山西大同15MW并网光伏电站设计

山西大同15MW并网光伏电站设计

摘要

在当今时代，人类对能源的需求量逐渐加大。人类对化石能源的过度的开发和利用，造成了当今世界范围内的能源危机和环境污染问题。现迫切的需要寻求一种新能源，来代替对化石燃料过度依赖局面。在人类已经开发和利用的一些新型能源（风能、太阳能、潮汐能等）中，太阳能以其清洁、对环境无污染、分布广泛、用之不竭等优点，在本世纪中成为重要的能源。目前，人类对太阳能的应用主要体现在光热转化和光电转化这两个方面上。而利用太阳能电池的光生伏特效应直接将太阳辐射能转化成电能的一种发电方式，是解决能源危机和环境污染的有效措施。

本课题设计的是一个大型并网光伏发电系统，电站安装地点是山西大同市，目标是产生15 MW的电量并把所发电量并网到电网上。通过对山西大同市太阳能分布及光照辐射量的分析来对电站进行选址，并对选址地点进行可行性研究。本电站采用分布发电的形式，以1 MW为一个子系统，整个系统有15个子系统所构成。在光伏电站中，太阳组件、逆变器，以及其他设备的选型都需要满足一定的匹配条件，使系统的发电效率达到最大化。在光伏电站中，对其光伏方阵、逆变器等设备的排布进行合理性布局，可以减少阴影遮挡对其造成的发电量损失和电缆线路的使用，减少线路连接对光伏发电系统所产生的损耗，进而使系统发电量达到最大化。

关键词：并网发电站，光伏效应，光伏阵列，并网逆变器，太阳能资源

前言 1

第1章综合说明 3

1.1 引言 3

1.2 项目选址 3

1.3 太阳能资源分析 3

1.4 光伏发电部分设计 4

1.5 电气系统设计 4

1.6 效益分析 4

第2章引言 5

2.1光伏产业现状及前景展望 5

2.1.1 光伏产业的发展背景 5

2.1.2 国内外光伏产业现状 6

2.1.3 中国光伏产业前景展望 8

2.2 项目概况 8

2.3 项目建设的必要性 9

2.3.1 缓解能源和环境压力 9

2.3.2 响应、符合国家和当地政策 9

2.3.3 充分利用当地资源 10

2.3.5 促进当地经济发展 10

第3章项目建设 11

3.1 选址原则 11

3.2 选址可行性研究 11

3.2.2 交通运输 14

3.2.3 接入电网情况 14

第4章光伏发电系统部分设计 15

4.1 光伏发电系统简介 15

4.1.1 光伏发电系统原理 15

4.1.2 太阳光伏发电系统的分类 15

4.1.3 光伏发电系统的组成 16

4.2 设备的选型 17

4.2.1 光伏组件的选型 17

4.2.2 光伏逆变器的选型 20

4.2.3 汇流箱的选型 22

4.2.4 支架的选型 24

4.3 光伏阵列设计及布置方案 25

4.3.1 组件串联的串联电压匹配 25

4.3.2 组件串联电压与逆变器输入端串联电压的匹配 26

4.3.3 MPPT的工作范围 27

4.3.4 功率匹配 27

4.3.5 直接并联电流与逆变器的匹配 28

第5章太阳电池阵列的设计及年发电量计算 29

5.1 电池组件的方位角和最佳倾角的确定 29

5.1.1 太阳电池组件的方位角确定 29

5.1.2 太阳电池组件最佳倾角的确定 29

5.2 光伏阵列排布和光伏阵列间距的设计 30

5.2.1 单元光伏阵列排布设计 30

5.2.2 光伏阵列间距的设计 30

5.2.3 光伏支架的安装 32

5.2.4 方阵布置设计 34

5.3 年上网电量估算 34

5.3.1 并网光伏发电系统的总效率 34

5.3.2 光伏电量估算 35

第6章电气设计 37

6.1 电气设备选型 37

6.1.1 升压变压器的选型 37

6.1.2 电缆的选型 38

6.2 电气设置 38

6.2.1 电气设备布置 38

6.2.2 电缆的铺设 39

6.2.3 防雷和接地系统的安装 39

第7章系统效益分析 40

7.1 环保效益 40

7.2 社会效益 41

7.3 经济效益 41

结论 44

谢辞 45

参考文献 46

外文资料翻译 49

前言

自从1839年半导体材料的光生伏打效应被发现后，人类就已经意识到了可以利用一些特殊材料，将太阳能转化成电能供人类所使用。对太阳能电池的发展才逐渐开展起来。经过多代的发展，目前太阳电池有多种种类，如多晶硅太阳能电池、单晶硅太阳能电池、薄膜太阳能电池等。在市场中，以多晶硅、单晶硅为主的晶硅电池的市场份额较大。太阳能电池的基本原理就是利用半导体材料的光生伏打效应，将光能转化电能。对太阳能发电的利用不需要消耗任何原料，并且由于太阳能本身具有清洁、对环境无污染、取之不竭、用之不竭等特点，在空气污染日益严重的今天受到人类的青睐。在当前社会，人类对太阳能的研究主要有三种方式：光电转化、光热转化和光化转化。而光伏电站的建立就是对其光电转化的应用。火力发电需要消耗较多的化石原料，而这些原料的储量毕竟是有限的。另外大量的化石燃料燃烧所产生的污染气体，破坏生态环境。太阳能电站不需要消耗任何原料，并且能量可以随处可得，没有地域的限制。而且发电过程中不产生任何噪音，发出的电量也容易储存。光伏电站的建设周期较短，在第一年建好，发电量就可以达到最大。并且光伏电站的建立不会破坏当地生态环境，相反还会对其产生一定的保护作用。在本次光伏电站采用“分布建立、集中并网”方式，其原则是“就近发电、就近并网、就近转换、就近使用。

