Návrh solárního energetického systému: Konfigurace FV modulu a elektrický návrh

 

TheNávrh solárního energetického systémuje systematický inženýrský proces zahrnující více technických aspektů, včetně výběru fotovoltaických (PV) modulů, uspořádání pole, hlavních elektrických připojení, ochrany před bleskem a uzemnění. Vědecky podložený a rozumný návrh musí brát v úvahu solární zdroje, klimatické podmínky a vlastnosti místa projektu a zároveň dosáhnout rovnováhy mezi bezpečností, ekonomickým výkonem a účinností výroby energie. Tento článek se zaměřuje na dvě hlavní oblasti návrhu solárního energetického systému-konfigurace modulu a elektrického systému-a shrnuje klíčové technické aspekty a konstrukční normy, které poskytují vodítko pro inženýrskou praxi.

 

Návrh solárního energetického systému

1. Výběr FV modulu

Základním principem pro výběr FV modulů je výběr mainstreamových typů modulů, které nabízejí vysokou technickou vyspělost a spolehlivý provoz a zároveň zohledňují přírodní prostředí kolem elektrárny, stavební podmínky a logistiku přepravy. Konečný výběr by měl být založen na komplexním hodnocení, aby se identifikovaly FV moduly s nejlepším celkovým výkonem a největší vhodností pro daný projekt.

 

2. Návrh provozních režimů FV pole

FV pole lze nainstalovat jedním ze tří způsobů: pevným-náklonem, nastavitelným-náklonem nebo systémem sledování. Vhodná metoda instalace by měla být vybrána na základě technicko-ekonomického srovnání založeného na faktorech, jako jsou zdroje slunečního záření, klimatické podmínky, provozní prostředí, instalovaná kapacita, oblast a charakteristiky místa instalace, charakteristiky zatížení a provozní a řídící postupy.

 

Uspořádání uspořádání nosných konstrukcí PV by mělo být zvoleno vhodně, aby se zabránilo koncentraci napětí. Pro každý konstrukční prvek by měly být vybrány vhodné průřezy podle velikosti působících sil. Spotřeba oceli by měla být minimalizována při zajištění plného využití pevnosti všech konstrukčních prvků.

 

Po celou dobu projektované životnosti musí nosný FV systém zůstat konstrukčně bezpečný a spolehlivý a musí být schopen odolat zatížení větrem a sněhem i vlivům prostředí. Rovněž je třeba zvážit proveditelnost instalace, aby bylo možné dosáhnout optimálních výsledků výstavby projektu s co nejnižšími náklady. Při projektování a výstavbě FV elektrárny by měl být výběr typu nosné konstrukce přizpůsoben místním podmínkám prostřednictvím komplexního vyhodnocení. Porovnání různých typů nosných konstrukcí FV je uvedeno v tabulce 1.

Tabulka 2

3. Střídače a slučovací skříně

Střídače používané ve FV elektrárnách zahrnují především tři typy: centrální střídače, řetězcové střídače a distribuované střídače. Použitelné scénáře pro tyto tři běžně používané typy měničů lze určit s odkazem na tabulku 2.

Při výběru měničů je třeba věnovat zvláštní pozornost dosavadním výsledkům výrobce v oboru, poprodejnímu-servisu, budoucím nákladům na upgrade zařízení a redundanci upgradu. Střídač by měl být vybrán podle skutečných podmínek na místě a požadavků projektu. Přednost by měly mít invertorové modely s vysokou účinností konverze.

 

4. Uspořádání fotovoltaického pole návrhu solárního systému

Poměr kapacity mezi fotovoltaickým polem a střídačem ve fotovoltaické elektrárně by měl být určen pomocí technicko{0}}ekonomického srovnání, které by mělo brát v úvahu komplexní faktory, jako je typ instalace fotovoltaického pole, podmínky na místě, zdroje solární energie a různé systémové ztráty. Poměr instalovaného výkonu FV generátoru k jmenovitému výkonu střídače se doporučuje pro dodržení následujících požadavků:

 

Oblasti solárních zdrojů třídy I: obecně by neměly překročit 1,2;

Oblasti solárních zdrojů třídy II: obecně by neměly překročit 1,35;

Oblasti solárních zdrojů třídy III: obecně by neměly překročit 1,5.

