巴西5MW光伏并网电站系统设计方案

长沙市大河西先导区招商服务中心 50.88KW太阳能光电建筑应用示范工程

初步技术方案

湖南红太阳新能源科技有限公司

二零一一年二月

湖南红太阳新能源科技有限公司

目 录

第一章 工程综合说明 ................................................................................................................... 1 1.1 项目任务与规模 ...................................................................................................................... 1 1.2 总体方案设计 .......................................................................................................................... 1 1.3 电站技术设计 .......................................................................................................................... 1 1.3.1 电站总体布置 ....................................................................................................................... 1 1.3.2 电气设计 ............................................................................................................................... 1 1.4防风沙设计及电池组件清洗设计 ........................................................................................... 1 1.5工程消防设计 ........................................................................................................................... 2 1.6环境保护与水土保持设计 ....................................................................................................... 2 第二章 总体方案设计 ................................................................................................................... 2 2.1 太阳能光伏发电系统的分类及构成 ...................................................................................... 2 2.2 太阳能电池组件选择 .............................................................................................................. 2 2.3 逆变器的选择 .......................................................................................................................... 3 2.4 系统设计方案 .......................................................................................................................... 6 2.5太阳能光伏发电系统效率分析 ............................................................................................... 6 第三章 电站技术设计 ................................................................................................................... 7 3.1 并网太阳能光伏发电系统设计 .............................................................................................. 7 3.2太阳能电池阵列设计 ............................................................................................................... 7 3.2.1太阳能电池组件组合计算 .................................................................................................... 7 3.2.2 太阳能电池方阵设计 ........................................................................................................... 8 3.2.3 太阳能电池方阵汇流箱设计 ............................................................................................... 8 3.2.4 太阳能电池方阵逆变器室设计 ........................................................................................... 8 3.3 电气设计 .................................................................................................................................. 8 3.3.1 电气一次 ............................................................................................................................... 8 3.3.2 电气二次 ............................................................................................................................... 9 第四章 工程设计概算 ................................................................................................................. 13

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5MWp太阳能并网发电系统

第一章 工程综合说明

1.1 项目任务与规模

为了充分利用可再生资源，突出建立湖南省“两型社会”特点，进一步展示湖南光伏产业的良好发展，湖南红太阳新能源科技有限公司特决定在长沙市河西先导区招商中心修建一座光电建筑一体化光伏发电站。本太阳能光伏电站建成后并入当地电网，工程总装机容量50.88kWp。 1.2 总体方案设计

本工程电池组件选用180Wp 单晶硅电池组件与55Wp薄膜电池组件，电池组件均固定安装（采用最佳倾角为20°）(此最佳倾角综合考虑长沙地区的详细气象资料)在固定式支架上，单晶硅太阳能电池组件数量共计180块，薄膜电池组件数量共计336块，装机总容量为50.88Wp。本工程选用合肥阳光电源生产的30kW 与20kW逆变器各一台。

50.88kWp 太阳能电池阵列由一个单晶硅组件方阵与一个薄膜组件方阵组成。每个太阳能电池方阵由太阳能电池组、汇流设备、逆变设备及升压设备构成。

太阳能电池组经日光照射后，形成低压直流电，电池组并联后的直流电采用电缆送至汇流箱；经汇流箱汇流后采用电缆引至逆变器室，采用 380V电压等级接入电网。 1.3 电站技术设计 1.3.1 电站总体布置

电站布置总体规划分两个区，即生产区和管理区。生产区主要为太阳能电池阵列，主要包括电池方阵和逆变器室，。管理区主要为监控室等办公设施。 1.3.2 电气设计

本工程光伏并网发电系统，总装机容量为50.88kWp，推荐采用分块发电、集中并网方案。

光伏发电系统接入电网的方案为：采用 380V电压等级接入电网

电站采用以计算机监控系统为基础的监控方式。计算机监控系统应能满足全站安全运行监视和控制所要求的全部设计功能。控制室仅设置计算机监控系统的值班员控制台，不设常规监控控制台。