光伏发电系统有多种运行方式，大体上可以分为独立运行和并网运行两种方式。大型并网光伏电站，占地面积较大，而且所发的电量直接并入电网，所以光伏电站一般建立在大量闲置的土地和并网条件较好的地区。与独立光伏发电系统相比，并网光伏系统具有如下优点：（1）并网光伏系统通过太阳电池组件吸收太阳辐射能，直接把太阳能转化为电能，不需要通过蓄电池储能，以电网为储能装置，省掉了蓄电池，节约了投资成本。（2）免掉了蓄电池，能够使系统的平均无障碍时间有所升高，这可以避免对蓄电池造成二次污染。本电站设计在山西大同市新荣区，这里的太阳能资源较为丰富，光能利用潜力十分可观。根据我国太阳能资源区标准来划分，该区属：“较丰富区”。本次光伏电站的装机容量为15 MW，前期投资成本约为1.5亿，但是光伏电站的发电量较高，把所发的电量全部供入当地电网，投资成本在4年内就可以收回。光伏电站的使用年限至少为25年，这25年总的盈利可达8亿元。

第1章综合说明

1.1引言

本项目是建设在山西大同市新荣区，该地区日照资源较为丰富，年日照时长可达2800小时，年辐射量可达5000 MJ/m2。该光伏电站的装机规模是15 MW，并入当地的110 KV电网之中，属于大型并网光伏电站。

该项目建成后，能够在一定程度上减少新荣区当地电网的供电压力，充分利用了当地的太阳能资源和荒废的土地资源。本项目有利于促进当地经济的发展和转型，即响应了国家走可持续发展道路的号召，也符合当地政府的政策要求。

1.2项目选址

新荣区位于大同市北面约45公里处，由于煤炭的大量开展，大量的耕地条件受到破坏，部分村庄发生整体搬迁。这里的光照条件较好，年日照时数在2800小时以上。

该光伏电站选择在新荣镇附近。该处地质稳定，大部分都是废弃的耕地，厂址附近没有高大的建筑物，也没有名胜古迹和地质遗址等。交通也十分便利，附近有几条主要的交通干线，不用担心设备的运输问题。选址地区新荣区较近，新荣区有许多变电站，可以把电站发出的电量升压至35 KV，并接入就近的变电站中，通过变电站的二次升压至110 KV并接入电网。由于得天独厚的太阳能资源优势，当地政府对太阳能产业和光伏电站建设也是大力支持。

1.3太阳能资源分析

大同市属于温带大陆性季风气候区，受季风的影响，四季分明。冬季漫长且寒冷干燥，夏季短暂且温热多雨，春秋天气较为凉爽。年平均气温在3.6~7.5 oC，最冷月为1月份，平均气温是-11.3 oC。极端最高气温37.7 oC，极端最低气温-29.1 oC。无霜期100~156天。年平均风速为4.5 m/s，而年平均的相对湿度较高，大约55%。大同市冬季较为干燥，雨雪天气较少，最大的积雪深度为0.8 cm 。

1.4光伏发电部分设计

本次电站的装机容量为15 MW。电池片排布以1MW为一个光伏发电单元。一个发电单元包含1个阳光电源公司型号为SG 1000 TS-M逆变器，12个阳光电源公司型号为PVS-16MX的汇流箱和1个型号为PVS-8MX的汇流箱。

光伏支架选用钛钢材料，采用三角形基础构架，电池板朝向为正南，倾斜角为37.3o，光伏阵列最小间距为13.5米，离地间距取值0.3米。

1.5电气系统设计

电气系统包括升压变压器选型，电缆选型，主接线设计和防雷及接地保护。升压为二级升压，一级升压采用安德利公司型号为SC（ZB）10系列的升压变压器，将电压升压至35 KV，并于所临近变压站中35 KV的开关处，通过变电站的作用升压至110 KV并接入电网中。电缆选型主要指直流电缆，选用上海易初电线电流有限公司生产的PV1-F光伏电缆，并配有整套安全有效的防雷接地设备。

1.6效益分析

太阳能电站的建设，能一定程度上减少火力发电的压力，也就减少了煤的燃烧，减少了大气污染。该光伏电站的建设，有效利用新荣区废弃的土地资源，对改善当地的环境生活质量起到了一定的作用。光伏电站的前期安装和后期的维护中，都需要大量的人力，它的建立也可以促进当地的就业率。

参考文献

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