1、毕业设计（论文）题目新疆哈密东南山口50MWP光伏电站设计专业电力班级学生指导教师2015年新疆哈密东南山口50MW光伏电站设计西安理工大学摘要随着日趋紧张的能源形势以及城市空气污染等问题的凸显，清洁能源发电越来越多的得到了社会的重视。而光伏发电以其污染物零排放、能源储量丰富、市场前景广阔等特点在国内外学术界和产业界得到了越来越多的关注。本论文针对并网光伏电站工程概况，对光伏电站的发电系统进行了研究和设计，主要工作内容如下根据光伏电站的工程概况、装机容量，考虑光伏电站初期投资和后期维护成本问题，对光伏电站电气一次侧进行主接线设计、光伏阵列变压器组合方式设计以及光伏电站升压方式设计，并进行了电气
2、一次侧主要设备的选型工作，在此基础之上从电站的调度管理与运行方式和光伏电站的计算机监控系统两个方面进行了电气二次设计。关键词光伏发电；并网；逆变器；电气主接线新疆哈密东南山口50MW光伏电站设计西安理工大学ABSTRACTCLEANENERGYHASGOTMOREATTENTIONFROMTHESOCIETYWITHTHENERVOUSENERGYSITUATION,ASWELLASTHEPOLLUTIONOFURBANAIRGRIDCONNECTEDPVHASGOTMORECONCERNINTHEOFACADEMIAANDINDUSTRYATHOMEANDABROADLATELYTHISPA
3、PERFOCUSESONTHEDESIGNOFPOWERGENERATIONSYSTEMSOFGRIDCONNECTEDPHOTOVOLTAICPOWERPLANTACCORDINGTOTHEPROJECTOVERVIEWTHEMAINCONTENTSAREASFOLLOWDESIGNTHEMAINELECTRICALWIRING,PVARRAYTRANSFORMERCOMBINATIONS,BOOTSMODEOFPHOTOVOLTAICPOWERPLANTSANDSELECTTHEMAJOREQUIPMENTOFPRIMARYSIDEACCORDINGTOTHEPROJECTOVERVIEW
4、,INSTALLEDCAPACITYANDSELECTTHEINITIALINVESTMENTANDMAINTENANCECOSTONTHISBASIS,DESIGNSECONDARYSIDEFROMTHETWOSIDESOFMANAGEMENTANDOPERATION,ANDCOMPUTERMONITORINGSYSTEMKEYWORDSPHOTOVOLTAICPOWERGENERATION,GRID,INVERT,ELECTRICALMAINWIRING新疆哈密东南山口50MW光伏电站设计西安理工大学目录1、太阳能光伏发电系统的介绍211太阳能光伏系统的简介112太阳能光伏发电系统的类型1
5、13太阳能光伏发电系统2131太阳能光伏发电系统工作原理2132太阳能光伏发电系统的组成32、我国以及哈密地区光能资源分布状况421、我国太阳能资源分布423、哈密地区太阳能资源524、项目任务及规模73、光伏发电系统总体方案设计及发电量计算831、光伏发电系统构成832、光伏组件选型833、光伏阵列运行方式的设计13331、阵列安装方式选择13332、光伏阵列最佳倾角的计算17333、光伏阵列间距设计1734支架系统的设计18341场地基本资料1835、逆变器的选择2136、光伏阵列设计及布置方案25361、太阳能电池组件的串、并联设计25362、单元光伏阵列排布设计26363、方阵布置设计
6、2637、年上网电量估算28371、并网光伏发电系统的总效率28372、光伏电站发电量的测算284、电气设计2941、电气一次29411、电气设备选型及布置29413、一次电气设备布置35414、照明和检修36新疆哈密东南山口50MW光伏电站设计西安理工大学415、过电压保护及接地36416、电缆敷设及电缆防火3642、电气二次37421、电场监控系统37422、计量及同期37423、元件保护38424、直流系统385、施工组织设计3851、施工条件38511、交通运输错误未定义书签。512、施工用水38513、施工电源和建材3852、施工总布置3853、主要工程项目的施工方案39531箱变基
