光伏系統方案設計及發電量計算    

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的高效性、先進性、成熟穩定性和展示性。在系統設計過程中，將嚴格遵循以下原則：

高效性：本工程屬于并網光伏電站，如果在25年內能夠產生更多的電能將帶來更多的利益，因此系統在較高的效率下運行十分必要。設計過程中應對系統進行優化，最大限度降低損耗，提高系統發電效率。

先進性：光伏發電技術在國內屬于新興高新技術，在進行本工程系統設計的過程中，通過優化系統配置、優先選擇國內先進的關鍵設備，實現智能控制，以保證系統的先進性。

成熟穩定性：本工程為并網光伏系統，系統以10kV接入開發區配電線側，因此，系統并網運行的成熟穩定性至關重要。本系統將采用先進成熟的技術與設備，結合完善的保護措施，以保證系統穩定并網運行。

展示性：本工程是并網光伏電站與建筑完美結合示范工程，光伏系統整體的運行數據，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，宣揚環保理念。

6.1.2 設計概述

根據本項目的建設規模、目前技術發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“分塊發電、用戶側并網方案”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光伏發電系統組成。500kW光伏并網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。

電池組件串聯數量計算公式如下：

INT（Vdc min/Vmp）≤N≤INT（Vdc max/Voc）

經計算得出：

串聯多晶硅太陽能電池數量N為：15＜N＜23，考慮溫度變化系數，取太陽電池組件19塊串聯，單列串聯功率P=19×260=4940Wp；單臺500kW光伏并網逆變器需要配置太陽電池組件并聯的數量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，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，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，1012列支路并聯的陣列，實際功率達到4.99928MW。

光伏所發電量經逆變升壓后匯集1路10KV光伏線接入園區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）各個光伏發電單元系統之間沒有直流和交流的直接電氣聯系，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的運行；

（4）便于電網的投切和調度；

（5）方便運行維護。

6.1.4光伏電站系統組成

本工程主要由光伏陣列、逆變升壓、高壓輸配電、監控等幾部分構成。

（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）并網逆變：主要由并網逆變器、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）遠程監測系統：主要由光伏系統監控及高壓輸配電監控兩部分構成。

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，同時將直流電轉換成為與電網頻率和相位均相同的交流電能，符合電網并網發電的要求；逆變器發出的交流電能經過升壓變壓器升壓至10kV后并入園區電網配電側。

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

光伏并網逆變器發出的交流電是低壓交流電，經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電力系統要求設計繼電保護和通訊單元。

6.2 光伏系統設計

6.2.1 設計依據

光伏直流部分主要設計依據表

6.2.2 光伏發電系統構成

本電站的光伏發電系統主要由光伏陣列和并網逆變兩部分構成。

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）并網逆變：主要由并網逆變器、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方面我國2007年已成為第三大光伏電池組件生產國，生產的組件主要出口到歐美等發達國家。2008年我國已能規模化生產硅原料，使得硅原料價格大幅下滑，并還有繼續下降的空間，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。當前商業應用的薄膜電池轉化效率較低。非晶硅薄膜電池商業化生產技術較為成熟，并已在國內形成產能。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，節約電耗，總的生產成本較低。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）國內組件的層壓技術已經達到世界先進水平。