浅谈永安市日发纺织有限公司2.3MW屋顶分布式光伏发电项目设计实例的研究

 【摘 要】屋顶分布式光伏发电项目具有建设周期短、发电收益稳定等特点，是近年来光伏电站建设的主要模式之一。论文通过对永安市日发纺织有限公司2.3MW屋顶分布式光伏发电项目的实例工程设计方案介绍，希望给刚从事光伏行业的设计者对屋顶光伏发电系统、项目设计方案、光伏发电元器件选择以及光伏系统防雷接地措施等方面提供可参考意见。 
　　【Abstract】The rooftop distributed photovoltaic power generation project has the characteristics of short construction period ， stable power generation and so on， and it is one of the main modes of photovoltaic power plant construction in recent years. Through introducing the design scheme of a case engineering of 2.3MW rooftop distributed photovoltaic power generation project of Yong'an Rifa Textile Company Limited， hoping to provide some reference for designers who are just engaged in the photovoltaic industry on the roof photovoltaic power generation system， project design scheme， selection of photovoltaic power generation components and lightning protection grounding measures of photovoltaic system. 
　　【关键词】屋顶分布式光伏发电项目；电池组件；逆变器；防雷接地 
　　【Keywords】 rooftop distributed photovoltaic power generation project； battery module； inverter； lightning protection grounding 
　　【中图分类号】TU85 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2018）09-0147-02 
　　1项目概况[1] 
　　永安市日发纺织有限公司利用其厂房屋顶投资建设规划容量2.3MWp太阳能屋顶分布式光伏并网电站。本项目建设场地位于永安市日发纺织有限公司，地理坐标为经度117.363925°E，纬度26.008983°N。 
　　本工程光伏组件安装在永安市日发纺织有限公司各彩钢瓦厂房屋顶，共利用其屋顶面积1.90万平方米。采用分块发电、集中并网、集中控制方案，将按照企业屋顶的装机容量分成2个单元，2个单元各配置1台升压变压器，2台升压变压器汇集成1条集电线路，接入永安市日发纺织有限公司新建的1座预制舱式开关站内的10kV母线，所发电能通过永安市日发纺织有限公司附近的10kV线路T接送入国家电网。工程主要利用资源有厂房屋顶、地面集中升压发电单元设备区域、地下高低压管线走向位置，新建的开关站区域。 
　　本工程的主要任务是充分开发利用永安市日发纺织有限公司屋顶，建设绿色环保的新能源光伏电站。从能源资源利用、电力系统供需、项目开发条件以及项目规划占用屋顶面积和阵列单元排布以及电网接入等方面综合分析，本项目2.3MWp容量是合适的。 
　　2 屋顶分布式光伏发电系统整体构成 
　　对于组串式光伏电站的系统发电原理：光伏组件串联形成组串→各组串接入组串式逆变器进行逆变→各汇流箱出线接入升压箱式变压器进行就地升压→升压后经过控制开关并入电网。 
　　3设备选择及设计[2] 
　　3.1 组件选择 
