Проектування сонячної енергетичної системи: конфігурація фотоелектричного модуля та електричний проект
Aug 27, 2026
TheПроектування сонячної енергетичної системице систематичний інженерний процес, що включає численні технічні аспекти, включаючи вибір фотоелектричних (PV) модулів, компонування масиву, основні електричні з’єднання, захист від блискавки та заземлення. Науково обґрунтований та розумний проект повинен враховувати сонячні ресурси, кліматичні умови та характеристики місця розташування проекту, одночасно досягаючи балансу між безпекою, економічністю та ефективністю виробництва електроенергії. Ця стаття зосереджена на двох основних областях проектування сонячної енергетичної системи-конфігурації модуля та електричної системи-і підсумовує ключові технічні міркування та стандарти проектування, щоб надати вказівки для інженерної практики.
Проектування сонячної енергетичної системи
1. Вибір фотоелектричного модуля
Основним принципом вибору фотоелектричних модулів є вибір основних типів модулів, які пропонують високий рівень технічної зрілості та надійної роботи, а також враховуючи природне середовище, що оточує електростанцію, умови будівництва та транспортну логістику. Остаточний вибір має ґрунтуватися на комплексній оцінці, щоб визначити фотоелектричні модулі з найкращою загальною продуктивністю та найбільшою придатністю для проекту.
2. Проектування режимів роботи фотоелектричної батареї
Фотоелектричні масиви можна встановити одним із трьох методів: із фіксованим-нахилом, регульованим-нахилом або системами відстеження. Відповідний метод встановлення має бути обрано шляхом техно-економічного порівняння на основі таких факторів, як ресурси сонячного випромінювання, кліматичні умови, робоче середовище, встановлена потужність, площа та характеристики місця встановлення, характеристики навантаження, а також методи експлуатації та управління.
Конфігурація компоновки опорних конструкцій фотоелектричної системи повинна бути обрана належним чином, щоб уникнути концентрації напруги. Відповідні поперечні-перерізи слід вибрати для кожного елемента конструкції відповідно до величини прикладених зусиль. Слід звести до мінімуму споживання сталі, забезпечуючи повне використання міцності всіх елементів конструкції.
Протягом усього проектного терміну служби фотоелектрична опорна система повинна залишатися структурно безпечною та надійною та бути здатною протистояти вітровим і сніговим навантаженням, а також впливу навколишнього середовища. Необхідно також враховувати доцільність монтажу, щоб можна було досягти оптимальних результатів будівництва проекту за мінімально можливих витрат. При проектуванні та будівництві фотоелектричної станції вибір типу опорної конструкції повинен бути адаптований до місцевих умов шляхом комплексної оцінки. Порівняння різних типів фотоелектричних опорних конструкцій наведено в таблиці 1.
Таблиця 2
| немає | Пункт | Виправлено Структура підтримки |
Горизонтальна одна-вісь Структура відстеження |
Нахилена одна-вісь Структура відстеження |
Подвійна-осі Структура відстеження |
Виправлено Регульована -підтримуюча структура для нахилу |
| 1 | Опір вітру та Цивільний фундамент |
Розроблено для регулюючого сценарію навантаження на основі локальної максимальної швидкості вітру для визначення вітрового опору опорної конструкції | Опір вітру такий же, як і у нерухомої опорної конструкції; фактичні вимоги до-несучих навантажень нижчі, ніж вимоги до нерухомої опорної конструкції | Опір вітру такий же, як і у нерухомої опорної конструкції; вимоги до фундаменту вищі, ніж для горизонтального одноосі-трекера, але нижчі, ніж для фіксованої опорної конструкції | Опір вітру такий же, як і у нерухомої опорної конструкції; під основним сценарієм навантаження вимоги до фундаменту подібні до вимог до нахиленого одноосі-трекера | Опір вітру такий же, як і у нерухомої опорної конструкції |
