限電條件下光伏方陣改造方案分析

趙 振 興

(龍?jiān)?北京)太陽能技術(shù)有限公司，北京 100034)

限電條件下光伏方陣改造方案分析

趙 振 興

(龍?jiān)?北京)太陽能技術(shù)有限公司，北京 100034)

以青海格爾木某光伏電站改造工程為例，對(duì)項(xiàng)目地太陽能資源及發(fā)電量進(jìn)行了分析，提出了系統(tǒng)改造方案，對(duì)組件、逆變器進(jìn)行了選型。在限電條件下，對(duì)改造前后發(fā)電量的變化進(jìn)行了理論計(jì)算，得出了光伏電站限功率運(yùn)行下?lián)p失的發(fā)電量比例。

限電，非晶硅，單晶硅，發(fā)電量計(jì)算

目前先期(2010年)投產(chǎn)的非晶硅組件的發(fā)電量比同期多晶硅組件的發(fā)電量低30%，非晶硅組件轉(zhuǎn)換率低下，致使該發(fā)電系統(tǒng)長期無法滿負(fù)荷工作，造成大量的資源浪費(fèi)。同時(shí)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，單晶硅的轉(zhuǎn)換效率在不斷提高，價(jià)格逐步下降，通過用單晶硅組件替代非晶硅組件可以充分的利用場地資源，提高發(fā)電效率，達(dá)到良好的經(jīng)濟(jì)效果。

1 太陽能資源分析及發(fā)電量計(jì)算

1)站址概述。電站場址距離格爾木市中心29 km，距離南側(cè)的109國道約1.5 km～2 km，海拔約2 900 m～3 000 m，交通便利，具有良好的建設(shè)條件。電站生活、綠化、雜用水源利用已打的地下水井，地下水位約200 m。

2)項(xiàng)目地太陽能資源。青海海拔高，大氣潔凈，空氣干燥，太陽的總輻射較大。全區(qū)年總輻射多在5 860 MJ/(m2·年)～7 540 MJ/(m2·年)之間，屬于太陽能資源豐富區(qū)。青海省太陽能資源最好的地區(qū)為海西州三行委，二市，三縣和玉樹州西部，其次是海北州和海南州，最后是玉樹州東部，西寧市，果洛州，黃南州和海東區(qū)。青海高原是我國日照時(shí)數(shù)的高值中心之一，全年平均日照時(shí)數(shù)在2 500 h～3 650 h之間，年均日照率達(dá)60%～80%。根據(jù)格爾木氣象站測得的近15年數(shù)據(jù)，格爾木地區(qū)年均太陽輻射量為1 882.77 kW·h/m2。從圖1可以看出，格爾木地區(qū)輻射資源最好的月份為5月～8月，均達(dá)到200 kW·h/m2以上；11月至次年2月輻射量較低，月均在110 kW·h/m2以下。

3)發(fā)電量計(jì)算。本次改造7號(hào)逆變器和8號(hào)逆變器采用340 Wp單晶硅組件，組件數(shù)量3 136塊，容量1 066.24 kWp；9號(hào)逆變器利用原有非晶硅系統(tǒng)。根據(jù)PVsyst建模仿真，電站首年發(fā)電小時(shí)數(shù)1 796 h，20年平均年發(fā)電小時(shí)數(shù)為1 655 h。

2 電力系統(tǒng)改造方案

1)電站接入系統(tǒng)。本次改造利用原有的接入系統(tǒng)。

2)非晶硅方陣改造方案。本工程原使用非晶硅組件的裝機(jī)容量1.5 MWp，共六個(gè)方陣，每個(gè)方陣250 kWp，每兩個(gè)方陣接入一個(gè)500 kW的逆變器，共計(jì)三個(gè)逆變發(fā)電單元。每個(gè)光伏方陣支架共11排，其中每排由14個(gè)支架構(gòu)成。本次計(jì)劃改造兩個(gè)光伏方陣中的1排～14排，拆除原有的非晶硅組件7 056塊(352.8 kW)安裝單晶硅組件(1 066.24 kW)。本逆變發(fā)電單元中1排～7排(533.12 kW)接入原7號(hào)逆變器，8排～14排(533.12 kW)接入原8號(hào)逆變器；原有15排～22排非晶硅組件(201.6 kW)接入9號(hào)逆變器用于補(bǔ)足此逆變單元的衰減。拆除后的非晶硅組件用于光伏蔬菜大棚的建設(shè)。

