高海拔地區(qū)離網(wǎng)光伏電站系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

趙 振 興

(龍?jiān)?北京)太陽(yáng)能技術(shù)有限公司，北京 100034)

高海拔地區(qū)離網(wǎng)光伏電站系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

趙 振 興

(龍?jiān)?北京)太陽(yáng)能技術(shù)有限公司，北京 100034)

以西藏巴青縣貢日鄉(xiāng)為例，介紹了高海拔地區(qū)離網(wǎng)光伏電站的系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)要點(diǎn)。對(duì)太陽(yáng)能資源進(jìn)行了分析，對(duì)關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行了選型，并提出了電站設(shè)計(jì)的技術(shù)要求。

離網(wǎng)光伏電站，蓄電池，離網(wǎng)逆變器，高海拔

1 概述

離網(wǎng)光伏電站由光伏方陣，控制器，蓄電池組、離網(wǎng)逆變器及低壓配電網(wǎng)組成，見(jiàn)圖1。離網(wǎng)光伏電站可全面解決無(wú)電村落、學(xué)校、衛(wèi)生院、寺廟、小型農(nóng)機(jī)具等用電問(wèn)題。

1.1項(xiàng)目地理位置

巴青縣，位于西藏區(qū)那曲地區(qū)東部，地勢(shì)北高南低，平均海拔4 500 m以上。屬高原亞寒帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，高寒缺氧，空氣稀薄，冬寒夏涼，太陽(yáng)輻射強(qiáng)，日照時(shí)間長(zhǎng)，年溫差相對(duì)較大，無(wú)霜期短，冬季多大風(fēng)雪。年日照時(shí)數(shù)2 400 h左右，年降水量約500 mm～600 mm。降雪日數(shù)約在150 d以上。

貢日鄉(xiāng)隸屬于西藏那曲地區(qū)巴青縣，位于巴青縣東北部，北臨青海省雜多縣，東接昌都地區(qū)丁青縣。鄉(xiāng)政府駐舍涌塘，距縣城所在地拉西鎮(zhèn)90 km，面積600多平方千米，人口1 378人，下轄6個(gè)行政村。

1.2離網(wǎng)光伏電站容量確定

經(jīng)實(shí)地考察、收集資料，計(jì)算得出該鄉(xiāng)白天平均用電負(fù)荷33.4 kW，晚間平均用電負(fù)荷25.1 kW。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和用戶(hù)要求，本方案為新建35 kW離網(wǎng)光伏系統(tǒng)。

2 關(guān)鍵設(shè)備選型

離網(wǎng)電站光伏陣列布置在貢日鄉(xiāng)政府門(mén)前道路西側(cè)約100 m的空地處(現(xiàn)狀為草原植被)。光伏控制器、離網(wǎng)逆變器、智能交流配電柜及蓄電池組布置在新建控制室內(nèi)。總配電箱布置在鄉(xiāng)政府院內(nèi)(具體位置現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào))。

2.1太陽(yáng)能電池板方陣的設(shè)計(jì)

通過(guò)PVSyst光伏分析軟件進(jìn)行建模仿真，對(duì)項(xiàng)目地不同固定傾角下太陽(yáng)總輻射量進(jìn)行比對(duì)，可知傾角為34°時(shí)，全年太陽(yáng)輻射量最大，見(jiàn)表1。

表1 項(xiàng)目地址年均太陽(yáng)總輻射量隨光伏板傾角的變化趨勢(shì)

本項(xiàng)目所選電池板為多晶硅255 Wp組件，開(kāi)路電壓37.7 V，短路電流9.01 A，工作電壓30.0 V，工作電流8.49 A。

本工程計(jì)劃新增組件容量35 kWp，又因光伏控制器額定輸入電壓為DC 220 V，故選取每個(gè)組串8塊255 Wp組件，共18個(gè)組串，容量總計(jì)為36.72 kWp。組件采用3排橫放方式布置，支架形式為固定傾角支架，傾角為34°，支架之間中心間距為6.5 m。

2.2蓄電池組的設(shè)計(jì)

蓄電池容量的計(jì)算方法有多種，一般應(yīng)按照下式計(jì)算[1]：

Cc=DFP0/(UKa)。

其中,Cc為蓄電池容量，kWh；Ka為交流回路的損失率，0.7～0.8；D為最長(zhǎng)無(wú)日照期間用電小時(shí)數(shù)，h；F為蓄電池放電效率的修正系數(shù)，取1.05；P0為平均負(fù)荷容量，kW；U為蓄電池組放電深度，取0.5。

藏北高原連續(xù)陰雨天很少，一般每天都能有幾個(gè)小時(shí)進(jìn)行發(fā)電。在本項(xiàng)目中，考慮最多1 d的陰雨是合適的。

所以此處的蓄電池的容量應(yīng)該為：

C=25×5×1.05/(0.5×0.8)=328.13 kWh。

蓄電池電壓需匹配電網(wǎng)電壓，即為220 V。則蓄電池容量為1 491 Ah，取整為1 600 Ah。每串蓄電池組由110塊2 V蓄電池組成，兩串并聯(lián)，總計(jì)220塊2 V蓄電池。

2.3控制器的選型

光伏控制器要根據(jù)系統(tǒng)功率、直流工作電壓、方陣輸入路數(shù)、蓄電池組數(shù)、負(fù)載狀況等確定。要特別注意其額定工作電流必須同時(shí)大于太陽(yáng)電池組件或方陣的短路電流和負(fù)載的最大工作電流。為了將來(lái)擴(kuò)容和長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，控制器宜選擇高一個(gè)型號(hào)。