 

Návrh rozestupu mezi nosnými konstrukcemi primárně zohledňuje zastínění mezi sousedními konstrukcemi. Na severní polokouli je optimální orientace fotovoltaických modulů na jih. Minimální vzdálenost by měla být stanovena podle následujícího kritéria: od 9:00 do 15:00 slunečního času o zimním slunovratu by průmět modulů v přední{10}}řadě ve směru na sever neměl dosahovat spodního okraje modulů v zadní řadě. Jinými slovy, na sever-jižním směru by neměly být žádné stíny.

 

Toto kritérium je založeno na extrémních provozních podmínkách zimního slunovratu, kdy je úhel elevace Slunce nejnižší a stíny jsou nejdelší. Zajišťuje, že výstup systému není ovlivněn stínováním v žádném období roku.

 

 

Návrh vzdálenosti mezi FV moduly a zemí,-tedy výška nejnižšího bodu modulů nad zemí-je ovlivněn především faktory, jako jsou požadavky na kombinované využití území v rámci FV areálu, požadavky na-kontrolu záplav, stínění modulů okolními překážkami, pokrytí pozemní vegetací a aplikace „PV +“. Při použití bifaciálních FV modulů je třeba vzít v úvahu také účinnost výroby energie.

 

Výhodou bifaciálních FV modulů oproti monofaciálním modulům je to, že čím větší je množství světla přijímaného na zadní straně, tím větší je bifaciální zisk. Mezi hlavní faktory ovlivňující zisk energie na zadní-straně patří albedo země, výška nosné konstrukce, podmínky ozáření a rozteč řádků. Výsledné výhody se liší podle ročních období.

 

Při určování minimální vzdálenosti mezi nosnými konstrukcemi FV a zemí by měly být výše uvedené faktory zváženy komplexně, přičemž bezpečnost a ekonomická výkonnost by měly být pokud možno vyvážené. Zvýšení minimální výšky FV modulů nad zemí v přiměřeném rozsahu může zlepšit účinnost výroby energie a do určité míry zvýšit energetický výnos. Zvyšuje však také náklady na nosné konstrukce a základy, čímž má určitý dopad na ekonomickou výkonnost projektu.

 

 

Elektrický návrh návrhu solárního systému

1. Hlavní elektrické připojení

FV elektrárna se skládá z jedné nebo více jednotek na výrobu elektřiny. Hlavní elektrické připojení určuje, jak jsou tyto výrobní jednotky propojeny a shromažďovány. Po místní vyšší-transformaci se energie generovaná každou jednotkou shromažďuje a přivádí do přípojnice zvýšené-rozvodny.

 

Úroveň napětí na přípojnici -výstupní rozvodny by měla nejen odpovídat struktuře a dlouhodobému{1}}plánování místní elektrické sítě, ale měla by být také určena komplexním vyvážením faktorů, jako je kapacita fotovoltaické elektrárny, počáteční stavební investice a náklady na provoz a údržbu. V závislosti na typu FV elektrárny jsou běžné napěťové úrovně přípojnic 0,4 kV, 6 kV, 10 kV a 35 kV.

 

Hlavní elektrické připojení elektrárny lze naplánovat dle harmonogramu výstavby. Pokud je elektrárna postavena a uvedena do provozu v jedné fázi a má pouze jeden síť-připojovací bod, lze obecně použít jednu-konfiguraci přípojnic. Pokud je elektrárna konstruována a uváděna do provozu ve fázích nebo má dva nebo více -připojovacích bodů k síti, je obecně vhodnější konfigurace jedné přípojnice rozdělené na jednotlivé sekce.

 

 

2. Zařízení pro rozvod energie

Uspořádání zařízení pro distribuci energie by mělo být vybráno po komplexním zvážení faktorů, jako je geografická poloha projektu, místní klimatické podmínky, dostupná oblast místa a nadmořská výška. Zařízení může být instalováno uvnitř nebo venku v závislosti na konkrétních podmínkách.