7、础工程施工39532太阳能光伏电池组件方阵的安装40533升压站施工4154、施工综合进度43541、编制原则43542、分项施工进度安排43543、施工控制进度446、环境影响评价4461、评价依据4462、评价标准4563、环境影响分析及治理措施45631、工程施工期对环境的影响及防治45632、运行期的环境影响46633、光污染及防治措施4764环境保护措施4765、节能及减排效益分析4866、综合评价4811、太阳能光伏发电系统的介绍11太阳能光伏系统简介太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和免维护性、资源的充足性及潜在的
8、经济性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位。我们对太阳能的利用大致可以分为光热转换和光电转换两种方式，其中，光电利用（光伏发电）是近些年来发展最快，也是最具经济潜力的能源开发领域。太阳能电池是光伏发电系统中的关键部分，包括硅系太阳电池（单晶硅、多晶硅、非晶硅电池）和非硅系太阳能电池等。在晶体硅太阳能电池的产业链上分布着晶硅制备、硅片生产、电池制造、组件封装四个环节。光伏发电系统主要由太阳能电池、蓄电池、控制器和逆变器构成。光伏发电系统可分为独立太阳能光伏发电系统和并网太阳能光伏发电系统独立太阳能光伏发电是指太阳能光伏发电不与电网连接的发电方式，典型特征为需要蓄电池来存储能量，在民用范围内主要
9、用于边远的乡村，如家庭系统、村级太阳能光伏电站；在工业范围内主要用于电讯、卫星广播电视、太阳能水泵，在具备风力发电和小水电的地区还可以组成混合发电系统等。并网太阳能光伏发电是指太阳能光伏发电连接到国家电网的发电的方式，成为电网的补充。12太阳能光伏发电系统类型光伏发电系统按照应用的基本形式可分为三大类独立发电系统、微网发电系统和并网发电系统。未与公共电网连接的太阳能光伏发电系统称为独立发电系统；与偏远地区独立运行的电网相连接的太阳能光伏发电系统称为微网发电系统；与公共电网相连接的太阳能光伏发电系统称为并网发电系统。并网光伏发电系统按照系统功能又可以分为两类不含蓄电池环节的“不可调度式并网光伏发
10、电系统”和含有蓄电池组的“可调度式并网光伏发电系统”。（1）离网光伏蓄电系统这是一种常见的太阳能应用方式。在国内外应用已有若干年。系统比较简单，而且适应性广。只因其一系列种类蓄电池的体积偏大和维护困难而限制了使用范围。新疆哈密东南山口50MW光伏电站设计西安理工大学2（2）光伏并网发电系统当用电负荷较大时，太阳能电力不足就向市电购电。而负荷较小时，或用不完电力时，就可将多余的电力卖给市电。在背靠电网的前提下，该系统省掉了蓄电池，从而扩张了使用的范围和灵活性，并降低了造价。图11光伏并网发电系统图（3）A,B两者混合系统这是介于上述两个方之间的系统。该方案有较强的适应性，例如可以根据电网的峰谷电
11、价来调整自身的发电策略。但是其造价和运行成本较上述两种方案高。13太阳能光伏发电系统131太阳能光伏发电系统工作原理光伏发电系统是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电系统装置。光伏发电系统的优点是较少受地域限制，因为阳光普照大地光伏系统还具有安全可靠、无噪声、低污染、无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电及建设同期短的优点。光伏发电系统的模拟原理电路图231DCACUDIDIO1UOUREFRLUFUO1滤波器控制电路N1N2N3US
12、RSTIO图131光伏发电系统的模拟原理电路图新疆哈密东南山口50MW光伏电站设计西安理工大学3132太阳能光伏发电系统的组成太阳能光伏发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。如输出电源为交流220V或110V，还需要配置逆变器。各部分的作用为（1）太阳能电池板太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳能转化为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。图1321太阳能电池板（2）太阳能控制器太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护