控制器主要技術(shù)參數(shù)有：系統(tǒng)工作電壓、額定輸入電流、最大充電電流、額定負(fù)載電流、方陣輸入回路數(shù)、蓄電池過(guò)充電/過(guò)放電保護(hù)電壓、浮充電壓、溫度補(bǔ)償及其他保護(hù)功能等。另外，使用環(huán)境溫度、海拔高度、防護(hù)等級(jí)和外形尺寸及廠(chǎng)家和品牌也是控制器配置選型時(shí)要考慮的因素[2]。

2.4離網(wǎng)逆變器的選型

逆變器選型時(shí)，一般根據(jù)系統(tǒng)直流電壓選擇逆變器直流輸入電壓，根據(jù)負(fù)載總功率確定逆變器容量和相數(shù)，考慮負(fù)載瞬時(shí)沖擊決定逆變器的功率富余量。通常，逆變器持續(xù)功率要大于負(fù)載功率，逆變器最大沖擊功率大于負(fù)載啟動(dòng)功率。還要為系統(tǒng)擴(kuò)容留有一定余地。由于新增光伏組件安裝容量為36.72 kWp，且白天最大負(fù)載為33 kW，考慮未來(lái)會(huì)增加負(fù)載，逆變器選擇50 kVA。

逆變器主要參數(shù)有：逆變器效率(通常應(yīng)在93%以上)、額定輸出電壓、額定功率、過(guò)載能力、額定輸入電壓、保護(hù)功能及安全性和環(huán)境要求等。

3 電站設(shè)計(jì)要求

3.1電站場(chǎng)地平整設(shè)計(jì)方案

光伏電站的位置選擇鄉(xiāng)村周邊的荒地，不選擇草地。

3.2光伏陣列支架和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)原則：本項(xiàng)目抗風(fēng)能力31 m/s 風(fēng)速下不受損壞設(shè)計(jì)；可靠穩(wěn)定的安裝面；安裝簡(jiǎn)易。

3.3電站圍欄

電站圍墻均采用高速公路的金屬?lài)鷻?，立柱?.5 m，基礎(chǔ)深0.5 m，立柱間距2.5 m。

3.4其他技術(shù)要求

1)場(chǎng)內(nèi)集電線(xiàn)路采用直埋電纜，通過(guò)架空線(xiàn)路直接送至所在地村莊用戶(hù)，低壓電網(wǎng)的設(shè)計(jì)、施工要符合國(guó)家相關(guān)電力標(biāo)準(zhǔn)。需安裝與之匹配的光伏防雷匯流箱，正負(fù)極都具備防雷功能；

2)匯流箱內(nèi)配有監(jiān)測(cè)裝置，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每個(gè)輸入輸出回路的直流電流、電壓及總輸出功率，防雷器的狀態(tài)等；

3)系統(tǒng)不配置遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，有故障由用戶(hù)直接報(bào)修到運(yùn)營(yíng)公司；

4)系統(tǒng)同時(shí)配備交流配電柜，配電柜需為雙路逆變器三相四線(xiàn)輸入，雙路220 V/380 V三相四線(xiàn)輸出，或并機(jī)一路三相四線(xiàn)輸出；配電柜具備輸入缺相保護(hù)，和輸出缺相保護(hù)功能；

5)主要土建(構(gòu))建筑設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為30年；蓄電池及控制室可以采用彩鋼保溫結(jié)構(gòu),地平基礎(chǔ)可以為磚砌體結(jié)構(gòu)或條形基礎(chǔ)；

6)集中系統(tǒng)為用戶(hù)自發(fā)自用，不收費(fèi)，多余電量不上網(wǎng)，因此，不涉及電費(fèi)計(jì)量；

7)當(dāng)蓄電池電量不多時(shí)，能夠提前切斷電視音響輸出以保證照明用電并且發(fā)出聲光告警；

8)光伏組件、控制器、逆變一體機(jī)、蓄電池組、低壓電網(wǎng)等電氣裝置設(shè)計(jì)必須按電氣專(zhuān)業(yè)有關(guān)的設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程、規(guī)范進(jìn)行，并采用避雷保護(hù)、防止感應(yīng)電的措施，設(shè)防靜電接地。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)高海拔離網(wǎng)光伏發(fā)電站的太陽(yáng)能資源進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià)，對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備配置進(jìn)行了優(yōu)化。該項(xiàng)目實(shí)施完成后，將進(jìn)一步充分利用西藏自治區(qū)豐富的太陽(yáng)能資源，進(jìn)一步解決分散的農(nóng)牧民用電問(wèn)題，項(xiàng)目確定的投資規(guī)模、系統(tǒng)的容量配置符合西藏?zé)o電地區(qū)實(shí)際情況，使更多的家庭用電得到保障，可以促進(jìn)家庭手工業(yè)和副業(yè)的生產(chǎn)、促進(jìn)了人們對(duì)外界的交流和當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展。

[1] GB 50797—2012,光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 李安定，呂全亞.太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)工程[M].第2版.北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社，2016.

Systemschemedesignofoff-gridphotovoltaicpowerstationinhighaltitudearea

ZhaoZhenxing

(Longyuan(Beijing)SolarEngineeringTechnologyCo.,Ltd，Beijing100034，China)

Taking Baqing Gongri township in Tibet as an example, the system design scheme of off-grid photovoltaic power station in high altitude area is introduced. The solar energy resources are analyzed, the key equipments are selected, and the technical requirements of power station design are put forward.

off-grid photovoltaic power station, storage battery, off grid inverter, high altitude

TU201.5

A

1009-6825(2017)27-0158-02

2017-07-14

趙振興(1983- )，男，工程師