農(nóng)光互補(bǔ)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

農(nóng)光互補(bǔ)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案1.1光伏發(fā)電簡(jiǎn)介光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。這種技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽(yáng)能電池。太陽(yáng)能電池經(jīng)過(guò)串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽(yáng)電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。1.1.1光伏效應(yīng)如果光線照射在太陽(yáng)能電池上并且光在界面層被吸收，具有足夠能量的光子能夠在P型硅和N型硅中將電子從共價(jià)鍵中激發(fā)，以致產(chǎn)生電子－空穴對(duì)。界面層附近的電子和空穴在復(fù)合之前，將通過(guò)空間電荷的電場(chǎng)作用被相互分離。電子向帶正電的N區(qū)和空穴向帶負(fù)電的P區(qū)運(yùn)動(dòng)。通過(guò)界面層的電荷分離，將在P區(qū)和N區(qū)之間產(chǎn)生一個(gè)向外的可測(cè)試的電壓。此時(shí)可在硅片的兩邊加上電極并接入電壓表。對(duì)晶體硅太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō)，開(kāi)路電壓的典型數(shù)值為0.5～0.6V。通過(guò)光照在界面層產(chǎn)生的電子－空穴對(duì)越多，電流越大。界面層吸收的光能越多，界面層即電池面積越大，在太陽(yáng)能電池中形成的電流也越大。1.1.2基本原理太陽(yáng)光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上，形成新的空穴-電子對(duì)，在p-n結(jié)電場(chǎng)的作用下，空穴由n區(qū)流向p區(qū)，電子由p區(qū)流向n區(qū)，接通電路后就形成電流。這就是光電效應(yīng)太陽(yáng)能電池的工作原理。（1）太陽(yáng)能發(fā)電方式太陽(yáng)能發(fā)電有兩種方式，一種是光—熱—電轉(zhuǎn)換方式，另一種是光—電直接轉(zhuǎn)換方式。（2）光—熱—電轉(zhuǎn)換方式通過(guò)利用太陽(yáng)輻射產(chǎn)生的熱能發(fā)電，一般是由太陽(yáng)能集熱器將所吸收的熱能轉(zhuǎn)換成工質(zhì)的蒸氣，再驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。前一個(gè)過(guò)程是光—熱轉(zhuǎn)換過(guò)程；后一個(gè)過(guò)程是熱—電轉(zhuǎn)換過(guò)程，與普通的火力發(fā)電一樣.太陽(yáng)能熱發(fā)電的缺點(diǎn)是效率很低而成本很高，估計(jì)它的投資至少要比普通火電站貴5～10倍。（3）光—電直接轉(zhuǎn)換方式該方式是利用光電效應(yīng)，將太陽(yáng)輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，光—電轉(zhuǎn)換的基本裝置就是太陽(yáng)能電池。太陽(yáng)能電池是一種由于光生伏特效應(yīng)而將太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件，是一個(gè)半導(dǎo)體光電二極管，當(dāng)太陽(yáng)光照到光電二極管上時(shí)，光電二極管就會(huì)把太陽(yáng)的光能變成電能，產(chǎn)生電流。當(dāng)許多個(gè)電池串聯(lián)或并聯(lián)起來(lái)就可以成為有比較大的輸出功率的太陽(yáng)能電池方陣了。太陽(yáng)能電池是一種大有前途的新型電源，具有永久性、清潔性和靈活性三大優(yōu)點(diǎn).太陽(yáng)能電池壽命長(zhǎng)，只要太陽(yáng)存在，太陽(yáng)能電池就可以一次投資而長(zhǎng)期使用；與火力發(fā)電、核能發(fā)電相比，更加環(huán)保且效率更高，是可再生能源。