| 2 | монтаж Вимоги |
Відсутність рухомих частин; низькі{0}}вимоги до точності встановлення та відносно проста установка | присутні рухомі частини; Монтаж вимагає більш високої точності і складніше, ніж для стаціонарної опорної конструкції | Присутні рухомі частини та додано-нахил на південь; вимоги до точності монтажу дещо вищі, а монтаж дещо складніший, ніж для горизонтальної одно-осьової конструкції | Подвійні-компоненти відстеження та інші рухомі частини; найвищі{1}}вимоги до точності встановлення та найскладніше встановлення | Подібно до нерухомої опорної конструкції; основний промінь є рухомим компонентом, але в ньому менше рухомих частин, ніж у структурах стеження |
| 3 | технічний Зрілість |
Проста система, широко використовувана та технічно зріла | Зріла технологія з внутрішнім застосуванням приблизно в масштабі GWp | Технологія нахилу однієї-вісі додає нахил установки; трохи менш зріла, ніж горизонтальна одно-осьова структура | Найскладніша технологія; відсутність великомасштабних-заявлень усередині країни чи за кордоном | Високодосконала технологія |
| 4 | Застосовується Широта |
Без обмежень | Регіони від- до-високих широт | Без обмежень | Без обмежень | Регіони з низькими-широтами |
| 5 | Надійність | Простий і надійний | Необхідно контролювати якість і надійність ключового приводного та контрольного обладнання; надійність нижче, ніж у стаціонарної опорної конструкції | Додавання нахилу трохи ускладнює умови експлуатації; надійність дещо нижча, ніж у горизонтальної одно{0}}осьової конструкції | Універсальні шарніри схильні до пошкоджень, а система керування є складною, що призводить до значно вищого відсотка відмов, ніж у одно-конструкцій стеження, і низької надійності | Надійність близька до стаціонарної опорної конструкції і вища, ніж у слідових конструкцій |
| 6 | Площа землі за МВт |
Приблизно 25 му на рівній місцевості |
Приблизно 30 мю; площа землі збільшується на приблизно 15% |
40 му; земельна площа збільшується приблизно на 50% |
50 му; земельна площа збільшується приблизно на 100% |
Приблизно 28 мю; площа землі збільшується приблизно на 10% |
| 7 | довідка одиниця Вартість |
0.3–0.4 юань/Wp |
Підвищення 0,3–0,4 юань/Wp порівняно з фіксована опорна конструкція |
Підвищення 0,4–0,5 юань/Wp порівняно з фіксована опорна конструкція |
Підвищення 1,4–2,5 юань/Wp порівняно з фіксована опорна конструкція |
Підвищення 0,1–0,2 юань/Wp порівняно з фіксована опорна конструкція |
| 8 | Генерація електроенергії Вигода |
Припускається на 100% | 110%–120% | 120%–125% | 130%–140% | 100%–110% |
| 9 | 25-річний стаж експлуатації та технічного обслуговування Порівняння вартості |
Понад 25 років, практично не вимагає{0}}обслуговування |
Понад 25 років, порівняно зі стаціонарною опорною конструкцією, основними доповненнями є регулярний огляд і змащування механічного обладнання | Понад 25 років, дещо складніша за горизонтальну-систему відстеження по одній осі | Більше 25 років система стеження є найскладнішою і вимагає тривалого навчання | Потрібне ручне регулювання; регулювання проводиться чотири рази на рік; операція відносно проста |
3. Інвертори та комбінатори
Інвертори, які використовуються на фотоелектричних станціях, в основному включають три типи: центральні інвертори, струнні інвертори та розподілені інвертори. Застосовні сценарії для цих трьох типів інверторів, які зазвичай використовуються, можна визначити з посиланням на таблицю 2.
Вибираючи інвертори, слід звернути особливу увагу на досвід виробника в галузі, після-продажне обслуговування, майбутні витрати на оновлення обладнання та резервування оновлення. Інвертор слід вибирати відповідно до фактичних умов на місці та вимог проекту. Слід віддавати перевагу інверторним моделям з високим ККД перетворення.
