光伏系統(tǒng)方案設計及發(fā)電量計算    

6.1 光伏電站總體方案

6.1.1 設計原則

設計時必須充分考慮光伏系統(tǒng)的高效性、先進性、成熟穩(wěn)定性和展示性。在系統(tǒng)設計過程中，將嚴格遵循以下原則：

高效性：本工程屬于并網(wǎng)光伏電站，如果在25年內(nèi)能夠產(chǎn)生更多的電能將帶來更多的利益，因此系統(tǒng)在較高的效率下運行十分必要。設計過程中應對系統(tǒng)進行優(yōu)化，最大限度降低損耗，提高系統(tǒng)發(fā)電效率。

先進性：光伏發(fā)電技術在國內(nèi)屬于新興高新技術，在進行本工程系統(tǒng)設計的過程中，通過優(yōu)化系統(tǒng)配置、優(yōu)先選擇國內(nèi)先進的關鍵設備，實現(xiàn)智能控制，以保證系統(tǒng)的先進性。

成熟穩(wěn)定性：本工程為并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，系統(tǒng)以10kV接入開發(fā)區(qū)配電線側，因此，系統(tǒng)并網(wǎng)運行的成熟穩(wěn)定性至關重要。本系統(tǒng)將采用先進成熟的技術與設備，結合完善的保護措施，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定并網(wǎng)運行。

展示性：本工程是并網(wǎng)光伏電站與建筑完美結合示范工程，光伏系統(tǒng)整體的運行數(shù)據(jù)，在主控室集中顯示等，將起到良好的展示效果，向觀眾直觀展示綠色能源的有效利用，宣揚環(huán)保理念。

6.1.2 設計概述

根據(jù)本項目的建設規(guī)模、目前技術發(fā)展水平及建設屋頂面積布局，并綜合考慮工程施工、以及電站的運行維護管理等方面，本項目總體技術設計采用“分塊發(fā)電、用戶側并網(wǎng)方案”的“模塊化”技術方案。

本項目裝機容量為5MW，由5個260Wp光伏組件組成的1MWp光伏發(fā)電系統(tǒng)組成。500kW光伏并網(wǎng)逆變器的直流工作電壓范圍為：450Vdc~820Vdc，最大直流輸入電壓為850V。260Wp多晶硅太陽能電池組件的開路電壓Voc為37.7V，最佳工作點電壓Vmp為30.3V。

電池組件串聯(lián)數(shù)量計算公式如下：

INT（Vdc min/Vmp）≤N≤INT（Vdc max/Voc）

經(jīng)計算得出：

串聯(lián)多晶硅太陽能電池數(shù)量N為：15＜N＜23，考慮溫度變化系數(shù)，取太陽電池組件19塊串聯(lián)，單列串聯(lián)功率P=19×260=4940Wp；單臺500kW光伏并網(wǎng)逆變器需要配置太陽電池組件并聯(lián)的數(shù)量Np=500000÷4940≈101或102列。

若Np取101列，則實際功率為498.94kWp，這樣1MWp光伏陣列單元設計為202列支路并聯(lián)，共計3838塊太陽電池組件，實際功率達到997.88kWp；若Np取102列，則實際功率為503.88kWp，這樣1MWp光伏陣列單元設計為204列支路并聯(lián)，共計3875塊太陽電池組件，實際功率達到1007.76kWp。

為了使整個電站實際功率達到5MW，設計采用4組997.88kWp+1組1007.76kWp的組合方式，即該光伏電站總共需要260Wp的多晶硅電池組件19227塊，19塊串聯(lián)，1012列支路并聯(lián)的陣列，實際功率達到4.99928MW。

光伏所發(fā)電量經(jīng)逆變升壓后匯集1路10KV光伏線接入園區(qū)10KV配電母線。所有太陽能電池組件采用38度傾角0度方位角固定安裝。5MW光伏電站的發(fā)電量可全部被蔚縣自行消耗。

6.1.3 設計方案的特點

（1）各個光伏發(fā)電單元系統(tǒng)之間沒有直流和交流的直接電氣聯(lián)系，便于模塊化設計和分步實施建設；

（2）就近升壓，降低損耗，提高效率；

（3）局部故障檢修時不影響整個系統(tǒng)的運行；

（4）便于電網(wǎng)的投切和調(diào)度；

（5）方便運行維護。

6.1.4光伏電站系統(tǒng)組成

本工程主要由光伏陣列、逆變升壓、高壓輸配電、監(jiān)控等幾部分構成。

（1）光伏陣列：主要由光伏組件、光伏匯流箱、直流電纜等構成；

（2）并網(wǎng)逆變：主要由并網(wǎng)逆變器、低壓交流電纜等構成；

（3）高壓輸配電：主要由變壓器、高壓電纜、開關柜等構成；

（4）遠程監(jiān)測系統(tǒng)：主要由光伏系統(tǒng)監(jiān)控及高壓輸配電監(jiān)控兩部分構成。

光伏陣列將太陽能轉換為直流電能，通過匯流箱和直流柜傳送到與之相對應的逆變器的直流輸入端；逆變器采用MPPT（最大功率跟蹤）技術使光伏陣列保持最佳輸出狀態(tài)，同時將直流電轉換成為與電網(wǎng)頻率和相位均相同的交流電能，符合電網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)電的要求；逆變器發(fā)出的交流電能經(jīng)過升壓變壓器升壓至10kV后并入園區(qū)電網(wǎng)配電側。