1.1.3技術(shù)優(yōu)勢(shì)與常用的發(fā)電系統(tǒng)相比，太陽(yáng)能光伏發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：太陽(yáng)能發(fā)電被稱(chēng)為最理想的新能源。①無(wú)枯竭危險(xiǎn)；②安全可靠，無(wú)噪聲，無(wú)污染排放外，絕對(duì)干凈（無(wú)公害）；③不受資源分布地域的限制，可利用建筑屋面的優(yōu)勢(shì)；④無(wú)需消耗燃料和架設(shè)輸電線路即可就地發(fā)電供電；⑤能源質(zhì)量高；⑥使用者從感情上容易接受；⑦建設(shè)周期短，獲取能源花費(fèi)的時(shí)間短。1.1.4光伏發(fā)電系統(tǒng)簡(jiǎn)介光伏組件光伏組件種類(lèi)有很多，如“單晶硅”，“多晶硅”，“非晶硅”等。選擇的原則可參照供貨商的價(jià)格、產(chǎn)品供貨情況、保障、效率等。當(dāng)前商業(yè)應(yīng)用的太陽(yáng)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)換效率為單晶硅16-17%，多晶硅15-16%。在光伏電池組件生產(chǎn)方面我國(guó)2007年已成為第三大光伏電池組件生產(chǎn)國(guó)，生產(chǎn)的組件主要出口到歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家。2008年我國(guó)已能規(guī)?；a(chǎn)硅原料，使得硅原料價(jià)格大幅下滑，由最高價(jià)500美元/kg降到當(dāng)前的70-80美元/kg，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(guó)際上已建成的大型光伏并網(wǎng)電站基本上采用晶硅電池。薄膜電池分為硅基薄膜電池、CdTe電池和CIGS電池。當(dāng)前商業(yè)應(yīng)用的薄膜電池轉(zhuǎn)化效率較低，硅基薄膜電池為5-8%，CdTe電池為11%，CIGS電池為10%。硅基薄膜電池商業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)較為成熟，并已在國(guó)內(nèi)形成產(chǎn)能；CdTe和CIGS電池在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有形成商業(yè)化生產(chǎn)。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(shì)。通過(guò)多方面的調(diào)研，目前在兆瓦級(jí)光伏電站中應(yīng)用較多的是晶硅太陽(yáng)能電池和非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池。單晶硅太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較高，但價(jià)格相對(duì)較高。多晶硅太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換效率一般，但是材料制造簡(jiǎn)便，節(jié)約電耗，總的生產(chǎn)成本較低。非晶硅薄膜太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較低，但它成本低，重量輕，應(yīng)用更為方便。（2）光伏系統(tǒng)方陣支架光伏系統(tǒng)方陣支架的類(lèi)型有簡(jiǎn)單的固定支架和復(fù)雜跟蹤系統(tǒng)。跟蹤系統(tǒng)是一種支撐光伏方陣的裝置，它精確地移動(dòng)以使太陽(yáng)入射光線射到方陣表面上的入射角最小，以使太陽(yáng)入射輻射（即收集到的太陽(yáng)能）最大。光伏跟蹤器可分為如下類(lèi)型：?jiǎn)屋S跟蹤器、方位角跟蹤器、雙軸跟蹤器，不同跟蹤系統(tǒng)在當(dāng)?shù)貤l件下對(duì)發(fā)電量（與固定支架相比）的影響不同，雙軸跟蹤器能使方陣能量輸出提高約29％，單軸跟蹤器能使方陣能量輸出提高25％，方位角跟蹤器能使方陣能量輸出提高21％。但系統(tǒng)成本將明顯增加（雙軸跟蹤器＞單軸跟蹤器＞方位跟蹤器），但就其性?xún)r(jià)比來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能跟蹤的方陣其性?xún)r(jià)比要優(yōu)于固定的方陣，但跟蹤系統(tǒng)的運(yùn)行成本會(huì)明顯高于固定系統(tǒng)。