1.4 防风沙设计及电池组件清洗设计

根据当地气候条件，建筑物布置采用东西布局，以减少风沙对建筑使用的影响。建筑物周围加大绿化，灌、乔、固沙草结合，达到减弱风速，阻挡风沙的效果。

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设备支架的抗风能力按照32m/s 风速下不受损坏设计。应经常对电池板进行清洗，保证电池板的发电效率。在冬季、春季清洗采用人工清洗，春季一个半月一次，冬季三个月一次；在夏季、秋季清洗采用移动式喷水清洗，每三个月清洗一次。 1.5 工程消防设计

本工程消防设计贯彻“预防为主，防消结合”的设计原则，针对工程的具体情况，积极采用先进的防火技术，做到保障安全，使用方便，经济合理。电站场区内、外交通道净宽均大于4m，都能兼作消防车道，各主要建筑物均有通向外部的安全通道。电站配置砂箱、灭火器等消防器材。 1.6 环境保护与水土保持设计

太阳能光伏发电是可再生能源，其生产过程主要是利用太阳能转变为电能的过程，不排放任何有害气体。

工程在施工中由于土石方的开挖和施工车辆的行驶，可能在作业面及其附近区域产生粉尘和二次扬尘，造成局部区域的空气污染。可采用洒水等措施，尽量降低空气中颗粒物的浓度。

本工程建成后对既可以为建筑提供新的电源，又不增加环境压力，还可起到良好的环保示范宣传作用，具有明显的社会效益和环境效益。

第二章 总体方案设计

2.1 太阳能光伏发电系统的分类及构成

并网光伏发电系统按照系统功能可以分为两类：不含蓄电池环节的“不可调度式并网光伏发电系统”和含有蓄电池组的“可调度式并网光伏发电系统”。

本工程太阳能光伏发电系统为不可调度式并网太阳能光伏发电系统。太阳能通过太阳能电池组成的光伏阵列转换成直流电，经过三相逆变（DC-AC）转换成三相交流电，再通过升压变压器转换成符合公共电网要求的交流电，并直接接入公共电网，供公共电网用电设备使用和远程调配。

本工程光伏发电系统主要由太阳能电池板（组件）、逆变器及变配电系统三大部分组成。

2.2 太阳能电池组件选择

太阳能电池组件的选择应在技术成熟度高、运行可靠的前提下，结合电站周围的自然

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环境、施工条件、交通运输的状况，选用行业内的主导太阳能电池组件类型。根据电站所在地的太阳能状况和所选用的太阳能电池组件类型，计算光伏电站的年发电量，选择综合指标最佳的太阳能电池组件。

本站太阳能电池组件选择由中国电子科技集团公司第四十八研究所提供的单晶硅太阳能电池组件，型号为CS48-180D-24。主要参数如下表：

表一：太阳能光伏电池组件参数表

序号 1 2 3 4 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

2.3 逆变器的选择 2.3.1 逆变器的技术指标

型式 型号 尺寸结构 使用粘合胶体类型 标准功率 峰值电压 峰值电流 短路电流 开路电压 系统电压 峰值电流温度系数 峰值电压温度系数 短路电流温度系数 开路电压温度系数 温度范围 功率误差范围 表面最大承压 承受冰雹 接线盒类型 接线盒防护等级 接线盒连接线长度 组件的填充因子 框架结构 边框和电池距离 项 目 内 容 单晶硅光伏电池组件 CS48-180D-24 1580×808×35mm 中性密封硅胶 180W 36.4V 5.20A 5.55A 45.0V 最大系统电压1000V (0.050±0.010)%/℃ -(70±10)mV/℃ (0.065±0.015)%/℃ -(80±10)mV/℃ -40℃ - +85℃ +3% 00帕 直径25mm,速度23m/s 密封防水 IP65 正极900mm，负极900mm 0.74 阳极氧化铝合金 最小处12.5mm 在AM1.5、1000W/m2的辐照度、25℃的电池温度下的峰值参数： ~ 3 ~

