哈尔滨润恒物流63MW屋顶分布式光伏发电项目系统初步设计说明.docx
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哈尔滨润恒物流63MW屋顶分布式光伏发电项目系统初步设计说明
哈尔滨润恒物流5.99MWp分布式
光伏发电项目
光伏系统初步设计说明
中国葛洲坝集团电力有限责任公司
2017年03月
批准:
审核:
校核:
设计:
1.现场踏勘
1.1总体情况
经过现场踏勘并结合设计指引提供图纸,将项目地润恒物流园划分为,彩钢瓦部分(蔬菜批发中心;果品批发中心)和混凝土部分(冷库A、B、C;彩钢瓦东西南面沿街商铺以及交易市场多栋单体建筑)。
(园区平面布置图)
1.2冷库
现场踏勘发现冷库女儿墙高度1400mm,冷库混凝土屋面北侧有通风建筑,尺寸2600X2700mm,屋面有电缆穿管架高敷设。
A冷库南侧上人屋面上有一座通讯塔,塔高约12m。
冷库屋面电缆
冷库女儿墙
冷库A通讯塔
1.3沿街商铺
现场踏勘发现彩钢瓦东西南面沿街商铺高低错层,高层完全遮挡低层,且高层屋面有气楼及烟囱,烟囱排烟对组件产生影响。
高层建筑对园区西侧沿街商铺造成遮挡,不能布置组件。
南侧三栋沿街商铺有两栋屋顶树立广告牌严重遮挡后排区域,不能布置组件装组件,中间一栋可布置组件,但布置数量有限,不到30KW,接入钢结构屋面逆变器拉线距离较长,线损较大,东侧沿街商铺屋顶气楼及烟囱占地较大且组件布置数量有限,接入逆变器距离较长,线损较大。
综上考虑:
放弃沿街商铺。
沿街商铺图片
1.4交易区
交易区A-F混凝土屋面均有两排气楼,气楼尺寸700X700X500mm,女儿墙高度1300mm,交易市场B02,B03,B04,D01,D02,D03六栋楼屋顶东侧有广告牌,广告牌2000X2000mm。
屋面气楼及女儿墙
屋顶广告牌
1.5果蔬区
果蔬区为彩钢瓦屋面,彩钢瓦瓦型为角驰型,瓦楞之间间距800mm,采光带之间间距12000mm,采光带宽度1600mm,屋面东西朝向,果蔬区屋内做吊顶,部分檐口损坏,另果品区南侧有两根烟囱分别高约6m和12m。
屋顶采光带
彩钢瓦
彩钢瓦屋顶烟囱
屋面檐口
室内吊顶
2.总图设计
2.1光伏阵列设计
1)彩钢瓦屋面布置原则
本项目彩钢瓦屋面东西朝向(东偏北5°),采用沿屋面平铺,铝合金导轨夹具固定的布置原则。
南北向每隔6块组件设置一条检修通道,检修通道宽度600mm。
于距离屋顶边缘400mm处设置栏杆,栏杆高度400mm。
格栅覆盖屋面主检修通道,格栅宽度500mm。
2)混凝土屋面布置原则
本项目支架倾角选择15°。
考虑混凝土屋面女儿墙高度1300mm,支架设计架高至组件最低点离屋面1000mm。
支架间距参照《光伏电站设计规范》(GB50797-2012)要求取太阳入射角最小的冬至这天9:
00至15:
00计算前排支架阴影不对后排光伏组件造成遮挡计算。
因此,根据公式计算
式中:
—表示前后阵列间的距离;
—表示太阳能阵列倾斜面长度;
β—表示支架倾角;
—表示项目地纬度。
由此计算:
D≈3.8m。
根据现场勘查测量混凝土屋面有通风气楼,并结合女儿墙阴影遮挡情况,综合考虑D=4.4m。
2.2光伏区电气设计
1)组串数量设计
在光伏方阵中,同一光伏组件串中各光伏组件的电性能参数宜保持一致,光伏组件串的串联数参照GB50797-2012《光伏发电站设计规范》按下列公式计算:
(2.2-1)
(2.2-2)
式中:
——光伏组件的开路电压温度系数;
——光伏组件的工作电压温度系数;
N——光伏组件的串联数(N取整);
——光伏组件工作条件下的极限低温(℃);
——光伏组件工作条件下的极限高温(℃);
——逆变器允许的最大直流输入电压(V);
——逆变器MPPT电压最大值(V);
——逆变器MPPT电压最小值(V);
——光伏组件的开路电压(V);
——光伏组件的工作电压(V)。
本项目初步选用60kW容量的组串逆变器,其最大直流输入电压为DC1000V,电压跟踪范围为570V~850V。
结合项目地气象资料,项目地多年极端最高气温36.4℃,项目地多年极端最低气温-38.1℃,计算项目地组件串并联数如下:
多晶265Wp组件
序号
部件
单位
数值
1
组件型号
STP265-20/Wem
2
峰值功率
W
265
3
功率公差
%
0~+5
4
组件转换效率
%
16.3
5
开路电压
V
~37.8
6
短路电流
A
~9.02
7
工作电压
V
~31
8
工作电流
A
~8.56
9
组件功率温度系数
%/℃
-0.40
10
组件电压温度系数
%/℃
-0.33
11
组件电流温度系数
%/℃
0.067
12
组件工作温度
℃
-40~85
14
10年功率衰降
%
≤10
15
25年功率衰降
%
≤19.3
16