（3）逆變器并網(wǎng)逆變器具有最大功率跟蹤功能，該設(shè)備用來(lái)把光伏方陣連接到系統(tǒng)的部分。最大功率跟蹤器（MPPT）是一種電子設(shè)備，無(wú)論負(fù)載阻抗變化還是由溫度或太陽(yáng)輻射引起的工作條件的變化，都能使方陣工作在輸出功率最大的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)方陣的最佳工作效率。（4）升壓變壓器目前小容量配電變壓器的鐵芯材料常用有普通硅鋼片和非晶合金材料兩種。非晶合金主要以鐵、鎳、鉆、略、錳等金屬為合金基礎(chǔ)，加入少量的硼、碳、硅、磷等元素，因此具有鐵磁性良好、機(jī)械強(qiáng)度高、耐蝕性能好、制作工藝簡(jiǎn)單、成材率高等特點(diǎn)。非晶合金材料的金屬原子排列呈無(wú)序非晶狀態(tài)，它的去磁與被磁化過(guò)程極易完成，較硅鋼材料鐵芯損耗降低，達(dá)到高效節(jié)能效果。用于油浸變壓器可減排CO、SO、NOx等有害氣體，被稱(chēng)為21世紀(jì)的“綠色材料”。變壓器的空載損耗主要由渦流損耗和磁滯損耗組成，渦流損耗與鐵芯材料厚度成正比，與電阻率成反比，磁滯損耗與磁滯回路所包絡(luò)的面積成正比。非晶合金帶材的厚度僅為27μm，是冷軋硅鋼片的1/11左右，電阻率是冷軋硅鋼片的3倍左右，因此，由非晶合金制成的鐵芯，它的渦流損耗比冷扎硅鋼片制成的鐵芯要小很多。另外，非晶合金的矯頑力遠(yuǎn)小于4A/m，是冷軋硅鋼片的1/7左右，非晶合金的磁滯回線所包絡(luò)的面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于冷軋鋼片，因此非晶合金的磁滯損耗比冷軋硅鋼片的小很多，其鐵芯損耗非常低，非晶合金鐵芯變壓器比傳統(tǒng)硅鋼片鐵芯變壓器的空載損耗低60%左右，是目前非常理想的低損耗節(jié)能變壓器。此外，非晶合金變壓器由于損耗低、發(fā)熱少、溫升低，故運(yùn)行性能非常穩(wěn)定。1.2光伏組件選擇1.2.1光伏種類(lèi)及性質(zhì)目前常規(guī)使用的太陽(yáng)電池主要有：晶體硅太陽(yáng)電池、銅銦硒薄膜、太陽(yáng)電池、碲化鎘薄膜太陽(yáng)電池、非晶硅太陽(yáng)電池等。下面分別對(duì)這幾種太陽(yáng)電池進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。（1）晶體硅太陽(yáng)電池晶體硅太陽(yáng)能電池是目前最成熟、最穩(wěn)定、最可靠、應(yīng)用最廣的太陽(yáng)能電池，主要包括單晶硅和多晶硅電池，在價(jià)格方面，目前單晶硅組件要高于多晶硅組件，效率15%～20%，在轉(zhuǎn)換效率方面，單晶硅組件要高于多晶硅組件約2個(gè)百分點(diǎn)（參考無(wú)錫尚德提供數(shù)據(jù)）。多晶硅太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)工藝與單晶硅基本相同，使用了多晶硅鑄錠工藝取代單晶硅硅棒生長(zhǎng)工藝，成本低廉，工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換效率為14%～19%左右，略低于單晶硅電池的水平。和單晶硅電池相比，多晶硅電池雖然效率有所降低，但是節(jié)約能源，節(jié)省硅原料，達(dá)到工藝成本和效率的平衡。（2）化合物（銅銦硒和碲化鎘）薄膜太陽(yáng)電池化合物薄膜電池的成本較晶體硅太陽(yáng)電池低，且沒(méi)有效率衰減問(wèn)題。銅銦硒和碲化鎘薄膜電池是目前較受關(guān)注的薄膜電池。碲化鎘是一種化合物半導(dǎo)體，其帶隙最適合于光電能量轉(zhuǎn)換。以為碲化鎘為直接帶隙材料，用這種半導(dǎo)體做成的太陽(yáng)電池有很高的理論轉(zhuǎn)換效率。碲化鎘的光吸收系數(shù)很大，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)AM0太陽(yáng)光譜，10微米厚的碲化鎘薄膜幾乎吸收100％的入射光能。碲化鎘薄膜太陽(yáng)電池的制造成本低，是應(yīng)用前景最好的新型太陽(yáng)電池，但是有毒元素Cd對(duì)環(huán)境的污染及對(duì)操作人員健康的危害是不容忽視的。不能在獲取清潔能源的同時(shí)，對(duì)人體和人類(lèi)生存環(huán)境造成新的危害。銅銦硒(CuInSe2)薄膜是一種Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體，銅銦硒薄膜太陽(yáng)電池屬于技術(shù)集成度很高的化合物半導(dǎo)體光伏器件，由在玻璃或廉價(jià)的襯底上沉積多層薄膜而構(gòu)成。