Saules enerģijas sistēmas projektēšana: PV moduļu konfigurācija un elektriskā projektēšana

 

TheSaules enerģijas sistēmas projektēšanair sistemātisks inženierijas process, kas ietver vairākus tehniskus aspektus, tostarp fotoelektrisko (PV) moduļu izvēli, bloku izkārtojumu, galvenos elektriskos savienojumus, zibensaizsardzību un zemējumu. Zinātniski pamatotā un saprātīgā projektā ir jāņem vērā saules resursi, klimatiskie apstākļi un projekta atrašanās vietas īpatnības, vienlaikus panākot līdzsvaru starp drošību, ekonomiskajiem rādītājiem un elektroenerģijas ražošanas efektivitāti. Šajā rakstā galvenā uzmanība ir pievērsta divām galvenajām Saules enerģijas sistēmas projektēšanas -moduļu konfigurācijas un elektriskās sistēmas- jomām, kā arī apkopoti galvenie tehniskie apsvērumi un projektēšanas standarti, lai sniegtu norādījumus inženiertehniskajai praksei.

 

Saules enerģijas sistēmas projektēšana

1. PV moduļa izvēle

PV moduļu izvēles pamatprincips ir izvēlēties galvenos moduļu tipus, kas piedāvā augstu tehniskā brieduma līmeni un uzticamu darbību, vienlaikus ņemot vērā arī dabas vidi ap elektrostaciju, būvniecības apstākļus un transporta loģistiku. Galīgā atlase jābalsta uz visaptverošu novērtējumu, lai noteiktu PV moduļus ar vislabāko kopējo veiktspēju un vislielāko piemērotību projektam.

 

2. PV masīva darbības režīmu projektēšana

PV masīvus var uzstādīt, izmantojot vienu no trim metodēm: fiksēto-slīpuma, regulējamo-slīpuma vai izsekošanas sistēmu. Atbilstošā uzstādīšanas metode ir jāizvēlas, veicot tehnisku-ekonomisku salīdzinājumu, pamatojoties uz tādiem faktoriem kā saules starojuma resursi, klimatiskie apstākļi, darbības vide, uzstādītā jauda, ​​uzstādīšanas vietas laukums un raksturlielumi, slodzes raksturlielumi, kā arī darbības un pārvaldības prakse.

 

PV atbalsta konstrukciju izkārtojuma konfigurācija jāizvēlas atbilstoši, lai izvairītos no stresa koncentrācijas. Katram konstrukcijas elementam ir jāizvēlas piemēroti šķērsgriezumi atbilstoši pielikto spēku lielumam. Tērauda patēriņš ir jāsamazina līdz minimumam, vienlaikus nodrošinot, ka tiek pilnībā izmantota visu konstrukcijas elementu izturība.

 

Visā projektēšanas laikā PV atbalsta sistēmai ir jāpaliek strukturāli drošai un uzticamai, un tai jābūt spējīgai izturēt vēja un sniega slodzi, kā arī ietekmi uz vidi. Jāapsver arī uzstādīšanas iespējamība, lai ar iespējami zemākām izmaksām varētu sasniegt optimālos projekta būvniecības rezultātus. Projektējot un būvējot PV spēkstaciju, balsta konstrukcijas veida izvēle ir jāpielāgo vietējiem apstākļiem, veicot visaptverošu novērtējumu. Dažādu veidu PV atbalsta konstrukciju salīdzinājums ir sniegts 1. tabulā.

2. tabula

3. Invertori un kombinatora kārbas

PV spēkstacijās izmantotie invertori galvenokārt ir trīs veidu: centrālie invertori, virkņu invertori un sadalītie invertori. Piemērojamos scenārijus šiem trim parasti izmantotajiem invertoru veidiem var noteikt, atsaucoties uz 2. tabulu.