耐风压
Pa
2400
17
最大荷载
Pa
5400
18
光伏组件尺寸结构
mm
1640×992×40
19
最大耐压
V
1000
21
防护等级
≥IP65
22
连接线规格
mm2
4
23
组件重量
Kg
19
式中:
——光伏组件的开路电压温度系数,取值-0.33%/℃;
——光伏组件的工作电压温度系数,采用组件开路电压温度系数值替代,取值-0.33%/℃;
N——光伏组件的串联数(N取整);
——光伏组件工作条件下的极限低温(℃),取值-40℃;
——光伏组件工作条件下的极限高温(℃),取值40℃;
——逆变器允许的最大直流输入电压(V),取值1100V;
——逆变器MPPT电压最大值(V),取值1000V;
——逆变器MPPT电压最小值(V),取值200V;
——光伏组件的开路电压(V),取值37.8V;
——光伏组件的工作电压(V),取值31.0V。
由公式(2.2-1)和(2.2-2)计算得出:
19≤N≤22。
因此,综合分析如选用多晶硅265Wp光伏组件,光伏组串数应取值在19≤N≤22满足电气设备工作要求,同时为减小投资,项目拟采用22块为一串进行串联。
2)根据组串逆变器容量及组件实际布置设计单台组串逆变器尽量满接。
序号
名称
数值
逆变器型号
SUN2000-36KTL
1
逆变器功率
36kW
(1)
逆变器额定输出功率
40kW
(2)
逆变器最大输入功率
40kW
2
逆变器效率
(1)
最高转换效率
98.7%
(2)
*欧洲效率
(加权平均效率)
98.3%
3
逆变器输入参数
(1)
最高输入电压
DC1100V
(2)
MPPT电压范围
200~1000
(3)
最大直流输入电流
54.7A
(4)
直流侧输入回路数
8路
4
逆变器输出参数
(1)
额定输出电压
220V/380V,默认3W+N+PE,可选设置3W+PE
(3)
输出频率要求
50Hz
(4)
功率因数
0.8超前-0.8滞后
(5)
最大交流输出电流
60.8A
(6)
总电流波形畸变率
<3%
5
保护功能
(1)
过载保护(有/无)
有
(2)
反极性保护(有/无)
有
(3)
过电压保护(有/无)
有
(4)
孤岛保护和低电压穿越功能
有
(5)
其它保护(请说明)
6
工作环境温度范围
-25℃~60℃
7
相对湿度
0~100%(无凝露)
8
满功率运行的最高海拔高度
4000米以上降额
9
散热方式
自然对流
10
重量
55kg
11
尺寸(宽×高×深)
930x550x260
3)汇流箱选择4进1出交流汇流箱。
4台交流汇流箱接入一台1000kVA箱变。
3.辐照量及阴影分析说明
3.1水平日均辐照小时数说明
项目地经纬度北纬45.85°,东经126.52°。
通过meteonorm7查询得知该地的光照情况如下图:
由基本辐照信息初步测算哈尔滨每个月日均辐照小时数如下:
1月
2月
3月
4月
5月
6月
1.6
2.4
3.9
4.7
5.5
5.7
7月
8月
9月
10月
11月
12月
5.3
4.8
4
2.8
1.8
1.3
从表中我们可以看出项目地11月、12月、1月辐照量较差,2月至11月辐照小时数达1190.5h,平均水平日照小时数约为3.247,乘以系统效率82.5%后均水平日照小时数约为2.678775h。
3.2阴影分析说明
我们现在用sketchup设置阴影,计算真太阳:
To=Tm+4(Lo-Lm)
To:
真太阳时(标准时间),单位(min)
Tm:
单位(min)
Lo:
标准时间子午圈所处的径度(deg)(在中国,时钟在8点时,径度为120E,用的是+8时间的时间)
项目的哈尔滨润恒物流城得真时间(东经:
126.507E,北纬:
45.839N)当地时间应该为:
χ=8+4*(120-126.507)
χ=8点26分03秒(项目地的时间比北京时早26分03秒,如果说6点钟北京太阳已经升起,则项目地的太阳是5点34分已升起)
因此,在算阴影时,计算径度为120N地区时,计算时间为AM9:
00~PM15:
00,而计算项目地阴影时,计算时间为:
AM8:
34~PM14:
34。
下图为模拟项目地2月1日至10月30日阴影遮挡:
2月1日8:
34
2月1日9:
34
东侧沿街商铺于2月1日9:
34之后开始对果品批发中心不遮挡
2月1日14:
34
2月1日14:
05
西侧沿街商铺于2月1日14:
05之前对蔬菜批发中心不遮挡
10月30日8:
34
东侧沿街商铺10月30日对果品批发中心不遮挡
10月30日14:
34
10月30日14:
00
西侧沿街商铺于10月30日14:
00之前对蔬菜批发中心不遮挡
综合考虑,总图布置按照10月30日8:
34避让上午东南向阴影,按照10月30日14:
00避让下午西南向阴影(遮挡半个小时)。
