光伏电站阵列设计优化研讨

光伏电站投资从建项目、卖项目赚钱的阶段,转向为做成一个稳健的资产进行保值增值。但是在具体实施过程中“重建设,轻运营”的现象依然很严重。建设过程中的系统设计也很少兼顾后期的“可靠、持续、稳健”的需求问题。

光伏电站投资从建项目、卖项目赚钱的阶段,转向为做成一个稳健的资产进行保值增值。但是在具体实施过程中“重建设,轻运营”的现象依然很严重。建设过程中的系统设计也很少兼顾后期的“可靠、持续、稳健”的需求问题。

下面来探讨几个问题:

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光伏阵列间距多少合理

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东面坡下午阵列不平的影响

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阵列不平的影响

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场地起伏导致阵列不平的影响

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按冬至日项目所在纬度的日光射入角度确定,以早上9:00~16:00的入射角为计算依据,计算完成后再加上0.3~0.5米的不平衡系数。在宁夏同心、中宁区域应该考虑8.0~8.5米。
结论:
1、南坡,可根据坡度计算缩短阵列间距,提高土地利用率。
2、北坡,必须计算退距,以确保减少遮挡。
3、东坡,西坡,偏转角多少?需要由现场工程师根据设计院的技术模板,现场确定。图纸上无法具体到每个阵列布局。

关于场地平整的问题:
1、北坡最后做出平台,一个阵列或数个阵列一个平台,以便于施工和测量放线。
2、东西坡尽量向南转平。 另外,高支架对场地没有遮挡死角,有利于土地种植利用。低支架会导致风将板下的沙掏空,为固沙需要在阵列中间扎稻草。

横檩条朝下为好
1、朝下可以避免集沙、积水问题,防止因长期有水造成生锈。
2、避免组件线头插接口在暴雨时进水。尤其南方地区,确实有隐患的。

阵列间V型连接

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1、V型连接是合理的,比铜带连接更易于控制阵列间距。
2、接地更可靠。
3、与直板连接相比,可以柔性控制阵列间的热胀冷缩。
4、阵列间有一定的刚性,防止大风时晃动过度。

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我们发现逆变器居中、箱变居中是最合理的,线路最短,每一个支路比较平坦,节省的费用比较多。这个只是对一个单独阵列而言,对整个电站的总图,还要考虑高压线路汇总走向问题,整个电站的布局就未必如此,需多方案分析比较,做出更合理的布局来。此外,升压站与主干道连接实际可以不需预留道路,阵列间距足够宽(5米以上)。

总平布局哪里更合适?

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最短综合线路原则

这个只是对一个单独阵列而言,对整个电站的总图,还要考虑高压线路汇总走向问题,整个电站的布局就未必如此,需多方案分析比较,做出更合理的布局来。

站场道路多宽合理?

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1、场地中间的主干道,如果水泥硬化,6~8米足够;如果为砂石路,因需考虑行车安全和行车扬尘问题,建议在10~12米。
2、四周围墙距离阵列的距离目前设计都太大,南侧以及东、西侧以围墙阴影不挡阵列为基本要求(南侧6米,东西侧3~4米),北侧(2~3米)以安全检修通行为宜。

施工顺序与预留线
1、预留线过长,是典型的“粗放型管理”的表现,精细管理可节约3~10%的电缆。
2、阵列定好位置后,确定逆变器(升压站)位置,再进行电缆沟和设备基础的施工。这样可以准确的测量出各类型电缆的实际需求长度,按实际测量值采购电缆。通常情况下,逆变器到变压器之间一般是3米,线路在6米即可。经常看到预留过长,扔掉的比用的多,这是不合理的。

过度设计问题

过度设计也是常见的问题。下面列举几个细节:

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支架用混凝土浇筑,非常麻烦,成本非常高,对土壤破坏也非常严重。

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这个小小的连接点需要7、8个螺丝,非常麻烦。

屋顶平铺倾角多少合理?

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此为浙江衢州仙鹤项目,倾角10度的效果。运行2个月,未清洗,雨水尘滞效果。(摄于2014年11月20日下午)

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深圳华为松山湖厂区屋顶,倾角8度的效果。运行6个月,半年时间已经因为水渍造成热斑迹象。(摄于2015年2月2日下午)

总体来说:

1、组件边框玻璃上方的高度,决定了组件“防水渍的最小倾斜角度”,可以通过组件倒水后测试其水渍线位置。

2、从实践经验看,10度以上的倾角是合理的防水渍最小倾斜角度。

3、应该严格禁止在屋顶水平铺装组件,因为实在无法更好的解决长期水渍问题。

4、尽量考虑靠近最佳倾角的倾斜角安装屋顶光伏组件,既提高了发电量,也可以防止水渍影响。

组件是横铺还是竖铺?

