无锡圣汉斯光伏电站

无锡圣汉斯光伏电站建设工程方案无锡隆玛科技股份有限公司太阳能光伏应用工程技术研究中心2013年 9月正 本无锡圣汉斯光伏电站无锡隆玛科技股份有限公司太阳能光伏技术应用工程技术研究中心2 目 录第一部分 项目概况一、 项目概况 . . . . . . .3 二、地理位置 . . . . . .3 三、建设条件 . . . . . .3 四、交通情况 . . . . . .4 五、气候条件 . . . . . .4 第二部分 光伏电站设计一、概况 . . . . . .5 二、方案设计 . . . . . .5 2.1 方案总体思路 . . . . . .5 2.2 具体方案 . . . . . .7 2.2.1 系统构成 . . . . . .7 2.2.2 太阳能电池阵列设计 . . . . 8 2.2.3 智能汇流箱设计 . . . . . .10 2.2.4 直流配电柜设计 . . . . . .11 2.2.5 光伏逆变器 . . . . . .11 2.2.6 配电保护装置 . . . . . . .13 2.2.7 发电计量系统配置方案 . . . . . .13 2.2.8 环境监测装置 . . . . . . .19 第三部分 效益分析1、 年发电量计算 . . . . . .20 2、 项目总投资 . . . . . . . .20 3、项目收益 . . . . . . . .20 4、 电站建设方式 . . . . . . . .20 无锡圣汉斯光伏电站无锡隆玛科技股份有限公司太阳能光伏技术应用工程技术研究中心3 第一部分 项目概况一、项目名称“无锡圣汉斯光伏电站建设工程方案” , 以下全部简称“本项目”。本项目建设所在地位于无锡市梅村镇北金城路高架处的无锡圣汉斯公司厂区内的厂房屋面。屋面面积约 9540㎡， 厂用配电容量为 250KVA， 光伏发电系统计划总装机容量为 1MWp， 设备生命周期内预期年均发电量约 105.867 万 kWh，建成后并入厂区内部电网，自发自用余电上网。二、地理位置本项目位于长江三角洲的江苏省无锡市梅村 , 处于东经 120° 13′ 44.77, 北纬 31° 41′ 51.22之间，占地面积约 **** 平方。三、建设条件 （地形、地貌情况）无锡位于长江下游南岸， 长三角太湖平原北端 , 地处太湖水网平原北端， 长江南部冲积平原，全境地势平缓，平均海拔 6米左右，西南边缘地势偏低，中部、东北部有零星低丘散布其间，地势较高亢。无锡圣汉斯光伏电站无锡隆玛科技股份有限公司太阳能光伏技术应用工程技术研究中心4 四、交通情况本项目位于江苏省无锡市梅村镇，无锡为苏锡常 “ 金三角 ” 几何中心，从无锡到上海、南京两大城市各 148公里，以无锡为圆心、半径 160公里范围内有五个飞机场，其中南京、上海可直飞境外。 无锡北枕长江，南近太湖，有同两条高速公路与无锡相接，沪宁高速东接苏州至上海，西连常州直至南京。五、气候条件本项目所处的江苏省无锡市年太阳能总辐射量为 4542MJ/㎡，属于第三类太阳能分布地区。年平均温度 16.5 度，年日照时数 1000-1200小时， 属北亚热带季风性湿润气候， 年平均气温15.1 摄氏度，年降雨量 1040.7 毫米。无锡圣汉斯光伏电站无锡隆玛科技股份有限公司太阳能光伏技术应用工程技术研究中心5 第二部分 光伏电站设计一、概况根据屋面面积可建设电站约为 500KWp， 根据厂区配电容量则只能建设 250KWp电站， 在不了解该公司配电系统的情况下，按照 250KWp电站容量计算。在该电站设备生命周期内预期年均发电量约 25万 kWh, 建成后并入厂区内部电网，自发自用余电上网。 出于项目经济性及技术可靠性方面的考虑， 采用固定式太阳能电池方阵， 不考虑采用跟踪系统。