東帝汶光伏發電站系統設計與應用

王曉蕾

【摘 要】 隨著能源危機和環境問題的不斷加劇，如何利用清潔能源成為關注的焦點。太陽能作為一種新能源以其環保、安全可靠，隨處可以得到等優點受到人們的青睞。本文通過東帝汶農業高新技術開發區的新建光伏發電站，整體介紹了太陽能光伏發電系統的類型及其構成。

【關鍵詞】 光伏發電站系統 ?逆變器

1 工程概述

傳統農業在東帝汶農業經濟體系中占主導地位，產業發展還處于一種較為落后的狀態。打造東帝汶國家農業高新技術開發區，對東帝汶國的農業農村發展將起到帶動、輻射和示范作用。本次設計內容為在高新技術開發區新建容量為200kW并網太陽能電站一座。

2 氣象條件

本項目氣象資料以東帝汶NASA數據庫中維克克縣氣象數據為參考，位于帝汶島南部海岸。

3 太陽能電站系統設計

3.1 工作原理

太陽能光伏供電系統是利用太陽能電池將太陽的光能轉化為電能后，通過控制器的控制，一方面直接提供給轉換電路及負載用電，另一方面將多余的電能存儲在蓄電池中，到了夜晚或是太陽能電池產生的電力不足時，蓄電池就會將所存儲的電能供給轉換電路及負載用電。太陽能光伏電站的系統是由太陽能電池方陣，蓄電池組，充放電控制器，逆變器，交流配電柜、防雷系統、匯流箱、直流配電柜、環境監測系統、監控系統等設備組成。

3.2 系統設計

根據本工程的裝機容量，將系統分成10個20KW的并網發電單元，通過10臺（20KW）并網逆變器接入交流電網。系統選用多晶硅太陽能電池組件，功率為250W，工作電壓約為29.95V，開路電壓約為37.8V。根據本工程并網逆變器的MPPT控制器工作電壓范圍（300V～1000V），每個電池串列按照10塊電池組件進行串聯設計，單臺20kW光伏并網逆變器需要配置太陽能電池組件并聯的數量為Np=20000÷2500=8列。容量為200KW的并網單元，需配置80個電池串列，共計800塊電7池組件。

系統配電柜選用直流防雷配電柜，其中包含了直流防雷配電單元。光伏陣列通過匯流箱后經直流防雷配電單元分別接入8臺逆變器，最后通過配電及計量裝置接入電網。系統同時配置1套監控裝置，實時監測并網發電系統的運行參數和工作狀態。

3.3 蓄電池組的設計

在系統中儲能主要靠鉛酸蓄電池，蓄電池的容量利用下面公式計算：

其中：C：蓄電池容量[kWh];D：最長無日照間用電時[d];F：蓄電池放電效率的修正系數（通常取1.05）;Po：平均負荷容量[kW];L：蓄電池的維修保養率（通常取0.8）;U：蓄電池的放電深度（通常取0.5）;Ka：包括逆變器等交流回路的損失率（通常取0.7，如逆變器效率高可取0.8）。

所以此處的蓄電池的容量應該為：

C=160×3×1.05/（0.7×0.5×0.8）=1800KWh蓄電池配置負載按約160KW左右的計算：系統設計的參考連續陰雨天數為3天，根據東帝汶的電力情況，戶用電壓為220V，蓄電池電壓選擇為48V。選用共252塊單體為12V150Ah的蓄電池4塊進行串聯，共63組，蓄電池總容量為37800Ah，即37800AH×48V=1814.4KWh。

3.4 電池板傾角的計算

出于項目經濟性及技術可靠性方面的考慮，本工程采用固定式太陽能電池方陣。前后排之間間隔為2.5m。太陽能光伏陣列安裝傾角為45°。

3.5 逆變器的設計

由于當地的用電電壓為220V，所以選擇輸出電壓為220V的并網逆變器，考慮到用戶負載中有感性負載，在啟動過程時有較大的沖擊電流，同時考慮系統的臨時增加負載的情況，因此選取20KW的逆變器。

3.6 方陣支架基礎設計

該項目單板采用250W的太陽電池組件，一斜排20塊太陽電池組件。其中，單板尺寸為：1640mm×990mm×50mm，架設方陣傾角為45°。方陣支架基礎采用C25混凝土現澆，預埋安裝地角螺栓，單個基礎0.08m3（0.4×0.4×0.6）。

4 光伏方陣電氣設計

太陽能發電系統經由系統內并網逆變器將太陽能直流電轉換為交流電，并入建筑物內低壓電網，供建筑負載使用。在配電室低壓進線總開關內層安裝防逆流裝置，避免電流送入外部高壓電網。

4.1 系統直流側最高工作電壓

在光伏并網發電系統中，系統直流側的最高工作電壓主要取決于在直流回路中直流斷路器額定工作電壓，以及逆變器直流側最高電壓。直流輸入范圍一般在200V～510V之間，最大輸入電壓為600V。

4.2 組件串聯方式設計

系統分成10個20KW的并網發電單元，每個20KW的并網發電單元都接入10KV升壓站的0.4KV低壓配電柜，經過0.4KV/10KV（200KVA）變壓器升壓裝置，最終實現整個并網發電系統并入10KV中壓交流電網。

逆變器輸出為三相0.4KV電壓。每臺逆變器的交流輸出接入交流配電柜，經交流斷路器接入升壓變壓器的0.4KV側，并配有逆變器的發電計量表。每臺交流配電柜裝有交流電網電壓表和輸出電流表，可以直觀地顯示電網側電壓及發電電流。

5 系統接入電網設計

由于整個系統需要并入10KV的交流電網，所以本系統需配置1套10KV升壓站，該升壓站主要包含10KV主變、10KV 開關柜、0.4KV開關柜以及直流電源、二次控制柜等裝置。系統配置10臺并網逆變器的交流輸出直接接入交流配電柜的0.4KV開關柜，經交流低壓母線匯流后通過10KV主變接入高壓的10KV開關柜，并入10KV中壓交流電網，從而最終實現系統的并網發電功能。

6 接地及防雷

為了保證本工程光伏離網發電系統安全可靠，防止因雷擊、浪涌等外在因素導致系統器件的損壞，本系統設有防雷接地系統。 在施工期進行基礎建設的同時，用-40×4的扁鋼可靠焊接，形成人工接地體，接地電阻應小于4歐姆。在配電室附近建一避雷針，高15米，并單獨做一地線，方法同上。所有的機柜要有良好的接地。

直流側防雷措施：電池支架應保證良好的接地，光伏電池陣列連接電纜接入直流防雷配電箱，配電箱內已含高壓防雷器保護裝置，電池陣列匯流后再接入直流防雷配電柜，經過多級防雷裝置可有效地避免雷擊導致設備的損壞。

交流側防雷措施：離網逆變器的交流輸出經交流防雷配電柜接入用戶交流負載，可有效地避免雷擊和浪涌導致設備的損壞。

參考文獻

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