗不超过10W。具有装置故障自检故障诊断、光伏组串断路器故障诊断、光伏组串电流故障诊断、母线过压故障诊断、防雷失效故障诊断、过温故障诊断等功能。2.4直流配电柜太阳能通过太阳电池组件转化为直流电，经过防雷汇流箱聚集后，再输送给直流配电柜，最后由直流配电柜统一分配柜各个并网型逆变器将直流电能转化为与电网统频率、同相位的正弦波电流，并馈入电网。直流配电柜的主要作用就是对直流电能进行分配、监控、保护功能〔一般指分配直流负荷的柜〕，直流配电柜可以将总输入直流分为多路，而起每路都有保护装置〔熔丝，空开等〕、防雷等，而且可以对每路电压电流进行监控，可以远程通信。本工程采用的是由特变电工西安电气科技提供的PMD-D500K系列直流配电柜，也就是可以由10路直流输入的配电柜，将光伏汇流的输出进行二次汇流，配电柜的直流输出接光伏逆变器的直流输入光伏组件通过防雷汇流箱汇流后输入直流配电柜的直流正极和负极输入端，直流配电柜通过直流专用断路器将直流电送入直流配电柜，各输入之路通过直流配电柜的正极目排和负极目排集中汇流，然后输出到直流配电柜的输出端。将直流配电柜的直流输出分别接到对应的光伏并网逆变器的直流输入端，并确定接线牢固稳定，如果需要远程通讯将外部的通讯线与直流配电柜上的RS485通讯段子相连接，并且确保接线牢固，最后闭合直流配电柜上的直流专用断路器，直流配电柜将直流电能源源不断的输送给光伏并网逆变器。当光伏并网逆变器并网运行时，直流配电柜上多功能表将显示配电柜各输出母排路上的实时电能参数，并实现远程通讯功能。直流参数：直流电压允许范围：0～1000V；直流输入各支路额定电流：160A。技术数据：=1\*GB2⑴直流输入：=1\*GB3①输入形式：10路输入=2\*GB3②额定直流输入功率500KW=3\*GB3③最大直流连续输入功率550KW=4\*GB3④最大输入电压1000V=5\*GB3⑤10*160A=2\*GB2⑵直流输出：=1\*GB3①输出形式：1路输出=2\*GB3②额定直流输出功率500KW=3\*GB3③最大直流连续输出功率550KW=4\*GB3④最大输出电压1000V=5\*GB3⑤最大输出电流1200A=3\*GB2⑶平安要求：=1\*GB3①绝缘电阻10MΩ=2\*GB3②绝缘强度：2500VAC一分钟不击穿、不飞弧，漏电电流<10MA=3\*GB3③外壳防护等级：IP202.5并网逆变器通常，把将交流电能变换成直流电能的过程称为整流，把完成整流功能的电路称为整流电路，把实现整流过程的装置称为整流设备或整流器。与之相对应，把将直流电能变换成交流电能的过程称为逆变，把完成逆变功能的电路称为逆变电路，把实现逆变过程的装置称为逆变设备或逆变器。将太阳能电池方阵和蓄电池提供的直流电转换成交流电的设备，是光伏并网发电系统的关键部件。由于太阳能电池和蓄电池是直流电源，当负载是交流负载时，逆变器是必不可少的。通过光伏组件将接收来的太阳辐射能量经过高频直流转换后变成高压直流电，经过逆变器逆变后转换后向电网输出与电网电压同频、同相的正弦交流电流。逆变装置的核心，是逆变开关电路，简称为逆变电路。该电路通过电力电子开关的导通与关断，来完成逆变的功能。图5逆变简单原理图光伏输入在逆变器直流侧汇总，升压电路将输入直流电压提高到逆变器所需的值。MPP跟踪器保证光伏阵列产生直流电能能最大程度地被逆变器所使用。IGBT全桥电路将直流电转换成交流电压和电流。保护功能电路在逆变器运行过程中监测运行状况，在非正常工作条件下可触发内部继电器从而保护逆变器内部元器件免受损坏。