村級光伏電站典型設計及應用

丁雙印 陳世永

摘要 村級光伏電站具有建設周期短、發(fā)電收益穩(wěn)定等特點，是近年來光伏電站建設的主要模式之一，但村級電站建設的規(guī)范性有待提高。本文在光伏發(fā)電研究成果基礎上，綜合考慮施工方便和經(jīng)濟效益，給出了村級光伏電站的整體方案。規(guī)范了選址條件、設計方案和設備選型，并就輔助系統(tǒng)及電網(wǎng)接入提供了參考意見，給村級電站的規(guī)?；瘡椭萍敖ㄔO提供了重要依據(jù)。

【關鍵詞】村級光伏電站 電池組件 逆變器典型設計

結(jié)合中央開展村級光伏扶貧項目的政策，以及國家能源局對光伏電站的方案規(guī)劃，近年來村級光伏電站建設規(guī)模不斷擴大。為了進一步促進村級光伏電站設計的規(guī)范化、標準化，創(chuàng)造村級光伏電站設計和接入電網(wǎng)的便利條件，縮短建設并網(wǎng)時間，提高村級光伏電站建設的效率和效益，促進村級光伏電站與電網(wǎng)發(fā)展的和諧統(tǒng)一。本文給出了村級光伏電站的典型設計方案，為光伏項目的設計與施工提供參考。

1 設計要求及設計依據(jù)

1.1 總體設計原則

本典型設計遵循“安全可靠、簡潔實用、經(jīng)濟合理”的設計原則。既考慮設計應用普遍性，又要確保方案經(jīng)濟性;既要合理利用土地，又要兼顧系統(tǒng)效率。典型設計實現(xiàn)村級光伏電站建設規(guī)范化，為村級光伏電站建設中的可行性研究、工程設計、設備招標、施工建設等方面的工作創(chuàng)造條件，降低建設成本、縮短建設周期、確保建設質(zhì)量。

1.2 選址及平場要求

村級電站選址需符合以下要求：

（1）按照每lOOkW占地3畝的規(guī)模;

（2）盡量靠近lOkV公用線路，方便接網(wǎng)工程實施;

（3）靠近居民和道路，具備路通條件，臨水臨電，能夠滿足施工機械和材料進場，方便維護和運輸;

（4）光照條件要好，避免山溝少陽的站址，周圍無樹林遮擋，海拔高度要避免在云霧多發(fā)層;

（5）坡地朝向應選用正南朝向或南偏東、南偏西30度以內(nèi)，坡度不超過30度;

（6）施工場地要清理表面樹木，場地基本平整，具備安裝條件，周邊地面和光伏電站用地要有明確的邊界線標示優(yōu)先選用向南朝向、坡度不大的荒山荒坡，不得選用林地、基本農(nóng)田等土地作為站址;

（7）不得選用山體自然泄洪通道、河流排水區(qū)域附近和地質(zhì)災害多發(fā)區(qū)域。

（8）不得選用文物保護區(qū)、壓覆礦區(qū)、軍事設施區(qū)等區(qū)域。

（9）選擇建筑物上增設時，必須滿足建筑結(jié)構(gòu)及電氣的安全性要求，能夠承載光伏組件、支架以及光伏線纜。

1.3 設計依據(jù)性文件

主要依據(jù)《分布式電源接入電網(wǎng)技術規(guī)定》和國家電網(wǎng)公司《分布式電源并網(wǎng)相關意見和規(guī)范》、《分布式電源接入系統(tǒng)典型設計》。

2 系統(tǒng)方案設計及設備選型

2.1 太陽電池組件選擇

工信部《光伏制造行業(yè)規(guī)范條件（ 2015年本）》規(guī)定：現(xiàn)有光伏制造企業(yè)及項目產(chǎn)品應滿足：多晶硅電池組件和單晶硅電池組件的光電轉(zhuǎn)換效率分別不低于15.5%和16%。

目前工程中多使用晶硅組件，其中晶體硅光伏組件可分為單晶硅、多晶硅。多晶硅組件具有成本低、轉(zhuǎn)化效率高等特點。從背板材質(zhì)分，光伏組件分為單玻組件、雙玻組件。雙玻組件主要用于漁光互補、灘涂電站項目，在山地光伏項目中未見大規(guī)模使用。

本典型設計選用單玻多晶265Wp光伏組件進行設計，轉(zhuǎn)換效率不低于16%，組件選用抗PID高效組件，具有TUV、UL、CE等多項國際認證，保證25年高效穩(wěn)定發(fā)電。

2.2 太陽能陣列安裝形式選擇

在光伏發(fā)電系統(tǒng)的設計中，光伏組件方陣的安裝形式對光伏系統(tǒng)接收到的太陽輻射有很大的影響，從而影響到光伏供電系統(tǒng)的發(fā)電能力。光伏組件的放置方式有固定安裝式和自動跟蹤式兩種形式。自動跟蹤系統(tǒng)包括單軸跟蹤系統(tǒng)和雙軸跟蹤系統(tǒng)。

2.3 電池陣列最佳傾角的計算

電池陣列的安裝傾角對光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率影響較大，對于固定式電池列陣最佳傾角即光伏發(fā)電系統(tǒng)全年發(fā)電量最大時的傾角。以冬至日09：00-15：0 0的6小時內(nèi)前后陣列互不遮擋為原則，采用所選工程代表年的太陽輻射資料，通過模擬軟件進行傾斜面上各月日平均太陽輻射量的計算，不同角度下傾斜面太陽輻射變化曲線。若選擇北緯31°，正南朝向，固定支架安裝傾角為20°。考慮到工程場區(qū)緯度和朝向的具體狀況，設計時需根據(jù)現(xiàn)場實際對安裝傾角進行修正。