Izvēloties invertorus, īpaša uzmanība jāpievērš ražotāja sasniegumiem nozarē, pēc-pārdošanas pakalpojumiem, turpmākajām aprīkojuma jaunināšanas izmaksām un jaunināšanas dublēšanai. Invertors jāizvēlas atbilstoši faktiskajiem vietas apstākļiem un projekta prasībām. Invertoru modeļiem ar augstu konversijas efektivitāti ir jāpiešķir prioritāte.

 

4. Saules enerģijas sistēmas projektēšanas PV masīva izkārtojums

Jaudas attiecība starp PV bloku un invertoriem PV spēkstacijā ir jānosaka, veicot tehnisku-ekonomisku salīdzinājumu, ņemot vērā vispusīgus faktorus, piemēram, PV bloka uzstādīšanas veidu, vietas apstākļus, saules enerģijas resursus un dažādus sistēmas zudumus. PV bloka uzstādītās jaudas attiecība pret invertora nominālo jaudu ir ieteicama, lai atbilstu šādām prasībām:

 

I klases saules resursu reģioni: parasti nedrīkst pārsniegt 1,2;

II klases saules resursu reģioni: parasti nedrīkst pārsniegt 1,35;

III klases saules resursu reģioni: parasti nedrīkst pārsniegt 1,5.

 

Izstrādājot atstatumu starp atbalsta konstrukcijām, galvenokārt tiek ņemta vērā ēnojums starp blakus esošajām konstrukcijām. Ziemeļu puslodē PV moduļu optimālā orientācija ir uz dienvidiem. Minimālais attālums jānosaka saskaņā ar šādu kritēriju: no plkst. 9:00 līdz 15:00 pēc Saules laika ziemas saulgriežos priekšējās-rindas moduļu projekcija ziemeļu virzienā nedrīkst sasniegt aizmugurējās rindas moduļu apakšējo malu. Citiem vārdiem sakot, ziemeļu{12}}dienvidu virzienā nedrīkst būt ēnojuma.

 

Šis kritērijs ir balstīts uz ziemas saulgriežu ekstrēmo darbības stāvokli, kad saules pacēluma leņķis ir viszemākais un ēnas ir visgarākās. Tas nodrošina, ka sistēmas izvadi neietekmē ēnojums nevienā gada periodā.

 

 

Klīrensu starp PV moduļiem un zemi,-tas ir, moduļu zemākā punkta augstumu virs zemes,-galvenokārt ietekmē tādi faktori kā prasības kombinētai zemes izmantošanai PV vietā, plūdu-kontroles prasības, moduļu ēnojums ar apkārtējiem šķēršļiem, zemes veģetācijas pārklājums un "PV+" lietojumprogrammas. Ja tiek izmantoti bifaciālie PV moduļi, jāņem vērā arī elektroenerģijas ražošanas efektivitāte.

 

Bifaciālo PV moduļu priekšrocība salīdzinājumā ar monofaciālajiem moduļiem ir tāda, ka jo lielāks gaismas daudzums tiek saņemts aizmugurē, jo lielāks ir bifaciālais ieguvums. Galvenie faktori, kas ietekmē aizmugures-puses enerģijas pieaugumu, ir zemes albedo, atbalsta struktūras augstums, izstarojuma apstākļi un rindu atstatums. Iegūtās priekšrocības atšķiras atkarībā no gadalaikiem.

 

Nosakot minimālo atstarpi starp PV atbalsta konstrukcijām un zemi, iepriekš minētie faktori jāņem vērā vispusīgi, savukārt drošība un ekonomiskie rādītāji ir pēc iespējas līdzsvaroti. Atbilstošā mērā palielinot PV moduļu minimālo augstumu virs zemes, var uzlabot elektroenerģijas ražošanas efektivitāti un zināmā mērā palielināt enerģijas ieguvi. Taču tas arī palielina atbalsta konstrukciju un pamatu izmaksas, tādējādi zināmā mērā ietekmējot projekta ekonomiskos rādītājus.

