求助,光伏电站设计:电缆线损计算
线损计算公式适用所有导线负荷功率(包括发、供、用电)的计算。线损与负荷电流的平方成正比,与导线的长度成正比,与导线的截面成反比。
设计应考虑:1,低压上网越近越好不宜超过200m;2,末端压降控制在2-5%内;3,有功损失在5-11%为宜。
光伏电站系统发电总效率=所有系统产品的效率的乘积,一般光伏项目的发电效率在70~80%左右。
影响其发电效率的主要因素包括:
1)光伏温度因子:光伏电池的效率会随着其工作时的温度变化而变化。当它们的温度升高时,晶体硅光伏电池效率呈现降低的趋势。本项目所在地区多年极端最高气温为52.9°C,极端最高气温40.2°C,极端最低气温-12.1°C。全年平均气温15.9°C,计算得到当地的温度折减为2.5%。
2)组件匹配损失:组件串联因为电流不一致产生的效率降低,根据电池板出厂的标称偏差值,对于精心设计、精心施工的系统,约有3%的损失。为保证电池发电效率,将定期、及时对组件进行清洗,但组件上的灰尘或积雪造成的污染仍会对发电量造成影响,此项造成的年系统效率折减取3.2%。当辐照度过低时,会产生不可利用的低、弱太阳辐射损失。
3)直流线路损失:光伏组件产生电量输送至汇流箱、直流配电柜、逆变器时,存在直流电路的线损,按3%记取
4)电气设备造成的效率损失:逆变器转换过程中也存在电量损失,此项折减取2.5%。箱式变压器的升压过程中,也会存在能量损失。
5)光伏电站内线损等能量损失:电能由逆变器输出至箱变,再送至开关站,交流线路会存在线损。
6)系统的可利用率:虽然光伏组件的故障率极低,但定期检修及电网故障仍会造成损,按2%记取。
考虑以上各种因素,通过计算分析光伏电站系统发电总效率:
η=97.5%×96.8%×94.5%×97.2%×97%×97.5%×97.3%×=79.7%
1.失配损耗:
组串及光伏阵列由于组串单独组件及不同组串间输出不匹配所导致的损耗。
2.逆变电器损耗:
逆变电器相关损耗包含逆变电器自身损耗,直流电转换交流电中MPPT追踪导致的损耗。
逆变电器自身损耗主要包含有:逆变电器的效率、过载损耗、功率阀值损耗、过电压损耗、电压阀值损耗。
3.线缆损耗
线缆损耗主要是由于电压降导致的欧姆损耗,需基于项目实际使用线缆情况而决定。
线缆损耗主要包含AC及OCX线缆损耗。
AC线缆损耗:指AC输出到变压器连接点间造成的损耗
DC线缆损耗:指光伏阵列,汇流箱输出端至逆变器DC输入端造成的损耗。
个人认为系统效率衰减可以不必考虑,系统效率的降低,我们可以通过设备的局部更新或者维护达到要求,就如火电站,水电站来说,不提衰减这一说法。
影响发电量的关键因素是系统效率,系统效率主要考虑的因素有:灰尘、雨水遮挡引起的效率降低、温度引起的效率降低、组件串联不匹配产生的效率降低、逆变器的功率损耗、直流交流部分线缆功率损耗、变压器功率损耗、跟踪系统的精度等等。
大型光伏电站一般都是地处戈壁地区,风沙较大,降水很少,考虑有管理人员人工清理方阵组件频繁度一般的情况下,采用衰减数值:8%
太阳能电池组件会因温度变化而输出电压降低、电流增大,组件实际效率降低,发电量减少,因此,温度引起的效率降低是必须要考虑的一个重要因素,在设计时考虑温度变化引起的电压变化,并根据该变化选择组件串联数量,保证组件能在绝大部分时间内工作在最大跟踪功率范围内,考虑0.45%/K的功率变化、考虑各月辐照量计算加权平均值,可以计算得到加权平均值,因不同地域环境温度存在一定差异,对系统效率影响存在一定差异,因此考虑温度引起系统效率降低取值为3%。
由于生产工艺问题,导致不同组件之间功率及电流存在一定偏差,单块电池组件对系统影响不大,但光伏并网电站是由很多电池组件串并联以后组成,因组件之间功率及电流的偏差,对光伏电站的发电效率就会存在一定的影响。组件串联因为电流不一致产生的效率降低,选择该效率为2%的降低。
根据设计经验,常规20MWP光伏并网发电项目使用光伏专用电缆用量约为350km,汇流箱至直流配电柜的电力电缆(一般使用规格型号为ZR-YJV22-1kV-2*70mm2)用量约为35km,经计算得直流部分的线缆损耗3%。
目前国内生产的大功率逆变器(500kW)效率基本均达到97.5%的系统效率,并网逆变器采用无变压器型,通过双分裂变压器隔离2个并联的逆变器,逆变器内部不考虑变压器效率,即逆变器功率损耗可为97.5%,取97.5%。
由于光伏并网电站一般采用就地升压方式进行并网,交流线缆通常为高压电缆,该部分损耗较小,计算交流部分的线缆损耗约为1%。
变压器为成熟产品,选用高效率变压器,变压器效率为98%,即功率损耗计约为2%。
