论文部分内容阅读
（新疆电力设计院 新疆 乌鲁木齐 830002 ）
【摘 要】本文介绍了离网光伏电站的选址及设计原则，确定了电站、蓄电池组设计容量，并对光伏阵列进行了优化设计，为不同地区离网光伏电站提供了简单、实用的工程设计方法，为离网光伏电站优化设计提供算法支持与理论保障。
【关键词】离网光伏电站；系统优化设计；工程算法
On the off-grid photovoltaic power plant optimization
Zhang He
(Xinjiang Electric Power Design Institute Xinjiang Urumqi 830002)
【Abstract】This article describes the off-grid photovoltaic power plant siting and design principles to determine the power station, battery design capacity, and photovoltaic arrays has been optimized for off-grid photovoltaic power plant in different regions provides a simple and practical engineering design method for off-grid solar power plant to optimize the design of algorithms and theoretical support for protection.
【Key words】Off-grid solar power station;The system optimization;Engineering algorithm
1. 光伏电站选址原则
1.1 选择太阳能资源丰富的地 ，保证光伏电站运行的可靠性和技术经济性。
1.2 光伏电站场址应该尽可能选择在地势平坦的地方，便于光伏电站的建设和采光。站址南面不能有遮挡光线的建筑物、高大树木等障碍物，以免产生阴影遮挡，影响电站发电效率。
1.3 场址应该选择在用电负荷中心区域，以降低电站的供电损耗，提高供电经济性。
1.4 避免选择地质灾害区，应该尽量选择非农田或草场的闲置土地，光伏电站场址不能压覆矿产资源，场区用地应尽量按集约化设计。
2. 光伏电站设计原则
无电地区自然条件恶劣，交通不便，现场生活、生产条件艰苦。对独立光伏电站的设计、施工、维护管理和售后服务T作提出了更高的要求。为此在制定设计方案及进行设备选型时应该充分考虑以下原则：
2.1 可靠性高：设计余量充分，系统配置先进、合理，设备、部件质量可靠。
2.2 通用性强：各品月之间设备选型尽可能一致，互换性好，维修方便。通讯接口、监控软件、充电接口配置一致，便于管理。
2.3 安全性好：做好防雷击、抗大风、防火、防爆、防触电、防人为破坏等安全T作。
2.4 操作性好：自动化程度高，监控界面友好，无人值守，免维护或少维护。
2.5 价格性能比高：尽量采用国产设备，注重经济性和实用性，以节省费用，减少投资。
2.6 环境保护效果好：在选址、设备选型和施T、管理等各个环节均应该特别注重环保效益。
3. 系统配置设计
光伏电站最基本的三大构成是发电单元(太阳能电池方阵)、蓄能单元(蓄电池组)和逆变器，三者相互联系又彼此独立，依据各自约束条件确定容量。其中，太阳能电池方阵决定了系统可能的发电量，逆变器的容量依据负荷的总功率确定，蓄电池组的容量由每天平均的充放电量和需要保证的无日照连续供电天数，及最大允许放电深度等参数确定。为了保证以上三大部分的正常工作，特别是保护蓄电池避免因为过充电或过放电造成损坏，控制器也是太阳能光伏电站必须配置的设备。交流配电柜主要起到分配对外线的供电，计量备用电回路的用电量和安全保护等作用。以上5种设备构成了太阳能光伏电站的基本设备。
3.1 光伏电站装机容量确定。在光伏电站建设项目前期工作和正式设计时，准确的负荷调查结果将是重要的设计依据，负荷条件将直接影响电站容量的确定，从而影响电站各项指标。根据项目建设地年平均太阳能辐射量、年用电量、系统总效率，可以计算出光伏电站的装机容量。光伏电站装机容量计算公式如下：
W =L/(H×η) (1)
式中：W——光伏电站装机容量，KWp；
L——光伏电站所在地年用电量，KW•h；
H——年峰值El照小时数，h；
H=Ih／I0水平面年总辐射量×1.125/1×103：
Ih——倾斜面年总太阳辐射量，kW•h／m ；
Ih=水平面年总辐射量×1．125；
I0——标准太阳辐射强度，1×103W/m2(电池组件标准测试条件)；
η——光伏电站系统总效率。