3)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本次改造工程光伏電池組件采用340 Wp單晶硅組件，安裝方式采用固定式。本次改造接入原逆變器室內(nèi)的2臺(tái)500 kW逆變器，配3 136塊組件，總計(jì)安裝1 066.24 kWp。固定陣列每套支架安裝16塊組件，通過串聯(lián)后達(dá)到逆變器最佳工作電壓，由電纜連接至光伏防雷匯流箱進(jìn)行匯流，光伏防雷匯流箱出線并聯(lián)接至逆變器前直流匯流柜。逆變器輸出至交流柜，匯流后經(jīng)升壓變升至35 kV送出。本次改造系統(tǒng)共計(jì)14排，每排由14個(gè)組串構(gòu)成并入500 kW逆變器，共計(jì)224串光伏組件串并聯(lián)而成，組件安裝容量為1 066.24 kW。

4)組件選型。綜合考慮制造技術(shù)、產(chǎn)品性能、使用壽命、光電轉(zhuǎn)化效率、組件價(jià)格、能否量產(chǎn)等因素初步選定本工程太陽電池為單晶硅340 Wp太陽電池。在大型光伏并網(wǎng)電站的建設(shè)中，選擇尺寸大、工作電壓高和峰值功率高的組件，除了可以相對(duì)節(jié)約土地使用面積、基礎(chǔ)施工量和支架用材以外，還可以減少大功率并網(wǎng)逆變器直流輸入端的串聯(lián)組件數(shù)量，從而減少直流電纜和組串匯流箱的數(shù)量。本次改造工程選用峰值功率為340 Wp的單晶硅電池組件。340 Wp電池組件效率為17.54%，10年內(nèi)衰減率不大于10%，25年總衰減率不大于20%[1]。

5)逆變器的選型。本工程逆變器可利用原有的500 kW逆變器及其直流匯流柜。光伏并網(wǎng)逆變器是光伏電站的核心設(shè)備之一，其基本功能是將光伏電池組件輸出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電；此外，它還有自動(dòng)運(yùn)行停止功能、最大功率跟蹤控制功能、防孤島運(yùn)行功能等。

3 限電條件下發(fā)電量分析

理論分析：光伏方陣典型日發(fā)電功率隨時(shí)間變化可以近似為正弦曲線。為了簡化問題，可設(shè)改造前發(fā)電功率函數(shù)為y=sin(x)，峰值為1；改造后發(fā)電功率函數(shù)為y=1.5sin(x)，峰值為1.5。由于目前光電站限發(fā)功率為逆變器功率的92%，故改造前后限電功率值均為y=0.92，如圖2所示。

1)不限電時(shí)：

2)改造前實(shí)際發(fā)電量：y0=0.92與y=sin(x)相交于兩點(diǎn)，經(jīng)計(jì)算，x為66.926°(弧度1.168)和113.074°(弧度1.973)。改造前由于限電，實(shí)際日發(fā)電量為y=0.92與y=sinx圍合的區(qū)域面積。

3)改造后實(shí)際發(fā)電量：y0=0.92與y=1.5sin(x)相交于兩點(diǎn)，經(jīng)計(jì)算，x為37.831°(弧度0.66)和142.169°(弧度2.481)。改造后由于限電，實(shí)際日發(fā)電量為y=0.92與y=1.5sinx圍合的區(qū)域面積(直線以下的面積)。

4)改造前后實(shí)際發(fā)電量的差值為以上2)，3)計(jì)算結(jié)果之差，即實(shí)際增發(fā)電量為2.095-1.957=0.138(圖2中三條曲線圍合區(qū)域之面積)。

限電情況下，實(shí)際增發(fā)電量與改造前實(shí)際發(fā)電量之比為：0.138/1.957=7.05%；

限電情況下，增加的發(fā)電能力損失掉的比例為：(3-2.095)/(3-2)=90.5%。

4 結(jié)語

1)非晶硅改造為單晶硅后，發(fā)電功率峰值提高約50%，逆變器、變壓器及電纜等電氣設(shè)備得到了充分利用；

2)光伏電站在限功率運(yùn)行條件下，增加的發(fā)電能力90%以上被損失了；且增加發(fā)電能力50%時(shí)，增加發(fā)電量7.05%，即僅早晚多發(fā)一些電量。故方陣改造的收益主要取決于限電的情況，應(yīng)盡量提高滿發(fā)小時(shí)數(shù)，避免棄光造成的經(jīng)濟(jì)損失。

[1] GB 50797—2012,光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

AnalysisofPVarrayrenovationundertheconditionofpowerrationing

ZhaoZhenxing

(Longyuan(Beijing)SolarEngineeringTechnologyCo.,Ltd,Beijing100034,China)

Taking the photovoltaic power plant renovation project (Golmud,Qinghai) as an example, solar energy resource and power generation are analyzed. The scheme of system improvement is put forward. Photovoltaic modules and inverter are selected. In the condition of power rationing, the change of power generation before and after the renovation is theoretically calculated. The loss of power generation under the limited power operation of the photovoltaic power station is obtained.

power rationing, amorphous silicon, monocrystalline silicon, power generation calculation

TM615

A

1009-6825(2017)26-0186-02

2017-07-04

趙振興(1983- )，男，工程師