30KW并网型太阳能发电系统设计建议书.doc
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1、30kW并网型太阳能光伏发电系统设计建议书北京日佳电源有限公司2008-10-08版本编号:20081008 V1.0目录第1章 太阳能光伏发电系统概述21.1 利用新型能源(太阳能)作为供电电源的意义21.2 太阳能光伏发电系统的应用领域31.3 并网型太阳能光伏发电系统介绍3第2章 30kW太阳能光伏并网型发电系统设计42.1 设计计算依据42.2 北京地理位置及日照、气温等气象数据分析52.3配置方案62.4 30KW并网型太阳能发电系统的年发电量统计72.5 30KW并网型太阳能光伏发电系统的环保效果统计82.6 30KW并网型太阳能发电系统的经济效益分析8第3章 系统主要设备说明93
2、.1、太阳能电池方阵93.2、接线箱103.3功率调节器113.4 计算机数据采集装置12第4章 30kW并网型太阳能光伏发电系统实施方案144.1 太阳电池方阵施工设计144.2 功率调节器柜施工设计144.3隔离变压器施工设计144.4太阳能光伏发电系统显示展板及计算机通信施工设计154.5系统各单元间电缆施工设计154.6系统防雷接地等安全措施设计154.7系统调试、运行及维护等设计16第5章 太阳能光伏发电系统实际工程图片17第6章 太阳能部分业绩20第1章 太阳能光伏发电系统概述1.1 利用新型能源(太阳能)作为供电电源的意义随着我国科技与经济的高速发展,能源的消费量在不断地提高,但
3、是我国矿产资源人均占有量不到世界的一半,而单位产值能耗为世界平均水平的2倍,主要产品的能耗比发达国家高40%,70%靠火力发电。矿产资源的储量是有限的(即不可再生),据统计按照目前我国的经济发展速度,从2000年开始我国能源的使用年限分别为:石油15年、天然气30年、煤81年、铀50年。由于能源问题是关系到一个国家生存与发展的一件大事,因此需要迫切寻找新类型的可再生能源,以补充矿产资源不可再生的局限性。太阳能可再生能源由此成为许多世界发达国家首选并大力发展的能源,例如日本的“阳光计划”、德国的“百万屋顶计划”、美国的“百万屋顶计划”等等都是针对太阳能光伏发电所实施的。1.2 太阳能光伏发电系统
4、的应用领域太阳能光伏发电系统最初的主要应用领域为:航空航天、通信、电力、交通、医疗、能源等,在这些领域中主要应用的设备为:航空设备、宇宙航天器、通信主干线、发电厂通信控制设备、道路交通管理设备、医疗设备、核能控制设备、信号台或站设备等。但随着科学技术的不断进步,太阳能光伏发电系统生产成本的不断降低,在世界乃至我国的一些公共设施及偏远地区乡镇也都迅速的开始采用可再生的、新型的太阳能光伏发电系统,为其用电负荷提供工作电源。也就是说太阳能光伏发电产业的发展正以非常快速的脚步进行着。太阳能光伏发电系统的优点就在于,只要将采光用的太阳电池放置在能够充分接受阳光的地方,就能够将发电系统产生的电能输出给用电
5、设备或者储存在储能蓄电池中作为备用,因此太阳能光伏发电系统的应用地区也同样是非常广泛的。1.3 并网型太阳能光伏发电系统介绍并网型太阳能光伏发电系统应用在有市电电网的地区,由太阳电池方阵所产生的电能送入到市电电网,且就近给工作负载提供供电电源,满足白天日常负载的正常使用。此系统主要由太阳电池方阵、并网发电用功率调节器、市电电网、用电负荷设备及它们之间的连接电缆等组成。有市电的正常情况下,在晴朗白天由太阳电池方阵产生电能,然后经过并网发电用功率调节器控制,首先输出给太阳能系统与市电电网并网点附近的用电负荷设备,如果当时太阳电池方阵的最大发电功率大于用电负荷设备消耗功率,则将剩余电量上送到市电电网