项目建设工期 7周。光伏阵列分别接入 4台智能汇流箱，每 4台智能汇流箱经 1台直流配电柜与 1台 250kW的逆变器连接，经逆变器转换后的 400V交流，经站内集电线路，与厂区 400V系统并网。电站内不设独立的避雷针， 但在太阳能电池板金属固定架上设置简易避雷针作为保护。 防止太阳电池板方阵设备遭直接雷击。太阳电池方阵通过电缆接入防雷汇流箱，汇流箱内含有防雷保护装置，经过防雷装置可有效地避免雷击导致设备的损坏。按《电力设备接地设计规程》，围绕建筑物敷设闭合回路的接地装置。电站内接地电阻小于4欧，不满足要求时添加降阻剂。光伏系统直流侧的正负电源均悬空，不接地。太阳电池方阵支架和机箱外壳接地，与主接地网通过钢绞线可靠连接。二、方案设计2.1 方案总体思路2.1.1 设计依据IEC 62093《光伏系统中的系统平衡部件 - 设计鉴定》IEC 60904-1 《光伏器件第一部分 : 光伏电流 - 电压特性的测量》IEC 60904-2 《光伏器件第二部分 : 标准太阳电池的要求》DB37/T 729-2007《光伏电站技术条件》SJ/T 11127-1997 《光伏（ PV）发电系统过电保护－导则》CECS84-96《太阳光伏电源系统安装工程设计规范》CECS 85-96《太阳光伏电源系统安装工程施工及验收技术规范》无锡圣汉斯光伏电站无锡隆玛科技股份有限公司太阳能光伏技术应用工程技术研究中心6 GB2297-89《太阳光伏能源系统术语》GB4064-1984《电气设备安全设计导则》GB 3859.2-1993 《半导体逆变器 应用导则》GB/T 14007-92《陆地用太阳电池组件总规范》GB/T 14549-1993《电能质量 公用电网谐波》GB/T 15543-1995《电能质量 三相电压允许不平衡度》GB/T 18210-2000《晶体硅光伏方阵 I-V 特性的现场测量》GB/T 18479-2001《地面用光伏（ PV）发电系统概述和导则》GB/T 19939-2005《光伏系统并网技术要求》GB/T 19964-2005《光伏发电站接入电力系统技术规定》GB/T 20046-2006《光伏（ PV）系统电网接口特性》GB/T 20514-2006《光伏系统功率调节器效率测量程序》2.1.2 设计说明本项目拟建设 250KWp并网光伏电站，系统没有储能装置，太阳电池将日光转换成直流电，通过逆变器变换成 400V交流电， 再通过输电线路将电力输送到厂区 400V系统。 有阳光时， 光伏系统将所发出的电馈入厂区 400V线路， 没有阳光时不发电。 当电网发生故障或变电站由于检修临时停电时，光伏电站也会自动停机不发电；当电网恢复后，光伏电站会检测到电网的恢复，而自动恢复并网发电。250KWp大型并网光伏电站，采用分块发电、集中并网方案。由于太阳能电池组件和并网逆变器都是模块化的设备，可以象搭积木一样一块块搭起来，也特别适合于分期实施。每个光伏并网发电单元的电池组件采用串并联的方式组成多个太阳能电池阵列， 太阳能电池阵列输入光伏方阵防雷汇流箱后接入直流配电柜， 然后经光伏并网逆变器和交流防雷配电柜并入0.4kV配电装置。2.1.3 这样设计有如下好处：? 多个并网光伏分系统各自独立，便于实现梯级控制，以提高系统的运行效率。? 由于是多个分系统，系统冗余度高，不至于由于某台逆变器发生故障而造成整个电站的瘫痪；局部故障检修时不影响大部分系统的运行。? 有利于工程分步实施；无锡圣汉斯光伏电站无锡隆玛科技股份有限公司太阳能光伏技术应用工程技术研究中心7 2.2 具体方案2.2.1 系统构成光伏并网发电系统由太阳电池组件、方阵防雷接线箱、直流配电柜、光伏并网逆变器、配电保护系统和系统的通讯监控装置组成。