Thiết kế hệ thống điện mặt trời: Cấu hình mô-đun PV và thiết kế điện

 

cácThiết kế hệ thống điện mặt trờilà một quy trình kỹ thuật có hệ thống bao gồm nhiều khía cạnh kỹ thuật, bao gồm lựa chọn mô-đun quang điện (PV), bố trí mảng, kết nối điện chính, chống sét và nối đất. Thiết kế hợp lý và khoa học phải tính đến tài nguyên năng lượng mặt trời, điều kiện khí hậu và đặc điểm địa điểm của địa điểm dự án, đồng thời đạt được sự cân bằng giữa an toàn, hiệu quả kinh tế và hiệu quả phát điện. Bài viết này tập trung vào hai lĩnh vực cốt lõi của-cấu hình mô-đun thiết kế hệ thống năng lượng mặt trời và hệ thống điện-, đồng thời tóm tắt các tiêu chuẩn thiết kế và cân nhắc kỹ thuật quan trọng để cung cấp hướng dẫn thực hành kỹ thuật.

 

Thiết kế hệ thống điện mặt trời

1. Lựa chọn mô-đun PV

Nguyên tắc cơ bản để lựa chọn mô-đun quang điện là chọn các loại mô-đun chính có mức độ hoàn thiện kỹ thuật cao và hoạt động đáng tin cậy, đồng thời xem xét môi trường tự nhiên xung quanh nhà máy điện, điều kiện xây dựng và hậu cần vận chuyển. Lựa chọn cuối cùng phải dựa trên đánh giá toàn diện để xác định các mô-đun PV có hiệu suất tổng thể tốt nhất và phù hợp nhất cho dự án.

 

2. Thiết kế các chế độ vận hành mảng PV

Có thể cài đặt mảng quang điện bằng một trong ba phương pháp: hệ thống-nghiêng cố định, độ nghiêng-có thể điều chỉnh hoặc hệ thống theo dõi. Nên chọn phương pháp lắp đặt phù hợp thông qua so sánh kinh tế-kỹ thuật dựa trên các yếu tố như nguồn bức xạ mặt trời, điều kiện khí hậu, môi trường vận hành, công suất lắp đặt, diện tích và đặc điểm của địa điểm lắp đặt, đặc điểm tải cũng như phương pháp vận hành và quản lý.

 

Cấu hình bố trí của các cấu trúc hỗ trợ PV phải được lựa chọn phù hợp để tránh tập trung ứng suất. Nên chọn mặt cắt ngang phù hợp cho từng bộ phận kết cấu theo độ lớn của lực tác dụng. Cần giảm thiểu tiêu thụ thép trong khi vẫn đảm bảo rằng sức mạnh của tất cả các bộ phận kết cấu được tận dụng tối đa.

 

Trong suốt vòng đời thiết kế, hệ thống hỗ trợ PV phải duy trì cấu trúc an toàn và đáng tin cậy, đồng thời có khả năng chịu được tải trọng gió và tuyết cũng như các tác động môi trường. Tính khả thi của việc lắp đặt cũng phải được xem xét để có thể đạt được kết quả xây dựng dự án tối ưu với chi phí thấp nhất có thể. Khi thiết kế và xây dựng nhà máy điện PV, việc lựa chọn loại kết cấu hỗ trợ phải phù hợp với điều kiện địa phương thông qua đánh giá toàn diện. Bảng 1 so sánh các loại cấu trúc hỗ trợ PV khác nhau.

Bảng 2

3. Bộ biến tần và hộp kết hợp

Bộ biến tần được sử dụng trong các nhà máy điện PV chủ yếu bao gồm ba loại: bộ biến tần trung tâm, bộ biến tần chuỗi và bộ biến tần phân tán. Các kịch bản áp dụng cho ba loại biến tần thường được sử dụng này có thể được xác định bằng cách tham khảo Bảng 2.