13、的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项。（3）蓄电池一般为铅酸电池，一般有12V和24V这两种，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。（4）逆变器在很多场合，都需要提供AC220V、AC110V的交流电源。由于太阳能的直接输出一般都是DC12V、DC24V、DC48V。为能向AC220V的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DCAC逆变器。在某些场合，需要使用多种电压的负载时，也要用到DC
14、DC逆变器，如将24VDC的电能转换成5VDC的电能（注意，不是简单的降压）。新疆哈密东南山口50MW光伏电站设计西安理工大学4图13222我国以及哈密地区光能资源分布状况21、我国太阳能资源分布我国地处北半球欧亚大陆的东部，主要处于温带和亚热带，具有比较丰富的太阳能资源。根据全国700多个气象台站长期观测积累的资料表明，中国各地的太阳辐射年总量大致在335103840103MJ/M2之间，其平均值约为586103MJ/M2。图21我国太阳能资源分布图按接受太阳能辐射量的大小，全国大致上可分为五类地区一类地区全年日照时数为32003300H，年辐射量在67008370MJ/M2。新疆哈密东南山
15、口50MW光伏电站设计西安理工大学5相当于228285KGCE标准煤燃烧所发出的热量。主要包括青藏高原、甘肃北部、宁夏北部和新疆南部等地。这是我国太阳能资源最丰富的地区。二类地区全年日照时数为30003200H，年辐射量在58606700MJ/M2，相当于200228KGCE燃烧所发出的热量。主要包括河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部和新疆南部等地。此区为我国太阳能资源较丰富区。三类地区全年日照时数为22003000H，年辐射量在50205860MJ/M2，相当于171200KGCE燃烧所发出的热量。主要包括山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉
16、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。四类地区全年日照时数为14002200H，年辐射量在41905020MJ/M2。相当于142171KGCE燃烧所发出的热量。主要是长江中下游、福建、浙江和广东的一部分地区，春夏多阴雨，秋冬季太阳能资源还可以，属于太阳能资源可利用地区。五类地区全年日照时数约10001400H，年辐射量在33504190MJ/M2。相当于114142KGCE燃烧所发出的热量。主要包括四川、贵州两省。此区是我国太阳能资源最少的地区。一、二、三类地区，年日照时数大于2000H，年辐射总量高于5860MJ/M2，是我国太阳能资源丰富或较丰
17、富的地区，面积较大，约占全国总面积的2/3以上，具有利用太阳能的良好条件。四、五类地区虽然太阳能资源条件较差，但仍有一定的利用价值。22新疆地区太阳能资源新疆太阳能资源主要分布在天山南麓、天山北麓、东疆东部、北疆中部、北疆北部五大区域。由于新疆具有西高东低、南高北低的地理特性，水平表面年总辐照度的区域分布大致是由东南向西北不均匀递减。新疆水平表面太阳辐射总量为50006500MJ/2M，年总辐射量比同纬度地区高1015，比长江中下游高1525新疆的直射辐射年总量变化规律为北疆、东疆地区高于南疆，这是由于南疆尘暴较多，大气透明度低的缘故。直射辐射峰值点一般分布在哈密一带。新疆的直射辐射年总量在2
18、40044002/MMJ。23、哈密地区太阳能资源哈密地处亚欧大陆腹地，属典型的温带大陆性气候，干燥少雨，晴天多，年平均降水量不足40毫米，光照丰富，年、日温差大。春季多风、冷暖多变，新疆哈密东南山口50MW光伏电站设计西安理工大学6夏季酷热、蒸发强，秋季晴朗、降温迅速，冬季寒冷、低空气层稳定。极端最高气温43，极端最低气温32，无霜期平均182天。这里空气干燥，大气透明度好，云量遮蔽少，光能资源丰富，为全国光能资源优越地区之一，日照充足，年平均太阳总辐射量为627371兆焦/平方米,全年日照时数为3300至3500小时，为全国日照时数最多的地区之一。哈密市东南部、星星峡等区域全年日照时数达3