銅銦硒薄膜電池具有以下特點(diǎn)：光電轉(zhuǎn)換效率高，成本低，性能穩(wěn)定，抗輻射能力強(qiáng)。目前，銅銦硒太陽(yáng)電池實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的主要障礙在于吸收層銅銦硒薄膜材料對(duì)結(jié)構(gòu)缺陷過(guò)于敏感，使高效率電池的成品率偏低。這種電池的原材料銦是較稀有的金屬，對(duì)這種電池的大規(guī)模生產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生很大的制約。（3）非晶硅太陽(yáng)電池非晶硅太陽(yáng)能電池在轉(zhuǎn)換效率方面略遜于晶體硅太陽(yáng)能電池，非晶硅太陽(yáng)能電池效率已達(dá)14.6%，目前面積大于1平方米，光電轉(zhuǎn)換接近9%的非晶硅太陽(yáng)能組件已研制出來(lái)。非晶硅太陽(yáng)電池組件成本較其他太陽(yáng)電池組件低，弱光下電特性較好，但會(huì)存在一定的效率衰減。非晶硅太陽(yáng)能電池效率的自然衰減率與電池的材料、工藝和結(jié)構(gòu)有關(guān)，呈現(xiàn)指數(shù)型衰減，第一年效率約衰減10%～20%不等，以后的衰減逐年減少。1.2.2晶體硅與薄膜太陽(yáng)電池組件對(duì)比分析根據(jù)目前太陽(yáng)電池的工程數(shù)據(jù)對(duì)晶體硅和薄膜太陽(yáng)電池組件的分析如下：（一）組件轉(zhuǎn)換效率和占地面積目前，國(guó)內(nèi)主流廠家晶體硅太陽(yáng)電池組件轉(zhuǎn)換效率的為15%～16%，而薄膜太陽(yáng)電池組件的工程采用數(shù)據(jù)為8%～10%。由于組件轉(zhuǎn)換效率差距，薄膜太陽(yáng)電池組件的占地面積接近于晶體硅太陽(yáng)電池組件的兩倍。因此對(duì)于土地資源相對(duì)缺乏的地區(qū)，選用轉(zhuǎn)換效率高、占地少的晶體硅太陽(yáng)電池組件更為合理。（二）發(fā)電成本目前晶體硅市場(chǎng)迎來(lái)了一個(gè)高速擴(kuò)張期，多晶硅產(chǎn)能釋放、行業(yè)瓶頸突破、薄片化技術(shù)推動(dòng)成本下降，轉(zhuǎn)換效率穩(wěn)步提升，晶硅電池強(qiáng)勢(shì)保持著其主導(dǎo)地位，薄膜電池失去了過(guò)去的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，一些光伏大企業(yè)（如美國(guó)應(yīng)用材料、Signet、Solyndra、日本三洋等）紛紛調(diào)整其薄膜電池計(jì)劃，減少或暫停薄膜電池生產(chǎn)。目前，晶體硅電池組件的價(jià)格將接近薄膜太陽(yáng)電池組件的價(jià)格。由于薄膜太陽(yáng)電池組件轉(zhuǎn)換效率低導(dǎo)致用地成本、電纜成本、方陣支架及基礎(chǔ)成本、方陣人工安裝成本總體將比晶體硅太陽(yáng)電池組件增加約1.2元/W。綜合組件價(jià)格及其他工程投資工程投資因素，晶體硅太陽(yáng)組件的發(fā)電成本低于薄膜太陽(yáng)電池組件。這是目前晶體硅太陽(yáng)組件廣泛運(yùn)用于大型光伏電站建設(shè)的主要原因之一。（三）系統(tǒng)發(fā)電量及使用壽命由于薄膜太陽(yáng)組件有較好的弱光發(fā)電優(yōu)勢(shì)，同功率發(fā)電容量的太陽(yáng)電池組件，經(jīng)過(guò)工程測(cè)試，薄膜太陽(yáng)組件的系統(tǒng)發(fā)電量比晶體硅太陽(yáng)組件約高10%，但增加的發(fā)電量不足以抵消其發(fā)電成本的增加。1.2.3太陽(yáng)電池組件選型結(jié)論，光天光件伏件有缺考項(xiàng)晶體硅太陽(yáng)電池在我國(guó)的生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量以及生產(chǎn)技術(shù)均滿(mǎn)目20p的供求關(guān)系，本報(bào)告中2晶體硅太陽(yáng)電池組件選用國(guó)產(chǎn)多表5-1名 稱(chēng)單 位性能參數(shù)最大功率WpW250開(kāi)路電壓VocV37.7工作電壓VmpV30.3短路電流IscA8.69工作電流ImpA8.27電壓溫度系數(shù)%/℃-0.33電流溫度系數(shù)%/℃0.06工作溫度范圍℃-40～85NOCT℃45±2組件尺寸mm1640×992×40重量kg201.3光伏陣列的運(yùn)行方式設(shè)計(jì)1.3.1光伏陣列的運(yùn)行方式選擇（1）電池陣列的運(yùn)行方式分類(lèi)在光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，光伏組件陣列的運(yùn)行方式對(duì)發(fā)電系統(tǒng)接收到的太陽(yáng)總輻射量有很大的影響，從而影響到光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電能力。