Projeto de sistema de energia solar: configuração de módulo fotovoltaico e projeto elétrico

 

OProjeto de sistema de energia solaré um processo sistemático de engenharia que envolve vários aspectos técnicos, incluindo seleção de módulos fotovoltaicos (PV), layout do conjunto, conexões elétricas principais, proteção contra raios e aterramento. Um projecto cientificamente sólido e razoável deve ter em conta os recursos solares, as condições climáticas e as características do local do projecto, ao mesmo tempo que se alcança um equilíbrio entre segurança, desempenho económico e eficiência de geração de energia. Este artigo se concentra em duas áreas principais do projeto de projeto de sistema de energia solar-configuração do módulo e sistema elétrico-e resume as principais considerações técnicas e padrões de projeto para fornecer orientação para a prática de engenharia.

 

Projeto de sistema de energia solar

1. Seleção do módulo fotovoltaico

O princípio básico para a seleção de módulos fotovoltaicos é escolher tipos de módulos convencionais que ofereçam um alto nível de maturidade técnica e operação confiável, ao mesmo tempo que leve em consideração o ambiente natural ao redor da usina, as condições de construção e a logística de transporte. A seleção final deverá basear-se numa avaliação abrangente para identificar os módulos fotovoltaicos com melhor desempenho global e maior adequação ao projeto.

 

2. Projeto de modos operacionais de arranjos fotovoltaicos

Os arranjos fotovoltaicos podem ser instalados usando um dos três métodos: inclinação-fixa, inclinação-ajustável ou sistemas de rastreamento. O método de instalação apropriado deve ser selecionado através de uma comparação técnico{3}}econômica com base em fatores como recursos de radiação solar, condições climáticas, ambiente operacional, capacidade instalada, área e características do local de instalação, características de carga e práticas de operação e gerenciamento.

 

A configuração do layout das estruturas de suporte fotovoltaico deve ser selecionada adequadamente para evitar concentração de tensões. Seções transversais-adequadas devem ser selecionadas para cada membro estrutural de acordo com a magnitude das forças aplicadas. O consumo de aço deve ser minimizado, garantindo ao mesmo tempo que a resistência de todos os membros estruturais seja totalmente utilizada.

 

Ao longo da vida útil do projeto, o sistema de suporte fotovoltaico deve permanecer estruturalmente seguro e confiável e ser capaz de suportar cargas de vento e neve, bem como efeitos ambientais. A viabilidade de instalação também deve ser considerada para que os resultados ideais de construção do projeto possam ser alcançados com o menor custo possível. Ao projetar e construir uma central fotovoltaica, a seleção do tipo de estrutura de suporte deve ser adaptada às condições locais através de uma avaliação abrangente. Uma comparação de diferentes tipos de estruturas de suporte fotovoltaico é fornecida na tabela 1.

Tabela 2

3. Inversores e Caixas Combinadoras

Os inversores usados ​​em usinas fotovoltaicas incluem principalmente três tipos: inversores centrais, inversores string e inversores distribuídos. Os cenários aplicáveis ​​para estes três tipos de inversores comumente usados ​​podem ser determinados com referência à Tabela 2.

Ao selecionar inversores, atenção especial deve ser dada ao histórico do fabricante no setor, ao serviço pós{0}}venda, aos custos futuros de atualização do equipamento e à redundância de atualização. O inversor deve ser selecionado de acordo com as condições reais do local e requisitos do projeto. Modelos de inversores com alta eficiência de conversão devem ter prioridade.

 

4. Layout do arranjo fotovoltaico do projeto do sistema de energia solar

A relação de capacidade entre o conjunto fotovoltaico e os inversores em uma usina fotovoltaica deve ser determinada por meio de uma comparação técnico-econômica, levando em consideração fatores abrangentes, como o tipo de instalação do conjunto fotovoltaico, as condições do local, os recursos de energia solar e diversas perdas do sistema. A relação entre a capacidade instalada do arranjo fotovoltaico e a capacidade nominal do inversor é recomendada para atender aos seguintes requisitos:

 

Regiões de recursos solares de classe I: geralmente não devem exceder 1,2;

Regiões de recursos solares de classe II: geralmente não devem exceder 1,35;

Regiões de recursos solares de classe III: geralmente não devem exceder 1,5.