光伏发电站主要组成如下：? 250KWp晶体硅太阳能电池组件及其支架——建议采用 250Wp晶体硅组件；? 方阵防雷接线箱——设计采用带组串监控的智能汇流箱（室外方阵场）；? 直流防雷配电柜——将若干智能汇流箱汇流输入逆变器；? 光伏并网逆变器——设计采用带工频隔离变压器的 250kW光伏并网逆变器；? 系统的通讯监控装置——设计采用光伏电站综合监控系统。表 2.1.1 250KWp大型并网光伏电站主要配置表序号 项目名称 规格型号 数量1 总装机容量 250KWp 25年年均发电量 25万 kWh 2 太阳电池组件 多晶 250Wp 1000块3 太阳电池组件支架 铝型材 1000套4 方阵防雷接线箱 喷塑密封 4台5 直流配电柜 250kW 1台6 光伏并网逆变器 250kW 1台7 交流配电柜 250KVA 1台8 电流互感器 300/5 1套9 断路器 - 1套10 隔离开关 - 1套11 计量装置 - 1台12 防雷及接地装置 - 2套13 控制检测传输系统 - 1套无锡圣汉斯光伏电站无锡隆玛科技股份有限公司太阳能光伏技术应用工程技术研究中心8 2.2.2 太阳电池阵列设计1、太阳电池组件选型目前使用较多的两种太阳能电池板是单晶硅和多晶硅太阳电池组件。1> 单晶硅太阳能电池目前单晶硅太阳能电池板的单体光电转换效率为 16%～ 18%，是转换效率最高的，但是制作成本高，还没有实现大规模的应用。2> 多晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池板的单体光电转换效率约 15%～ 17%。 制作成本比单晶硅太阳能电池要便宜一些，材料制造简便，节约电耗，总生产成本较低，因此得到大量发展。本方案设计采用 250Wp多晶硅太阳电池组件，见图 2.2.1 。① 组件设计特点? 使用寿命长：抗老化 EVA胶膜（乙烯 - 醋酸乙烯共聚物），高通光率低铁太阳能专用钢化玻璃，透光率和机械强度高；? 安装简便：标配多功能接线盒，三路二极管连接盒，抗风、防雷、防水和防腐；? 高品质保证：光学、机械、电理等模块测试及后期调整完善，产品 ISO9001认证；? 转换效率高：晶体硅太阳电池组件，单体光电转换效率≥ 15%；? 边框坚固：阳极化优质铝合金密封边框。无锡圣汉斯光伏电站无锡隆玛科技股份有限公司太阳能光伏技术应用工程技术研究中心9 ② 组件电性能参数表 2.2.1 250Wp 太阳电池组件技术参数型号 电性能参数 组件外形HR-245P Voc (V) Isc (A) Vm (V) Im (A) Pm (W) 电池片规格(mm) 规格(mm) 重量(kg) 工作温度( ℃ ) 36.96 8.72 30 8,17 245 156× 156 1636× 992× 45 19.5 -40 ～ +85 注：标准测试条件（ STC）下— AM1.5、 1000W/m2的辐照度、 25℃的电池温度。③ I-V 曲线图如图 2.2.4I-V 曲线图所示。2、光伏阵列表面倾斜度设计从气象站得到的资料，均为水平面上的太阳能辐射量，需要换算成光伏阵列倾斜面的辐射量才能进行发电量的计算。对于某一倾角固定安装的光伏阵列，所接受的太阳辐射能与倾角有关，较简便的辐射量计算经验公式为：Rβ ＝ S× [sin( α +β )/sin α ]+D 式中： Rβ ——倾斜光伏阵列面上的太阳能总辐射量S ——水平面上太阳直接辐射量D ——散射辐射量α ——中午时分的太阳高度角β ——光伏阵列倾角根据太阳能辐射数据， 可以计算出不同倾斜面的太阳辐射量， 确定太阳能光伏阵列安装倾角。本方案假设设计太阳能光伏阵列安装倾角为 25°时，全年接受到的太阳能辐射能量最大。