光伏組件的運(yùn)行方式有固定式、傾角季度調(diào)節(jié)式和自動(dòng)跟蹤式三種型式。其中自動(dòng)跟蹤式包括單軸跟蹤式和雙軸跟蹤式。單軸跟蹤式（即水平單軸跟蹤、斜單軸跟蹤）只有一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度即每日從東往西跟蹤太陽(yáng)的軌跡；雙軸跟蹤式（全跟蹤）具有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，可以通過(guò)適時(shí)改變方位角和傾角，來(lái)跟蹤太陽(yáng)軌跡。如下圖5-1。圖5-1（2）電池陣列的運(yùn)行方式的比較對(duì)于自動(dòng)跟蹤式系統(tǒng)，其傾斜面上能最大程度的接收太陽(yáng)總輻射量，從而增加了發(fā)電量。經(jīng)初步計(jì)算，若采用水平單軸跟蹤方式，系統(tǒng)理論發(fā)電量（指跟蹤系統(tǒng)自日出開(kāi)始至日落結(jié)束均沒(méi)有任何遮擋的理想情況下）可提高15%～20%；若采用斜單軸跟蹤方式，系統(tǒng)理論發(fā)電量可提高25%～30%；若采用雙軸跟蹤方式，系統(tǒng)理論發(fā)電量可提高30%～35%。然而系統(tǒng)實(shí)際工作效率往往小于理論值，其原因有很多，例如：太陽(yáng)電池組件間的相互投射陰影，跟蹤支架運(yùn)行難于同步等。雙軸跟蹤式投資遠(yuǎn)高于單軸系統(tǒng)，并且占地面積比較大。根據(jù)已建工程調(diào)研數(shù)據(jù)，安裝晶硅類(lèi)電池組件，若采用水平單軸跟蹤方式，系統(tǒng)實(shí)際發(fā)電量可提高約15%，若采用斜單軸跟蹤方式，系統(tǒng)實(shí)際發(fā)電量可提高約20%。固定式與自動(dòng)跟蹤式各有優(yōu)缺點(diǎn)：固定式初始投資較低、且支架系統(tǒng)基本免維護(hù)；自動(dòng)跟蹤式初始投資較高、需要一定的維護(hù)，但發(fā)電量較傾角最優(yōu)固定式相比有較大的提高，假如不考慮后期維護(hù)工作增加的成本，采用自動(dòng)跟蹤式運(yùn)行的光伏電站單位電度發(fā)電成本將有所降低。若自動(dòng)跟蹤式支架造價(jià)能進(jìn)一步降低，則其發(fā)電量增加的優(yōu)勢(shì)將更加明顯；同時(shí)，若能較好解決陣列同步性及減少維護(hù)工作量，則自動(dòng)跟蹤式系統(tǒng)相較固定安裝式系統(tǒng)將更有競(jìng)爭(zhēng)力。（3）電池陣列的運(yùn)行方式的確定經(jīng)對(duì)固定式和跟蹤式兩種運(yùn)行方式的初步比較，考慮到本工程規(guī)模較大，固定式初始投資較低，且考慮到本工程是在大棚上進(jìn)行太陽(yáng)能電池的鋪設(shè)，維修不便，故選擇固定式運(yùn)行方式。自動(dòng)跟蹤式雖然能增加一定的發(fā)電量，但目前初始投資相對(duì)較高、而且后期運(yùn)行過(guò)程中需要一定的維護(hù)，運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較高，另外電池陣列的同步性對(duì)機(jī)電控制和機(jī)械傳動(dòng)構(gòu)件要求較高，自動(dòng)跟蹤式缺乏在場(chǎng)址區(qū)或相似特殊的氣候環(huán)境下的實(shí)際應(yīng)用的可靠性驗(yàn)證，在我國(guó)氣候環(huán)境較復(fù)雜的荒漠戈壁區(qū)大規(guī)模應(yīng)用的工程也相對(duì)較少。根據(jù)以上綜合分析，本工程推薦選用固定式運(yùn)行方式。1.3.2光伏陣列最佳傾角的計(jì)算電池陣列的安裝傾角對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率影響較大，對(duì)于固定式電池列陣最佳傾角即光伏發(fā)電系統(tǒng)全年發(fā)電量最大時(shí)的傾角。