19、500小时，比俗称“日光城”的拉萨还多350小时。根据我国太阳能资源区划标准，该区属“较丰富带”，比较适合建设大型光伏电站。哈密基本气候情况（据19712011年资料统计）哈密地区1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月平均温度（）1044146135202246265247182940080平均最高温度（）31371232152803223423322761877515极端最高温度（）78142259340388396432426375317202100平均最低温度（）15910627551191651861681052653127极端最低温度（）277258152117157
20、094540894216286平均降水量（毫米）131512203966735333332013降水171110152036443420141018新疆哈密东南山口50MW光伏电站设计西安理工大学7天数（日）平均风速（米/秒）141622252219171614141413表231本光伏电站代表年各标准月太阳辐射数据统计表月份标准月辐射量/（2MMJ）标准月日照时数/H126212210423447921993523232679464622288357772833886765183296776014333486926032339571622969104314927061128027216512
21、218771895表232从气象部门获得的太阳能总辐射量是水平面上的，实际光伏电池组件在安装时通常会有一定的倾角以尽可能多的捕捉太阳能。通过以上数据分析，水平面平均年辐照量为1742702/MKWH（6273712MMJ），属于太阳能资源比较丰富地区，比较适合建设大型光伏电站。24、项目任务及规模太阳能光伏发电站的建设有利于促进当地电网的电源结构调整，优化资源的合理配置，可以对地区局部气候环境的改善起到一定的促进作用，同时还可以新疆哈密东南山口50MW光伏电站设计西安理工大学8与周边旅游景点结合起来，成为新的旅游景点。开发利用可再生能源是国家能源发展战略的重要组成部分。哈密市年平均日照时间在3
22、2851小时左右，开发利用太阳能资源具有较好的条件和前景，符合国家产业政策。根据当地的光能资源以及初步开发规划，本项目建设规模为50MW，初步推荐安装50套单机容量为1MW太阳能光伏方阵（电池组件及并网逆变器）。总投资约为5675亿元，占地面积1800亩，年发电量7300万千瓦时。3、光伏发电系统总体方案设计及发电量计算31、光伏发电系统构成根据当地电力分布的情况，本工程选择为不可调度式并网光伏发电系统。太阳光通过太阳能电池组件转换成直流电，经过三相逆变器（DCAC）转换成三相交流电，再通过升压变压器转换成符合公共电网要求的交流电，直接接入公共电网。本工程光伏发电系统主要由太阳能电池（光伏组件
23、）、逆变器及升压系统三大部分组成。本项目50MWP光伏并网发电系统根据分成若干个1MWP光伏并网发电单元。每个1MWP发电单元由1MWP光伏方阵、2台500KW光伏并网逆变器、1台1000KVA升压变压器以及相应的配电监控单元等相关设备组成，除光伏方阵外，其他设备均安装在一个就地配电室内。每个就地配电室1MWP太阳能产生的直流电经光伏并网逆变器逆变成交流电后就地升压成35KV，通过高压电缆送到主控室35KV母线，经升压站主变压器升压后接入并网点。32、光伏组件选型321光伏组件种类的确定商用的太阳能电池主要有以下几种类型单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、碲化镉电池、铜铟镓硒
24、电池等。上述各类型电池主要性能参数。具体参数如下表电池原料转换效率制造能耗成本资源可靠性公害技术壁垒新疆哈密东南山口50MW光伏电站设计西安理工大学9单晶硅1320高高中高小中多晶硅1018中中中中小高非晶硅812低低丰富中低小高表321而目前国内已经实现工业化生产的且工艺比较成熟的太阳能电池有单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池。（1单晶硅太阳能电池单晶硅太阳能电池是最早发展起来的，技术也最为成熟，主要用单晶硅片来制造。单晶硅材料的晶体完整，光学、电学和力学性能均匀一致，纯度较高，载流子迁移率高，串联电阻小，与其它太阳能电池相比，性能稳定，光电转换效率高，其商业化的电池效
25、率为1618。单晶硅太阳能电池曾长期占领最大的市场份额，只是在1998年后才退居多晶硅电池之后，位于第二位，但其现在仍在大规模应用和工业生产中占据主导地位。今后，单晶太阳能电池将继续向超薄、高效发展。受到材料价格及相应复杂的电池工艺影响，单晶硅成本居高不下，与此同时在加工过程中还伴随着高耗能、高污染的不利影响。（2多晶硅太阳能电池随着铸造多晶硅技术的发展和成本优势，多晶硅太阳能电池逐渐抢占了市场份额。从多晶硅电池表面很容易辨认，多晶硅片是由大量不同大小、不同取向的晶粒构成，在这些结晶区域（晶粒）里的光电转换机制完全等同于单晶硅电池。由于硅片由多个不同大小、不同取向的晶粒组成，而在晶粒界面（晶界
