光伏系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及發(fā)電量計(jì)算    

6.1 光伏電站總體方案

6.1.1 設(shè)計(jì)原則

設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮光伏系統(tǒng)的高效性、先進(jìn)性,、成熟穩(wěn)定性和展示性,。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(yùn)行十分必要,。設(shè)計(jì)過程中應(yīng)對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,，最大限度降低損耗,，提高系統(tǒng)發(fā)電效率。

先進(jìn)性：光伏發(fā)電技術(shù)在國內(nèi)屬于新興高新技術(shù)，在進(jìn)行本工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中,，通過優(yōu)化系統(tǒng)配置,、優(yōu)先選擇國內(nèi)先進(jìn)的關(guān)鍵設(shè)備，實(shí)現(xiàn)智能控制,，以保證系統(tǒng)的先進(jìn)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(yùn)行的成熟穩(wěn)定性至關(guān)重要。本系統(tǒng)將采用先進(jìn)成熟的技術(shù)與設(shè)備,，結(jié)合完善的保護(hù)措施,，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定并網(wǎng)運(yùn)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(yùn)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(yáng)環(huán)保理念。

6.1.2 設(shè)計(jì)概述

根據(jù)本項(xiàng)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(yùn)行維護(hù)管理等方面,，本項(xiàng)目總體技術(shù)設(shè)計(jì)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(xiàng)目裝機(jī)容量為5MW,，由5個(gè)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(diǎn)電壓Vmp為30.3V,。

電池組件串聯(lián)數(shù)量計(jì)算公式如下：

INT（Vdc min/Vmp）≤N≤INT（Vdc max/Voc）

經(jīng)計(jì)算得出：

串聯(lián)多晶硅太陽能電池?cái)?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(shí)際功率為498.94kWp,，這樣1MWp光伏陣列單元設(shè)計(jì)為202列支路并聯(lián)，共計(jì)3838塊太陽電池組件，實(shí)際功率達(dá)到997.88kWp,；若Np取102列,，則實(shí)際功率為503.88kWp，這樣1MWp光伏陣列單元設(shè)計(jì)為204列支路并聯(lián),，共計(jì)3875塊太陽電池組件,，實(shí)際功率達(dá)到1007.76kWp。

為了使整個(gè)電站實(shí)際功率達(dá)到5MW,，設(shè)計(jì)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(shí)際功率達(dá)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(jì)方案的特點(diǎn)

（1）各個(gè)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(jì)和分步實(shí)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(shí)不影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行；

（4）便于電網(wǎng)的投切和調(diào)度,；

（5）方便運(yùn)行維護(hù),。

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(yuǎn)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(shí)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(jì)繼電保護(hù)和通訊單元,。

6.2 光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)

6.2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

光伏直流部分主要設(shè)計(jì)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(jì)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(dá)國家,。2008年我國已能規(guī)模化生產(chǎn)硅原料,，使得硅原料價(jià)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(jià)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(jià)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(dá)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(dá)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(jìn)行封裝，因此其堅(jiān)固耐用,，使用壽命一般可達(dá)25年以上,，最高可達(dá)30年,，主要優(yōu)點(diǎn)如下。

1）光電轉(zhuǎn)換效率高,，可靠性高,。

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

3）運(yùn)用多種先進(jìn)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(dá)到世界先進(jìn)水平。