奧運鳥巢100kW光伏併網發電系統

發表於：2009-03-05 11:49:39     作者：索比太陽能

來源：Solarbe.com

　　 光伏發電在我國的應用不是很廣泛，但經過政府正確引導，現在也做了不少示範項目，特別是建築節能標準的制定，使光伏發電技術在節能建築上的應用越來越廣。

　　 為了體現綠色奧運的理念，無錫尚德電力有限公司在國家體育場(鳥巢)建造了一座100kW光伏併網發電系統。本系統安裝在位於國家體育場(鳥巢)主體建築四周的7個安檢棚的頂部，由於條件限制，每個安檢棚區域設計為一個併網發電單元，就地併網發電。

　　 創新亮點熠熠生輝

　　 國家體育場安檢棚100kW光伏併網發電系統，安裝在7個安檢棚頂部，每個安檢棚頂部共計安裝無錫尚德公司自主研發的STP260S-24/Vb型單晶矽組件54件，峰值發電功率約15kW。由於安裝組件的安檢棚分布於體育場的四周，每個安檢棚的朝向不盡相同，同時安檢棚之間的距離較遠，故採用單元發電、就地併網的方案，即每個安檢棚設計為一個併網發電單元，每個發電單元54件太陽組件通過3臺5kW光伏併網逆變器與電網並接，實現併網發電。

　　 根據專業光伏軟體模擬計算，國家體育場安檢棚100kW光伏併網發電系統每年提供約10.6萬千瓦時綠電，年減排二氧化碳約120.9噸。

　　 國家體育場安檢棚100kW光伏併網發電系統的創新呈現出以下亮點：
 
　　 1.光伏併網監控系統。
 
　　 為了遠程監控系統的運行狀態，系統內部的各臺逆變器之間通過RS485總線與安放在3號變壓器室的工控機相連接，通過監控軟體對太陽能發電系統進行實時監控以及採集系統的相關數據(當天發電量、月發電量、系統運行時間等)，並實時顯示在顯示屏上。
 
　　 2.可靠實用的組件安裝標準件。

　　 由尚德能源工程有限公司自主設計的太陽能安裝支架系統，具有較全的系列，適應不同的安裝環境和結構，完美的外觀，較高的安全性(在上百項的工程中驗證)等，在同行中有較高的評價。

　　 3.可靠的逆功率保護技術。

　　 由於本系統為併網系統，併網連接點在體育場內零層環形通道的7個強電井照明配電櫃內，考慮到安全方面的因素，太陽能產生的電能必須在本地使用，不能向上一層電網輸入電能，所以在太陽能併網點增加了逆功率保護功能，當光伏併網發電系統檢測到有逆功率產生時(逆功率為光伏併網系統額定功率5%時)，逆變器能夠自動降低功率輸出，或部分逆變器與電網斷開，光伏併網系統輸出功率能夠與負載功率動態保持平衡。以保證上層電網的安全。

　　 技術難點逐一突破

　　 在國家體育場安檢棚100kW光伏併網發電系統操作的過程中，遇到了一些技術難點，都被我們的技術人員一一攻破。

　　 逆功率保護技術。什麼是逆功率呢？所謂的逆功率是指，在電網中，低一級的電網把沒有消耗的電能往高一級的電網輸送。如果出現逆功率對高一級的電網將產生很大的危險，尤其是在高一級電網進行檢修等相關的作業時，會給高一級電網的工作人員帶來很大的危害。
 
　　 國家體育場安檢棚100kW光伏併網發電系統，系統安全性設計要求，太陽能發電系統產生的電能必須消耗在本級，不能向上一級電網輸入電能，這樣的要求對於一個100kW的發電系統來說，的確是一個挑戰。但是安全是大前提，在電路中我們增加了相關的逆功率保護器件，可以確保在本系統出現逆功率的時候，及時準確地對太陽能發電系統發出指令，使發電系統與電網分離，從而防止逆功率的出現。

　　 防孤島保護技術。「孤島效應」指在電網失電情況下，發電設備仍作為孤立電源對負載供電這一現象。「孤島效應」對設備和人員的安全存在重大隱患，為了避免隱患的出現，逆變器一般採用「防孤島保護技術」。逆變器採用了兩種「孤島效應」檢測方法，即被動式和主動式兩種檢測方法。被動式檢測方法指實時檢測電網電壓的幅值、頻率和相位，當電網失電時，會在電網電壓的幅值、頻率和相位參數上，產生跳變信號，通過檢測跳變信號來判斷電網是否失電；主動式檢測方法指對電網參數產生小幹擾信號，通過檢測反饋信號來判斷電網是否失電，其中一種方法就是通過測量逆變器輸出的諧波電流在併網點所產生的諧波電壓值，從而得到電網阻抗來進行判斷，當電網失電時，會在電網阻抗參數上發生較大變化，從而判斷是否出現了電網失電情況。

　　 此外，在併網逆變器檢測到電網失電後，會立即停止工作，當電網恢復供電時，併網逆變器並不會立即投入運行，而是需要持續檢測電網信號在一段時間(如90秒鐘)內完全正常，才重新投入運行。
 
　　 通信系統。光伏發電通信系統一般採用RS485總線通信，通信距離的極限為1200米，但光伏發電設備分布在鳥巢的周圍，距離達到1000米左右，幾乎達到系統的極限通信距離，同時在鳥巢體育場中還有其他的通信線路，這些通信設備之間會相互幹擾，影響光伏發電監控系統的通信質量。為了克服上述困難，我們採取將通信導線截面加大，降低信號衰減，同時採用多點接地，避免其他信號的幹擾。在本通信系統中，我們做了冗餘設計，採用乙太網備用通信方案，確保通信系統萬無一失。
 
　　 異型組件的製作。為了滿足裝飾的要求，奧運會鳥巢項目中需要12種不規則的梯形組件，共 28塊。梯形組件的製作不同於常規組件，製作過程中遇到很多困難，如大量的三角形電池片的設計與製作，寬幅太陽能背膜TPT的拼接，運輸包裝特殊製作等。

　　 組件支撐系統的設計。尚德太陽能電力有限公司系統工程部根據國家體育場安檢棚100kW光伏系統的自身特點，以及相關工程的安全性要求等因素，設計了一套既美觀、安全係數又很高的組件支撐系統，不僅滿足了光伏系統安裝的需要，而且對安檢棚的結構也做到了最大的保護。

　　 光伏建築一體機前景廣闊

　　 由於我國目前還沒有出臺像歐洲光伏電力回收和日本光伏系統安裝補貼的具體政策，所以光伏發電在我國的應用不是很廣泛，但經過政府的正確引導，現在也做了不少示範項目，特別是建築節能標準的制定，使光伏發電技術在節能建築上的應用越來越廣，主要表現在具有影響的地標建築，如各種場館、機場、火車站等。經過這幾年的實踐證明，光伏建築一體化(BIPV)推動了光伏在中國的應用，BIPV是綠色建築的標誌，也是建築節能的有效途徑之一，無論怎樣定義綠色建築，缺少光伏電力，綠色建築就是不完美的。

　　 如果把21世紀的綠色建築比作是一頂無瑕的皇冠，那光伏電力就是皇冠頂上那顆最大、最璀璨的明珠。

　　(作者:無錫尚德太陽能電力有限公司 朱知洋 張光春 施正榮)

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