光伏并網(wǎng)逆變器本身帶有數(shù)據(jù)采集和通訊工功能，可以監(jiān)測光伏陣列的電壓、電流等直流側運行參數(shù)，電網(wǎng)的電壓、頻率、逆變器輸出電流、功率、功率因數(shù)等交流側運行參數(shù)，以及太陽輻射、風速、溫度等環(huán)境參數(shù)。將光伏電站中的逆變器通訊接口用數(shù)據(jù)總線連接，逆變器運行數(shù)據(jù)通過配套的監(jiān)控設備的匯總和存儲，再傳送到監(jiān)控計算機上，通過配套的專用監(jiān)測軟件提供給光伏電站工作人員使用，監(jiān)控設備還可以連接Internet，實現(xiàn)遠程監(jiān)測的功能。

光伏并網(wǎng)逆變器發(fā)出的交流電是低壓交流電，經(jīng)過升壓變壓器升壓為10kV交流電，接入10kV配電線側。光伏電站的升壓設備和開關站按常規(guī)電力系統(tǒng)要求設計繼電保護和通訊單元。

6.2 光伏系統(tǒng)設計

6.2.1 設計依據(jù)

光伏直流部分主要設計依據(jù)表

6.2.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)構成

本電站的光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏陣列和并網(wǎng)逆變兩部分構成。

1）光伏陣列：主要由太陽電池組件、光伏匯流箱、光伏防雷配電柜、直流電纜等構成；

2）并網(wǎng)逆變：主要由并網(wǎng)逆變器、低壓交流電纜等構成。

6.2.3 設計方案對比

一、太陽電池分類

當前商業(yè)應用的太陽能電池分為晶硅電池和薄膜電池。

晶硅電池分為單晶硅和多晶硅電池，目前商業(yè)應用的光電轉換效率單晶硅已超過18%，多晶硅15～16%。在光伏電池組件生產(chǎn)方面我國2007年已成為第三大光伏電池組件生產(chǎn)國，生產(chǎn)的組件主要出口到歐美等發(fā)達國家。2008年我國已能規(guī)模化生產(chǎn)硅原料，使得硅原料價格大幅下滑，并還有繼續(xù)下降的空間，從而使晶硅電池組件的價格形成了大幅下滑的局面。當前國際上已建成的大型光伏并網(wǎng)電站基本上采用晶硅電池。

薄膜電池分為非晶硅薄膜電池、CdTe電池、CIGS電池和CIS電池。當前商業(yè)應用的薄膜電池轉化效率較低。非晶硅薄膜電池商業(yè)化生產(chǎn)技術較為成熟，并已在國內(nèi)形成產(chǎn)能。由于薄膜電池的特有結構，在光伏建筑一體化方面，有很大的應用優(yōu)勢。

二、太陽電池組件比選

目前在MW級光伏電站中應用較多的是晶硅太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池。單晶硅太陽能電池光電轉換效率相對較高，但價格相對較高。多晶硅太陽能電池光電轉換效率比單晶硅略低，但是材料制造簡便，節(jié)約電耗，總的生產(chǎn)成本較低。非晶硅薄膜太陽能電池光電轉換效率相對較低，但它成本低，重量輕，應用更為方便。

（1）單晶硅太陽電池

單晶硅的制作通常是先制得多晶硅或無定形硅，然后用直拉法或懸浮區(qū)熔法從熔體中生長出棒狀單晶硅。目前單晶硅太陽電池的光電轉換效率為18%左右，最高的達到25%，這是目前所有種類的太陽電池中光電轉換效率最高的，目前制作的單晶硅太陽電池組件轉換效率為15%以上，最高達到20%左右，但制作成本相對很大，以至于不能被大量廣泛和普遍地使用。由于單晶硅一般采用鋼化玻璃以及防水樹脂進行封裝，因此其堅固耐用，使用壽命一般可達25年以上，最高可達30年，主要優(yōu)點如下。

1）光電轉換效率高，可靠性高。

2）先進的擴散技術，保證片內(nèi)各處轉換效率的均勻性。

3）運用多種先進的成膜技術，顏色均勻美觀。

4）應用高質量的金屬漿料制作背板和電極，確保良好的導電性、可靠的附著力和很好的電極可焊性。

5）高精度的絲網(wǎng)印刷圖形和高平整度，使得電池易于自動焊接和激光切割。

6）國內(nèi)組件的層壓技術已經(jīng)達到世界先進水平。