横排、竖排不影响发电量,对整个系统初投资影响不是特别大。

组件横向放置,有利于降低早晚遮挡带来的发电量损失

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以常用的275Wp为例,每块电池板由6×10片电池片串联组成,60片又被分成3组,每组反接一个旁路二极管,当某一片或几片被遮挡时将阻塞电流通路甚至成为负载,导致整个串联回路电流降低,这时旁路二极管导通把被遮挡回路旁路掉不影响其他回路。

从电池板原理示意图可见,同样只遮挡下面一片位置,竖向遮挡时将影响所有3串回路,横向遮挡只影响1串回路。

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1、逆变器是以组件的输入电压作为MPPT跟踪点的。

2、 因此研究阴影遮挡对组件输出电压的关系,就决定了何种排布方式是有利的。

3、显然横铺方式在阴影局部遮挡中对组件的输出电压影响最小。

从现有案例来说,位于中宁开发区、距离中宁隆基20MW电站5千米的振发30MW电站,采用横铺模式。位于中卫沙坡头光伏产业园的神州光伏,一二期均采用横铺模式。
需要解决的产品设计问题:
1、横铺组件的支架体系如何设计?

2、横铺组件的阵列如何组合,是3片一列合理还是4片或5片,阵列构成如何?各个公司可以自己核算,3-4片比较合理。

3、接线如何接最好?既能降低线缆长度,又能减少线损量。

4、是否可以考虑最下一排全部单独成组,并入每个独立的逆变器呢?可以避免组串间的影响,以提高早晚的发电能力。

组串如何接线更合适?

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直流线目前的标准都是1米的接线,如果是竖排就会造成浪费,一般60公分即可。这60公分会让线缆长度节省很多,还可以提高1-2个百分点的系统效率。

我们为什么要研究遮挡问题?

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遮挡问题是影响发电量的主要原因。提高电站PR值的一个重要方法就是提高早晚发电能力,这个环节是电站受影响最多的时候,如果克服和解决好这个时间段的系统效率,自然就提高了电站的PR值。

需要解决的系统分析:

1、早晚时间段在各个季节,现有设计的产品体系下(如间距,完整日照时间等),影响结果如何?2、在早晚时间段,如果单独一个组串,完全没有遮挡的情况下,总的发电能力是多少?对比我们在阵列中的情况,会提高多少发电量,百分比多少?

3、如果采用东西跟踪系统,是否可以较好的解决了早晚遮挡问题,从而为提高系统PR值提供了可能?

议题13、“智能化”“云数据”基础在哪里?

现在比较流行云计算,首先需要弄清光伏电站实行智能化的目的是什么?12个字:“发现问题、改善运行、提高效益”。

1、基于云计算与大数据挖掘的智能运维系统,提升发电量,降低维护成本的技术研究和发展正如火如荼。

2、当前,以每个组串(如20片)为一个单元的精细数据采集与管理将成为现实,并满足大数据和云计算的需求,其数据的深度和广度具有一定的代表性。

3、技术方向选择:

3.1 组串逆变器技术方向:以一台组串式逆变器作为一个基本单元或管理终端将是不错的选择。目前一个逆变器基本以6个组串为一体,3个MPPT跟踪。

3.2 智能汇流箱技术方向:以智能汇流箱将细化至每个组串(如20片)为一个管理单元。目前的集散式逆变系统集成技术成为热点。

4、再下一步,如果微型逆变技术的发展成本更低的话,单个组件将成为一个基本单元。但这个海量数据对大型地面电站的性价比不高。

组件选型对土地和工程成本的影响

目前国内可批量供应的较高效组件有单晶275W与多晶260W两类,单晶组件由于单位面积功率比多晶高,因而能显著节约土地用量、工程成本、建材成本和安装成本。

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对于远距离运输项目,选择单晶还可显著节约组件、支架、线缆的物流成本。

对于“领跑者”计划的参与者,选择单晶组件更容易获得货源。

 

总结:应用技术展望

一、单轴跟踪系统。目前是发展方向,尤其在西部地区,日照很强,加上单轴发电效果非常高,IRR可以提高2-3%。但是可靠性受到质疑,正在研究解决可靠问题。

二、光伏农业大棚上的跟踪发电系统。

三、特殊地形下钢丝网(柔性)安装体系。比如外墙上、悬崖上、山坡上、石林等,成本高,但是柔性性能比较好。

四、可拆卸系统。针对工业厂房,特别是有二三期预留地的比较合适。

五、装配式大型地面电站:过去以浇筑混凝土模式为主,将来会更多采用预制件配重模式,提高建设速度,降低成本,也便于升级换代。

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