Khi chọn bộ biến tần, cần đặc biệt chú ý đến thành tích trong ngành của nhà sản xuất,-dịch vụ sau bán hàng, chi phí nâng cấp thiết bị trong tương lai và khả năng nâng cấp dự phòng. Biến tần nên được lựa chọn theo điều kiện thực tế của trang web và yêu cầu của dự án. Những dòng máy biến tần có hiệu suất chuyển đổi cao nên được ưu tiên sử dụng.

 

4. Bố trí mảng PV trong thiết kế hệ thống điện mặt trời

Tỷ lệ công suất giữa mảng quang điện và bộ biến tần trong nhà máy điện quang điện phải được xác định thông qua so sánh-kinh tế về mặt kỹ thuật, có tính đến các yếu tố xem xét toàn diện như loại lắp đặt mảng quang điện, điều kiện địa điểm, tài nguyên năng lượng mặt trời và các tổn thất hệ thống khác nhau. Tỷ lệ công suất lắp đặt của mảng PV với công suất định mức của biến tần được khuyến nghị tuân thủ các yêu cầu sau:

 

Vùng tài nguyên năng lượng mặt trời loại I: nhìn chung không vượt quá 1,2;

Vùng tài nguyên năng lượng mặt trời loại II: nhìn chung không được vượt quá 1,35;

Vùng tài nguyên năng lượng mặt trời loại III: nhìn chung không được vượt quá 1,5.

 

Việc thiết kế khoảng cách giữa các kết cấu đỡ chủ yếu tính đến việc che chắn giữa các kết cấu liền kề. Ở Bắc bán cầu, hướng tối ưu cho các mô-đun PV là hướng Nam. Khoảng cách tối thiểu phải được xác định theo tiêu chí sau: từ 9 giờ sáng đến 3 giờ chiều theo giờ mặt trời vào ngày đông chí, hình chiếu của các mô-đun hàng trước theo hướng bắc không được chạm tới mép dưới của các mô-đun ở hàng sau. Nói cách khác, không được có bóng ở hướng bắc{12}}hướng nam.

 

Tiêu chí này dựa trên điều kiện hoạt động khắc nghiệt của ngày đông chí, khi góc cao của mặt trời ở mức thấp nhất và bóng tối dài nhất. Nó đảm bảo rằng sản lượng của hệ thống không bị ảnh hưởng bởi bóng râm trong bất kỳ khoảng thời gian nào trong năm.

 

 

Thiết kế khoảng trống giữa mô-đun quang điện và mặt đất-nghĩa là độ cao của điểm thấp nhất của mô-đun so với mặt đất-chủ yếu bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như yêu cầu về sử dụng đất kết hợp trong địa điểm quang điện, yêu cầu kiểm soát lũ-, bóng mát của mô-đun do chướng ngại vật xung quanh, độ che phủ của thảm thực vật trên mặt đất và các ứng dụng "PV +". Khi sử dụng mô-đun PV hai mặt, hiệu suất phát điện cũng phải được xem xét.

 

Ưu điểm của mô-đun PV hai mặt so với mô-đun một mặt là lượng ánh sáng nhận được ở phía sau càng lớn thì mức tăng hai mặt càng lớn. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến mức tăng năng lượng-phía sau bao gồm suất phản chiếu mặt đất, chiều cao kết cấu đỡ, điều kiện bức xạ và khoảng cách giữa các hàng. Lợi ích thu được sẽ khác nhau tùy theo mùa.

 

Khi xác định khoảng hở tối thiểu giữa các kết cấu đỡ quang điện và mặt đất, các yếu tố trên cần được xem xét một cách toàn diện, đồng thời hiệu quả kinh tế và an toàn phải được cân bằng ở mức cao nhất có thể. Việc tăng chiều cao tối thiểu của các mô-đun PV so với mặt đất đến một mức độ thích hợp có thể cải thiện hiệu suất phát điện và tăng hiệu suất năng lượng ở một mức độ nào đó. Tuy nhiên, nó cũng làm tăng chi phí của các kết cấu và nền móng hỗ trợ, từ đó ảnh hưởng nhất định đến hiệu quả kinh tế của dự án.

