太阳能光伏发电应用技术-第9章

太阳能光伏发电应用技术第9章光伏发电项目的建设第9章光伏发电项目的建设9.1光伏发电系统的设计9.2光伏发电系统的施工9.3光伏发电工程的验收主要内容9.1光伏发电系统的设计9.1.1光伏发电系统的总体目标1．光伏发电系统的定义及分类根据《光伏发电站设计规范》（GB50797—2012），综合考虑不同电压等级电网的输配电容量、电能质量等技术要求，我国光伏电站等级分类可按本期安装的额定容量划分如下：（1）小型光伏发电站，额定容量小于等于6MW；（2）中型光伏发电站，额定容量大于6MW且小于等于50MW；（3）大型光伏发电站，额定容量大于50MW。

依据电网接入相关规定：对分布式光伏发电系统，要求以10kV及以下电压等级接入电网，且单个并网点总装机容量不超过6MW；对容量6～50MW的光伏电站，选用20～110kV电压等级接入电网；对容量超过50MW的光伏电站，一般选用110kV及以上电压等级接入电网。9.1光伏发电系统的设计9.1.1光伏发电系统的总体目标2．设计总体目标和要求对于不同类型的光伏发电系统，设计的总体目标和要求各不相同。就并网光伏发电系统而言，主要工作在于如何使整个光伏发电系统在全年能够向电网输出最多的电能，所以设计的总体目标是尽量减少系统的能量损失，使光伏发电系统全年能够得到最大的发电量。9.1光伏发电系统的设计9.1.2并网光伏发电系统的设计9.1.2.1并网光伏发电系统的装机容量设计1.影响发电量的因素影响并网光伏发电系统发电量的因素大体可以归纳成装机容量、能效比（或系统效率）和太阳辐照量三个方面。1）并网光伏发电系统的装机容量光伏发电系统或光伏电站的装机容量是指系统中所有光伏组件额定功率（组件背板铭牌上的标称功率）之和。光伏电站的申报容量通常采用装机容量（直流），现在也可以采用交流容量来申报。9.1光伏发电系统的设计9.1.2并网光伏发电系统的设计9.1.2.1并网光伏发电系统的装机容量设计2）能效比（PerformanceRatio，PR）并网光伏发电系统中PR的大小与系统设计、施工安装、设备及零部件质量、平衡部件（包括逆变器、控制设备等）效率、连接线路和其他损失，以及运行维护情况等因素有关，大致可以分为以下几个方面。组件失配损失电缆线损遮挡损失温度影响平衡系统（BOS）的效率停机故障组件的隐裂光伏组件的热斑效应PID效应9.1光伏发电系统的设计9.1.2并网光伏发电系统的设计9.1.2.1并网光伏发电系统的装机容量设计3）太阳辐照量在设计光伏发电系统时，通常都通过光伏发电系统计算软件附带的气象数据（如来自气象数据库Meteonorm、NASA等的气象数据）进行预测。但是需要指出的是：NASA所提供的数据与我国地面气象台实际测量的太阳辐射数据有一定差别，NASA提供的数据除在青藏高原一些地区偏小外，在我国大多数地区太阳辐射数据普遍偏大，所以在实际应用时要特别加以注意，而Meteonorm提供的数据更适合中国实际，但在有些地区数据偏小。这些太阳辐照量资料通常提供的都是水平面上的太阳辐射资料，而光伏方阵通常是倾斜放置的，在发电量计算时需要将水平面上的太阳辐照量换算成倾斜光伏方阵面上的辐照量。具体计算方法可参照第2章的相关内容。9.1光伏发电系统的设计9.1.2并网光伏发电系统的设计9.1.2.1并网光伏发电系统的装机容量设计2.并网光伏发电系统发电量的估算并网光伏发电系统每年的发电量可用下列简单的公式进行估算：Eout=Ht·P0·PR（9-4）式中：Eout为并网光伏电站全年输出的电能（kW·h/y）；Ht为光伏方阵面上全年接收到的太阳总辐照量（kW·h/m2·y）与标准测试条件下的地面太阳辐射强度（G=1000W/m2）相除后得到的峰值日照时数（h/y）；P0为光伏发电系统实际功率（kW）；PR为能效比。9.1光伏发电系统的设计9.1.2并网光伏发电系统的设计9.1.2.1并网光伏发电系统的装机容量设计3.常用设计软件介绍光伏电站的设计涉及因素很多，关系非常复杂，为了方便使用，已经开发出一些设计软件，目前国际上常用的光伏电站设计软件有PVSystem、RETScreen等，对应的气象数据库有Meteonorm、NASA等。①在进行光伏发电系统设计时，PVSystem软件或者PVSOL软件更适合国内使用，在进行三维设计模拟时，可选用SketchUp软件。②在选择数据库时，建议优先考虑采用项目地实测太阳辐射资源数据，其次选用Meteonorm数据库或者多种数据来源配合使用。9.1光伏发电系统的设计9.1.2并网光伏发电系统的设计9.1.2.2并网光伏电站与电网的连接1．光伏电站并网要求并网光伏发电系统与电网的连接是一个重要环节，大中型并网光伏电站设计应符合《光伏发电接入配电网设计规范》（GB/T50865—2013）、《光伏电站接入电力系统设计规范》（GB/T50866—2013）、《光伏发电系统接入配电网技术规定》（GB/T29319—2012）、《光伏电站接入电力系统技术规定》（GB19964—2012）、《光伏发电系统并网技术要求》（GB/T19939—2005）等标准要求，并参照《光伏电站电能质量检测技术规程》（NB/T3200—2013）等进行检测。光伏电站的并网向当地交流负载提供电能和向电网发送电能的质量，在谐波、电压偏差、电压不平衡度、直流分量、电压波动和闪变等方面应满足相关并网要求。9.1光伏发电系统的设计9.1.2并网光伏发电系统的设计9.1.2.2并网光伏电站与电网的连接2．光伏发电系统的并网类型