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对于逆变器的选型，应注意以下几个方面的指标比较：

(1)可靠性和可恢复性：逆变器应具有一定的抗干扰能力、环境适应能力、瞬时过载能力及各种保护功能，如：故障情况下，逆变器必须自动从主网解列。

(2) 逆变器输出效率：大功率逆变器在满载时，效率必须在90％或95％以上。中小功率的逆变器在满载时，效率必须在85％或90％以上。在50W/m2 的日照强度下，即可向电网供电，即使在逆变器额定功率10％的情况下，也要保证90％（大功率逆变器）以上的转换效率。

(3) 逆变器输出波形：为使光伏阵列所产生的直流电源逆变后向公共电网并网供电，就必须对逆变器的输出电压波形、幅值及相位等于公共电网一致，实现无扰动平滑电网供电。输出电流波形良好，波形畸变以及频率波动低于门槛值。

(4) 逆变器输入直流电压的范围：要求直流输入电压有较宽的适应范围，由于太阳能光伏电池的端电压随负载和日照强度的变化范围比较大。就要求逆变器在较大的直流输入电压范围内正常工作，并保证交流输出电压稳定。

逆变器主要技术指标还有：额定容量；输出功率因数；额定输入电压、电流；电压调整率；负载调整率；谐波因数；总谐波畸变率；畸变因数；峰值指数等。 2.3.2 逆变器的选型

本工程系统容量为50.88kWp，从工程运行及维护考虑，若选用单台容量小的逆变设备，则设备数量较多，会增加投资后期的维护工作量；在投资相同的条件下，应尽量选用容量较大的逆变设备，可在一定程度上降低投资，并提高系统可靠性。

光伏并网逆变器（下称逆变器）是光伏发电系统中的核心设备，必须采用高品质性能良好的成熟产品。逆变器将光伏方阵产生的直流电（DC）逆变为三相正弦交流电（AC），输出符合电网要求的电能。

因此，本工程选用阳光电源的容量为30kW与20kW 的逆变器各一台。 本站所选逆变器基本参数如下：

表二：并网逆变器参数表（SG 20KTL）

直流侧参数 DC 最大直流电压 最大功率电压跟踪范围 最大直流功率 最带输入电流 1000Vdc 380~800 Vdc 22kWp 52A（每路26A） ~ 4 ~

5MWp太阳能并网发电系统 最大输入路数 交流侧参数 额定输出功率 额定电网电压 允许电网电压 额定电网频率 允许电网频率 总电流波形畸变率 功率因数 系统 最大效率 欧洲效率 防护等级 夜间自耗电 允许环境温度 冷却方式 允许相对湿度 允许最高海拔 显示与通讯 显示 标准通讯方式 可选通讯方式 机械参数 外形尺寸 重量 2 20kW 400Vac 310~450Vac 50 Hz /60Hz 47~51.5Hz/57~61.5Hz <3%（额定功率） ≥0.99（额定功率） 98.1% 97.6% IP20（室内） <100W -25~+55℃ 风冷 0~95%，无冷凝 6000米 触摸屏 RS485 以太网/GPRS 8×695×232mm 60kg

表三.并网逆变器参数表（SG 30K3） 直流侧参数 DC 最大直流电压 最大功率电压跟踪范围 最大直流功率 最带输入电流 最大输入路数 交流侧参数 450Vdc 220~380Vdc 33kWp 150A 1 ~ 5 ~

5MWp太阳能并网发电系统 额定输出功率 额定电网电压 允许电网电压 额定电网频率 允许电网频率 总电流波形畸变率 功率因数 系统 最大效率 欧洲效率 防护等级 夜间自耗电 允许环境温度 冷却方式 允许相对湿度 允许最高海拔 显示与通讯 显示 标准通讯方式 可选通讯方式 机械参数 外形尺寸 重量 30kW 400Vac 310~450Vac 50 Hz /60Hz 47~51.5Hz/57~61.5Hz <3%（额定功率） ≥0.99（额定功率） 98.1% 97.6% IP20（室内） <100W -25~+55℃ 风冷 0~95%，无冷凝 6000米 LCD RS485 以太网/GPRS 820×19×6mm 582kg 2.4 系统设计方案