 

 

Thiết kế điện Thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời

1. Kết nối điện chính

Một nhà máy điện PV bao gồm một hoặc nhiều tổ máy phát điện. Kết nối điện chính xác định cách các tổ máy phát điện này được kết nối và thu thập. Sau khi chuyển đổi-tăng cường cục bộ, năng lượng do mỗi thiết bị tạo ra sẽ được thu thập và đưa vào thanh cái của trạm biến áp-tăng cường.

 

Mức điện áp của thanh cái trạm biến áp-tăng cường không chỉ phải tuân theo cấu trúc và quy hoạch-dài hạn của lưới điện địa phương mà còn phải được xác định bằng các yếu tố cân bằng toàn diện như công suất của nhà máy điện PV, đầu tư xây dựng ban đầu cũng như chi phí vận hành và bảo trì. Tùy thuộc vào loại trạm điện PV, các mức điện áp thanh cái phổ biến bao gồm 0,4 kV, 6 kV, 10 kV và 35 kV.

 

Việc kết nối điện chính của nhà máy điện có thể được lên kế hoạch theo tiến độ xây dựng. Nếu nhà máy điện được xây dựng và vận hành theo một pha và chỉ có một điểm kết nối-lưới, thì thường có thể áp dụng một cấu hình thanh cái-duy nhất. Nếu nhà máy điện được xây dựng và vận hành theo từng giai đoạn hoặc có hai điểm kết nối-lưới trở lên thì cấu hình thanh cái đơn{5}}phân đoạn thường phù hợp hơn.

 

 

2. Thiết bị phân phối điện

Nên lựa chọn cách bố trí thiết bị phân phối điện sau khi xem xét toàn diện các yếu tố như vị trí địa lý của dự án, điều kiện khí hậu địa phương, diện tích địa điểm sẵn có và độ cao. Thiết bị có thể được lắp đặt trong nhà hoặc ngoài trời tùy theo điều kiện cụ thể.

 

Hiện nay, thiết bị phân phối điện 10–35 kV trong các nhà máy điện PV trong nước thường được lắp đặt trong nhà. Thiết bị chuyển mạch bọc thép trong nhà, có thể kéo ra, bằng kim loại AC-là cấu hình chính. Ở một số khu vực, thiết bị phân phối điện 10–35 kV cũng có thể sử dụng thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí lưu huỳnh hexafluoride (SF₆)-kim loại cách điện-trong trường hợp điều này hợp lý về mặt kỹ thuật và kinh tế, đặc biệt là để bảo vệ chống phun muối, tăng cường cách điện hoặc giảm sử dụng đất.

 

Trong những năm gần đây, với sự phát triển của công nghệ, thiết bị phân phối điện kiểu cabin{0}}đúc sẵn ngày càng trở nên phổ biến. Các trạm đóng cắt có thể được chế tạo sẵn trong nhà máy và lắp ráp theo mô-đun tại chỗ. Cách tiếp cận này giúp giảm-công việc xây dựng và vận hành tại chỗ, rút ​​ngắn thời gian xây dựng, tiết kiệm năng lượng, bảo vệ môi trường và giảm diện tích đất cần thiết cho trạm chuyển mạch. Nó có thể được ưu tiên khi phù hợp về mặt kỹ thuật và kinh tế.

 

 

3. Thiết kế chống sét và nối đất hệ thống điện mặt trời

Lưới nối đất chính bao phủ toàn bộ trường PV thường được lắp đặt trong nhà máy điện PV. Ranh giới bên ngoài của lưới nối đất chính thường phải tương ứng với ranh giới của trường PV và tạo thành một vòng khép kín.