 

V současné době jsou rozvodná zařízení 10–35 kV v domácích FV elektrárnách zpravidla instalována v uzavřených prostorách. Primární konfigurací je vnitřní pancéřovaný, výsuvný, střídavý kovový-rozváděč. V některých regionech mohou zařízení pro rozvod energie 10–35 kV používat také plynové -kovové- izolované rozvaděče s fluoridem sírovým (SF₆), pokud je to technicky a ekonomicky odůvodněné, zejména pro ochranu před solnou mlhou, zvýšenou izolaci nebo omezení využívání půdy.

 

V posledních letech se s rozvojem technologie stále častěji používají prefabrikovaná zařízení pro rozvod energie{0}}kabinového typu. Rozváděčové stanice mohou být prefabrikovány v továrnách a modulárně sestaveny na místě. Tento přístup omezuje-stavební práce na místě a uvádění do provozu, zkracuje dobu výstavby, šetří energii, chrání životní prostředí a zmenšuje plochu potřebnou pro rozváděčovou stanici. Tam, kde je to technicky a ekonomicky vhodné, může mít přednost.

 

 

3. Návrh ochrany před bleskem a uzemnění solárního systému

Hlavní uzemňovací síť, která pokrývá celé fotovoltaické pole, je běžně instalována v rámci fotovoltaické elektrárny. Vnější hranice hlavní uzemňovací mřížky by měla obecně odpovídat hranicím FV pole a tvořit uzavřenou smyčku.

 

Hlavní zemnící mříž je tvořena sítí tvořenou napojením vodorovných zemnících vodičů v příčném a podélném směru na nosné konstrukce modulu. Vertikální zemnící elektrody by měly být rovnoměrně rozmístěny podél okrajů a uvnitř uzemňovací mřížky. Základy nosných konstrukcí modulu by měly být všude tam, kde je to možné, použity jako přirozené uzemňovací elektrody.

 

Hlavní uzemňovací mřížka FV elektrárny obecně používá jako hlavní zemnící vodič galvanizovanou plochou ocel nebo kruhovou ocel. Zemnící odpor hlavní uzemňovací mřížky ve FV poli by neměl překročit 4 Ω.

 

Pro uzemnění mezi FV moduly a jejich kovovými nosnými konstrukcemi je nejběžnější metodou nejprve vytvořit spolehlivé spojení mezi kovovými rámy sousedních FV modulů pomocí měděných vodičů a poté připojit oba konce každé řady FV modulů ke kovové nosné konstrukci.

 

U některých střešních fotovoltaických projektů, kde je instalace uzemňovacích měděných vodičů nepohodlná, lze jako vodiče mezi moduly a nosnými konstrukcemi použít kovové konektory. Při použití této metody by měly být konektory opatřeny podložkami z nerezové -oceli, které jsou schopné proniknout ochrannou vrstvou oxidu hliníku- na rámech modulů, čímž se zajistí dobrá elektrická kontinuita mezi rámy modulů a kovovými nosnými konstrukcemi.

 

Nosné konstrukce modulu mohou být nejprve ekvipotenciálně spojeny se sousedními nosnými konstrukcemi pro vytvoření uzemňovací skupiny, která je pak připojena k uzemňovací mřížce. Aby byla zajištěna spolehlivost, měla by být každá skupina uzemnění podpůrné{1}}struktury připojena k uzemňovací mřížce nejméně ve dvou bodech. Tyto spojovací body by měly být instalovány na obou koncích každé řady nosných konstrukcí.

 

Kolem každého místního stupňovitého transformátoru ve fotovoltaickém poli by měla být instalována prstencová-ekvipotenciální uzemňovací mřížka{1}} a spolehlivě připojena k hlavní uzemňovací mřížce fotovoltaického pole. Pokud místní stupňovitý transformátor používá skříňový- transformátor s integrovaným kovovým krytem, ​​kryt by měl být spolehlivě připojen k ekvipotenciální uzemňovací mřížce nejméně ve dvou bodech. Všechny nechráněné kovové části skříňového- transformátoru, včetně kovových žebříků, by měly být také připojeny k uzemňovací mřížce.