本工程电池组件选用180Wp 单晶硅电池组件与55Wp薄膜组件，电池组件均固定安装（采用最佳倾角为20°）在固定式支架上，但金贵太阳能电池组件数量共计180块，薄膜太阳能电池组件数量共计336块、装机总容量为50.88kWp。本工程选用阳光电源生产的20kW与30kW 逆变器各一台。

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太阳能电池组经日光照射后，形成低压直流电，电池组并联后的直流电采用电缆送至汇流箱；经汇流箱汇流后采用电缆引至逆变器室，以380V交流接入电网。

2.5太阳能光伏发电系统效率分析

太阳能光伏发电系统效率包括：太阳能电池老化效率、交、直流低压系统损耗及其他

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设备老化效率、逆变器效率、变压器及电网损耗效率。

（1）太阳能电池老化效率η1：太阳能电池由于老化等因素的影响，使光伏系统运行期发电效率逐年衰减。本工程中电池老化系数逐年按衰减0.90％计；

（2）太阳能电池方阵组合的损失、尘埃遮挡、线路损耗及逆变器、变压器等电气设备老化，使系统效率降低，本工程损耗及老化综合效率取80％。

第三章 电站技术设计

3.1 并网太阳能光伏发电系统设计

本工程光伏并网发电系统，推荐采用分块发电、集中并网方案，将系统分成2个方阵，分别为单晶硅方阵与薄膜方阵。两个方阵的组件分别经过各自的汇流箱后接入30kW与20kW逆变器，转化为380V交流后接入电网。 3.2太阳能电池阵列设计 3.2.1太阳能电池组件组合计算

本电站安装容量为50.88kWP，太阳能电池组件选型为180Wp单晶硅电池与55Wp薄膜电池，逆变器容量选用20kW与30kW各一台。 （1）电池组件计算参数

组件及线路损耗、尘埃遮挡等电压损失为4％。 冬季最低环境温度为：-15℃， 夏季最高环境温度为：40℃。 （2）电池组件组合计算 计算公式：

N ≤Vdcmax /Voc×96％ …………………………… （1） N ＞Vdcmin/Vmp×96％…………………………… （2） 式中：Vdcmax——逆变器绝对最大输入电压；

Vdcmin——逆变器绝对最小输入电压； Voc——电池组件开路电压； Vmp——电池组件最佳工作电压。

经计算：得出串联光伏电池数量N 为：14≤N≤17，根据逆变器最佳输入电压以及电池板工作环境等因素进行修正后，最终确定太阳能电池组件的串联组数为16（串）。根据电池组件的串联得出太阳能电池组件的并联组数为110。

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3.2.2 太阳能电池方阵设计

对于太阳能电池组件，在标准状况下投射在其表面的太阳辐射量越多则转换的电能越多。为了更多的获得太阳辐射能并考虑技术方案的经济性、可靠性，进行比较后，本工程电池方阵运行方式采用固定安装运行方式。 （1）电池方阵的最佳倾角

电池阵列的安装倾角对光伏发电系统的效率影响较大，对于固定式电池列阵最佳倾角即光伏系统全年发电量最大时的倾角。计算倾斜面上的太阳辐射量，通常采用Klein 计算方法。结合长沙当地纬度与气象条件，倾角选取为20°。

（2）电池方阵的组成与布置

16 块组件串接方式有多种，但是为了接线简单，降低施工复杂程度，确定串接方式4个组串并1路。

3.2.3 太阳能电池方阵汇流箱设计

汇流箱具有以下特点：

(1) 同时可接入11 路输入，可以通过断路器进行限流保护，并能分断控制，断路器的耐压值不大于DC1000V；

(2) 每回路均可承受DC1000V 电压；

(3) 配有光伏专用高压防雷器，正负极都具备防雷功能。 3.2.4 太阳能电池方阵逆变器室设计

逆变器室是整个电站的重要部位。太阳能电池板产生的直流电通过室内的逆变器转换成380V交流电后送入电网。

逆变器室内设有直流配电柜、逆变器。

直流柜是室外汇流箱送入的电缆与逆变器的连接柜，柜内设直流保护开关及避雷器，具有防止雷电及操作过电压功能，过流和速断保护功能。柜内设有数字式电流电压表，可在现场或中控室监视每个汇流箱回路工作状况。