在光伏供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，光伏組件方陣的放置形式和放置傾角對(duì)光伏系統(tǒng)接收到的太陽(yáng)輻射有很大的影響，從而影響到光伏供電系統(tǒng)的發(fā)電能力。因此確定方陣的最佳傾角是光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。對(duì)于某一傾角固定安裝的光伏陣列，所接受的太陽(yáng)輻射能與傾角有關(guān)，較簡(jiǎn)便的輻射量計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式為：Rβ＝S×[sin(α+β)/sinα]+D式中：Rβ——傾斜光伏陣列面上的太陽(yáng)能總輻射量S——水平面上太陽(yáng)直接輻射量D——散射輻射量α——中午時(shí)分的太陽(yáng)高度角β——光伏陣列傾角計(jì)算傾斜面上的太陽(yáng)輻射量，通常采用Klein計(jì)算方法。利用RETScreen軟件，采用所選工程代表年的太陽(yáng)輻射資料，計(jì)算不同角度傾斜面上各月日平均太陽(yáng)輻射量，結(jié)果如下表所示。表5-21月492.0491.3498.5501.6504.6507.52月514.5516.7518.8520.7522.6524.33月576.0576.5576.9577.1577.2577.24月596.9591.5594.0592.4590.7588.85月568.3561.7563.1560.3557.4554.46月460.9458.6456.2453.8451.2448.67月461.3463.2461.0458.7456.4453.98月477.7476.2474.6473.0471.3469.49月487.2486.9486.5486.0481.4484.710月479.7480.9481.9482.9483.8484.511月469.0471.7474.4476.9479.3481.612月470.3473.8477.2480.5483.7486.8總量6057.76061.16063.26064.06063.66061.8根據(jù)計(jì)算，本工程確定光伏陣列的最佳傾角為22°，其各月累積一年的太陽(yáng)輻射量最大。1.4逆變器選型1.4.1逆變器單機(jī)容量選擇大型光伏并網(wǎng)電站，宜選擇大功率集中型逆變器，以簡(jiǎn)化系統(tǒng)接線，同時(shí)大功率逆變器效率較高，利于降低運(yùn)行損耗、提升光伏電場(chǎng)整體效率。目前市場(chǎng)上大功率逆變器有以下幾種，630KW、500KW、330KW、250KW、200KW、100KW。兆瓦級(jí)逆變升壓成套設(shè)備，國(guó)內(nèi)尚無(wú)定型產(chǎn)品，大多數(shù)電站一般仍采購(gòu)分體設(shè)備，通過(guò)組合實(shí)現(xiàn)逆變、升壓功能。國(guó)外已有的定型產(chǎn)品，但其升高電壓多為20KV，不太適合國(guó)內(nèi)運(yùn)用。對(duì)于630KW、500KW、330KW、250KW、200KW、100KW大型逆變器可通過(guò)多機(jī)并聯(lián)為1MW單元，配1MW箱式變壓器，組成1MW光伏逆變升壓?jiǎn)卧＝M成的光伏逆變升壓?jiǎn)卧?，有許多優(yōu)點(diǎn)。包括簡(jiǎn)化接線，節(jié)省占地，運(yùn)行方便，投資經(jīng)濟(jì)等，但是集中型逆變器MPPT最大效率跟蹤效果不好，不能最大化利用太陽(yáng)能，而中小型逆變器大多數(shù)具備同時(shí)跟蹤2-3路組串功能。為了更好的利用光照資源，實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)最大化，推薦使用中型28kW逆變器。主要原因是逆變器具備同時(shí)多路MPPT跟蹤功能，能夠使光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到更高，能提升光伏電站整體效率。同時(shí)，單機(jī)功率小的逆變器每瓦平均外形尺寸小，占地更小，安裝方便，節(jié)省逆變器土建基礎(chǔ)，能夠更好的發(fā)展農(nóng)業(yè)。1.4.2逆變器配置選擇對(duì)于中壓并網(wǎng)項(xiàng)目，逆變器配置中，建議不需隔離變壓器，可由其逆變器交流輸出一次升壓，以提升整機(jī)效率。