2.4 逆變器的選擇

逆變器是將直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能的變流裝置。逆變器按輸入直流電源性質(zhì)分類，可分為電壓源型逆變器和電流源型逆變器。

本典型設計并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中的逆變控制技術是有源逆變，其運行條件需依賴強大的電網(wǎng)支撐。為了獲得更優(yōu)的控制性能，并網(wǎng)逆變器采用輸出電流源的方式并網(wǎng)。

對于逆變器的選型，通過以下幾個方面的指標比較進行選擇：

（1）逆變器輸出效率：大功率逆變器在滿載時，效率必須在90%或95%以上。中小功率的逆變器在滿載時，效率必須在85%或90%以上。即使工作在逆變器額定功率10%的情況下，也要保證90%（大功率逆變器）以上的轉(zhuǎn)換效率。

（2）逆變器輸出波形：為使光伏陣列所產(chǎn)生的直流電源逆變后向公共電網(wǎng)并網(wǎng)供電，就必須對逆變器的輸出電壓波形、幅值及相位等于公共電網(wǎng)一致，實現(xiàn)無擾動平滑電網(wǎng)供電。輸出電流波形良好，波形畸變以及頻率波動低于標準要求。

（3）逆變器輸入直流電壓的范圍：要求直流輸入電壓有較寬的適應范圍，由于太陽能光伏電池的端電壓隨負載和日照強度的變化范圍比較大。就要求逆變器在較大的直流輸入電壓范圍內(nèi)正常工作，并保證交流輸出電壓穩(wěn)定。

（4）可靠性和可恢復性：逆變器應具有一定的抗干擾能力、環(huán)境適應能力、瞬時過載能力及各種保護功能。

2.5 太陽電池方陣設計

太陽電池組件串聯(lián)的數(shù)量由逆變器的最高輸入電壓和最低工作電壓、以及太陽電池組件允許的最大系統(tǒng)電壓所確定。太陽電池組串的串聯(lián)數(shù)量由逆變器的額定容量確定。

電池組件串聯(lián)數(shù)量計算公式：

經(jīng)計算得：串聯(lián)光伏電池數(shù)量N為：13

2.6 電纜選型

本典型設計直流電纜選型，電池組件至組串式逆變器連接電纜選用PVl-F-lx4mm²，電纜主要沿著組件支架C型鋼敷設，跨行時穿電力保護管直埋敷設。組串式逆變器到專用并網(wǎng)接入箱的連接電纜選用帶鎧裝的YJV22-0.6/lKV_3x35+2xl6mm2.

3 系統(tǒng)保護與通信方案

3.1 防雷接地

（1）光伏發(fā)電工程過電壓保護、接地的設計，應符合《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》DL/T620-1997和《交流電氣裝置的接地》DL/T621-1997的規(guī)定。

（2）光伏陣列部分。綜合考慮人員安全，避雷裝置造價，設備受雷擊概率。雷擊對發(fā)電系統(tǒng)的影響及避雷裝置陰影對光伏組件發(fā)電的影響，光伏陣列應設置防直擊雷措施。

l.光伏方陣場地內(nèi)應設置接地網(wǎng)，接地網(wǎng)除采用人工接地極外，還應充分利用光伏組件的支架和基礎。

2.光伏方陣接地應連續(xù)、可靠，接地電阻應小于4Ω。

3.設置光伏陣列、逆變器、交流匯流箱的過電壓保護措施。

3.2 系統(tǒng)繼電保護

3.2.1 400V保護

本典型設計的專用并網(wǎng)接入箱中的斷路器應具備短路瞬時、長延時保護功能和分勵脫扣、欠壓脫扣功能，滿足故障時快速可靠切除故障的要求。

3.2.2 孤島監(jiān)測

本典型設計中采用具備防孤島能力的組串式逆變器。逆變器具備快速監(jiān)測孤島并在監(jiān)測孤島后立即斷開與電網(wǎng)連接的能力。

3.3 遠動通信

本典型方案不獨立配置遠動系統(tǒng)。

計費關口點按單表設置，電能表精度要求不低于0.5級，并且要求有關電流互感器精度達到0.5s級。電能表采用智能電能表，應具備電流、電壓、電量等信息采集和三相電流不平衡監(jiān)測功能。信息采集采用III型專變采集終端。

3.4 安防功能

本典型方案采用在能監(jiān)控全站的合適位置安裝監(jiān)控桿上安裝帶有獨立供電的工業(yè)監(jiān)控攝像頭，通過交流匯流柜和蓄電池供電，能自動充放電，并具備視頻存儲功能，視頻存儲時長能夠達到一周時間，具備循環(huán)覆蓋功能，具備IP65以上防水防塵等級。

3.5 支架基礎

支架基礎有條基、水泥墩、鉆孔灌注樁等方式，鉆孔灌注樁適用于山地、平地等各種復雜地形，開挖及土建工程量小，有利于水土保持。本典型設計建議采用微孔灌注樁基礎。

4 結(jié)論

村級光伏電站有占地少、投資小、建設快、并網(wǎng)易等優(yōu)點，運行模式安全可靠，建設方案復制性強。本文介紹了村級光伏電站典型設計方案，對站址選擇、設備選型、系統(tǒng)保護、安裝測算給出了解決方案，為村級電站施工建設提供了依據(jù)。

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