Таблиця 2
| Технічні параметри | Центральний інвертор | Струнний інвертор | Розподілений інвертор |
| Застосовні сценарії | Підходить для сценаріїв із постійними кутами модуля та відносно великими масштабами проекту | Підходить для застосувань зі значними відмінностями в кутах модуля або відносно невеликих масштабах проекту | Підходить для сценаріїв зі значними відмінностями в модульних кутах і відносно великих масштабах проекту |
4. Розташування сонячної електросистеми
Співвідношення потужності між фотоелектричним масивом та інверторами на фотоелектричній станції має визначатися шляхом техніко-економічного порівняння, беручи до уваги такі фактори, як тип встановлення фотоелектричного масиву, умови на місці, ресурси сонячної енергії та різні втрати системи. Співвідношення встановленої потужності фотоелектричної системи до номінальної потужності інвертора рекомендовано відповідати наступним вимогам:
Регіони сонячних ресурсів класу I: зазвичай не повинні перевищувати 1,2;
Регіони сонячних ресурсів класу II: зазвичай не повинні перевищувати 1,35;
Регіони сонячних ресурсів класу III: зазвичай не має перевищувати 1,5.
Розрахунок відстані між опорними конструкціями враховує насамперед затінення між сусідніми конструкціями. У Північній півкулі оптимальна орієнтація фотоелектричних модулів на південь. Мінімальний відстань слід визначати відповідно до наступного критерію: з 9:00 до 15:00 за сонячним часом у день зимового сонцестояння проекція модулів переднього-ряду в північному напрямку не повинна доходити до нижнього краю модулів заднього ряду. Іншими словами, не повинно бути затінення з півночі-на південь.
Цей критерій базується на екстремальних умовах роботи під час зимового сонцестояння, коли кут підйому Сонця є найнижчим, а тіні найдовшими. Це гарантує, що на вихід системи не впливає затінення протягом будь-якого періоду року.
На проектування відстані між фотоелектричними модулями та землею-тобто на висоту найнижчої точки модулів над землею-в основному впливають такі фактори, як вимоги до комбінованого землекористування в межах фотоелектричного майданчика, вимоги-контролю повеней, затінення модулів навколишніми перешкодами, рослинне покриття землі та застосування «PV+». Коли використовуються двосторонні фотоелектричні модулі, слід також враховувати ефективність виробництва електроенергії.
Перевага двосторонніх фотоелектричних модулів перед односторонніми модулями полягає в тому, що чим більша кількість світла надходить на тильну сторону, тим більше двостороннє посилення. Основні фактори, що впливають на-приріст енергії заднього боку, включають альбедо землі, висоту опорної конструкції, умови освітлення та міжряддя. Отримані переваги залежать від пори року.
При визначенні мінімального проміжку між опорними конструкціями фотоелектричної системи та землею вищезазначені фактори слід враховувати всебічно, у той час як безпека та економічні показники повинні бути збалансовані, наскільки це можливо. Збільшення мінімальної висоти фотоелектричних модулів над землею до відповідної міри може підвищити ефективність виробництва електроенергії та певною мірою збільшити вихід енергії. Однак це також збільшує вартість опорних конструкцій і фундаментів, що певним чином впливає на економічні показники проекту.
Електричне проектування сонячної енергетичної системи
1. Основне електричне підключення
Фотоелектрична станція складається з одного або кількох блоків виробництва електроенергії. Основне електричне підключення визначає, як ці генеруючі одиниці з’єднуються та збираються. Після локального підвищувального-перетворення потужність, вироблена кожним блоком, збирається та подається на збірну шину підвищувальної-підстанції.
Рівень напруги шин-підстанції має відповідати структурі й довгостроковому-плануванню місцевої електромережі, але також має визначатися всебічним балансуванням таких факторів, як потужність фотоелектричної станції, початкові інвестиції в будівництво та витрати на експлуатацію та обслуговування. Залежно від типу фотоелектричної станції загальні рівні напруги шин включають 0,4 кВ, 6 кВ, 10 кВ і 35 кВ.
Основне електричне підключення електростанції може бути заплановано згідно з графіком будівництва. Якщо електростанція побудована та введена в експлуатацію в одну фазу та має лише одну-точку підключення до мережі, зазвичай може бути прийнята конфігурація однієї-шини. Якщо електростанція будується та вводиться в експлуатацію поетапно або має дві або більше точок підключення-мережі, секційна конфігурація єдиної-шини, як правило, є більш доцільною.