 

Lưới nối đất chính bao gồm một mạng được hình thành bằng cách kết nối các dây dẫn nối đất ngang theo hướng ngang và dọc với các kết cấu đỡ mô-đun. Các điện cực nối đất dọc phải được phân bố đều dọc theo các cạnh và trong lưới nối đất. Nền móng của các cấu trúc đỡ mô-đun cũng nên được sử dụng làm điện cực nối đất tự nhiên bất cứ khi nào có thể.

 

Lưới nối đất chính của nhà máy điện PV thường sử dụng thép dẹt mạ kẽm hoặc thép tròn làm dây dẫn nối đất chính. Điện trở nối đất của lưới nối đất chính trong trường PV không được vượt quá 4 Ω.

 

Để nối đất giữa các môđun PV và các cấu trúc đỡ kim loại của chúng, phương pháp phổ biến nhất trước tiên là thiết lập kết nối đáng tin cậy giữa các khung kim loại của các môđun PV liền kề bằng dây dẫn đồng, sau đó nối cả hai đầu của mỗi hàng môđun PV với cấu trúc đỡ kim loại.

 

Đối với một số dự án PV trên mái nhà nơi dây dẫn nối đất bằng đồng không thuận tiện khi lắp đặt, các đầu nối kim loại có thể được sử dụng làm dây dẫn giữa các mô-đun và cấu trúc hỗ trợ. Khi phương pháp này được áp dụng, các đầu nối phải được lắp vòng đệm bằng thép không gỉ-có khả năng xuyên qua màng oxit nhôm-bảo vệ trên khung mô-đun, nhờ đó đảm bảo tính liên tục về điện giữa khung mô-đun và cấu trúc đỡ kim loại.

 

Các cấu trúc hỗ trợ mô-đun trước tiên có thể được liên kết đẳng thế với các cấu trúc hỗ trợ liền kề để tạo thành nhóm nối đất, sau đó được kết nối với lưới nối đất. Để đảm bảo độ tin cậy, mỗi nhóm nối đất của cấu trúc hỗ trợ phải được kết nối với lưới nối đất tại ít nhất hai điểm. Các điểm kết nối này phải được lắp đặt ở cả hai đầu của mỗi hàng kết cấu đỡ.

 

Lưới nối đất đẳng thế hình vòng-phải được lắp đặt xung quanh mỗi máy biến áp tăng áp cục bộ-trong trường quang điện và được kết nối chắc chắn với lưới nối đất chính của trường quang điện. Khi máy biến áp tăng áp cục bộ sử dụng máy biến áp loại hộp có vỏ kim loại tích hợp, vỏ máy phải được kết nối chắc chắn với lưới nối đất đẳng thế tại ít nhất hai điểm. Tất cả các bộ phận kim loại hở của máy biến áp loại hộp, bao gồm cả thang kim loại, cũng phải được kết nối với lưới nối đất.

 

 

4. Lựa chọn và lắp đặt cáp Thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời

Cáp được lắp đặt giữa các mô-đun PV và hộp tổ hợp chuỗi hoặc bộ biến tần chuỗi trong trạm điện PV thường là cáp PV chuyên dụng. Khả năng chống bức xạ tia cực tím, khả năng chống chịu thời tiết, hiệu suất-chống cháy và các đặc tính khác của chúng phải tuân thủ các yêu cầu của tiêu chuẩn ngành hiện hành.

 

Đối với các dự án quang điện phân tán, cáp được sử dụng trong hệ thống quang điện-tích hợp hoặc-gắn trong tòa nhà phải có hiệu suất chống cháy-tốt. Dây dẫn đồng thường được lựa chọn vì tính dẫn điện thuận lợi của chúng.

 

Đối với-các nhà máy điện PV quy mô tiện ích, cáp thường được phân bổ trên một khu vực rộng lớn. Do đó, cáp thường được lắp đặt bằng cách chôn trực tiếp, trong trường hợp đó nên sử dụng cáp bọc thép. Đặc biệt, đối với các dự án có diện tích đất dành cho môđun PV bị phân tán, đường dây trên không 10 kV hoặc 35 kV có thể được sử dụng làm mạch thu.