26、）光电转换容易受到干扰，因而多晶硅电池的转换效率相对单晶硅略低，其商业化的电池效率为1417。同时多晶硅的光学、电学和力学性能的一致性也不如单晶硅。随着技术的发展，多晶硅电池的转换效率也逐渐提高，尤其做成组件后，和单晶硅组件的效率已相差无几。（3非晶硅薄膜太阳能电池自1976年第一个非晶硅薄膜太阳能电池被研制出，1980年非晶硅太阳能电池实现商品化，直到今天，非晶硅太阳能电池以其工艺简单，成本低廉，便于大规模生产的优势，取得了长足的进展，被称为第二代太阳能电池。非晶硅薄膜太阳能电池具有弱光性好，受温度影响小等优点，但非晶硅太阳能电池转换效率相对较低，商业化的电池效率也只有6左右，而且非晶硅薄膜
27、太阳能电池在长时间的光照下会出现衰减现象（SW效应），组件的稳定性和可靠性相对晶体硅组件较差。新疆哈密东南山口50MW光伏电站设计西安理工大学10图321各种太阳能电池市场份额（资料来源2007年中国光伏发展报告）年中国光伏发展报告图中显示了各类光伏组件的市场占有份额，市场占有率情况反映了产品的成熟度和其性能的稳定性，可见单晶硅和多晶硅太阳能电池仍占据光伏发电市场的主流，而同等的稳定性和发电量情况下，多晶硅组件价格更有优势。综上所述，各种太阳能组件都有其优势和弊端，但随着技术的发展及同类产品的竞争，单晶硅、多晶硅组件的价格也在逐渐降低，目前光伏发电还是晶体硅组件占主导地位，所以本项目采用CSI
28、阿特斯生产多晶硅电池组件CS6P245P。该组件系列产品既经济又可靠，保质期可达2025年。可以被广泛应用于各种环保工程领域，从大型长期太阳能项目到中小型独立及并网系统太阳能电站。它已经获得IEC61215第二版的证书，TUV二级安全认证和北美UL1703安全认证，同时也是严格按照CE，ISO9001及ISO16949等质量认证体系加工生产。新疆哈密东南山口50MW光伏电站设计西安理工大学11太阳能光伏组件CS6P245P光伏电池组件的特点如下（1）60片高效的多晶电池片组成。（2）优质牢固的铝合金边框可以抵御强风、冰冻及变形。（3）新颖特殊的边框设计进一步加强了玻璃与边框的密封。（4）铝合金
29、边框的长短边都备有安装孔，满足各种安装方式的要求。（5）高透光率的低铁玻璃增强了抗冲击力（6）优质的EVA材料和背板材料通过综合比较，光伏电站中拟选用多晶硅光伏组件。322电池组件型号的确定目前国内生产的各种太阳能电池组件的种类、参数十分齐全，对GW级的光伏电站，组件用量大、占地面积广，所以应优先选用单位面积容量比较大的电池组件。经调查，目前技术较成熟的大容量电池组件规格中，初选的电池组容量在180WP,210WP,245WP之间选择，其技术参数见下表。电池组件型号规格CSP6P180PCSP6P210PCSP6P245P标准测试条件下峰值功率WP180210245最佳工作电流（A）76755
30、817新疆哈密东南山口50MW光伏电站设计西安理工大学12最佳工作电压（V）25282300短路电流（A）84807874开路电压（V）35763474371最大系统电压（V）100010001000组件效率14121483149填充因子074074075短路电流温度系数0045/K006/K0065/K开路电压温度系数034/K037/K034/K峰值功率温度系数047/K045/K043/K输出功率公差333组件尺寸（MM）148299235165099050193898240重量（KG）16819820表3221初选电池组件组成的50MWP光伏电站组件数量比较参数方案一方案二方案三组件型
31、号CSP6P180PCSP6P210PCSP6P245P串联数量（块）2221201MWP子方针并联数量（路）2542282061MWP子方针组件数量（块）55884788412050MWP方针组件数量（块）279400239400206000电站实际安装容量（MWP）50292502745047表3222通过表表3221和表表3222具体参数的对比分析，可知（1）245WP组件的最佳工作电流、最佳工作电压、短路电流、开路电压的综合指标较高。（2）采用245WP组件组成1MWP光伏电站所使用的组件数量最少，组件数量少意味着组件间连接点少，故障几率减少，接触电阻小，线缆用量少，系统整体损耗也会降