 

 

Saules enerģijas sistēmu projektēšanas elektroprojektēšana

1. Galvenais elektriskais savienojums

PV spēkstacija sastāv no viena vai vairākām enerģijas ražošanas vienībām. Galvenais elektriskais savienojums nosaka, kā šīs ražošanas vienības ir savstarpēji savienotas un savāktas. Pēc vietējās pakāpeniskās{2}}transformācijas katras vienības saražotā jauda tiek savākta un ievadīta pakāpju-apakšstacijas kopnēs.

 

Pakāpju{0}}pakāpju apakšstacijas kopnes sprieguma līmenim ir jāatbilst ne tikai vietējā elektrotīkla struktūrai un ilgtermiņa plānojumam, bet arī jānosaka, ņemot vērā visaptverošus līdzsvarošanas faktorus, piemēram, PV spēkstacijas jaudu, sākotnējos būvniecības ieguldījumus un ekspluatācijas un uzturēšanas izmaksas. Atkarībā no PV spēkstacijas veida parastie kopņu sprieguma līmeņi ir 0,4 kV, 6 kV, 10 kV un 35 kV.

 

Elektrostacijas maģistrālo elektrisko pieslēgumu var plānot atbilstoši būvniecības grafikam. Ja spēkstacija ir uzbūvēta un nodota ekspluatācijā vienā fāzē un tai ir tikai viens tīkla{1}}pieslēguma punkts, parasti var pieņemt vienu kopnes konfigurāciju. Ja spēkstacija tiek būvēta un nodota ekspluatācijā fāzēs vai tai ir divi vai vairāki tīkla{4}}pieslēguma punkti, parasti piemērotāka ir sadalīta vienas{5} kopnes konfigurācija.

 

 

2. Strāvas sadales iekārtas

Enerģijas sadales iekārtu izkārtojums jāizvēlas, rūpīgi izvērtējot tādus faktorus kā projekta ģeogrāfiskā atrašanās vieta, vietējie klimatiskie apstākļi, pieejamā vietas platība un augstums virs jūras līmeņa. Iekārtu var uzstādīt iekštelpās vai ārā atkarībā no konkrētajiem apstākļiem.

 

Pašlaik 10–35 kV elektroenerģijas sadales iekārtas sadzīves PV elektrostacijās parasti tiek uzstādītas iekštelpās. Primārā konfigurācija ir iekštelpu bruņu, izvelkama, maiņstrāvas metāla-slēgtā sadales iekārta. Dažos reģionos 10–35 kV elektroenerģijas sadales iekārtās var izmantot arī sēra heksafluorīda (SF₆) gāzes -izolētu metālu-slēgtu sadales iekārtu, ja tas ir tehniski un ekonomiski pamatoti, jo īpaši aizsardzībai pret sāls izsmidzināšanu, uzlabotu izolāciju vai samazinātu zemes izmantošanu.

 

Pēdējos gados, attīstoties tehnoloģijām, saliekamās kabīnes{0}}tipa strāvas sadales iekārtas kļūst arvien izplatītākas. Sadales stacijas var būt saliekamas rūpnīcās un samontētas modulāri uz vietas. Šī pieeja samazina būvniecības un nodošanas ekspluatācijā darbus uz vietas, saīsina būvniecības periodu, ietaupa enerģiju, aizsargā vidi un samazina sadales stacijai nepieciešamo zemes platību. Tam var piešķirt prioritāti, ja tas ir tehniski un ekonomiski lietderīgi.

 

 

3. Saules enerģijas sistēmas projektēšanas zibensaizsardzība un zemējums

Galvenais zemējuma tīkls, kas aptver visu PV lauku, parasti tiek uzstādīts PV spēkstacijā. Galvenā zemējuma tīkla ārējai robežai kopumā jāatbilst PV lauka robežām un jāveido slēgta cilpa.