2. Обладнання для розподілу електроенергії
Розташування обладнання для розподілу електроенергії слід вибирати після всебічного розгляду таких факторів, як географічне розташування проекту, місцеві кліматичні умови, доступна площа ділянки та висота над рівнем моря. Обладнання може бути встановлено в приміщенні або на відкритому повітрі в залежності від конкретних умов.
В даний час обладнання для розподілу електроенергії 10–35 кВ на домашніх фотоелектричних електростанціях зазвичай встановлюється всередині приміщень. Внутрішній броньований, висувний розподільний пристрій змінного струму в металевому-корпусі є основною конфігурацією. У деяких регіонах обладнання для розподілу електроенергії напругою 10–35 кВ може також використовувати розподільні пристрої в -металевій-корпусі з гексафторидом сірки (SF₆), де це технічно й економічно виправдано, зокрема для захисту від сольових бризок, покращеної ізоляції або обмеженого землекористування.
Останніми роками з розвитком технологій все більш поширеним стає збірне кабінне-обладнання розподілу електроенергії. Розподільні станції можуть бути виготовлені на заводах і зібрані модульно на місці. Цей підхід зменшує -будівельні та пусконалагоджувальні роботи на місці, скорочує період будівництва, економить енергію, захищає навколишнє середовище та зменшує площу землі, необхідну для розподільчої станції. Їй може бути наданий пріоритет, якщо це технічно та економічно доцільно.
3. Захист від блискавки та заземлення конструкції сонячної енергетичної системи
Основна сітка заземлення, яка охоплює все фотоелектричне поле, зазвичай встановлюється на фотоелектричній станції. Зовнішня межа основної сітки заземлення повинна загалом відповідати границям фотоелектричного поля та утворювати замкнутий контур.
Основна сітка заземлення складається з мережі, утвореної приєднанням горизонтальних заземлювачів у поперечному та поздовжньому напрямках до опорних конструкцій модуля. Вертикальні заземлюючі електроди повинні бути рівномірно розподілені по краях і в межах заземлюючої сітки. Фундаменти опорних конструкцій модуля також слід використовувати як природні електроди заземлення, де це можливо.
Основна сітка заземлення фотоелектричної станції зазвичай використовує оцинковану плоску сталь або круглу сталь як основний заземлюючий провідник. Опір заземлення основної сітки заземлення в фотоелектричному полі не повинен перевищувати 4 Ом.
Для заземлення між фотоелектричними модулями та їх металевими опорними конструкціями найпоширенішим методом є спочатку встановлення надійного з’єднання між металевими каркасами сусідніх фотоелектричних модулів за допомогою мідних провідників, а потім з’єднання обох кінців кожного ряду фотоелектричних модулів з металевою опорною конструкцією.
Для деяких фотоелектричних проектів на даху, де незручно встановлювати мідні провідники заземлення, можна використовувати металеві з’єднувачі як провідники між модулями та опорними конструкціями. Коли використовується цей метод, з’єднувачі мають бути оснащені шайбами з-нержавіючої сталі, здатними проникати через захисну плівку-оксиду алюмінію на каркасах модуля, забезпечуючи тим самим хорошу електричну безперервність між каркасами модуля та металевими опорними конструкціями.
Опорні конструкції модуля спочатку можуть бути еквіпотенціально з’єднані з сусідніми опорними конструкціями, щоб сформувати групу заземлення, яку потім з’єднують із сіткою заземлення. Для забезпечення надійності кожну групу заземлення опорної -конструкції слід підключати до сітки заземлення не менше ніж у двох точках. Ці точки з’єднання повинні бути встановлені на обох кінцях кожного ряду опорних конструкцій.
Кільцеподібну сітку еквіпотенціального заземлення слід встановити навколо кожного локального підвищувального-трансформатора в фотоелектричному полі та надійно з’єднати з основною сіткою заземлення фотоелектричного поля. Якщо в локальному підвищуючому-трансформаторі використовується коробчатий-трансформатор із вбудованим металевим корпусом, корпус має бути надійно з’єднаний із сіткою еквіпотенціального заземлення не менше ніж у двох точках. Усі відкриті металеві частини коробчатого-трансформатора, включаючи металеві драбини, також слід під’єднати до заземлюючої сітки.