逆变器柜是将直流柜输入的直流电转换成交流电。 3.3 电气设计 3.3.1 电气一次 3.3.1.1 接入系统方式

本电站采用380V一级电压，接入地方电网，出线一回。

本工程最终接入系统方案应以通过当地电力部门审查确定的结果为准。 3.3.1.2 电气主接线

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根据太阳能电池阵列设计，本站共有一个单晶硅电池方阵与一个薄膜电池方阵。单晶硅方阵与30kW逆变器相连，薄膜方阵与20kW逆变器相连。

3.3.1.3 主要电气设备选择 （1）过电压保护 a) 直击雷保护

缺少当地气候资料，无雷暴日参数。避雷针设置暂未计算；太阳能电池组件支架均与场区接地网连接。在变电所的35kV 出线侧、35kV 母线、升压变压器35kV 侧分别装设一组无间隙金属氧化物避雷器对雷电侵入波和其他过电压进行保护。进出厂区的埋地电缆必须带金属屏蔽层；低压系统经绝缘配合逐级加避雷器或其他保护设备；建筑物内的弱电穿管采用金属管。 （2） 接地

本工程接地的种类包括： a) 防雷接地； b) 工作接地； c) 保护接地；

电站形成一个接地网，接地电阻不大于4Ω。接地网采用40×4 镀锌扁钢与光伏电池板基础钢筋焊接做接地体，40×4 镀锌扁钢在子方阵中焊接成网状，各子方阵接地体相互连接。3.3.1.4 照明系统

照明系统电源从所用电箱式变电站0.4kV 母线引来。照明系统电压为380/220V。主要部位照明配置如下：

a) 逆变器室、中控室及办公室采用格栅荧光灯。 b) 宿舍、走廊及楼梯间采用节能吸顶灯。 c) 在办公楼顶及场地周边设投光灯。 d) 办公室、宿舍设电采暖插座。 3.3.2 电气二次

3.3.2.1 电站的调度管理与运行方式

电站的调度管理方式直接接受当地电网调度中心调度，初步考虑与调度中心实行上行信息与下行信息交换。

光伏电站按“无人值班”（少人值守）的原则进行设计。电站采用以计算机监控系统为基础的监控方式。计算机监控系统应能满足全站安全运行监视和控制所要求的全部设计功

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能。监控室仅设置计算机监控系统的值班员控制台，不设常规监控控制台。 3.3.2.2 电站的自动控制 （1）计算机监控系统

a) 计算机监控系统结构：本电站采用电站一级控制，以安全可靠、先进实用、经济合理为基本原则。电站控制级为电站实时监控中心，负责整个电站的控制、管理和对外部系统的通信等。

b) 计算机监控系统的主要功能

①数据采集与处理功能：系统对电站主要设备的运行状态和运行参数实时自动采集，对所采集的数据进行分析、处理、计算以形成电站监控与管理所需要的数据，对主要的数据作为历史数据予以整理、记录、归档，按调度要求传送必要的实时数据。

②安全检测与人机接口功能：系统能实时监视电站各类电气设备的运行状态和参数，并能完成越限报警、事故顺序记录、事故追忆等任务。系统可通过CRT、键盘等人机接口设备实现人机对话。

③控制功能：系统能自动完成对电站设备的实时控制，主要包括运行设备控制、断路器及隔离开关的分合闸操作、厂用系统的控制与操作。

④数据通信功能：能实现计算机监控系统与调度中心的数据通信。

⑤系统自诊断功能：计算机监控系统自诊断功能包括硬件自诊断和软件自诊断，在线自诊断和离线自诊断。

⑥系统软件具有良好的可修改性，能很容易地增减或改变软件功能及方便升级。 ⑦自动报表及打印功能：包括运行参数、运行曲线、工作状态、运行方式、保护及断路器动作时间次数等的定时打印与召唤打印。