 

Bởi vì các cột và tháp trong khu vực mảng PV có thể tạo bóng trên các mô-đun PV, nên phải tính toán phạm vi bóng của đường dây trên không trong quá trình quy hoạch đường dây. Bố cục đường dây phải được phối hợp với bố cục mảng PV để giảm thiểu bóng của các mô-đun.

 

Khi xác định độ dài của cáp AC và DC trong hệ thống PV, cần xem xét cả độ khuếch đại của cáp và độ sụt áp của hệ thống. Độ sụt điện áp xoay chiều trong hệ thống PV thường không được vượt quá 3%, trong khi độ sụt áp DC thường không vượt quá 2%.

 

Nếu độ sụt điện áp không đáp ứng các yêu cầu hiện hành thì nên tăng-diện tích mặt cắt ngang của cáp liên quan hoặc phải điều chỉnh các vị trí tương đối của thiết bị để rút ngắn tuyến cáp và giữ cho độ sụt điện áp trong giới hạn đã chỉ định.

 

 

5. Hệ thống giám sát

Các nhà máy điện PV ở Trung Quốc thường hoạt động không có người trực hoặc có rất ít nhân viên. Một số nhà máy điện PV-gắn trên mặt đất đã bắt đầu áp dụng tính năng giám sát từ xa để thay thế-nhân viên vận hành tại chỗ. Trong giai đoạn thiết kế, giai đoạn hiện tại của dự án thường được xem xét chính, trong khi các giai đoạn trước và sau cũng được tính đến. Hệ thống phải tương thích với mức độ tự động hóa, vận hành và quản lý được nhà máy điện áp dụng.

 

Hầu hết các nhà máy điện quang điện ở Trung Quốc đều sử dụng hệ thống giám sát riêng biệt cho-trạm biến áp hoặc trạm chuyển mạch tăng cường và khu vực mảng quang điện. Cách tiếp cận này có ưu điểm là chỉ yêu cầu một lượng trao đổi thông tin hạn chế giữa-hệ thống giám sát trạm biến áp nâng cấp và hệ thống giám sát PV, khiến việc triển khai tương đối đơn giản. Tuy nhiên, nó cũng có nhược điểm là khả năng sử dụng thông tin thấp.

 

Sau khi áp dụng hệ thống giám sát thông minh, nhà máy điện PV có thể thu thập dữ liệu toàn diện và giám sát toàn cảnh toàn bộ cơ sở. Hệ thống có thể thiết lập tích hợp dọc với các hệ thống chính như hệ thống điều độ và quản lý sản xuất, đồng thời cung cấp kết nối ngang với thiết bị tự động hóa chính trong nhà máy điện.

 

Hệ thống giám sát thông minh cũng có thể hỗ trợ các chức năng như ra quyết định-kinh tế, chẩn đoán trực tuyến và phục hồi tự động, tự động kiểm tra và phân tích lỗi cũng như cảnh báo lỗi.

 

 

Phần kết luận

cácThiết kế hệ thống điện mặt trờiđòi hỏi sự phối hợp toàn diện trên tất cả các giai đoạn, bao gồm lựa chọn mô-đun, bố trí mảng, kết nối điện, lắp đặt cáp và hệ thống giám sát. Giải pháp tối ưu nên được lựa chọn theo điều kiện địa phương và yêu cầu của dự án.Với sự tiến bộ không ngừng của công nghệ PV và mức độ thông minh ngày càng tăng, thiết kế hệ thống đang phải đối mặt với những yêu cầu cao hơn cũng như nhiều khả năng hơn. Quy hoạch khoa học và thiết kế chi tiết là điều cần thiết để đảm bảo nhà máy điện vận hành an toàn và ổn định và đạt được hiệu quả kinh tế cao.