4. Вибір кабелю та монтаж системи сонячної енергії
Кабелі, що встановлюються між фотоелектричними модулями та струнними комбайнерами або струнними інверторами на фотоелектричних станціях, зазвичай є спеціальними фотоелектричними кабелями. Їх стійкість до ультрафіолетового випромінювання, атмосферостійкість, -вогнестійкість та інші характеристики мають відповідати вимогам чинних промислових стандартів.
Для розподілених фотоелектричних проектів кабелі, які використовуються в-інтегрованих або-змонтованих у будівлях фотоелектричних системах, повинні мати гарні -захист полум’я. Мідні провідники, як правило, вибирають через їх сприятливу електропровідність.
Для фотоелектричних-електростанцій загального користування кабелі зазвичай розподіляються по великій площі. Тому кабелі, як правило, встановлюються за допомогою прямого закопування, у цьому випадку слід використовувати броньовані кабелі. Зокрема, для проектів, де земельні ділянки, зайняті площами фотоелектричних модулів, розосереджені, повітряні лінії 10 кВ або 35 кВ можуть використовуватися як колекторні схеми.
Оскільки стовпи та вежі в зоні фотоелектричної установки можуть відкидати тінь на фотоелектричні модулі, діапазон тіні повітряних ліній слід розрахувати під час планування лінії. Компонування лінії має узгоджуватися з компонуванням фотоелектричної панелі, щоб мінімізувати затінення модулів.
При визначенні довжини кабелів змінного та постійного струму в фотоелектричній системі слід враховувати як струм кабелю, так і падіння напруги в системі. Падіння напруги змінного струму в фотоелектричній системі, як правило, не повинно перевищувати 3%, тоді як падіння напруги постійного струму, як правило, не повинно перевищувати 2%.
Якщо падіння напруги не відповідає застосовним вимогам, слід збільшити-площу поперечного перерізу відповідного кабелю або відрегулювати відносне розташування обладнання, щоб скоротити кабельний маршрут і зберегти падіння напруги в указаних межах.
5. Система моніторингу
Фотоелектричні станції в Китаї зазвичай працюють без персоналу або з мінімальним персоналом. Деякі наземні-фотоелектричні станції почали застосовувати дистанційний моніторинг, щоб замінити-операцію персоналу на місці. На етапі проектування поточний етап проекту зазвичай розглядається як основний, тоді як попередні та наступні етапи також беруться до уваги. Система повинна бути сумісною з рівнями автоматизації, експлуатації та управління, прийнятими на електростанції.
Більшість фотоелектричних станцій у Китаї використовують окремі системи моніторингу-підстанції або розподільчої станції та зони фотоелектричних батарей. Цей підхід має перевагу в тому, що вимагає лише обмеженого обсягу обміну інформацією між-системою моніторингу підстанції та системою моніторингу PV, що робить впровадження відносно простим. Однак він також має недолік — низьке використання інформації.
Після впровадження інтелектуальної системи моніторингу фотоелектрична станція може досягти повного збору даних і панорамного моніторингу всього об’єкта. Система може встановити вертикальну інтеграцію з основними системами, такими як системи диспетчеризації та управління виробництвом, а також забезпечувати горизонтальне підключення до основного обладнання автоматизації в межах електростанції.
Інтелектуальна система моніторингу також може підтримувати такі функції, як прийняття-рішень про економічну експлуатацію, онлайн-діагностика та автоматичне відновлення, автоматичний огляд і аналіз несправностей, а також попередження про несправності.
Висновок
TheПроектування сонячної енергетичної системивимагає комплексної координації на всіх етапах, включаючи вибір модуля, компонування масиву, електричні з’єднання, встановлення кабелю та системи моніторингу. Оптимальне рішення слід вибирати відповідно до місцевих умов і вимог проекту.З безперервним удосконаленням фотоелектричних технологій і підвищенням рівня інтелекту до проектування системи висуваються все більші вимоги, а також нові можливості. Наукове планування та детальне проектування мають важливе значення для забезпечення безпечної та стабільної роботи електростанції та досягнення високих економічних показників.
