光伏系統(tǒng)方案設(shè)計及發(fā)電量計算    

6.1 光伏電站總體方案

6.1.1 設(shè)計原則

設(shè)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(shè)計過程中,，將嚴(yán)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(shè)計過程中應(yīng)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(shù)在國內(nèi)屬于新興高新技術(shù),，在進行本工程系統(tǒng)設(shè)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(guān)鍵設(shè)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(cè)，因此，系統(tǒng)并網(wǎng)運行的成熟穩(wěn)定性至關(guān)重要,。本系統(tǒng)將采用先進成熟的技術(shù)與設(shè)備,，結(jié)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(jié)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(shè)計概述

根據(jù)本項目的建設(shè)規(guī)模,、目前技術(shù)發(fā)展水平及建設(shè)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(shù)設(shè)計采用“分塊發(fā)電、用戶側(cè)并網(wǎng)方案”的“模塊化”技術(shù)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)計和分步實施建設(shè),；

（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(gòu)成。

（1）光伏陣列：主要由光伏組件,、光伏匯流箱,、直流電纜等構(gòu)成；

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

（3）高壓輸配電：主要由變壓器、高壓電纜,、開關(guān)柜等構(gòu)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(gòu)成,。

光伏陣列將太陽能轉(zhuǎn)換為直流電能,，通過匯流箱和直流柜傳送到與之相對應(yīng)的逆變器的直流輸入端；逆變器采用MPPT（最大功率跟蹤）技術(shù)使光伏陣列保持最佳輸出狀態(tài),，同時將直流電轉(zhuǎn)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(cè),。

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(cè)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(cè)運行參數(shù),，以及太陽輻射、風(fēng)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(shè)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(shè)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(cè),。光伏電站的升壓設(shè)備和開關(guān)站按常規(guī)電力系統(tǒng)要求設(shè)計繼電保護和通訊單元。

6.2 光伏系統(tǒng)設(shè)計

6.2.1 設(shè)計依據(jù)

光伏直流部分主要設(shè)計依據(jù)表

6.2.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)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(gòu)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(gòu)成；

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

6.2.3 設(shè)計方案對比

一、太陽電池分類

當(dāng)前商業(yè)應(yīng)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(yīng)用的光電轉(zhuǎn)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)?；a(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(dāng)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(dāng)前商業(yè)應(yīng)用的薄膜電池轉(zhuǎn)化效率較低。非晶硅薄膜電池商業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)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(jié)構(gòu)，在光伏建筑一體化方面,，有很大的應(yīng)用優(yōu)勢,。

二、太陽電池組件比選

目前在MW級光伏電站中應(yīng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換效率相對較低,，但它成本低，重量輕,，應(yīng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換效率最高的,，目前制作的單晶硅太陽電池組件轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換效率高,，可靠性高,。

2）先進的擴散技術(shù),，保證片內(nèi)各處轉(zhuǎn)換效率的均勻性。

3）運用多種先進的成膜技術(shù),，顏色均勻美觀,。

4）應(yīng)用高質(zhì)量的金屬漿料制作背板和電極,，確保良好的導(dǎo)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(shù)已經(jīng)達到世界先進水平,。