系统发电效率 取决于光伏温度因子、光伏阵列匹配损耗、逆变器的平均效率、线损、机组的可利用率、环境等因素。
3.2 系统工作电压的确定。
系统的直流额定工作电压是系统各部分相互配合的重要参数。对于大中型的光伏发电站，国内习惯选取110V、220V、500V等系列设备， 国外常采用120V、240V、300V、500V等系列设备。一般来说，此值选得太低将使直流损失增大，选得太高会对所采用的辅助电源充电造成一些困难，也会对人身安全带来一些负面影响，考虑到光伏电站系统运行的稳定性和可靠性，及系统设备的通用性和可互换性，通常选取系统的直流额定工作电压为220V。
3.3 蓄电池组选型设计。蓄电池组是光伏系统中使用寿命最短的部件，使用一定时间后需要更新，所以选型时寿命指标是很重要的参数。另外，在高寒地区使用，温度特性、高原低气压环境的适用性也很重要，光伏电站通常选用2VGFM系列阀控式密封铅蓄电池，设计使用年限5～7年。
蓄电池组容量C由下式确定
C=E0×D÷(U×V×η1×η1) (2)
E0——平均每天负荷用电量，E0=Ha(年用电量)÷365；
D——蓄电池供电支持天数，取3天；
U——蓄电池允许放电深度，取0．7；
V——系统直流工作电压；
η1——蓄电池充放电效率，取0．85；
η2——逆变器效率，取0．93。
3.4 光伏阵列优化设计。
3.4.1 阵列安装方式。光伏组件方阵的安装形式对系统接收到的太阳能辐射量有很大影响，从而影响系统的发电能力，其主要安装方式有固定式、单轴跟踪式和双轴跟踪式。
采用跟踪技术的光伏系统发电量明显提高，尤其是双轴跟踪系统。但是由于国内目前还没有跟踪系统大规模应用的先例，国内跟踪系统的发展远远落后于欧美， 目前正处于小批量试验阶段，因此从电站运行的安全角度考虑，目前离网光伏电站组件安装大部分仍以固定式安装为主。
3.4.2 光伏组件最佳倾角的确定。国内外光伏组件安装，考虑其安全性、稳定性和便于维护，目前技术最成熟、成本相对最低、应用最广泛的方式为固定式安装。根据El地运行规律，对于固定安装的光伏阵列，在北半球最佳的组件安装方式为朝南，即方位角为0°。对于独立光伏电站，由于冬季照明时间长，用能大，计算光伏组件最佳倾角时以冬半年接收太阳能辐射量最大为约束条件，在0°～90°范围按1°间隔加密进行编程计算，计算出不同角度下辐射量的总值，确定以冬半年接受太阳能辐射量最大对应角度为光伏组件安装最佳倾角。以青海省格尔木为例，独立光伏电站确定光伏组件最佳倾角为48°。
3.4.3 光伏电站阵列间距设计。光伏阵列应该按照提高土地利用率，减少占地面积，及光伏阵列之间不得相互遮挡为原则进行设计。一年中冬至日的太阳高度角最低，为了保证冬至日1天之中从日出至日落时长内阵列不发生阴影遮挡，将使光伏阵列之间的间距非常大，而早晚太阳辐射比较弱，对光伏电站发电的贡献很小，这样的设计不符合土地集约性和经济性要求。通常光伏阵列间距设计按照冬至日9：30~16：30不遮挡为计算设计依据，工程中可按下式进行设计计算。
D=cosA ×H/tan［sin－1(sinsinδ+cos cosδcosh)］(3)
式中：D——遮挡物与阵列的间距，m；
A——太阳方位角；
H——遮挡物与可能被遮挡组件底边高度差，m；
——当地纬度；
δ——赤纬角；
h——时角。
4. 结语
离网光伏电站系统设计对光伏电站发电性能具有重要影响，并直接影响电站的经济性。通过光伏电站系统优化设计可以大大增强光伏电站的发电能力，提高光伏电站运营的经济性。针对不同应用地区，结合本设计方法可进行系统优化设计，提高系统配置效率，对离网光伏电站的高效稳定运行，长期发挥效益具有重要作用。
［文章编号］1006-7619（2011）09-07-898
(上接第7页)
现场允许条件选用如下应急措施：
（1）坡脚被动区临时压重或坡脚被动侧土体加固。
（2）基坑周边环境允许时坡顶卸土，并严格控制卸土程序。
（3）做好坡顶、坡面临时排水、封面处理。
（4）增设锚杆、土钉对支护结构临时加固。
（5）对发生险情区域加强监测。
（6）尽快向设计、勘察等单位反馈信息，开展设计、勘察资料复审，按施工现场进行工况验算。
6.3 未尽事宜遵照相关规范执行。
7. 总结
7.1 基坑支护设计前应进行所重反感的比较，使支护设计更加安全经济合理。
7.2 现场出土，随挖随清，并对未开挖边坡进行保护。
7.3 本工程采用钻孔灌注桩，具有承载力高，机具设备、工艺不太复杂，施工振动、噪声小，施工速度较快和造价较低等优点。
7.4 钻孔灌注桩的沉桩控制标准，控制贯入度为主，桩端标高可作参考，保证建筑的安全可靠
参考文献
［1］ 建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）.
［2］ 建筑基坑工程监测技术规范【GB50497-2009】.
［3］ 建筑桩基技术规范JGJ94-2008.