6、,然后通过电网给市电电网上的其它用电负荷设备供电。当并网点附近的用电负荷设备消耗的功率大于当时的太阳电池方阵最大发电功率,则用电负荷设备所消耗的功率由太阳电池方阵和市电同时提供,但是优先使用太阳电池方阵所产生的电能。在无市电时,晴朗的白天太阳电池方阵产生的电能不能通过功率调节器提供给用电负荷设备。因为此时用电负荷设备和无电的市电电网是连接在一起的,此时电网上的负荷功率将是一个无限大的用电负荷设备,而太阳电池方阵的发电量是有限的,因此,并网用功率调节器由于无法提供无限大的能量,而将关闭与市电电网连接的通道,并停止发电(即专业术语为:孤岛效应)。并网型太阳能光伏发电系统的示意图如下所示。太阳电池方
7、阵并网发电用功率调节器用电负荷设备图中箭头方向代表电能走向,绿色为方阵发电,红色为市电供电。市电电网并网型太阳能光伏发电系统示意图1.4 并网型太阳能光伏发电系统的节能、环保、减排效应太阳能发电作为一种环保能源,可以对社会做出很大的节能、环保、减排的贡献 。根据一个30kW的并网型太阳能光伏发电系统的年发电量,如果这些电是用火力发电产生的,则相应地由太阳能发电后,可以减少二氧化碳的排放量约为5.2吨、二氧化硫的排放量约为0.28吨、氮氧化物的排放量约为0.138吨。所排放的这些气体如果用森林在一年内来吸收,则需要53公顷(1公顷100.5m100.5m)面积的森林,即相当于我们一年种植了这么大
8、面积的森林。一个30kW的并网型太阳能光伏发电系统的年发电量,如果改用燃油来获得,则相当于得消耗7611升的燃油。由此看来,一个30kW的并网型太阳能光伏发电系统对于环境保护方面的贡献是非常大的。第2章 30kW太阳能光伏并网型发电系统设计2.1 设计计算依据并网型太阳能发电系统的设计计算主要依据是设备的招标文件和相关国际、国家标准和气象地地理等数据,主要有:IEC 60891 对晶体硅光电器件测量特性I-V的温度修正和辐照度修正的方法;IEC 60904 光电器件;IEC 61173 光电功率发生系统过压保护导则;IEC 61215-1993 晶体硅地表光伏电池组件 设计鉴定和定型;1ECl
9、l94 建筑物的电气安装;GB/T 6495.2-1996 光伏器件 第2部分:标准太阳电池的要求;GB/T 12632-1990 单晶硅太阳电池总规范;GB/T 19939-2005 光伏系统并网技术要求;IEC 60896-2 固定式铅酸蓄电池 一般要求和试验方法第2部分:阀调节型IEC 60068-2 基本环境试验 第2部分:试验;IEC 61721-1995 光电模块对意外碰撞的承受能力(抗撞击试验);IEC 61427-1999 太阳光电能系统用蓄电池和电池组;IEC 60364 建筑物的电气设施;IEC 60269-1 低压熔断器;DL/T 637-1997 阀控式密封铅酸蓄电池订
10、货技术条件。GB/T2297 太阳光伏能源系统术语GB/T11012 太阳电池电性能测试设备检验方法GB/T18210(IEC61829) 晶体硅光伏 (PV) 方阵I-V特性的现场测量GB/T18479(IEC61277) 地面用光伏(PV)发电系统 概述和导则IEC61724 光伏系统性能监测、测量、数据交换以及分析导则IEEE928 地面光伏系统标准IEEE937 光伏系统铅酸蓄电池的安装与维护IEEE1013 光伏系统铅酸蓄电池的设计IEEE1374 地面光伏发电系统安全导则中国国家气象局提供的北京地区的气象数据表2.2 北京地理位置及日照、气温等气象数据分析北京地区经纬度:北纬39.
