高海拔地区离网光伏电站系统方案设计

赵 振 兴

(龙源(北京)太阳能技术有限公司，北京 100034)

高海拔地区离网光伏电站系统方案设计

赵 振 兴

(龙源(北京)太阳能技术有限公司，北京 100034)

以西藏巴青县贡日乡为例，介绍了高海拔地区离网光伏电站的系统方案设计要点。对太阳能资源进行了分析，对关键设备进行了选型，并提出了电站设计的技术要求。

离网光伏电站，蓄电池，离网逆变器，高海拔

1 概述

离网光伏电站由光伏方阵，控制器，蓄电池组、离网逆变器及低压配电网组成，见图1。离网光伏电站可全面解决无电村落、学校、卫生院、寺庙、小型农机具等用电问题。

1.1项目地理位置

巴青县，位于西藏区那曲地区东部，地势北高南低，平均海拔4 500 m以上。属高原亚寒带半湿润季风气候区，高寒缺氧，空气稀薄，冬寒夏凉，太阳辐射强，日照时间长，年温差相对较大，无霜期短，冬季多大风雪。年日照时数2 400 h左右，年降水量约500 mm～600 mm。降雪日数约在150 d以上。

贡日乡隶属于西藏那曲地区巴青县，位于巴青县东北部，北临青海省杂多县，东接昌都地区丁青县。乡政府驻舍涌塘，距县城所在地拉西镇90 km，面积600多平方千米，人口1 378人，下辖6个行政村。

1.2离网光伏电站容量确定

经实地考察、收集资料，计算得出该乡白天平均用电负荷33.4 kW，晚间平均用电负荷25.1 kW。根据现场实际情况和用户要求，本方案为新建35 kW离网光伏系统。

2 关键设备选型

离网电站光伏阵列布置在贡日乡政府门前道路西侧约100 m的空地处(现状为草原植被)。光伏控制器、离网逆变器、智能交流配电柜及蓄电池组布置在新建控制室内。总配电箱布置在乡政府院内(具体位置现场协调)。

2.1太阳能电池板方阵的设计

通过PVSyst光伏分析软件进行建模仿真，对项目地不同固定倾角下太阳总辐射量进行比对，可知倾角为34°时，全年太阳辐射量最大，见表1。

表1 项目地址年均太阳总辐射量随光伏板倾角的变化趋势

本项目所选电池板为多晶硅255 Wp组件，开路电压37.7 V，短路电流9.01 A，工作电压30.0 V，工作电流8.49 A。

本工程计划新增组件容量35 kWp，又因光伏控制器额定输入电压为DC 220 V，故选取每个组串8块255 Wp组件，共18个组串，容量总计为36.72 kWp。组件采用3排横放方式布置，支架形式为固定倾角支架，倾角为34°，支架之间中心间距为6.5 m。

2.2蓄电池组的设计

蓄电池容量的计算方法有多种，一般应按照下式计算[1]：

Cc=DFP0/(UKa)。

其中,Cc为蓄电池容量，kWh；Ka为交流回路的损失率，0.7～0.8；D为最长无日照期间用电小时数，h；F为蓄电池放电效率的修正系数，取1.05；P0为平均负荷容量，kW；U为蓄电池组放电深度，取0.5。

藏北高原连续阴雨天很少，一般每天都能有几个小时进行发电。在本项目中，考虑最多1 d的阴雨是合适的。

所以此处的蓄电池的容量应该为：

C=25×5×1.05/(0.5×0.8)=328.13 kWh。

蓄电池电压需匹配电网电压，即为220 V。则蓄电池容量为1 491 Ah，取整为1 600 Ah。每串蓄电池组由110块2 V蓄电池组成，两串并联，总计220块2 V蓄电池。

2.3控制器的选型

光伏控制器要根据系统功率、直流工作电压、方阵输入路数、蓄电池组数、负载状况等确定。要特别注意其额定工作电流必须同时大于太阳电池组件或方阵的短路电流和负载的最大工作电流。为了将来扩容和长期稳定工作，控制器宜选择高一个型号。