32、低。3拟选用GSP60P245多晶硅电池组件，在工程实施时，应就电池板的新疆哈密东南山口50MW光伏电站设计西安理工大学13抗风沙能力对供货厂商提出具体要求。CSP6P245P电池组件各项性能指标如下太阳电池组件技术参数组件测试条件辐射度10002/MW，组件温度25，AM15太阳电池组件型号CSP6P245P组件效率149指标单位峰值功率245WP开路电压（VOC）371V短路电流（ISC）874A工作电压（VMPPT）300V工作电流（IMPPT）817A尺寸1638X982X40MM重量20KG峰值功率温度系数043/开路电压温度系数034/短路电流温度系数0065/表3223电池组件具
33、体参数33、光伏阵列运行方式的设计331、阵列安装方式选择对于光伏组件，不同的安装角度接受的太阳光辐射量是不同的，发出的电量也就不同。安装支架不但要起到支撑和固定光伏组件的作用，还要使光伏组件新疆哈密东南山口50MW光伏电站设计西安理工大学14最大限度的利用太阳光发电。安装方式主要有固定式、单轴跟踪和双轴跟踪等。（1固定式光伏组件的安装，考虑其经济性和安全性，目前技术最为成熟、成本相对最低、应用最广泛的方式为固定式安装。由于太阳在北半球正午时分相对于地面的倾角在春分和秋分时等于当地的纬度，在冬至等于当地纬度减去太阳赤纬角，夏至时等于当地纬度加上太阳赤纬角。如果条件允许，可以采取全年两次调节倾角
34、的方式，也就是说在春分夏至秋分采用较小的倾角，在秋分冬至春分采用较大的倾角。图3311固定式安装（2单轴跟踪单轴自动跟踪器用于承载传统平板光伏组件，可将日均发电量提高2035。如果单轴的转轴与地面所成角度为0度，则为水平单轴跟踪；如果单轴的转轴与地面成一定倾角，光伏组件的方位角不为0，则称为极轴单轴跟踪。对于北纬3040度的地区，采用水平单轴跟踪可提高发电量约20，采用极轴单轴跟踪可提高发电量约35。但与水平单轴跟踪相比，极轴单轴跟踪的支架成本较高，抗风性相对较差，一般单轴跟踪系统多采用水平单轴跟踪的方式。新疆哈密东南山口50MW光伏电站设计西安理工大学15图3312水平单轴跟踪图3313极轴
35、单轴跟踪（3双轴跟踪双轴跟踪是方位角和倾角两个方向都可以运动的跟踪方式，双轴跟踪系统可以最大限度的提高太阳能电池对太阳光的利用率。双轴跟踪系统在不同的地方、不同的天气条件下，提高太阳能电池发电量的程度也是不同的在非常多云而且很多雾气的地方，采用双轴跟踪可提高发电量2025；在比较晴朗的地方，采用双轴跟踪系统，可提高发电量3545。新疆哈密东南山口50MW光伏电站设计西安理工大学16图3314双轴跟踪对于跟踪式系统，其倾斜面上能最大程度的接收的太阳总辐射量，从而增加了发电量，但考虑（1跟踪系统自动化程度高，但目前技术尚不成熟，尤其是在沙尘天气时，其传动部件会发生沙尘颗粒侵入，增加了故障率，加大运
36、营维护成本，使用寿命非常短，不及固定支架寿命的1/4；（2跟踪系统装置复杂，国内成熟的且有应用验证的产品很少，并且其初始成本较固定式安装高很多，发电量的提高比例低于成本的增加比例，性价比较差。（3）不同安装方式的经济比较如下项目固定式斜单轴跟踪方式双轴跟踪方式发电量（）10012725131占地面积（万2M）224649支架造价07元/WP31元/WP44元/WP支架费用（万元）70310440估算电缆费用（万元）65135145直接投资增加的百分比（）028241运行维护工作量小有旋转机构，工作量较大有旋转机构，工作量更大新疆哈密东南山口50MW光伏电站设计西安理工大学17板面清洗布置集中，
37、清洗方便布置分散，需逐个清洗，清洗量较大布置分散，需逐个清洗，清洗量较大表331据以上三点因素综合分析，因此本工程光伏组件方阵推荐采用固定式安装。332、光伏阵列最佳倾角的计算光伏阵列的安装倾角对光伏发电系统的效率影响较大，对于固定式安装的光伏阵列最佳倾角即光伏系统全年发电量最大时的倾角。方阵安装倾角的最佳选择取决于诸多因素，如地理位置、全年太阳辐射分布、直接辐射与散射辐射比例、负载供电要求和特定的场地条件等。并网光伏发电系统方阵的最佳安装倾角可采用专业系统设计软件进行优化设计来确定，它应是系统全年发电量最大时的倾角。通过软件计算，当倾角等于42，全年所接收到的太阳辐射能最大，约为1990KW