无锡圣汉斯光伏电站无锡隆玛科技股份有限公司太阳能光伏技术应用工程技术研究中心10 3、 太阳电池组件串并联方案250kW光伏并网逆变器的直流工作电压范围为： 400Vdc～ 1000Vdc。太阳电池组件串联的组件数量 Ns=1000/36.96 ≈2 7（块），这里考虑温度变化系数，取太阳电池组件 25块串联，单列串联功率 P=25×2 50Wp=6250Wp；250kW光伏并网逆变器需要配置太阳电池组件并联的数量 Np=250000÷ 6250≈ 40列， 实际功率为 250kWp，这样光伏阵列单元设计为 40列支路并联，共计 1000块太阳电池组件，实际功率达到250kWp。2.2.3 智能汇流箱设计智能汇流箱是光伏发电系统中的重要组成部分，其主要作用是按照一定的串、并联方式将光伏阵列连接到一起，以便对光伏阵列实施监控。方案设计中采用无锡隆玛有限公司自主开发的SCB-Ⅱ 汇流箱。SCB-Ⅱ 汇流箱的主要技术指标：? 10路直流输入， 1路输出；? 最大输入电压： 1000V；? 最大输入电流（每个支路）： 10A；? 每个支路均设置二极管防反保护功能；? 最大输出电流： 125A；? 外形尺寸： 600× 300× 450 mm（长×宽×高）；? 配备光伏专用高压防雷器，正负极都具备防雷功能；? 防护等级 IP65。根据实际情况，本光伏电站需要 1台 250kW的并网逆变器，其中每台逆变器需配置 4台智能汇流箱。无锡圣汉斯光伏电站无锡隆玛科技股份有限公司太阳能光伏技术应用工程技术研究中心11 2.2.4 直流配电柜设计直流配电柜按照 250kWp的直流配电单元进行设计，本项目需要 1台直流配电柜。每个直流配电单元可接入 4路光伏方阵防雷汇流箱， 每台直流配电柜分别接入 1台 250kW逆变器， 如下图所示：2.2.5 光伏并网逆变器本方案设计采用常州佳讯有限公司自主开发的 GS-CENTRAL250K3B500光伏并网变流器，每台逆变器的额定功率为 250kW，均含有隔离并网变压器，实现电气隔离。逆变器的核心控制采用基于 SVPWM的无冲击同步并网技术，保证系统输出与电网同频、同相和同幅值。图 2.2.5 250kW 光伏并网变流器无锡圣汉斯光伏电站无锡隆玛科技股份有限公司太阳能光伏技术应用工程技术研究中心12 ① 性能特点● 大功率 IGBT模块并联技术，过载能力强● 功率组件模块化设计，便于组装调试及维护● DSP全数字化矢量控制，性能优异● 先进的最大功率点跟踪技术（ MPPT）● 高效工频变压器隔离，安全可靠，提高效率● 完善的故障自检、保护和显示功能，系统的可靠性更高● 标准通讯接口，便于远程监控● 智能触摸人机界面● 可适应恶劣的电网环境② 技术指标表 2.2.2 250kW 光伏并网变流器直流侧推荐光伏组件功率 250 kWp 最大直流输入电压 1000 VDCMPPT电压范围 450 VDC ~ 840 V DC最大额定电流 760 A 交流侧额定输出功率 250 kW 额定输出电流 760 A 并网电压范围 380 VAC（ -15% ~ +10%）并网电压频率 50 ± 0.5 Hz 电流畸变率（ THD） < 4%（额定功率）功率因数 ≥ 0.99 （额定功率）系统最大效率 97% 工作温度 -25 ℃ ~ +55 ℃冷却方式 强迫风冷防护等级 IP20 显示 / 操作 液晶触摸屏通信接口 以太网外形尺寸宽×高×深 2200×2 160×8 00 (mm) 重量 1700 kg 无锡圣汉斯光伏电站无锡隆玛科技股份有限公司太阳能光伏技术应用工程技术研究中心13 2.2.6 配电保护装置配电保护装置包括并网解列点、 可视断点、 保护接触器、 三相电度表或采用智能网络仪表 （用于计量太阳能电池组件的发电量）等。