9.1光伏发电系统的设计9.1.2并网光伏发电系统的设计9.1.2.2并网光伏电站与电网的连接3．光伏发电系统的并网方式

9.1光伏发电系统的设计9.1.2并网光伏发电系统的设计9.1.2.3并网光伏发电系统设计的基本流程（1）掌握基本数据（2）站址选择及现场勘察（3）进行总平面布置（4）确定设备的配置及型号（5）选择合适的并网逆变器（6）确定光伏发电系统的并网方式（7）决定光伏组件的串并联数量（8）计算光伏方阵的最佳倾角（9）进行工程现场总体设计，确定方阵布局（10）分析分布式接入容量对配电网的影响（11）评估成本及效益9.1光伏发电系统的设计9.1.3离网光伏发电系统设计1.离网光伏发电系统优化设计总体要求建设离网光伏发电系统最重要的是容量设计，内容包括确定光伏方阵的容量和蓄电池的容量，以及决定光伏方阵的倾角。在充分满足用户负载用电需要的前提下，尽量减小光伏方阵和蓄电池的容量，以达到可靠性和经济性的最佳结合，避免盲目追求低成本或高可靠性的极端倾向。当前尤其要纠正为了市场竞争，片面强调低投资，随意减小系统容量或选用低性能廉价产品的做法。光伏发电系统和产品要根据负载的要求和使用地点的气象及地理条件（如纬度、太阳辐照量、最长连阴雨天数等）进行优化设计，设计前应充分掌握这两类数据。光伏发电系统设计的依据是按月能量平衡。9.1光伏发电系统的设计9.1.3离网光伏发电系统设计2.技术条件1）负载性质2）几种日照的概念可照时间、日照时数、日照百分率、峰值日照时数3）温度影响4）蓄电池维持天数对于负载对电源要求不是很严格的光伏系统，在设计中维持天数可取3～5天；而对于负载对电源要求很严格的光伏发电系统，在设计中维持天数常常取7～12天。。9.1光伏发电系统的设计9.1.3离网光伏发电系统设计3.光伏方阵倾角的选择1）方阵应尽可能倾斜放置为了使光伏方阵表面接收到更多的太阳辐射能量，根据日地运行规律，方阵表面最好是朝向赤道（方位角为0°）安装，即在北半球朝向正南，南半球朝向正北，并且应该倾斜安装。2）最佳倾角的确定