 

Galvenais zemējuma režģis sastāv no tīkla, kas izveidots, savienojot horizontālos zemējuma vadītājus šķērsvirzienā un garenvirzienā ar moduļa atbalsta konstrukcijām. Vertikāliem zemējuma elektrodiem jābūt vienmērīgi sadalītiem pa malām un zemējuma režģī. Moduļu atbalsta konstrukciju pamati, kur vien iespējams, jāizmanto arī kā dabiskie zemējuma elektrodi.

 

PV spēkstacijas galvenajā zemējuma tīklā kā galvenais zemējuma vadītājs parasti izmanto cinkotu plakanu tēraudu vai apaļo tēraudu. Galvenā zemējuma režģa zemējuma pretestība PV laukā nedrīkst pārsniegt 4 Ω.

 

Zemēšanai starp PV moduļiem un to metāla atbalsta konstrukcijām visizplatītākā metode ir vispirms izveidot drošu savienojumu starp blakus esošo PV moduļu metāla karkasiem, izmantojot vara vadus, un pēc tam savienot abus katras PV moduļu rindas galus ar metāla atbalsta konstrukciju.

 

Dažiem jumta PV projektiem, kur zemējuma vara vadus ir neērti uzstādīt, metāla savienotājus var izmantot kā vadītājus starp moduļiem un atbalsta konstrukcijām. Izmantojot šo metodi, savienotājiem jābūt aprīkotiem ar nerūsējošā tērauda paplāksnēm, kas spēj iekļūt moduļu rāmju aizsargājošajā alumīnija -oksīda plēvē, tādējādi nodrošinot labu elektrisko nepārtrauktību starp moduļa rāmjiem un metāla atbalsta konstrukcijām.

 

Moduļu atbalsta konstrukcijas vispirms var ekvipotenciāli savienot ar blakus esošajām atbalsta konstrukcijām, lai izveidotu zemējuma grupu, kas pēc tam tiek savienota ar zemējuma tīklu. Lai nodrošinātu uzticamību, katrai atbalsta-struktūras zemējuma grupai jābūt savienotai ar zemējuma tīklu ne mazāk kā divos punktos. Šie savienojuma punkti jāuzstāda katras atbalsta konstrukciju rindas abos galos.

 

Gredzenveida-ekvipotenciālu zemējuma režģis ir jāuzstāda ap katru lokālo-pakāpju transformatoru PV laukā un uzticami jāsavieno ar PV lauka galveno zemējuma tīklu. Ja vietējais pakāpju-transformators izmanto kārbas-tipa transformatoru ar iebūvētu metāla korpusu, korpusam jābūt droši savienotam ar ekvipotenciāla zemējuma tīklu ne mazāk kā divos punktos. Visas kastes{6}}tipa transformatora atklātās metāla daļas, tostarp metāla kāpnes, arī jāpievieno zemējuma tīklam.

 

 

4. Saules enerģijas sistēmas projektēšanas kabeļu izvēle un uzstādīšana

Kabeļi, kas uzstādīti starp PV moduļiem un stīgu apvienotāju kastēm vai stīgu invertoriem PV spēkstacijā, parasti ir paredzēti PV kabeļi. To izturībai pret ultravioleto starojumu, laikapstākļu izturībai, liesmas slāpēšanas -izturībai un citām īpašībām ir jāatbilst pašreizējo nozares standartu prasībām.

 

Izkliedētiem FE projektiem kabeļiem, ko izmanto -integrētu vai -montētu PV sistēmu būvniecībā, jābūt ar labu liesmu-noturošu darbību. Vara vadītāji parasti tiek izvēlēti to labvēlīgās elektriskās vadītspējas dēļ.

 

Komunālām -mēroga PV spēkstacijām kabeļi parasti tiek izvietoti lielā teritorijā. Tāpēc kabeļi parasti tiek uzstādīti, izmantojot tiešu aprakšanu, un tādā gadījumā jāizmanto bruņu kabeļi. Jo īpaši projektiem, kuros zemes gabali, ko aizņem PV moduļu zonas, ir izkliedēti, kā kolektoru ķēdes var izmantot 10 kV vai 35 kV gaisvadu līnijas.