　　目前国内外使用最普遍的是单晶硅、多晶硅太阳能电池，而且国内的光伏组件生产也主要是以单晶硅、多晶硅太阳能电池为主。商业化的多晶硅电池片效率一般在13-17%左右，单晶硅电池片效率在15-19%左右。几种常用的太阳能电池技术性能比较结果可以看出：①晶体硅太阳能电池组件技术成熟，且产品性能稳定，使用寿命长。②商业用化使用的太阳能电池组件中，单晶硅组件转换效率最高，多晶硅其次，但两者相差不大。③晶体硅电池组件、刚性非晶硅组件故障率极低，运行维护最为简单。④晶体硅光伏组件、刚性非晶硅组件安装简单方便。⑤非晶硅薄膜电池在价格、弱光响应，高温性能等方面具有一定的优势，但是组件效率较低，在安装场地面积有限情况下，会影响到安装总容量。 
　　因此综合考虑上述因素，本工程拟选用晶体硅太阳能电池。 
　　在单晶硅电池和多晶硅电池选择上，单晶硅电池由于制造过程中能耗较高，在市场中所占比例逐渐下降；本工程选用性价比较高的多晶硅电池组件，功率选用主流325Wp。这也与国外的太阳能光伏电池使用情况的发展趋势相符合。325Wp多晶硅组件的相关参数以协鑫组件为例，如下表： 
　　太阳能电池组件技术参数 
　　3.2 逆变器选择 
　　太阳能电池的输出为直流�能，需转换为交流电能后才能对交流负载供电。光伏并网系统主要由太阳能电池方阵和并网逆变器以及升压系统组成。并网逆变器的基本功能，是把来自太阳能电池方阵的直流电转换成交流电，实现并网发电。同时具有最大限度地发挥太阳能电池方阵性能的功能和异常时或故障时的保护功能。合理的逆变器配置方案和合理的电气一次主接线对于提高太阳能光伏系统发电效率，减少运行损耗，降低光伏并网电站运营费用以及缩短电站建设周期和经济成本的回收期具有重要的意义。 　　因逆变器采用了电力电子技术，与发电机相比，无转动部件，所以又称为静态变换器。工作过程中，直流侧输入功率为定值，电网电压高低相位不同时输出不同的电流。因此，逆变器可以看是一个受控电流源。作为电流源，与电力系统中常规的发电机（电压源）不同，其电压自动跟踪电网输出电流，不存在同期要求。作为电流源，其谐波是值得注意的，不能超过电网要求。 
　　3.3 升压箱式变选择 
　　对于组串式逆变单元，常规做法是一个单元配备一套升压箱式变压器。升压箱变的容量与装机容量相匹配。对于1MW的装机量，配一台1000kVA的双绕组升压箱变。箱变低压侧采用塑壳断路器保护，1250kVA及以下容量的变压器高压侧采用高压熔断器配合负荷开关进行保护，1600kVA容量的变压器高压侧采用高压断路器进行保护。项目升压箱变由于常离建筑物较近，考虑到安全距离和防火要求，所以选用干式变压器。 
　　本项目配置1台1600kVA 10.5/0.48kV双绕组干式变压器，1台800kVA 10.5/0.48kV双绕组干式变压器。 
　　3.4 电缆选择 
　　导体材料应根据负荷性质、环境条件、线路条件、安装部位、市场价格等实际情况选择铜或铝导体。 
　　本项目所有光伏组件至逆变器的电缆型号为PV1-F-1*4mm，逆变器至交流汇流箱的电缆型号为ZC-YJV-0.6/1kV-3X25，汇流箱至箱变的电缆型号应根据温升、经济条件、短路动、热稳定、线路电压降在允许范围内、满足机械强度以及低压电线、电缆应符合过负载保护的要求，还应保证在接地故障时保护电器能断开电路等方面去选择。 
　　3.5 防雷接地 
　　光伏发电工程过电压、接地的设计，应符合《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》和《交流电气装置的接地》的规定。 
　　本工程在原有彩钢瓦屋面上安装光伏组件，利用光伏组件边框作为接闪器，光伏组件边框、组件安装夹具、轻型导轨及原有的屋面彩钢瓦共同组成屋面接闪器。施工前需实测原有屋面防雷接地系统有效，接地电阻不大于4欧姆。施工中应保证组件边框、安装夹具、轻型导轨和彩钢瓦屋面具有可靠的电气连接。整个屋面接地干线由40x4的镀锌扁钢和轻型导轨构成。组件边框、组件支架、电缆桥架、逆变器支架和外壳以及汇流箱支架和外壳均需与接地干线进行可靠的电气连接。 
　　4 结语 
　　本项目厂址位于福建省永安市，电网接入方便，交通便利，具备建设屋顶分布式光伏发电项目的优越条件，目前此系统运行可靠，并且通过优化，该建设方案的可复制性极强。希望通过此项目的分享，能为屋顶分布式光伏发电项目的设计及施工提供有价值的参考。 
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　　【1】周志敏.分布式光伏发电系统工程设计与实例[M].北京：中国电力出版社，2014. 
　　【2】罗先进.新能源利用技术[M].合肥：合肥工业大学出版社，2014.