11、9度 东经116. 3度根据所在地区日照时间的长短,可将我国划分为五类地区,北京被划归为三类地区。三类地区 全年日照时数为22003000小时,辐射量在502586x104kJcm2a,相当于170200kg标准煤燃烧所发出的热量。主要包括北京、山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东南部、福建南部、江苏北部和安徽北部等地。太阳能资源分布图如下所示:2.3配置方案我公司的设计人员对太阳能发电进行系统设计时,参考了日本电池株式会社和日本京瓷公司的太阳能专家建议后,针对北京地区的实际情况(地理、气象及负荷等条件),在首先保证系统安全、可靠和满足负荷能
12、够正常使用的前提下,使系统各部分的容量设计达到合理配置。并网型太阳能光伏发电系统主要由以下几个部分组成:太阳电池方阵及架台接线箱并网功率调节器(含逆变单元、输入输出单元、计量显示单元等)计算机数据采集装置室内显示装置各部件连接电缆其他辅助部件2.4 30KW并网型太阳能发电系统的年发电量统计在北京地区建设一个容量为30kW的太阳能并网型发电系统年发电量的统计数字如下表:月份日射量发电量(度/平方米.天)日发电量天数月发电量北京(度/天)(天/月)(度/月)3513.46 70 312177 24.20 85 282389 方阵容量34.56 93 312870 29.745.00 102 30
13、3050 kWp55.19 105 313266 64.94 100 303011 串联数74.32 88 312720 1584.28 87 312697 并联数94.46 91 302716 11104.00 81 312521 113.26 66 301988 123.04 62 311917 年间合计4.23 36531323 从以上统计的内容可以看出,一个29.7kW的太阳电池方阵平均每天发电量最少的是12月,为每天发电62度;最多的是5月,为105度;一年总的发电量为31323度。如果针对一个具体的用电负荷容量应该选择多大容量的太阳电池方阵合适,可以根据负荷每天(24小时)的用电量
14、和太阳电池方阵发电量进行比较,应以发电量大于或等于用电量为宜。不同太阳电池方阵的日发电量可以根据以上的太阳电池方阵日发电量按照线性比例进行推算即可。用电负荷容量越大所需要的太阳电池方阵容量就越大。2.5 30KW并网型太阳能光伏发电系统的环保效果统计根据一个30kW的并网型太阳能光伏发电系统的年发电量,如果这些电是用火力发电产生的,则相应地由太阳能发电后,可以减少二氧化碳的排放量约为5.2吨、二氧化硫的排放量约为0.28吨、氮氧化物的排放量约为0.138吨。所排放的这些气体如果用森林在一年内来吸收,则需要53公顷(1公顷100.5m100.5m)面积的森林,即相当于我们一年种植了这么大面积的森
15、林。一个30kW的并网型太阳能光伏发电系统的年发电量,如果改用燃油来获得,则相当于得消耗7611升的燃油。由此看来,一个30kW的并网型太阳能光伏发电系统对于环境保护方面的贡献是非常大的。2.6 30KW并网型太阳能发电系统的经济效益分析随着国家对节能、环保、减排政策的实施,太阳能光伏发电产业也在的迅速发展,随着太阳能光伏发电事业的日趋壮大,国内也相应的提出了一些扶持政策。我国目前缺乏关于光伏上网电价的明确政策,从个体案例来看,近期发改委核定的上海崇明岛前卫村光伏上网电价为4.0元/千瓦时。按照建设30KW的并网型太阳能发电系统计算:系统的发电量为31323度/年每年的收入=31323千瓦时4
16、.0元/千瓦时=125292元由此看来每年的上网收入是相当可观的,所以在进行系统设计时,如何使所设计的系统发电量达到最大化是整个系统设计的要点。第3章 系统主要设备说明30kW并网型太阳能光伏发电系统设备配置一览表序号名称型号数量1太阳电池组件(29.7kW)KD180GH-2P165块2太阳电池方阵架台钢结构1套3功率调节器柜(含30kVA隔离变压器柜)LBBB-30-T31套4数据显示屏(LED-L-C57R)按公司样机形式制做1面5接线箱LBJ-P122个6内部连接电缆1套7数据采集装置IBM电脑1台3.1、太阳能电池方阵3.1.1太阳电池方阵30KW并网型太阳能发电系统的太阳电池方阵容