 

O dimensionamento do espaçamento entre estruturas de suporte leva principalmente em consideração o sombreamento entre estruturas adjacentes. No Hemisfério Norte, a orientação ideal para módulos fotovoltaicos é para sul. O espaçamento mínimo deve ser determinado de acordo com o seguinte critério: das 9h às 15h, horário solar, no solstício de inverno, a projeção dos módulos da primeira-fila no sentido norte não deve atingir a borda inferior dos módulos da última fila. Em outras palavras, não deve haver sombra na direção norte-sul.

 

Este critério é baseado nas condições extremas de operação do solstício de inverno, quando o ângulo de elevação solar é mais baixo e as sombras são mais longas. Garante que a produção do sistema não seja afetada pelo sombreamento durante qualquer período do ano.

 

 

O projeto da distância entre os módulos fotovoltaicos e o solo,-ou seja, a altura do ponto mais baixo dos módulos acima do solo-é afetado principalmente por fatores como os requisitos para uso combinado do solo dentro do local fotovoltaico, requisitos de controle-de enchentes, sombreamento dos módulos por obstáculos circundantes, cobertura vegetal do solo e aplicações "PV +". Quando são utilizados módulos fotovoltaicos bifaciais, a eficiência da geração de energia também deve ser levada em consideração.

 

A vantagem dos módulos fotovoltaicos bifaciais sobre os módulos monofaciais é que quanto maior a quantidade de luz recebida na parte traseira, maior será o ganho bifacial. Os principais fatores que afetam o ganho de energia do lado traseiro incluem albedo do solo, altura da estrutura de suporte, condições de irradiância e espaçamento entre fileiras. Os benefícios resultantes variam de acordo com as estações.

 

Ao determinar a distância mínima entre as estruturas de suporte fotovoltaico e o solo, os factores acima mencionados devem ser considerados de forma abrangente, enquanto a segurança e o desempenho económico devem ser equilibrados tanto quanto possível. Aumentar a altura mínima dos módulos fotovoltaicos acima do solo numa medida adequada pode melhorar a eficiência da geração de energia e aumentar o rendimento energético até certo ponto. No entanto, também aumenta os custos das estruturas de suporte e fundações, tendo assim um certo impacto no desempenho económico do projecto.

 

 

Projeto Elétrico de Projeto de Sistema de Energia Solar

1. Conexão Elétrica Principal

Uma estação de energia fotovoltaica consiste em uma ou mais unidades de geração de energia. A ligação elétrica principal determina como essas unidades de geração são interligadas e coletadas. Após a transformação-elevatória local, a energia gerada por cada unidade é coletada e alimentada no barramento da subestação-elevatória.

 

O nível de tensão do barramento-da subestação elevadora não só deve estar em conformidade com a estrutura e o planejamento-de longo prazo da rede elétrica local, mas também deve ser determinado por fatores de equilíbrio abrangentes, como a capacidade da estação de energia fotovoltaica, o investimento inicial em construção e os custos de operação e manutenção. Dependendo do tipo de estação de energia fotovoltaica, os níveis de tensão comuns do barramento incluem 0,4 kV, 6 kV, 10 kV e 35 kV.

 

A ligação elétrica principal da central pode ser planejada de acordo com o cronograma de construção. Se a estação de energia for construída e comissionada em uma única fase e tiver apenas um ponto de conexão-à rede, uma configuração-única de barramento geralmente poderá ser adotada. Se a estação de energia for construída e comissionada em fases ou tiver dois ou mais pontos de conexão-à rede, uma configuração de barramento único-seccionado geralmente é mais apropriada.

 

 

2. Equipamento de distribuição de energia

O layout do equipamento de distribuição de energia deve ser selecionado após consideração abrangente de fatores como a localização geográfica do projeto, condições climáticas locais, área disponível do local e altitude. O equipamento pode ser instalado em ambientes internos ou externos dependendo das condições específicas.