⑧时钟系统：通过卫星同步时钟系统，实现计算机监控系统与系统调度之间时间的同步。

c) 计算机监控系统的构成：选用两台工控计算机做为站级控制设备，其中一台为主机/操作员工作站，另外一台作为通信工作站，每台工控机的人机联系设备选用标准键盘、鼠标各一个，高分辨率大屏幕监视器一台，另外配置打印机两台、语音报警音响等。 （2）光伏发电设备的控制

光伏发电设备包括以下几个部分：光伏阵列及直流汇箱、直流柜、并网逆变器、交流柜。并网逆变器有群控功能，当光伏电池发电量较小而逆变器可能处于不正常工作状态或工作效率太低，这时群控器会自动选择关闭部分逆变器，以避免逆变器在低负荷状态下工作。

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3.3.2.3 继电保护与自动装置 （1）保护装置的选型

与集成电路型模拟式保护相比，微机保护装置功能齐全、运行灵活、可靠性高、抗干扰能力强、具备自检功能、价格适中、且能方便地与电站计算机监控系统接口，结合本电站自动化水平的要求，本电站采用微机型继电保护装置。 （2）保护配置方案 本站保护配置如下： 并网逆变器保护

并网逆变器为制造厂成套供货设备，设备中包含有欠电压保护、过电压保护、低频保护、孤岛保护、短路保护等功能。 3.3.2.4 二次接线 （1）测量系统

由于配置了计算机监控系统，所有电气测量将全部进入计算机监控系统，根据设备 运行需要在现地配置必要的常测仪表，常测仪表的精度可按一级考虑。计费用的关口使用电能计量装置，其设备选型由当地供电部门认可，相应的电流互感器和电压互感器，准确度等级为0.2s 级，且电流、电压线圈专用。 （2）信号系统

本站采用全计算机监控系统，不再设的音响系统，各类信号全部送入计算机监控系统。全站所有故障信号及事故信号均能在CRT上显示并发出语音报警和音响信号。另外，在现地设备上也应有必要的运行状态和故障信号。 （3）控制电源系统：

本站选用直流控制电源，电压等级为220V。直流系统配置一组65Ah 的阀控密闭蓄电池组，一台由高频开关电源模块组成的充电/浮充电充电装置。系统装设一套微机型直流绝缘监测装置，以便及时发现直流系统绝缘降低或接地情况。 （4） 工业电视系统：

本电站设置一套工业电视系统，实现对电站主要电气设备，光伏电池、主控室、进站通道等现场的视频监视，系统主要配置前置摄像机及相关附件。网络视频服务器、视频监视主机及网络输出设备、视频信号通过电网调度通信网络可实现视频信号的远传。 （5） 环境监测系统：

在太阳能光伏发电场内配置一套环境监测仪，实时监测日照强度、风速、风向、温度

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等参数。该装置由风速传感器、风向传感器、日照辐射表、测温探头、控制盒及支架组成。可测量环境温度、风速、风向和辐射强度等参量，其通讯接口可接入计算机监控系统，实时记录环境数据。

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第四章．固定资产投资估算表

序号 一 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 二 11 12

项目名称 机电设备及安装工程 太阳能单晶电池组件/180Wp 太阳能薄膜电池组件/55Wp 并网逆变器/30KW 并网逆变器/20KW 直流汇流箱 交直流配电柜 基础及支架 监控系统及其附件 电缆及其附件 工程安装及调试 小计 其它费用 勘测设计 管理、利润及税金 小计 合计（一+二）

片 片 台 台 面 套 项 套 套 项 项 项

180 336 1 1 4 1 1 1 1 1 1 1

1980 412.5 41000 22000 6000 82000 61000 41000 40700 82000 22000 298000

综合投资（万元） 35. 13.398 4.1 2.2 2.4 8.2 6.1 4.1 4.07 8.2 88.408 2.2 37.8 40 128.4

备注 11元/W 7.5元/W 单位 数量 单价（元） ~ 13 ~