控制器主要技术参数有：系统工作电压、额定输入电流、最大充电电流、额定负载电流、方阵输入回路数、蓄电池过充电/过放电保护电压、浮充电压、温度补偿及其他保护功能等。另外，使用环境温度、海拔高度、防护等级和外形尺寸及厂家和品牌也是控制器配置选型时要考虑的因素[2]。

2.4离网逆变器的选型

逆变器选型时，一般根据系统直流电压选择逆变器直流输入电压，根据负载总功率确定逆变器容量和相数，考虑负载瞬时冲击决定逆变器的功率富余量。通常，逆变器持续功率要大于负载功率，逆变器最大冲击功率大于负载启动功率。还要为系统扩容留有一定余地。由于新增光伏组件安装容量为36.72 kWp，且白天最大负载为33 kW，考虑未来会增加负载，逆变器选择50 kVA。

逆变器主要参数有：逆变器效率(通常应在93%以上)、额定输出电压、额定功率、过载能力、额定输入电压、保护功能及安全性和环境要求等。

3 电站设计要求

3.1电站场地平整设计方案

光伏电站的位置选择乡村周边的荒地，不选择草地。

3.2光伏阵列支架和基础设计

设计原则：本项目抗风能力31 m/s 风速下不受损坏设计；可靠稳定的安装面；安装简易。

3.3电站围栏

电站围墙均采用高速公路的金属围栏，立柱高2.5 m，基础深0.5 m，立柱间距2.5 m。

3.4其他技术要求

1)场内集电线路采用直埋电缆，通过架空线路直接送至所在地村庄用户，低压电网的设计、施工要符合国家相关电力标准。需安装与之匹配的光伏防雷汇流箱，正负极都具备防雷功能；

2)汇流箱内配有监测装置，可以实时监测每个输入输出回路的直流电流、电压及总输出功率，防雷器的状态等；

3)系统不配置远程监控系统，有故障由用户直接报修到运营公司；

4)系统同时配备交流配电柜，配电柜需为双路逆变器三相四线输入，双路220 V/380 V三相四线输出，或并机一路三相四线输出；配电柜具备输入缺相保护，和输出缺相保护功能；

5)主要土建(构)建筑设计基准期为30年；蓄电池及控制室可以采用彩钢保温结构,地平基础可以为砖砌体结构或条形基础；

6)集中系统为用户自发自用，不收费，多余电量不上网，因此，不涉及电费计量；

7)当蓄电池电量不多时，能够提前切断电视音响输出以保证照明用电并且发出声光告警；

8)光伏组件、控制器、逆变一体机、蓄电池组、低压电网等电气装置设计必须按电气专业有关的设计技术规程、规范进行，并采用避雷保护、防止感应电的措施，设防静电接地。

4 结语

对高海拔离网光伏发电站的太阳能资源进行了分析和评价，对光伏发电系统设备配置进行了优化。该项目实施完成后，将进一步充分利用西藏自治区丰富的太阳能资源，进一步解决分散的农牧民用电问题，项目确定的投资规模、系统的容量配置符合西藏无电地区实际情况，使更多的家庭用电得到保障，可以促进家庭手工业和副业的生产、促进了人们对外界的交流和当地的经济发展。

[1] GB 50797—2012,光伏发电站设计规范[S].

[2] 李安定，吕全亚.太阳能光伏发电系统工程[M].第2版.北京：北京工业大学出版社，2016.

Systemschemedesignofoff-gridphotovoltaicpowerstationinhighaltitudearea

ZhaoZhenxing

(Longyuan(Beijing)SolarEngineeringTechnologyCo.,Ltd，Beijing100034，China)

Taking Baqing Gongri township in Tibet as an example, the system design scheme of off-grid photovoltaic power station in high altitude area is introduced. The solar energy resources are analyzed, the key equipments are selected, and the technical requirements of power station design are put forward.

off-grid photovoltaic power station, storage battery, off grid inverter, high altitude

TU201.5

A

1009-6825(2017)27-0158-02

2017-07-14

赵振兴(1983- )，男，工程师