蔬菜批发中心及果品批发中心预留组串逆变器位置及避让组串逆变器阴影,按照2月1日9:
34避让南北向阴影(遮挡一个小时)。
12月21日8:
34
12月21日14:
34
(标红部分为冬至日遮挡部分)
如图上所示总图布置中冬至日被遮挡组件约6153块。
4、系统效率及发电量估算
4.1系统效率
影响发电量的关键因素是系统效率,系统效率主要考虑的因素有:
灰尘、雨雪遮挡引起的效率降低、温度引起的效率降低、组件串联不匹配产生的效率降低、逆变器的功率损耗、直流交流部分线缆功率损耗、变压器功率损耗、跟踪系统的精度等等。
1)灰尘、雨雪遮挡引起的效率降低项目当地处在多水地区,灰尘较少,降
水较多,同时考虑有管理人员可经常性人工清理方阵组件的情况下,采用数值:
96%。
2)温度引起的效率降低
光伏组件会因温度变化而输出电压降低、电流增大,组件实际效率降低,发电量减少,因此,温度引起的效率降低是必须要考虑的一个重要因素,考虑本系统在设计时已考虑温度变化引起的电压变化,并根据该变化选择组件串联数,保证了组件能在绝大部分时间内工作在最大跟踪功率点范围内,考虑0.33%/K的MPP功率变化、考虑各月辐照量计算加权平均值,可以计算得到加权平均值为98%。
3)组件串联不匹配产生的效率降低组件串联因为电流不一致产生的效率降低,选择该效率为99.0%。
4)直流部分线缆功率损耗
根据项目的直流部分的线缆连接,计算得直流部分的线缆损耗1.0%。
5)逆变器的功率损耗本项目采用高效并网逆变器,功率损耗可取1.5%。
6)交流线缆的功率损耗,根据项目的交流部分的线缆连接,计算得交流部分的线缆损耗效率1.5%。
7)变压器功率损耗使用高效率的变压器,变压器效率为98.5%。
8)接头损耗效率为99%。
9)不可利用辐射损耗效率为96.0%。
10)系统故障及运维损耗效率为98.5%。
11)总体系统效率
测算系统各项效率:
组件灰尘损失、组件温度效率损失、组件不匹配损失、
线路压降损失、逆变器效率、升压变压器效率、交流线路损失、系统故障及运维损耗、线缆接头损耗等,则系统综合效率:
序号
项目
损耗
效率
1
直流输电损耗
1.00%
99.00%
2
线缆接头损耗
1.00%
99.00%
3
电池板不匹配造成的损耗
1.00%
99.00%
4
灰尘积雪遮挡损耗
4.00%
96.00%
5
交流线路损耗
1.50%
98.50%
6
逆变器损耗
1.50%
98.50%
7
不可利用的太阳辐射损耗
4.00%
96.00%
8
系统故障及维护损耗
1.50%
98.50%
9
变压器损耗
1.50%
98.50%
10
温度影响损耗
2.00%
98.00%
系统综合效率
82.5%
4.2发电量估算
光伏组件光电转换效率逐年衰减,整个光伏发电系统25年寿命期内平均年有效利用小时数也随之逐年降低,本项目所采用晶体硅光伏组件1年内衰减不超过2.5%,10年内衰减不超过10%,25年内衰减不超过19.3%。
项目地经纬度北纬45.85°,东经126.52°。
通过meteonorm7查询得知该地的光照情况如下图:
导入Pvsyst测算得出:
混凝土屋面倾角为15°时,辐照强度为1500kwh/m2,相当于标准日照(日照辐射强度为1000W/m2)峰值小时数1500小时,乘以系统效率为82.5%,即初始年峰值小时数为1500h*82.5%=1237.5h。
而彩钢瓦屋面初始年峰值小时数为1310h*82.5%=1080.75h。
本项目发电量估算分为4个部分
1)彩钢瓦冬至日不遮挡部分;
2)彩钢瓦冬至日遮挡部分;
3)混凝土冬至日不遮挡部分;
4)混凝土冬至日遮挡部分。
(标红部分为冬至日遮挡部分)
从图中得出,彩钢瓦冬至日不遮挡部分组件块数8536,容量2.26204MW;彩钢瓦冬至日遮挡部分组件块数4070,容量1.07855MW;混凝土冬至日不遮挡部分组件块数8125,容量2.15315MW;混凝土冬至日遮挡部分组件块数2083,容量0.551995MW。
冬至日遮挡组件算法为年发电量去掉11月,12月,1月三个月发电量,且每天去掉1.5h(阴影分析部分得出)发电量,按每天发电时间6h算,即以剩余发电量乘以0.75估算出冬至日遮挡组件年发电量。
1)彩钢瓦冬至日不遮挡部分年发电量
年份
年发电量(kWh)
年份
年发电量(kWh)
第1年
2383582.2
第15年
2144001.7
第2年
2366469.3
第16年
2126888.8
第3年
2349356.4
第17年
2109775.9
第4年
2332243.5
第18年
2092663.0
第5年
2315130.6
第19年
2075550.1
第6年
2298017.7
第20年
2058437.2
第7年
2280904.8
第21年