17、量是由太阳电池组件按照15块串联后形成1组,根据容量要求再用11组并联组成。方阵由架台支撑在建筑物或其它支持物体上,它是按照设计的倾斜角度朝向正南方(北半球朝南,南半球朝北)放置在架台或支架上。太阳电池方阵 安装效果示意图上图是设计的效果示意图,选用日本京瓷公司型号为:KD180GH-2P多晶硅太阳电池组件,按照组合条件进行了综合设计,其中一套30KW并网型发电系统设计总共由165块太阳能组件按照15串11并构成的一个30KW太阳电池方阵示例。方阵的方位角为0(朝向正南方),倾斜角为35。3.1.2太阳能电池组件我公司用在30KW并网型太阳能发电系统的太阳电池组件是由目前世界产量排名第二的日本
18、京瓷公司生产的KD180GH-2P型太阳电池组件,为日本一级产品,其组件基本参数如下表:型号KD180GH-2P峰值发电功率180Wp功率误差范围5%5%最大工作电压23.6V最大工作电流7.63A开路电压29.5V短路电流8.35A以上数值在光照强度1kW/m2,空气分散系数1.5,芯片温度25条件下测量的长1341mm宽990mm厚36mm重量16.5kg3.2、接线箱太阳电池方阵的每一串太阳电池组件首先进入接线箱中的分路空开,然后通过各自的逆止二极管与总空开的上口相连,最后通过总空开的下口将方阵的电能送入并网功率调节器,本系统采用接线箱为LBJ-P12型号。太阳电池方阵接线箱门锁太阳电池
19、方阵接线箱标牌接线箱外形图由于接线箱安装在室外,因此它采用的是防水、防尘设计,它的里外全部喷涂高密度室外防锈底漆及表面防锈漆,在接线箱门的左侧是箱门锁,可以防止非专业人员随意打开进行操作,从而保证了系统的安全运行,防护等级IP40。3.3功率调节器我公司提供的并网型太阳能发电系统功率调节器为落地式安装,其内部主要由太阳能主从逆变单元、计量显示单元、输入输出单元等组成。计量显示单元LINE BACK Plus*1(LBBB-30-T3)特点适应多种系统组合方式1台功率调节器可以实现太阳能发电的并网功能、自立运行功能、蓄电池充放电功能、负荷均分功能、峰值斩波功能、融雪功能。由10 kW单元构成以1
20、0 kW为一个框架安装单元,可以构成任一容量,扩容方便。内置并网系统所需的功能主单元内集中设置了系统并网保护功能、直流分量检出、接地检出等所有功能。体积小、重量轻采用框架安装方式,因此能够做到体积小、重量轻。自立运行输出也能够并列运行n台10 kW单元可实现(10n)kW的自立输出供电。输入电压范围宽,组件可随意组合直流输入电压范围:200V500V。输出功率可以采用420mA输出系统通信采用RS-485方式采用标准配置的RS-485电路,能够进行运行状态、发电状态的监视,以及数据计量。计量显示单元监视运行状态所有的日射强度、气温、电压、电流、功率、发电量等及状态监视由计量显示单元进行显示。3
21、.4 计算机数据采集装置计算机数据采集装置是采用计算机计量软件来进行数据采集,通过RS485接口连接功率调节器,并将所采集的数据进行相应的处理,形成图形显示界面和数据表格形式,并计算统计每天,每月,每年的各种参数数据的分项数据和汇总数据,也可以形成数据曲线图表的形式进行存储。计算机数据采集装置开放通讯端口,可远传数据给信息控制监控中心,对并网型太阳能发电系统数据进行实时的监控。计量软件显示界面:3.5 显示装置 显示装置安装在室内或室外,能够为人们展示太阳能发电系统的发电参数数据如系统发电功率,日发电量,总发电量等数据。并能够提供系统的发电原理简图和一些环保说明的文字(例如安装太阳能发电系统后
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