16MW太阳能光伏发电站设计 最新Word格式文档下载.docx

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学生姓名

指导教师

设计（论文）题目

主要

研究

内容

1.6MW太阳能电站系统由太阳能电池方阵支架，太阳能电池方阵，汇流箱，并网逆变器，升压变压器，10KV配电室，二次保护继电室组成。

系统的工作原理是1.6ＫＷ太阳能电池方阵受光照后产生电流致汇流箱汇流后接入并网逆变器将直流电逆变成380V,50HZ的交流电后通过升压变压器升压至电网电压等级相同的电压，并网；

主要技

术指标

或研究

目标

系统由电池方阵、汇流箱、并网逆变器和升压变压器、10KV高压配电室等主要部分构成；

1.6MW光伏电站的方案设计，设备选型，系统设计等；

基本

要求

（1）根据功能要求编制设计方案。

（2）设计系统原理图。

（3）方阵支架安装图

（4）电气部分安装图

主要参

考资料

及文献

太阳能利用技术金盾出版社

王君一

太阳能发电实用技术化工出版社

沈辉

太阳能光伏工程设计与施工浙江科技出版社

李德恒

摘要

尽管寻找新能源的工作已经有相当的历史了，但是世界性的环境污染和能源短缺已经迫使人们更加努力的寻找和开发新能源。

在寻找和开发新能源的过程中，人们很自然的把目光投向了各种可再生的替代能源。

光伏发电就是其中之一。

虽然光伏发电的实际应用存在着种种的局限，但是随着光伏发电成本的降低和矿物发电成本的提高以及矿物能源的减少，总有一天光伏发电的成本将会与传统发电成本相当。

到时侯，光伏发电将逐步进入商业化阶段。

光伏并网发电形成规模后会对电网形成什么样的影响是本文想要探讨的问题。

关键字：

太阳能；

光伏；

并网；

发电

1.引言

人类社会已进入21世纪,在新千年开始之际,热门正面临着一系列重大的挑战,全球经济发展,人口迅速增加,需要提供更多的食物、住房和原料,因而对能源的需求量也不断增加。

在过去20年中,全世界能源消耗量增加了40%,其中85%以上使用的是矿物燃料。

这些矿物燃料燃烧时要产生大量温室气体,全球单是CO2排放量每年就超过500亿吨,而且还在不断扩大。

形成的酸雨造成土壤退化,危害动植物。

全球气候变暖可能会产生灾难性后果,必须采取坚决措施,减少温室气体的排放。

因此,治理环境污染,已成为当务之急。

同时,矿物燃料的储藏量是有限的,按目前探明的储藏与开发速度的比例计算,地球上可再开采的能源,石油为40年,天然气约为60年,煤炭为200年。

如不采取有效措施,到本世纪中叶,人类必将面临矿物燃料枯竭的严重局面。

为了减少大气污染、保护人类生态环境、保证能源的长期稳定供应,必须实施可持续发展战略,逐步改变现有的能源结构,大力开发利用新能源。

这已成为各国的共识。

在新能源中,公认技术含量最高、最有发展前途的是太阳能发电。

2.太阳能发电的类型及系统

2.1太阳能发电类型

目前太阳能光伏发电系统大致可分为三类，离网光伏蓄电系统，光伏并网发电系统及前两者混合系统。

　　A）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。

　　B）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。

　　C）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。

2.2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。

2.3太阳能光伏发电系统

2.3.1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2.3.1：

图2.3.1光伏发电系统的模拟原理电路图

2.3.2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（图2.3.2-b、2.3.2-c所示）。

各部分的作用为：

（一）太阳能电池板太阳能电池板（图2.3.2-c所示）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2.3.2-a太阳能电池板

（二）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。

（三）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。

（四）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DC-AC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-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）。

图2.3.2-b

太阳能电池发电系统的组成原理

图2.3.2-c

2.3.3太阳能光伏发电系统的设计需要考虑如下因素

问题1、太阳能发电系统在哪里使用？

该地日光辐射情况如何？

问题2、系统的负载功率多大？

问题3、系统的输出电压是多少，直流还是交流？

问题4、系统每天需要工作多少小时？

问题5、如遇到没有日光照射的阴雨天气，系统需连续供电多少天

问题6、负载的情况，纯电阻性、电容性还是电感性，启动电流多大？

问题7、系统需求的数量？

2.3.4太阳能光伏发电系统的发电方式

太阳能发电方式太阳能发电有两种方式，一种是光—热—电转换方式，另一种是光—电直接转换方式。

（1）光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。

前一个过程是光—热转换过程；

后一个过程是热—电转换过程，与普通的火力发电一样.太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高，估计它的投资至少要比普通火电站贵5～10倍.一座1000MW的太阳能热电站需要投资20～25亿美元，平均1kW的投资为2000～2500美元。

因此，目前只能小规模地应用于特殊的场合，而大规模利用在经济上很不合算，还不能与普通的火电站或核电站相竞争。

（2）光—电直接转换方式该方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光—电转换的基本装置就是太阳能电池。

太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。

当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵（图7）了。

太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用；

与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染；

太阳能电池可以大中小并举，大到百万千瓦的中型电站小到只供一户用的太阳能电池组，这是其它电源无法比拟的太阳能光伏发电方式有两种方式，一种是光—热—电转换方式，另一种是光—电直接转换方式。

2.4方阵支架安装图

2.4.1支架设计

在抗风压以及抗腐蚀方面采取了以下措施：

a．所有支架采用国标型钢，多点结合，即：

增加钢支架与屋面结构和相关承重结构的连接点，将受力点均匀分布于各承重结构上。

按抗l2级台风要求进行力学设计计算．各连接点选用特制型钢和不锈钢螺栓连接。

b．所有支架都采用热镀锌，局部外裸部分喷涂氟碳涂料来有效防腐。

2.4.2支架安装图

建造一个高质量的光伏发电站需要很多结构上的优化,组件倾斜角度的设计就是其中一点。

安装效果图如图2.4.2-b

图2.4.2-a

建造发电站时，需要根据现场经纬度不同,调节组件倾斜角度,以获得最大的太阳辐射,倾斜角是太阳电池方阵平面与水平地面的夹角，并希望此夹角是方阵一年中发电量为最大时的最佳倾斜角度。

一年中的最佳倾斜角与当地的地理纬度有关，当纬度较高时，相应的倾斜角也大。

总的来说，太阳能辐射获取量幅度呈抛物线表现，最高点即为辐射量最大的组件角度。

参照图2.4.2-a

图2.4.2-b太阳能电池方阵

3.光伏发电站电气原理设计

3.1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。

方案设计中采用北京能高自动化技术有限公司自主开发的汇流箱NG-SH01-Z100。

NG-SH01-Z100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×

450mm（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，1.6兆瓦大型并网光伏电站配置成3组400kWp和2组200kWp

的太阳电池阵列，总共需要20台80kW的并网逆变器，其中每台逆变器需配置6