以 250kWp单元为例， 250kWp太阳电池组件方阵配备一台 250kW并网逆变器，逆变器的输出接到汇流总线，通过汇流总线接到厂区 400V配电系统侧。配电线路如下图所示。2.2.7 发电计量系统配置方案1、发电计量仪表配置示意图、仪表类型光伏发电设备的计量点通常设在光伏并网逆变器的并网侧， 该电度表是一块多功能数字式电度表，具有优越的测量技术，有非常高的抗干扰能力和可靠性。同时，该表还可以提供显示电表数据、显示费率、显示损耗、状态信息、报警等。400V 配电系统500KW 500KW 无锡圣汉斯光伏电站无锡隆玛科技股份有限公司太阳能光伏技术应用工程技术研究中心14 2、数据采集方案并网光伏发电系统综合监控系统的基本功能包括：? 光伏并网逆变器运行状态的监视；? 并网光伏发电系统发电量计量与统计；? 并网光伏发电系统环境检测；? 光伏并网逆变器运行调度。（ 1）监控系统功能介绍光伏发电监控系统采用具有国际先进技术水平的国产化设备。自动化通讯、数据采集技术，结合了 SCADA系统的优点，是一套完整高效的光伏发电监控系统，具备本地和远程监控功能。本地监控系统采用安装在变流柜上触摸屏， 监控范围包括环境参数、 汇流箱、 光伏并网逆变器等。 主要监控数据包括光伏发电单元的直流输出电压、 电流和功率， 光伏并网逆变器进出侧电压、电流、功率、并网频率和内部参数，另外还有环境温度、光照度等。远程中心监控系统采集各本地监控系统的数据，进行数据汇总、查询、统计、报警等功能。用户在办公室也能实时掌握现场设备运行状态，并能查询发电量统计和故障信息。光伏发电监控系统具备开放性和很好的可维护性， 用户界面友好， 易于管理和应用， 其数据管理和分析工具，能满足企业生产管理的需要，具备很好的实用性。（ 2）监控体系结构光伏发电监控系统由监控设备 （如光伏并网逆变器、 汇流箱、 光照强度传感器、 温度传感器、电池检测器等），本地触摸屏、远程监控中心等组成。如下结构示意图：光照强度传感器、 环境温度传感器和基准电池等可通过模拟信号 （如 4-20mA信号） 进入就近无锡圣汉斯光伏电站无锡隆玛科技股份有限公司太阳能光伏技术应用工程技术研究中心15 变流柜，用模拟量采集模块进行数据采集。采集模块带 RS485接口，采用 modbus RTU协议。汇流箱信号也采用串口 modbus RTU协议，就近的诺干个汇流箱可挂在一条 485总线上，接入对应变流柜。光伏并网逆变器通过本地触摸屏来进行操作和数据监视， 同时光伏并网逆变器数据由触摸屏的 RJ45端口采用 Modbus/Tcp协议传到远程监控系统。如图 2.2.11 ，能比较清楚地了解变流柜内数据流。监控中心将与各设备通讯的数据存入自己的实时数据库， 根据通讯速率， 动态更新数据。 监控中心的显示界面的动态数据从自己的实时数据库获取。RS485模拟量采集汇流箱触摸屏变流柜来自现场传感器去监控中心模拟量采集模块变流器。 。3、本地触摸屏监控触摸屏与光伏并网逆变器、采集模块以及汇流箱采用 485串口通讯，通过 485协议进行实时数据收发，数据交换是双向的，也能对设备进行命令控制和参数修改。通过运行界面，用户能查看设备运行实时数据，也能根据需要，对参数进行调整和对设备的启停或工作状态进行控制。 数据显示方式多样化， 有直接数据显示、 柱状图显示、 趋势曲线显示、动画显示等，以下是用户界面示例：无锡圣汉斯光伏电站无锡隆玛科技股份有限公司太阳能光伏技术应用工程技术研究中心16 本地触屏还可保持部分历史数据在自己的存储器中， 单由于存储空间有限， 不能保持大量长期历史数据。以下是历史报表示例：当有故障发生时，报警提示窗产生提示信息，另外历史报警内容可在报警表查询到。以下是报警查询界面，系统提供完备的用户管理机制，为不同用户设定不同的权限。