2041324.3
第8年
2263791.9
第22年
2024211.4
第9年
2246679.1
第23年
2007098.5
第10年
2229566.2
第24年
1989985.6
第11年
2212453.3
第25年
1972872.7
第12年
2195340.4
合计(S)
54455686.5
第13年
2178227.5
平均(L)
2178227.5
第14年
2161114.6
2)彩钢瓦冬至日遮挡部分年发电量
年份
年发电量(kWh)
年份
年发电量(kWh)
第1年
806593.6
第15年
725520.6
第2年
800802.6
第16年
719729.7
第3年
795011.7
第17年
713938.7
第4年
789220.8
第18年
708147.8
第5年
783429.9
第19年
702356.9
第6年
777638.9
第20年
696565.9
第7年
771848.0
第21年
690775.0
第8年
766057.1
第22年
684984.1
第9年
760266.1
第23年
679193.2
第10年
754475.2
第24年
673402.2
第11年
748684.3
第25年
667611.3
第12年
742893.4
合计(S)
18427560.9
第13年
737102.4
平均(L)
737102.4
第14年
731311.5
3)混凝土冬至日不遮挡部分
年份
年发电量(kWh)
年份
年发电量(kWh)
第1年
2597910.0
第15年
2336786.8
第2年
2579258.4
第16年
2318135.1
第3年
2560606.7
第17年
2299483.5
第4年
2541955.1
第18年
2280831.8
第5年
2523303.4
第19年
2262180.1
第6年
2504651.7
第20年
2243528.5
第7年
2486000.1
第21年
2224876.8
第8年
2467348.4
第22年
2206225.1
第9年
2448696.8
第23年
2187573.5
第10年
2430045.1
第24年
2168921.8
第11年
2411393.4
第25年
2150270.2
第12年
2392741.8
合计(S)
59352252.6
第13年
2374090.1
平均(L)
2374090.1
第14年
2355438.4
4)混凝土冬至日遮挡部分
年份
年发电量(kWh)
年份
年发电量(kWh)
第1年
472682.6
第15年
425171.9
第2年
469288.9
第16年
421778.3
第3年
465895.3
第17年
418384.7
第4年
462501.7
第18年
414991.1
第5年
459108.1
第19年
411597.4
第6年
455714.5
第20年
408203.8
第7年
452320.9
第21年
404810.2
第8年
448927.2
第22年
401416.6
第9年
445533.6
第23年
398023.0
第10年
442140.0
第24年
394629.3
第11年
438746.4
第25年
391235.7
第12年
435352.8
合计(S)
10798978.6
第13年
431959.1
平均(L)
431959.1
第14年
428565.5
5)整个项目发电量估算
年份
年发电量(kWh)
年份
年发电量(kWh)
第1年
6260768.4
第15年
5631480.9
第2年
6215819.3
第16年
5586531.8
第3年
6170870.2
第17年
5541582.7
第4年
6125921.1
第18年
5496633.6
第5年
6080972.0
第19年
5451684.5
第6年
6036022.9
第20年
5406735.4
第7年
5991073.8
第21年
5361786.3
第8年
5946124.7
第22年
5316837.2
第9年
5901175.6
第23年
5271888.1
第10年
5856226.5
第24年
5226939.0
第11年
5811277.4
第25年
5181989.9
第12年
5766328.2
合计(S)
143034478.5
第13年
5721379.1
平均(L)
5721379.1
第14年
5676430.0
初步估算本项目首年发电量约为6260768.4kWh,25年总发电量约为143034478.5kWh,年均发电量约为5721379.1kWh。
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