［文章编号］1006-7619（2011）10-03-949
【摘 要】本文介绍了离网光伏电站的选址及设计原则，确定了电站、蓄电池组设计容量，并对光伏阵列进行了优化设计，为不同地区离网光伏电站提供了简单、实用的工程设计方法，为离网光伏电站优化设计提供算法支持与理论保障。
【关键词】离网光伏电站；系统优化设计；工程算法
On the off-grid photovoltaic power plant optimization
Zhang He
(Xinjiang Electric Power Design Institute Xinjiang Urumqi 830002)
【Abstract】This article describes the off-grid photovoltaic power plant siting and design principles to determine the power station, battery design capacity, and photovoltaic arrays has been optimized for off-grid photovoltaic power plant in different regions provides a simple and practical engineering design method for off-grid solar power plant to optimize the design of algorithms and theoretical support for protection.
【Key words】Off-grid solar power station;The system optimization;Engineering algorithm
1. 光伏电站选址原则
1.1 选择太阳能资源丰富的地 ，保证光伏电站运行的可靠性和技术经济性。
1.2 光伏电站场址应该尽可能选择在地势平坦的地方，便于光伏电站的建设和采光。站址南面不能有遮挡光线的建筑物、高大树木等障碍物，以免产生阴影遮挡，影响电站发电效率。
1.3 场址应该选择在用电负荷中心区域，以降低电站的供电损耗，提高供电经济性。
1.4 避免选择地质灾害区，应该尽量选择非农田或草场的闲置土地，光伏电站场址不能压覆矿产资源，场区用地应尽量按集约化设计。
2. 光伏电站设计原则
无电地区自然条件恶劣，交通不便，现场生活、生产条件艰苦。对独立光伏电站的设计、施工、维护管理和售后服务T作提出了更高的要求。为此在制定设计方案及进行设备选型时应该充分考虑以下原则：
2.1 可靠性高：设计余量充分，系统配置先进、合理，设备、部件质量可靠。
2.2 通用性强：各品月之间设备选型尽可能一致，互换性好，维修方便。通讯接口、监控软件、充电接口配置一致，便于管理。
2.3 安全性好：做好防雷击、抗大风、防火、防爆、防触电、防人为破坏等安全T作。
2.4 操作性好：自动化程度高，监控界面友好，无人值守，免维护或少维护。
2.5 价格性能比高：尽量采用国产设备，注重经济性和实用性，以节省费用，减少投资。
2.6 环境保护效果好：在选址、设备选型和施T、管理等各个环节均应该特别注重环保效益。
3. 系统配置设计
光伏电站最基本的三大构成是发电单元(太阳能电池方阵)、蓄能单元(蓄电池组)和逆变器，三者相互联系又彼此独立，依据各自约束条件确定容量。其中，太阳能电池方阵决定了系统可能的发电量，逆变器的容量依据负荷的总功率确定，蓄电池组的容量由每天平均的充放电量和需要保证的无日照连续供电天数，及最大允许放电深度等参数确定。为了保证以上三大部分的正常工作，特别是保护蓄电池避免因为过充电或过放电造成损坏，控制器也是太阳能光伏电站必须配置的设备。交流配电柜主要起到分配对外线的供电，计量备用电回路的用电量和安全保护等作用。以上5种设备构成了太阳能光伏电站的基本设备。
3.1 光伏电站装机容量确定。在光伏电站建设项目前期工作和正式设计时，准确的负荷调查结果将是重要的设计依据，负荷条件将直接影响电站容量的确定，从而影响电站各项指标。根据项目建设地年平均太阳能辐射量、年用电量、系统总效率，可以计算出光伏电站的装机容量。光伏电站装机容量计算公式如下：
W =L/(H×η) (1)
式中：W——光伏电站装机容量，KWp；
L——光伏电站所在地年用电量，KW•h；
H——年峰值El照小时数，h；
H=Ih／I0水平面年总辐射量×1.125/1×103：
Ih——倾斜面年总太阳辐射量，kW•h／m ；
Ih=水平面年总辐射量×1．125；
I0——标准太阳辐射强度，1×103W/m2(电池组件标准测试条件)；
η——光伏电站系统总效率。
系统发电效率 取决于光伏温度因子、光伏阵列匹配损耗、逆变器的平均效率、线损、机组的可利用率、环境等因素。