 

 

4. Výběr kabelu a instalace solárního systému

Kabely instalované mezi FV moduly a stringovými slučovacími boxy nebo stringovými střídači ve FV elektrárně jsou obecně vyhrazené FV kabely. Jejich odolnost vůči ultrafialovému záření, odolnost proti povětrnostním vlivům, zpomalování hoření-a další vlastnosti by měly splňovat požadavky současných průmyslových norem.

 

V případě distribuovaných fotovoltaických projektů by měly mít kabely používané v budování -integrovaných nebo budovaných-namontovaných fotovoltaických systémů dobrý výkon zpomalující hoření-. Měděné vodiče jsou obecně vybírány kvůli jejich příznivé elektrické vodivosti.

 

U užitkových-fotovoltaických elektráren jsou kabely obvykle rozmístěny na velké ploše. Proto se kabely obecně instalují pomocí přímého zakopání, v takovém případě by se měly používat pancéřované kabely. Zejména u projektů, kde jsou pozemky zabrané plochami FV modulů rozptýleny, mohou být jako kolektorové okruhy použita venkovní vedení 10 kV nebo 35 kV.

 

Vzhledem k tomu, že sloupy a stožáry v oblasti FV pole mohou vrhat stíny na FV moduly, měl by být rozsah stínu venkovních vedení vypočítán během plánování vedení. Uspořádání vedení by mělo být koordinováno s uspořádáním FV pole, aby se minimalizovalo zastínění modulů.

 

Při určování délek střídavých a stejnosměrných kabelů ve FV systému by se měla vzít v úvahu jak kapacita kabelu, tak pokles napětí systému. Pokles střídavého napětí ve FV systému by obecně neměl překročit 3 %, zatímco pokles stejnosměrného napětí by obecně neměl přesáhnout 2 %.

 

Pokud úbytek napětí nesplňuje příslušné požadavky, měla by se zvětšit -plocha průřezu příslušného kabelu nebo by se měly upravit relativní polohy zařízení tak, aby se zkrátila trasa kabelu a aby se úbytek napětí udržel ve stanovených mezích.

 

 

5. Monitorovací systém

FV elektrárny v Číně obecně fungují bezobslužně nebo s minimálním počtem zaměstnanců. Některé pozemní-fotovoltaické elektrárny začaly používat vzdálené monitorování, které nahrazuje-obsluhu na místě. Během fáze návrhu je současná fáze projektu obvykle považována za primární, zatímco předchozí a následující fáze jsou také brány v úvahu. Systém by měl být kompatibilní s úrovněmi automatizace a provozu a řízení přijatými elektrárnou.

 

Většina fotovoltaických elektráren v Číně používá samostatné monitorovací systémy pro zvýšení{0}}rozvodny nebo rozváděče a oblast fotovoltaického pole. Tento přístup má výhodu v tom, že vyžaduje pouze omezené množství výměny informací mezi zvýšeným-systémem sledování rozvoden a systémem sledování FV, takže implementace je relativně jednoduchá. Má však i nevýhodu v malém využití informací.

 

Po přijetí inteligentního monitorovacího systému může FV elektrárna dosáhnout komplexního sběru dat a panoramatického sledování celého zařízení. Systém může vytvořit vertikální integraci s hlavními systémy, jako jsou dispečink a systémy řízení výroby, a zároveň poskytuje horizontální konektivitu s hlavním automatizačním zařízením v elektrárně.

 

Inteligentní monitorovací systém může také podporovat funkce, jako je rozhodování o ekonomickém provozu-, online diagnostika a automatické obnovení, automatická kontrola a analýza chyb a varování před chybami.

 

 

Závěr

TheNávrh solárního energetického systémuvyžaduje komplexní koordinaci ve všech fázích, včetně výběru modulu, uspořádání pole, elektrických připojení, instalace kabelů a monitorovacích systémů. Optimální řešení by mělo být vybráno podle místních podmínek a požadavků projektu.S neustálým pokrokem fotovoltaické technologie a zvyšující se úrovní inteligence čelí návrh systému vyšším požadavkům a také více možnostem. Vědecké plánování a detailní návrh jsou zásadní pro zajištění bezpečného a stabilního provozu elektrárny a dosažení vysoké ekonomické výkonnosti.