图6并网逆变器内部模块框图并网逆变器是指逆变器输出侧接入电网，要求逆变器输出电流波形要求符合电网要求。并网逆变器用于并网运行的太阳能电池发电系统，并网逆变器由IGBT等功率开关器件构成，控制电路使开关元件有一定规律的连续开通或关断，使输出电压极性正负交替，将直流输入转换为交流输出。本工程采用的并网逆变器为特变电工西安电气科技提供的TBEA-GC-500KTL并网逆变器。光伏电站如果并网应具备一定的低电压穿越能力简称LVRT，具体的低电压穿越要求为：当电力系统事故或扰动引起光伏电站并网点的电压跌落时，在一定的电压跌落范围和时间间隔内，光伏电站能够保证不脱网连续运行。同时，在低电压穿越过程中光伏电站还应提供动态无功支撑。下列图为低电压耐受能力要求：图7大中型光伏电站的低电压耐受能力要求作为光伏并网发电系统中的核心设备，逆变器必须能够寻求到光伏电池的最正确工作状态，以最大限度地将光能转化为电能。这个最正确工作点就是光伏阵列“I-V曲线〞上的“膝点〞或“P-V曲线〞上的峰值点，即最大功率点,简称MPP。逆变器采用最大功率点跟踪〔缩写为MPPT〕策略，可快速地追踪到光伏阵列的最大功率点，保证随时从光伏阵列获取最大的可用能量加以转换，提高系统发电总量。下列图为最大功率点图示：图8最大功率点图示逆变器具有完善的保护功能，当输入电压或者电网出现异常情况时，均可以有效动作，保护逆变器的平安运行，直到异常情况消失后，再继续并网发电。逆变器保护功能：a、过载保护；b、短路保护；c、接反保护；d、电网过/欠压保护；e、直流过压保护；f、过热保护。第三章施工过程3.1主要技术措施3.1.1光伏组件安装工程施工支架安装钢管支柱的安装，钢管支柱插入预制混凝土桩头。支架详图见图9，支架钢管支柱详图如图10;根据图纸区分前后横梁，以免将其混装。将前、后固定块分别安装在前后横梁上，注意勿将螺栓紧固。支架前后底梁安装。将前、后横梁放置于钢支柱上，连接底横梁，并用水平仪将底横梁调平调直，并将底梁与钢支柱固定。调平好前后梁后，再把所有螺丝紧固，紧固螺丝时应先把所有螺丝拧至八分紧后，再次对前后梁进行校正。合格后再逐个紧固。固定块详图图9支架详图图10支架钢管支柱详图整个钢支柱安装后，应对光管支柱与预制混凝土桩投进行二次水泥浆填灌，使其紧密结合。详见图11。图11〔2〕电池组件安装1〕电池板杆件安装a.检查电池板杆件的完好性。b.根据图纸安装电池板杆件。为了保证支架的可调余量，不得将连接螺栓紧固。2〕电池板安装面的粗调a.调整首末两根电池板固定杆的位置的并将其紧固其b.将放线绳系于首末两根电池板固定杆的上下两端，并将其绷紧。c.以放线绳为基准分别调整其余电池板固定杆，使其在一个平面内。d.预紧固所有螺栓。3〕电池板的进场检验a.太阳能电池板应无变形、玻璃无损坏、划伤及裂纹。b.测量太阳能电池板在阳光下的开路电压，电池板输出端与标识正负应吻合。电池板正面玻璃无裂纹和损伤，反面无划伤毛刺等；安装之前在阳光下测量单块电池板的开路电压应不低于标称开路电压的4V。4〕太阳能电池板安装a.电池板在运输和保管过程中，应轻搬轻放，不得有强烈的冲击和振动，不得横置重压。b.电池板的安装应自下而上，逐块安装，螺杆的安装方向为自内向外，并紧固电池板螺栓。安装过程中必须轻拿轻放以免破坏外表的保护玻璃；c.电池板的联接螺栓应有弹簧垫圈和平垫圈，紧固后应将螺栓露出局部及螺母涂刷油漆，做防松处理。并且在各项安装结束后进行补漆；电池板安装必须作到横平竖直，同方阵内的电池板间距保