 

Atualmente, os equipamentos de distribuição de energia de 10 a 35 kV em usinas fotovoltaicas domésticas são geralmente instalados em ambientes internos. O painel de distribuição interno blindado, extraível e com invólucro metálico-AC é a configuração principal. Em algumas regiões, os equipamentos de distribuição de energia de 10 a 35 kV também podem usar painéis de distribuição com gás-isolados-de hexafluoreto de enxofre (SF₆) a gás, quando isso for técnica e economicamente justificado, especialmente para proteção contra névoa salina, melhor isolamento ou redução do uso do solo.

 

Nos últimos anos, com o desenvolvimento da tecnologia, equipamentos de distribuição de energia tipo cabine pré-fabricada-tornaram-se cada vez mais comuns. As estações de manobra podem ser pré-fabricadas em fábricas e montadas modularmente no local. Essa abordagem reduz-o trabalho de construção e comissionamento no local, encurta o período de construção, economiza energia, protege o meio ambiente e reduz a área de terreno necessária para a estação de manobra. Pode ser dada prioridade quando for técnica e economicamente apropriado.

 

 

3. Proteção contra raios e aterramento do projeto do sistema de energia solar

Uma rede de aterramento principal que cobre todo o campo fotovoltaico é normalmente instalada dentro de uma estação de energia fotovoltaica. O limite externo da rede de aterramento principal geralmente deve corresponder aos limites do campo fotovoltaico e formar um circuito fechado.

 

A grade de aterramento principal consiste em uma rede formada pela conexão de condutores de aterramento horizontais nas direções transversal e longitudinal às estruturas de suporte do módulo. Os eletrodos de aterramento verticais devem ser distribuídos uniformemente ao longo das bordas e dentro da grade de aterramento. As fundações das estruturas de suporte do módulo também devem ser utilizadas como eletrodos de aterramento natural sempre que possível.

 

A rede de aterramento principal de uma usina fotovoltaica geralmente usa aço plano galvanizado ou aço redondo como condutor de aterramento principal. A resistência de aterramento da rede de aterramento principal no campo fotovoltaico não deve exceder 4 Ω.

 

Para o aterramento entre os módulos fotovoltaicos e suas estruturas metálicas de suporte, o método mais comum é primeiro estabelecer uma conexão confiável entre as estruturas metálicas dos módulos fotovoltaicos adjacentes usando condutores de cobre e, em seguida, conectar ambas as extremidades de cada linha de módulos fotovoltaicos à estrutura metálica de suporte.

 

Para alguns projetos fotovoltaicos de telhados onde é inconveniente instalar condutores de cobre de aterramento, conectores metálicos podem ser usados ​​como condutores entre os módulos e as estruturas de suporte. Quando esse método for adotado, os conectores deverão ser equipados com arruelas de aço-inoxidável capazes de penetrar a película protetora de óxido de-alumínio nas armações do módulo, garantindo assim uma boa continuidade elétrica entre as armações do módulo e as estruturas metálicas de suporte.

 

As estruturas de suporte do módulo podem primeiro ser ligadas equipotencialmente a estruturas de suporte adjacentes para formar um grupo de aterramento, que é então conectado à grade de aterramento. Para garantir a confiabilidade, cada grupo de aterramento-da estrutura de suporte deve ser conectado à rede de aterramento em pelo menos dois pontos. Estes pontos de ligação devem ser instalados em ambas as extremidades de cada fila de estruturas de suporte.

 

Uma rede de aterramento equipotencial-em forma de anel deve ser instalada ao redor de cada transformador-elevador local no campo fotovoltaico e conectada de forma confiável à rede de aterramento principal do campo fotovoltaico. Quando um transformador elevador-local usa um transformador-do tipo caixa com um invólucro metálico integral, o invólucro deve ser conectado de forma confiável à rede de aterramento equipotencial em pelo menos dois pontos. Todas as partes metálicas expostas do transformador tipo{6}}caixa, incluindo escadas metálicas, também devem ser conectadas à rede de aterramento.