无锡圣汉斯光伏电站无锡隆玛科技股份有限公司太阳能光伏技术应用工程技术研究中心17 4、远程监控中心远程监控中心软件采用隆玛科技光伏电站监控软件，硬件采用专门的工控机和数据服务器，对现场所有设备进行管理。系统具有强大的分析和查询工具，满足如设备状态分析和集中监视、实时数据查询、生产报表、历史趋势分析、故障诊断等需求。监控中心由工程师站、 历史数据服务器、 操作员站等组成， 通过核心交换机采用以太网连接，本地触摸屏接入核心交换机。结构示意图如下：工程师站负责数据组态，历史数据服务器用于存储大量历史数据，操作员站用于数据浏览和操作。必要时，这三个站能合并为一个站。无锡圣汉斯光伏电站无锡隆玛科技股份有限公司太阳能光伏技术应用工程技术研究中心18 系统由通讯组件，实时数据库，界面显示组件， WEB发布组件等组成，是一款专门针对光伏电站监控的软件系统。通讯组件用于和本地设备通讯，根据不同的接口，可选择串口、现场总线接口、以太网、 OPC等接口；实时数据库是整个软件的核心，负责数据存储和报警处理，并能提供关系数据库接口； 界面显示是系统与用户的接口， 用于显示和查询数据以及修改参数， 数据显示方式多样化，有直接数据显示、柱状图分析、报表、趋势曲线、动画显示和报警提示等。通过数据服务器， 系统能够长时间存储从光伏发电系统中检测的数据。 系统可对历史数据进行组织，查询日报、月报、年报，还可对历史数据统计分析。系统具有强大的数据分析能力，例如对发电量进行统计，换算成等效煤炭消耗， CO2、 SO2减排量等，还能显示当前发电功率 , 日发电量累计 , 月发电量累计 , 年发电量累计 , 总发电量累计等。报表数据能进行打印。无锡圣汉斯光伏电站无锡隆玛科技股份有限公司太阳能光伏技术应用工程技术研究中心19 2.2.8 环境监测装置在太阳能光伏发电场内配置 1套环境监测仪，实时监测日照强度、风速、风向、温度等参数。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，其通讯接口可接入并网监控装置的监测系统，实时记录环境数据。无锡圣汉斯光伏电站无锡隆玛科技股份有限公司太阳能光伏技术应用工程技术研究中心20 第三部分 效益分析1. 发电量估算由上述内容可知，本项目总装机容量为 250KWp，假设年平均满功率发电 1000-1200小时，则该电站一年可发电 25-30 万 kWh。2. 项目总投资下面对本项目进行总投资经济概算。按 8-10 元 / 瓦建设成本进行测算， 250KW大型并网光伏电站项目预计总投资约为 200-250万元。3. 项目收益圣汉斯公司目前的电费为 1.15 元 / 度，光伏发电国家补贴为 0.42 元 / 度。3.1 、在没有申请补贴的情况下，按 1.15 元 / 度的电价计算：3.1.1 年收益： 25万度 *1.15 元 =28.75万元30 万度 *1.15 元 =34.5万元3.1.2 成本回收年限： 200万÷ 28.75=6.9 年200 万÷ 34.5=5.79 年3.2 在有补贴的情况下，按 1.15+0.42=1.57 元 / 度3.2.1 年收益： 25万度 *1.57 元 =39.25万元30 万度 *1.57 元 =47.1万元3.2.2 成本回收年限： 200万÷ 39.25=5.09 年200万÷ 47.1=4.24 年4. 电站建设方式4.1 由圣汉斯自筹资金作为固定资产投入，隆玛公司作为施工单位负责项目的设计、施工和申报，圣汉斯独享电站收益。4.2 由圣汉斯和隆玛公司共同出资，隆玛公司负责项目的设计、施工和申报，电站产生效益按出资比例进行分享。4.3 由隆玛公司全资投入建设，对项目采用合同能源管理的模式运营，圣汉斯作为电站使用单位向隆玛公司缴纳电站使用费用。无锡隆玛科技股份有限公司2013-9-12