38、H/M2。倾角在3545间时，全年太阳辐射量差别不大。太阳能电池组件安装倾角暂定为42朝正南方向。具体参数如下表所示地区HPH/H最佳倾角HPHT/光伏/直流负载PV/LDC/（PW/WH）光伏/交流负载PV/LDC/（PW/WH）哈密4824255202590302表332333、光伏阵列间距设计光伏阵列必须考虑前、后排的遮挡阴影问题，如图333所示。计算确定光新疆哈密东南山口50MW光伏电站设计西安理工大学18伏阵列间距的一般原则冬至日当天早晨900至下午300的时间段内，光伏阵列不应被该档。计算公式如式333图333光伏阵列前、后排的遮挡阴影计算示意图COSCOSCOSSINSINTAN
39、ARCSINCOSSINCOSLLD（333）式中D为光伏阵列间距M；L为光伏阵列斜面长度M；为光伏阵列倾角DEG；为当地纬度DEG；为太阳方位角DEG；为太阳赤纬角DEG；为太阳时角DEG。其中L3912MM，42，6542，523，计算的D642M，考虑实际安装方便，光伏阵列间距确定为65M。光伏阵列排列方式20件光伏组件为一串，两串并列固定在一组支架上。34支架系统的设计341场地基本资料（1）工程地质与水文地质场址地貌属山前冲洪积平原地面高程1016010380M，场址东北高，西南地，地形坡度小于1。根据勘探资料，场址区地层以第四系松散堆积物为主，主要由全新统冲洪积角砾层和上更新统冲洪
40、积角砾层。场址区地下水多为孔隙型潜水，一般水位埋深大于20M，地下水径流方向基本由北向南，蒸发量大，含盐量大。（2）不良地质现象场址地质平坦，基本无滑坡、泥石流等不良地质现象。但场址区宽浅冲新疆哈密东南山口50MW光伏电站设计西安理工大学19沟发育，应考虑季节性流水对基础的影响。场址区存在季节性冻土，其标准冻深线深度为地面以下165M。（3）场址地震效应场址区50A超越概率10地震动峰值加速度为010G，设计地震分组为第二组，地震动反应谱特征周期为040S，相对应的地震基本烈度为VII度，场址区属构造基本稳定区。（4）地基土腐蚀性场地地基土为硫酸盐渍土、亚硫酸盐渍土，属中盐渍土。地基土体中硫酸
41、盐对混凝土结构具中等腐蚀性，氯离子对钢筋混凝土结构中的钢筋具中等腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性，应采取必要的防腐措施。结构设计时，本工程重要性等级为二级，地基等级为二级（中等复杂地基），场地基本地震烈度为VII度，场地等级为二级场地（中等复杂场地），场地环境类别为III类。支架系统主要设计参数如下表参数取值50年一遇10MIN平均最大风速31M/S多年极大风速235M/S，主导风向NE基本雪压020KN/3M抗震设防烈度VII度冻土深度165M电池组件重量194KG固定支架倾角42表341342负载组合由于电池组件自重很小，支架设计时风荷载起控制作用，因此最不利荷载组合中不考虑地震荷载。荷载考虑下
42、列两种组合（1）自重荷载正风荷载雪荷载；（2）自重荷载逆风荷载电池组件阵列支架设计在各种荷载组合下，支架应满足规范对强度刚度稳定等各项指标要求。设计时采用50年一遇10MIN平均最大风速作为设计依据，确保支架系统安全稳定。电池组件阵列支架结构布置如下新疆哈密东南山口50MW光伏电站设计西安理工大学20本工程采用245WP多晶硅电池组件，每个组串单元由40块多晶硅电池组件组成，横向20列，竖向两行。电池组件固定支架结合电池组件排列方式布置，支架倾斜角度42，采用纵向檀条，横向支架布置方案，一个结构单元内有四个支架，支架由立柱、横梁及斜撑（或拉梁）组成，支架系统的材料采用薄壁型钢。在支架的横梁上，
43、按照电池组建的安装宽度布置檀条，用于直接承受电池组件的重量。檀条固定于支架横梁上。组件2条长边各有两个点与檀条连接，一块电池组件共有4个点与檀条固定。综上所述，电池组件与檀条的连接采用螺栓连接，配加双面垫圈。343支架基础设计（1）基础的选型电池组件支架基础可选用独立基础、条形基础或桩基础等形式，制作方式有预定和现浇2种。若采用独立基础，基础埋置较深，开挖量及回填量较大；钢筋混凝土桩基础混凝土和钢筋用量少，开挖量小，并且对原有植被破坏小，施工快捷，既能满足稳定的要求又经济实用，为目前光伏电站支架基础的首选形式。本工程场地为卵砾石层，如采用预制桩会造成入桩困难。综上所述，本工程支架基础采用混凝土