综合以上各部分功率损耗,测算系统各项效率:组件灰尘损失、组件温度效率损失、组件不匹配损失、线路压降损失、逆变器效率、升压变压器效率、交流线路损失等,可以计算得出光伏电站系统效率:
系统效率:η=(1-8%) (1-3%) (1-2%) (1-3%) (1-2.5%) (1-1%) (1-2%)=80.24%。
经过以上分析,可以得出光伏并网电站系统效率通常为80%。
目前,我国光伏产业已进入规模化发展阶段,越来越多的光伏电站进入长达25年的运营期。运营期间发电水平是影响电站经济效益的关键因素,因此如何保障光伏电站高效发电成为运营商面临的首要问题。而解决该问题前,首先需进行光伏电站设备损耗分析,明白电站损耗发生在哪里,进而明确通过何种手段,将电站的损耗控制在合理的范围之内。方法:改用功耗参数更优秀的磁心材料,比如使用TDK的PC50材料替代PC40材料降低磁通密度,但会增加线圈匝数而导致铜损增大,慎用改变电路参数,比如降低开关频率,但会同时增加磁通密度,慎用,必要时配合绕组匝数调整合理热设计,利用磁心材料温度与损耗曲线中的谷值。选用高效系统部件,如组件、逆变器、变压器等;合理设计线缆长度,降低线损;合理设计倾斜角、方位角等;合理进行运维、清洗。
一、禁带亮度效率损失
VOC随Eg的增大而增大,但另一方面,JSC随Eg的增大而减小。结果是可期望在某一个确定的Eg随处出现太阳电池效率的峰值。
二、温度引起的效率损失
随温度的增加,效率η下降。I-SC对温度T很敏感,温度还对VOC起主要作用。对于Si,温度每增加1°C,VOC下降室温值的0.4%,h也因而降低约同样的百分数。
例如,一个硅电池在20°C时的效率为20%,当温度升到120°C时,效率仅为12%。又如GaAs电池,温度每升高1°C,VOC降低1.7mv 或降低0.2%。
三、光强对效率的影响
将太阳光聚焦于太阳电池,可使一个小小的太阳电池产生出大量的电能。设想光强被浓缩了X倍,单位电池面积的输入功率和JSC都将增加X倍,同时VOC也随着增加(kT/q)lnX倍。因而输出功率的增加将大大超过X倍,而且聚光的结果也使转换效率提高了。
四、金属栅和光反射引起的效率损失
在前表面上的金属栅线不能透过阳光,引起效率降低。为了使ISC最大,金属栅占有的面积应最小。为了使RS小,一般是使金属栅做成又密又细的形状。因为有太阳光反射的存在,不是全部光线都能进入Si中。裸Si表面的反射率约为40%。使用减反射膜可降低反射率。对于垂直地投射到电池上的单波长的光,用一种厚为1/4波长、折射率等于(n为Si的折射率)的涂层能使反射率降为零。对太阳光,采用多层涂层能得到更好的效果。
20年内不能超过20%。光伏组件衰减率是指光伏组件运行一段时间后,在标准测试条件下(AM1.5、组件温度25°C,辐照度1000W/m2)最大输出功率与投产运行初始最大输出功率的比值。
伏组件衰减率的确定可采用加速老化测试方法、实地比对验证方法或其他有效方法。加速老化测试方法是利用环境试验箱模拟户外实际运行时的辐照度、温度、湿度等环境条件,并对相关参数进行加倍或加严等控制,以实现较短时间内加速组件老化衰减的目的。
实地比对方法
自组件投产运行之日起,根据项目装机容量抽取足够数量的组件样品,由国家资质认定(CMA)的第三方检测实验室,按照GB/T6495.1标准规定的方法,测试其初始最大输出功率后。
与同批次生产的其他组件安装在同一环境下正常运行发电,运行之日起一年后再次测量其最大输出功率。将前后两次最大输出功率进行对比,依据衰减率计算公式,判定得出光伏组件发电性能的衰减率。
1) 组件面积——辐射量计算方法。
光伏发电站上网电量Ep计算如下:
Ep=HA×S×K1×K2式中:
HA——为倾斜面太阳能总辐照量(kW·h/m2)
S——为组件面积总和(m2)
K1 ——组件转换效率
K2 ——为系统综合效率。
综合效率系数K2是考虑了各种因素影响后的修正系数,其中包括:
1) 厂用电、线损等能量折减
交直流配电房和输电线路损失约占总发电量的3%,相应折减修正系数取为97%。
2) 逆变器折减
逆变器效率为95%~98%。
光伏电池的效率会随着其工作时的温度变化而变化。当它们的温度升高时,光伏组件发电效率会呈降低趋势。一般而言,工作温度损耗平均值为在2.5%左右。
除上述各因素外,影响光伏电站发电量的还包括不可利用的太阳辐射损失和最大功率点跟踪精度影响折减、以及电网吸纳等其他不确定因素,相应的折减修正系数取为95%。
这种计算方法是第一种方法的变化公式,适用于倾角安装的项目,只要得到倾斜面辐照度(或根据水平辐照度进行换算:倾斜面辐照度=水平面辐照度/cosα),就可以计算出较准确的数据。