中型逆變器配置，以適應(yīng)戶(hù)外運(yùn)行為宜，以節(jié)省土建投資。同時(shí)，逆變器還應(yīng)具備以下功能：適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)多年環(huán)境溫度-30℃～+40℃采用MPPT技術(shù)，跟蹤電壓范圍要寬、最大直流電壓要高；提供人機(jī)界面及監(jiān)控系統(tǒng)；具有極性反接保護(hù)、短路保護(hù)、孤島效應(yīng)保護(hù)、交流過(guò)流及直流過(guò)流保護(hù)、直流母線過(guò)電壓保護(hù)、電網(wǎng)斷電、電網(wǎng)過(guò)欠壓、電網(wǎng)過(guò)欠頻、光伏陣列及逆變器本身的接地檢測(cè)及保護(hù)功率(對(duì)地電阻監(jiān)測(cè)和報(bào)警功能)等，并相應(yīng)給出各保護(hù)功能動(dòng)作的條件和工況(即時(shí)保護(hù)動(dòng)作、保護(hù)時(shí)間、自成恢復(fù)時(shí)間等)。交直流均具有防浪涌保護(hù)功能；完全滿(mǎn)足《國(guó)家電網(wǎng)公司光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定(試行)》的要求，具有低電壓穿越功能，可調(diào)有功功率，交流電流諧波不超過(guò)允許值。1.5光伏方陣設(shè)計(jì)1.1.1太陽(yáng)能電池方陣支架的要求和間距計(jì)算方陣場(chǎng)安裝地的選擇應(yīng)避免陰影影響，各陣列間應(yīng)有足夠間距，一般要求在冬至日影子最長(zhǎng)時(shí)，前后兩排光伏陣列之間的距離要保證上午9點(diǎn)到下午3點(diǎn)之間前排不對(duì)后排造成遮擋。本項(xiàng)目在大棚頂進(jìn)行方陣布設(shè)，應(yīng)考慮前后兩排大棚間間距。光伏方陣支架采用鋼結(jié)構(gòu)，支架設(shè)計(jì)保證光伏組件與支架連接牢固、可靠，底座與基礎(chǔ)連接牢固。支架采用鋼結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)支架符合GB50205的要求。方陣緊固螺栓連接符合GB50205-2001中6.2的要求。光伏方陣陣列間距垂直距離應(yīng)不小于其直徑。在水平面垂直豎立的高為L(zhǎng)的木桿的南北方向影子的長(zhǎng)度為L(zhǎng)s，Ls/L的數(shù)值稱(chēng)為影子的倍率。影子的倍率主要與緯度有關(guān)，一般來(lái)說(shuō)緯度越高，影子的倍率越大。sinα=sinφsinδ+cosφcosδcosωsinβ=cosδsinω/cosαLs/L=cosβ×H/tan[arcsin(0.648cosφ-0.399sinφ)]其中，φ為當(dāng)?shù)鼐暥龋沪臑樘?yáng)赤緯，冬至日的太陽(yáng)赤緯為-23.5度；ω為時(shí)角，上午9:00的時(shí)角為45度。α為太陽(yáng)高度角β為太陽(yáng)方位角本項(xiàng)目光伏場(chǎng)地所在緯度為40.3°，太陽(yáng)組件排布方式：組件豎排，橫向?yàn)閮膳牛琓P672P光伏陣列前后排間距（不含前排陣列投影距離）計(jì)算結(jié)果為4.091米，考慮本項(xiàng)目在光伏電站下面發(fā)展農(nóng)業(yè)，間距取為5m。1.1.2光伏陣列排布大型光伏電場(chǎng)組件陣列的布置，一般通過(guò)光伏陣列分區(qū)、分級(jí)排布來(lái)實(shí)現(xiàn)。分區(qū)以光伏電場(chǎng)升壓變?cè)O(shè)備為對(duì)象，把光伏電場(chǎng)劃分為若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的交流發(fā)電子系統(tǒng)。本工程總?cè)萘繛?0MWp，按1.416MW/0.977MW為單元分區(qū)，為15個(gè)分區(qū)。分級(jí)是在每個(gè)分區(qū)內(nèi)，對(duì)光伏組件陣列進(jìn)行分級(jí)，匯流箱下轄一級(jí)光伏陣列，匯流柜下轄二級(jí)光伏陣列。1.6光伏子方陣設(shè)計(jì)1.6.1電池實(shí)際工作溫度范圍確定表5-3250W組件參數(shù)名 稱(chēng)單 位性能參數(shù)最大功率WpW250開(kāi)路電壓VocV37.7工作電壓VmpV30.3短路電流IscA8.69工作電流ImpA8.27電壓溫度系數(shù)%/℃-0.33電流溫度系數(shù)%/℃0.06工作溫度范圍℃-40～85NOCT℃45±2組件尺寸mm1640×992×40重量kg20以上數(shù)據(jù)是在標(biāo)準(zhǔn)條件下測(cè)得的，即：電池溫度為25℃，太陽(yáng)輻射為1000W/m2、地面標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光譜輻照度分布為AM1.5。