确定离网光伏发电系统方阵的最佳倾角，首先要区分不同类型负载的情况。均衡性负载供电的独立光伏发电系统方阵的最佳倾角，要综合考虑方阵面上接收到太阳辐照量的均衡性和极大性等因素，经过反复计算，在满足负载用电要求的条件下，比较各种不同倾角所需配置的光伏方阵和蓄电池容量的大小，最后才能得到既符合要求的蓄电池维持天数，又能使所配置的光伏方阵容量最小所对应的方阵倾角。对于季节性负载，最典型的是光控太阳能照明系统，这类系统的负载每天工作时间随着季节而变化，其特点是以自然光线的强弱来决定负载工作时间的长短。冬天时负载耗电量大，因此设计时要重点考虑冬季，使方阵面上在冬季得到的辐照量大，所以所对应的最佳倾角应该比为均衡性负载供电方阵的倾角大。9.1光伏发电系统的设计9.1.3离网光伏发电系统设计4.均衡性负载的光伏发电系统设计5.季节性负载的光伏发电系统设计目前，应用得较多的是光控太阳能光伏照明系统。光控照明系统的特点是以自然光线的强弱来决定负载工作时间的长短。天黑开灯，天亮关灯，每天的工作时间不一样，因此负载耗电量也不相同，而且与太阳日照时间的规律正好相反。夏天日照时间长，辐照量大，灯具需要照明的时间短；冬天日照时间短，辐照量小，灯具需要照明的时间反而长，所以此类光控照明系统在太阳能光伏电源应用中的工作条件是最苛刻的，设计时需要特别注意。6.特殊要求负载的光伏发电系统设计衡量供电系统的可靠性通常可用负载缺电率（LossofLoadProbability，LOLP）来表示，LOLP的定义为LOLP=全年停电时间/全年时间

LOLP的值在0～1之间，数值越小，供电可靠程度越高，如LOLP=0，则表示任何时间都能保证供电，全年停电时间为零。在一些特殊需要场合应用的系统，如为重要的通信设备、灾害测报仪器、军用装备等供电的离网光伏发电系统，有时确实需要满足不停电的要求。蓄电池的维持天数先用n=0代入。9.1光伏发电系统的设计9.1.4光伏发电系统的硬件设计1.站区布置1）遮挡物阴影的长度2）两排方阵之间的最小距离3）光伏方阵布置明确前、后排方阵之间的最小距离后，即可根据现场的实际大小、所采用的光伏组件的尺寸，按照方阵的最佳倾角，同时还要考虑光伏组件串、并联的线路连接等因素，反复进行排列比较，最后得出合理的布局。4）方阵支架设计方阵布置确定后，即可根据选定组件的尺寸、串并联数目和方阵倾角等条件，设计方阵支架及基座等支撑结构。9.1光伏发电系统的设计9.1.4光伏发电系统的硬件设计2.配电房及电气设计如果属于并网型光伏电站，需要合理进行配电房（包括配电间、变电站、开关站、升压站等）的布置，按顺序统一安排好直流配电（包括防雷）柜、控制器或并网逆变器、交流配电（包括防雷）柜、升压变压器等电气一次设备及测量、记录、储存、显示、通信等电气二次设备的位置，使其布局合理、接线可靠、操作方便，还要考虑与电网连接位置及方式等。对于预装式变电站或储能系统，在总图布置时要提前预留位置。如果属于离网光伏系统，需要使这些设备尽量与蓄电池靠近，但又能相互隔开，保证运行安全。3.辅助设备的选配蓄电池、控制器、逆变器、防雷装置、、消防安全等9.1光伏发电系统的设计9.1.5其他设计1.漂浮光伏电站

1）漂浮光伏电站的概述漂浮光伏电站是利用浮体将光伏组件漂浮在水面进行发电。水体对光伏组件有冷却效应，可以抑制组件表面温度上升，从而获得更高的发电量。此外，将光伏组件阵列覆盖在水面上，还可以减少水面蒸发量，抑制藻类繁殖，保护水资源。2）设计要点漂浮光伏发电的设计要点主要是：浮体选择、设备浮台、锚固系统、接地设计方案等。（1）浮体选择9.1光伏发电系统的设计9.1.5其他设计1.漂浮光伏电站2）设计要点（2）设备浮台目前市场主流的设备浮台分别为钢浮台和混凝土浮台。（3）锚固系统