 

 

4. Seleção de cabos e instalação de projeto de sistema de energia solar

Os cabos instalados entre módulos fotovoltaicos e caixas combinadoras de string ou inversores de string em uma estação de energia fotovoltaica são geralmente cabos fotovoltaicos dedicados. Sua resistência à radiação ultravioleta, resistência às intempéries, desempenho-retardador de chama e outras características devem estar em conformidade com os requisitos dos padrões atuais do setor.

 

Para projetos fotovoltaicos distribuídos, os cabos usados ​​na construção de sistemas fotovoltaicos-integrados ou montados-devem ter bom desempenho-retardador de chama. Os condutores de cobre são geralmente selecionados devido à sua condutividade elétrica favorável.

 

Para usinas fotovoltaicas em escala-de serviços públicos, os cabos geralmente são distribuídos em uma grande área. Portanto, os cabos geralmente são instalados por enterramento direto, caso em que devem ser utilizados cabos blindados. Em particular, para projetos onde as parcelas ocupadas pelas áreas dos módulos fotovoltaicos estão dispersas, linhas aéreas de 10 kV ou 35 kV podem ser utilizadas como circuitos coletores.

 

Como postes e torres dentro da área do conjunto fotovoltaico podem projetar sombras nos módulos fotovoltaicos, a faixa de sombra das linhas aéreas deve ser calculada durante o planejamento da linha. O layout da linha deve ser coordenado com o layout do painel fotovoltaico para minimizar o sombreamento dos módulos.

 

Ao determinar os comprimentos dos cabos CA e CC em um sistema fotovoltaico, tanto a ampacidade do cabo quanto a queda de tensão do sistema devem ser levadas em consideração. A queda de tensão CA em um sistema fotovoltaico geralmente não deve exceder 3%, enquanto a queda de tensão CC geralmente não deve exceder 2%.

 

Se a queda de tensão não atender aos requisitos aplicáveis, a-área da seção transversal do cabo relevante deverá ser aumentada ou as posições relativas do equipamento deverão ser ajustadas para encurtar a rota do cabo e manter a queda de tensão dentro dos limites especificados.

 

 

5. Sistema de monitoramento

As centrais fotovoltaicas na China geralmente operam sem pessoal ou com pessoal mínimo. Algumas estações de energia fotovoltaica-montadas no solo começaram a adotar o monitoramento remoto para substituir-a operação com equipe no local. Durante a fase de concepção, a fase actual do projecto é normalmente tratada como a consideração principal, enquanto as fases anteriores e subsequentes também são tidas em consideração. O sistema deverá ser compatível com os níveis de automação e operação e gestão adotados pela central.

 

A maioria das estações de energia fotovoltaica na China usa sistemas de monitoramento separados para a-subestação elevadora ou estação de comutação e a área do conjunto fotovoltaico. Essa abordagem tem a vantagem de exigir apenas uma quantidade limitada de troca de informações entre o sistema-de monitoramento da subestação e o sistema de monitoramento fotovoltaico, tornando a implementação relativamente simples. No entanto, também tem a desvantagem da baixa utilização da informação.

 

Após a adoção de um sistema de monitoramento inteligente, uma usina fotovoltaica pode obter aquisição abrangente de dados e monitoramento panorâmico de toda a instalação. O sistema pode estabelecer integração vertical com os principais sistemas, como sistemas de despacho e gerenciamento de produção, ao mesmo tempo que fornece conectividade horizontal com os principais equipamentos de automação da usina.

 

Um sistema de monitoramento inteligente também pode oferecer suporte a funções como tomada de decisão de operação econômica-, diagnóstico on-line e recuperação automática, inspeção automática e análise de falhas, além de aviso de falhas.

 

 

Conclusão

OProjeto de sistema de energia solarrequer coordenação abrangente em todas as etapas, incluindo seleção de módulos, layout de matriz, conexões elétricas, instalação de cabos e sistemas de monitoramento. A solução ideal deve ser selecionada de acordo com as condições locais e os requisitos do projeto.Com o avanço contínuo da tecnologia fotovoltaica e os níveis crescentes de inteligência, o projeto do sistema enfrenta requisitos mais elevados, bem como mais possibilidades. O planeamento científico e a concepção detalhada são essenciais para garantir o funcionamento seguro e estável de uma central eléctrica e alcançar um forte desempenho económico.