據(jù)***氣象數(shù)據(jù)顯示為：極端最高氣溫：42.6℃極端最低氣溫：-16.4℃由于電站工作在白天，太陽(yáng)能電池的實(shí)際工作的環(huán)境溫度范圍可?。?30℃～55℃。1.6.2串聯(lián)回路組件數(shù)量確定目前，市場(chǎng)上集中型大功率并網(wǎng)逆變器的直流輸入電壓1000V左右，最大功率點(diǎn)跟蹤范圍500V～850V。組件串應(yīng)保證逆變器直流輸入?yún)?shù)在70℃時(shí)的逆變器MPPT電壓滿(mǎn)足條件，-35℃時(shí)的開(kāi)路電壓滿(mǎn)足條件。由計(jì)算可知，對(duì)于250W晶體硅組件，當(dāng)每串組件為20塊時(shí)，晶體硅組件串在最低溫度下的開(kāi)路電壓為：20*37.7*（1+0.35%*60）=912.34V，小于逆變器最大直流電壓1000V。正常工作時(shí)，晶體硅組件串的工作電壓為：20*30.3*（1-0.45%*45）=519.94V，并網(wǎng)逆變器MPPT電壓范圍為450-850V，可滿(mǎn)足使用要求。若選擇每個(gè)支路的電組件數(shù)量較大，則最低溫度時(shí)開(kāi)路電壓將突破極限，損壞系統(tǒng)；若選擇每個(gè)支路的組件數(shù)量較小，組串工作電壓雖可能在MPPT范圍內(nèi)，但是電壓較低，損耗較大。綜上所述，本工程選定為20塊/串。1.6.3光伏陣列單元設(shè)計(jì)大型光伏電場(chǎng)實(shí)際上都是由若干個(gè)相同的光伏陣列單元構(gòu)成。光伏陣列單元組件數(shù)量一般取單串組件數(shù)量的整數(shù)倍。光伏組件陣列采取單元化設(shè)計(jì)，以便于串聯(lián)回路接線和結(jié)構(gòu)支架安裝。本工程TP672P組件以20塊組件共1個(gè)組件串設(shè)計(jì)為一個(gè)陣列單元，光伏組件采取豎向排列，上下共兩排。各組件之間留20mm縫隙，便于安裝和過(guò)風(fēng)。陣列單元示意圖如圖5-3所示圖5-3TP672P光伏陣列單元排布圖在TP672P光伏陣列中，每塊組件功率為250W，每個(gè)陣列單元的功率為：18*250W=4.5KWp。本工程按1.416MWp光伏陣列進(jìn)行分區(qū)，每個(gè)分區(qū)集中逆變升壓。每個(gè)分區(qū)布置整數(shù)個(gè)光伏組串單元，設(shè)計(jì)為142個(gè)。1.416MWp分區(qū)實(shí)際總功率分別為：142*40*250=1.41642MWp。光伏電場(chǎng)共18個(gè)光伏分區(qū)，總功率20MWp。每個(gè)分區(qū)陣列單元分成東西兩部分，中間間距為6米，用于建筑道路。逆變升壓站安裝于道路旁陣列中間位置。東西兩分區(qū)內(nèi)各陣列單元左右間距設(shè)計(jì)為0.5m，TP672P組件1.416MW陣列單元排布如圖5-4所示。圖5-4TP672P組件1.416MW陣列單元排布圖1.7方針接線方案設(shè)計(jì)光伏方陣電氣連接主要是系統(tǒng)直流側(cè)的電氣連接，具體的電氣連接為，通過(guò)組件自帶的導(dǎo)線，將每個(gè)支架的20塊組件串聯(lián)在一起，形成1個(gè)組件串，1.416MW多晶硅光伏方陣共有142個(gè)組件串，根據(jù)組件并聯(lián)方式設(shè)計(jì)，5個(gè)組件串經(jīng)過(guò)光伏方陣接線逆變器成1路，6個(gè)逆變器接一個(gè)交流匯流盒，經(jīng)過(guò)光伏方陣接線交流匯流盒后1.416MW多晶硅光伏方陣經(jīng)過(guò)直埋電纜送入安裝在分站房?jī)?nèi)的容量為1500kva箱變中，1.1416MW陣列單元電氣接線如圖5-5所示。圖5-51.416MW陣列單元電氣接線圖1.8輔助技術(shù)方案1.8.1積雪處理根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蚯闆r，冬季降雪天氣較少，而光伏組件又有以下特點(diǎn)：1）組件上表面為玻璃結(jié)構(gòu)，且采用自潔涂層，光滑度高，不易積雪。2）組件朝向正南方向，且有30度的安裝傾角，冬