锚固系统的设计输入资料包括水文资料、气象条件、地形、地质报告、浮体性能测试报告。浮体性能测试报告要求有浮筒拉耳及螺栓能够承受的受力值，计算方法可参考中国光伏行业协会标准T/CPIA0017—2019《水上光伏发电系统设计规范》的附录A。（4）接地①厂区主接地网−铜包钢线。②组件间等电位连接。组件间通过组件接地孔经YJVR1×6mm2接地线缆进行等电位连接至两端通过YJVR1×16mm2线接至水平主接地网−铜包钢线，完成接地。③逆变器及变压器接地。逆变器及变压器通过1×16mm2线接至主接地网。9.1光伏发电系统的设计9.1.5其他设计2.柔性支架1）柔性支架技术的概述光伏柔性支架是一种基于张力结构体系设计的光伏组件支撑结构，由拉索构成主要的受力构件，与传统刚性结构相比，柔性支架表现出明显的几何非线性特征。现在的主流技术是预应力悬索柔性光伏支架技术，又称预应力柔性支架技术或预应力悬索支架技术。光伏柔性支架技术解决了污水池面、荒山、滩涂、鱼塘等大跨度跨越难题，尤其适合荒地、荒山、鱼塘、垃圾填埋场、污水处理厂等复杂环境。2）柔性支架技术进展（1）非预应力柔性支架技术采用钢丝绳作为光伏组件的支撑，在大风状态下松弛度过大，不能满足光伏组件抗隐裂要求。跨距一般为10～20m。（2）普通跨距预应力柔性支架技术采用预应力钢绞线作为光伏组件的支撑，组件下方敷设单层索，在大风作用下，钢绞线协同组件上下振动。跨距一般为10～30m。（3）大跨距预应力柔性支架技术采用预应力钢绞线作为光伏组件的支撑，组件下方敷设双层索，分别为组件索和承重索。组件索无垂度，在大风作用下，柔性构件几乎无震荡，不会造成组件隐裂。大跨距预应力柔性支架技术跨距大于30m。9.1光伏发电系统的设计9.1.5其他设计2.柔性支架3）预应力悬索柔性光伏支架的技术特点应用场景丰富造型轻盈通透，提高土地利用率改变通风和光照布局，提升发电收益刚柔相济，提高安全性、耐久性专业施工技术，节约物料，施工工期可控4）大跨距预应力悬索柔性光伏支架设计荷载计算根据全国基本风压布置图及《建筑结构荷载规范》（GB50009—2012），同时，考虑光伏支架的使用年限为25年，基础的使用年限为50年。支架及基础所考虑的荷载为：结构自重、预应力作用、风荷载、雪荷载、地震作用和温度作用。支架设计根据《建筑结构荷载规范》（GB50009—2012）进行荷载效应设计。荷载状态下预应力拉索结构的变形不宜大于跨度的1/50。9.2光伏发电系统的施工9.2.1系统安装前的准备大中型光伏发电系统安装前应具备以下条件。（1）设备随机资料设计文件；产品质量证明文件；产品合格证；产品出厂检验证书；有复检要求的材料应有复检报告等。（2）施工技术文件设计交底和图纸会审记录；相应的技术标准规范；施工图；设计变更；施工组织设计；专项施工方案等。（3）开箱验收①光伏组件、支架、汇流箱、逆变器、变压器等设备及材料应符合设计文件和订货合同的要求。②开箱验收应在建设单位、监理单位、施工单位、厂家等相关人员参加下按照装箱单清点并检查。（4）工序交接验收①控制室、配电房等附属建筑及设施均按规范要求已完工。②预留基础、预留孔洞、预埋件、混凝土浇制品、预埋管和设施都已完成，符合设计图纸和施工规范要求，并已验收合格。③质量控制资料应完整。（5）其他①施工单位的资质、特殊作业人员资质、施工机械、施工材料、计量器具等都已通过合格审查，并已取得相关的施工许可文件。②场地、电力、道路、通信等条件已能满足正常的施工需要。③所有需要的设备和材料等都已经运送到现场，并得到妥善保管。9