3.2 系统工作电压的确定。
系统的直流额定工作电压是系统各部分相互配合的重要参数。对于大中型的光伏发电站，国内习惯选取110V、220V、500V等系列设备， 国外常采用120V、240V、300V、500V等系列设备。一般来说，此值选得太低将使直流损失增大，选得太高会对所采用的辅助电源充电造成一些困难，也会对人身安全带来一些负面影响，考虑到光伏电站系统运行的稳定性和可靠性，及系统设备的通用性和可互换性，通常选取系统的直流额定工作电压为220V。
3.3 蓄电池组选型设计。蓄电池组是光伏系统中使用寿命最短的部件，使用一定时间后需要更新，所以选型时寿命指标是很重要的参数。另外，在高寒地区使用，温度特性、高原低气压环境的适用性也很重要，光伏电站通常选用2VGFM系列阀控式密封铅蓄电池，设计使用年限5～7年。
蓄电池组容量C由下式确定
C=E0×D÷(U×V×η1×η1) (2)
E0——平均每天负荷用电量，E0=Ha(年用电量)÷365；
D——蓄电池供电支持天数，取3天；
U——蓄电池允许放电深度，取0．7；
V——系统直流工作电压；
η1——蓄电池充放电效率，取0．85；
η2——逆变器效率，取0．93。
3.4 光伏阵列优化设计。
3.4.1 阵列安装方式。光伏组件方阵的安装形式对系统接收到的太阳能辐射量有很大影响，从而影响系统的发电能力，其主要安装方式有固定式、单轴跟踪式和双轴跟踪式。
采用跟踪技术的光伏系统发电量明显提高，尤其是双轴跟踪系统。但是由于国内目前还没有跟踪系统大规模应用的先例，国内跟踪系统的发展远远落后于欧美， 目前正处于小批量试验阶段，因此从电站运行的安全角度考虑，目前离网光伏电站组件安装大部分仍以固定式安装为主。
3.4.2 光伏组件最佳倾角的确定。国内外光伏组件安装，考虑其安全性、稳定性和便于维护，目前技术最成熟、成本相对最低、应用最广泛的方式为固定式安装。根据El地运行规律，对于固定安装的光伏阵列，在北半球最佳的组件安装方式为朝南，即方位角为0°。对于独立光伏电站，由于冬季照明时间长，用能大，计算光伏组件最佳倾角时以冬半年接收太阳能辐射量最大为约束条件，在0°～90°范围按1°间隔加密进行编程计算，计算出不同角度下辐射量的总值，确定以冬半年接受太阳能辐射量最大对应角度为光伏组件安装最佳倾角。以青海省格尔木为例，独立光伏电站确定光伏组件最佳倾角为48°。
3.4.3 光伏电站阵列间距设计。光伏阵列应该按照提高土地利用率，减少占地面积，及光伏阵列之间不得相互遮挡为原则进行设计。一年中冬至日的太阳高度角最低，为了保证冬至日1天之中从日出至日落时长内阵列不发生阴影遮挡，将使光伏阵列之间的间距非常大，而早晚太阳辐射比较弱，对光伏电站发电的贡献很小，这样的设计不符合土地集约性和经济性要求。通常光伏阵列间距设计按照冬至日9：30~16：30不遮挡为计算设计依据，工程中可按下式进行设计计算。
D=cosA ×H/tan［sin－1(sinsinδ+cos cosδcosh)］(3)
式中：D——遮挡物与阵列的间距，m；
A——太阳方位角；
H——遮挡物与可能被遮挡组件底边高度差，m；
——当地纬度；
δ——赤纬角；
h——时角。
4. 结语
离网光伏电站系统设计对光伏电站发电性能具有重要影响，并直接影响电站的经济性。通过光伏电站系统优化设计可以大大增强光伏电站的发电能力，提高光伏电站运营的经济性。针对不同应用地区，结合本设计方法可进行系统优化设计，提高系统配置效率，对离网光伏电站的高效稳定运行，长期发挥效益具有重要作用。
［文章编号］1006-7619（2011）09-07-898
(上接第7页)
现场允许条件选用如下应急措施：
（1）坡脚被动区临时压重或坡脚被动侧土体加固。
（2）基坑周边环境允许时坡顶卸土，并严格控制卸土程序。
（3）做好坡顶、坡面临时排水、封面处理。
（4）增设锚杆、土钉对支护结构临时加固。
（5）对发生险情区域加强监测。
（6）尽快向设计、勘察等单位反馈信息，开展设计、勘察资料复审，按施工现场进行工况验算。
6.3 未尽事宜遵照相关规范执行。
7. 总结
7.1 基坑支护设计前应进行所重反感的比较，使支护设计更加安全经济合理。
7.2 现场出土，随挖随清，并对未开挖边坡进行保护。
7.3 本工程采用钻孔灌注桩，具有承载力高，机具设备、工艺不太复杂，施工振动、噪声小，施工速度较快和造价较低等优点。
7.4 钻孔灌注桩的沉桩控制标准，控制贯入度为主，桩端标高可作参考，保证建筑的安全可靠
参考文献
［1］ 建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）.
［2］ 建筑基坑工程监测技术规范【GB50497-2009】.
［3］ 建筑桩基技术规范JGJ94-2008.
［文章编号］1006-7619（2011）10-03-949