44、钻孔灌注桩。（2）基础设计电池组件支架基础上作用的荷载主要是风荷载所引起的支架对基础的作用力，因此基础设计时应保证风荷载作用下基础的稳定，桩基础不出拔起、断裂等破坏现象。基础稳定验算包含承载力抗拔、抗剪验算，荷载效应应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合作为基础设计依据。经计算桩基础埋深不小于150M，桩直径025M，长度18M，高出地面03M。1MWP多晶硅固定支架基础主材用量C25混凝土约2003M，钢筋用量约115吨。由于上部结构传来的荷载相对较小，经计算固定支架钻孔灌注桩基础的绝对沉降量小于5MM，而沉降差小于25MM。（3）连接设计支架杆件间的连接采用螺栓连接。螺栓连接对结构变形有
45、较强的适应能力，施工安装速度快、便捷，所以本工程采用螺栓连接。支架与基础的连接也采用螺栓连接，螺栓连接又分为预埋螺栓连接和后瞄固螺栓。后瞄固螺栓施工方便一般需从专业生产厂家采购。新疆哈密东南山口50MW光伏电站设计西安理工大学21故本工程推荐后瞄固螺栓连接。35、逆变器的选择光伏并网逆变器是光伏电站的核心设备之一，其基本功能是将光伏电池组件输出的直流电转换为交流电。逆变器的技术指标（1可靠性和可恢复性逆变器应具有一定的抗干扰能力、环境适应能力、瞬时过载能力及各种保护功能，如故障情况下，逆变器必须自动从主网解列。（2逆变器输出效率大功率逆变器在满载时，效率必须在90或95以上。中小功率的逆变器在
46、满载时，效率必须在85或90以上。在50W/2M的日照强度下，即可向电网供电，即使在逆变器额定功率10的情况下，也要保证90大功率逆变器以上的转换效率。（3逆变器输出波形为使光伏阵列所产生的直流电源逆变后向公共电网并网供电，就必须使逆变器的输出电压波形、幅值及相位与公共电网一致，实现无扰动平滑电网供电。输出电流波形良好，波形畸变以及频率波动低于门槛值。（4逆变器输入直流电压的范围要求直流输入电压有较宽的适应范围，由于太阳能光伏电池的端电压随负载和日照强度的变化范围比较大。就要求逆变器在较大的直流输入电压范围内正常工作，并保证交流输出电压稳定。输出电流同步跟随系统电压。不同类型逆变器的特性对比如
47、下表逆变器类型集中式逆变器组串式逆变器微型（组件）逆变器逆变器容量10KW1MW600W10KW1KW以下组件接入形式方阵组件串组件MPPT功能方阵的最大功率点组串的最大功率点组件最大功率点遮挡影响影响最大影响较小影响最低直流电缆大量使用少量使用基本不使用投资成本低廉适中昂贵适用光伏系统日照均匀的地面各类型地面光伏1KW以下的光伏系新疆哈密东南山口50MW光伏电站设计西安理工大学22大型光伏电站或大型BAPV电站或BAPV/BIPV统产品成熟度成熟成熟研发和试验阶段安装使用专业安装和维护，更换困难安装简便，更换方便安装简便，更换方便表351我国光伏发电等可再生能源发电技术研究起步比较晚，对于核
48、心器件并网逆变器的研究相对国外某些产品有一定的差距，但近几年国内也有多家生产并网逆变器的厂家也生产出了大功率，较为先进的并网逆变器。目前国内逆变器市场，比较成熟的逆变器产品单台容量已可做到1000KVA。本项目系统总容量为50MWP，从工程运行及维护考虑1若选用单台容量小的逆变设备，则设备台数较多，会增加后期建设的维护工作量，在投资系统的条件下，应尽量选用容量较大的逆变设备，在一定程度上也能降低投资，并提高系统的可靠性；2但单台逆变器容量过大，则会导致一台逆变器故障时，发电量损失过大，因此本工程拟选用容量为500KW的逆变器。此外，集中型逆变器需满足如下性能（1）采用MPPT技术，跟踪电压范围
49、要宽、最大直流电压要高；（2）提供人机界面及监控系统；（3）具有极性反接保护、短路保护、孤岛效应保护、交流过流及直流过流保护、直流母线过电压保护、电网断电、电网过欠压、电网过欠频、光伏阵列及逆变器本身的接地检测及保护功率对地电阻监测和报警功能等，并相应给出各保护功能动作的条件和工况即时保护动作、保护时间、自成恢复时间等。（4）交直流均具有防浪涌保护功能；（5）完全满足国家电网公司光伏电站接入电网技术规定试行的要求，具有低电压穿越功能，可调有功功率，交流电流谐波不超过允许值。下面是各个厂家500KW逆变器的主要技术的对比厂家型号额定功率（KW）MPPV（V）最大效率（）温度范围（）价格（万元）新疆哈密东南山口50MW光伏电站设计西安理工大学23阳光能源SG500KTL50045082098725554000SG500MX50050082098730554000SG500K3500450820973（含变压器）25554000艾默生SSL0500L5003008509833050科诺伟业SNGI900500HEA5004508809842050绿能电气PVMC50050040085097520