 

Tā kā stabi un torņi PV masīva zonā var radīt ēnas uz PV moduļiem, līniju plānošanas laikā jāaprēķina gaisvadu līniju ēnu diapazons. Līniju izkārtojums ir jāsaskaņo ar PV masīva izkārtojumu, lai samazinātu moduļu ēnojumu.

 

Nosakot maiņstrāvas un līdzstrāvas kabeļu garumus PV sistēmā, jāņem vērā gan kabeļa caurlaidība, gan sistēmas sprieguma kritums. Maiņstrāvas sprieguma kritumam PV sistēmā parasti nevajadzētu pārsniegt 3%, savukārt līdzstrāvas sprieguma kritumam parasti nevajadzētu pārsniegt 2%.

 

Ja sprieguma kritums neatbilst piemērojamajām prasībām, ir jāpalielina attiecīgā kabeļa -šķērsgriezuma laukums vai jāpielāgo iekārtas relatīvās pozīcijas, lai saīsinātu kabeļa maršrutu un saglabātu sprieguma kritumu norādītajās robežās.

 

 

5. Uzraudzības sistēma

PV spēkstacijas Ķīnā parasti darbojas bez apkalpes vai ar minimālu darbinieku skaitu. Dažas uz zemes-montētas PV spēkstacijas ir sākušas izmantot attālo uzraudzību, lai aizstātu -darba vietu ar personālu. Projektēšanas posmā par galveno apsvērumu parasti tiek uzskatīts projekta pašreizējais posms, bet tiek ņemta vērā arī iepriekšējā un turpmākā fāze. Sistēmai jābūt savietojamai ar elektrostacijas pieņemtajiem automatizācijas un darbības un vadības līmeņiem.

 

Lielākā daļa PV spēkstaciju Ķīnā izmanto atsevišķas uzraudzības sistēmas pakāpju{0}}apakšstacijas vai sadales stacijai un PV bloku zonai. Šīs pieejas priekšrocība ir tikai ierobežota informācijas apmaiņa starp progresīvās-apakšstacijas uzraudzības sistēmu un FE uzraudzības sistēmu, padarot ieviešanu salīdzinoši vienkāršu. Tomēr tam ir arī trūkums – zema informācijas izmantošana.

 

Pēc inteliģentas uzraudzības sistēmas ieviešanas PV spēkstacija var nodrošināt visaptverošu datu ieguvi un visas iekārtas panorāmas uzraudzību. Sistēma var izveidot vertikālu integrāciju ar galvenajām sistēmām, piemēram, nosūtīšanas un ražošanas vadības sistēmām, vienlaikus nodrošinot arī horizontālu savienojumu ar galveno elektrostacijas automatizācijas aprīkojumu.

 

Viedā uzraudzības sistēma var atbalstīt arī tādas funkcijas kā lēmumu pieņemšana par ekonomisku darbību{0}}, tiešsaistes diagnostika un automātiska atkopšana, automātiska pārbaude un kļūdu analīze, kā arī kļūdu brīdinājums.

 

 

Secinājums

TheSaules enerģijas sistēmas projektēšananepieciešama visaptveroša koordinācija visos posmos, tostarp moduļu izvēle, masīvu izkārtojums, elektriskie savienojumi, kabeļu uzstādīšana un uzraudzības sistēmas. Optimālais risinājums jāizvēlas atbilstoši vietējiem apstākļiem un projekta prasībām.Nepārtraukti attīstoties PV tehnoloģijai un pieaugot intelektuālajam līmenim, sistēmas dizains saskaras ar augstākām prasībām, kā arī plašākām iespējām. Zinātniskā plānošana un detalizēta projektēšana ir būtiska, lai nodrošinātu drošu un stabilu spēkstacijas darbību un sasniegtu spēcīgus ekonomiskos rādītājus.