漁光互補(bǔ)光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計

徐立波

摘 要：設(shè)計了一個裝機(jī)容量為26.5kW的漁光互補(bǔ)光伏發(fā)電系統(tǒng)，通過實地考察，項目點水質(zhì)良好，太陽能資源豐富，魚塘周圍無遮擋，采光與通風(fēng)都達(dá)到建設(shè)電站的要求，且魚塘周圍地勢平坦，交通運(yùn)輸方便，確定了項目的可行性并進(jìn)行漁光互補(bǔ)電站的詳細(xì)設(shè)計，由于項目地選用的魚塘面積有限，綜合考慮到成本、發(fā)電量、收益等因素，經(jīng)再三比較分析得出本項目適合性價比較高的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，并設(shè)計組件的分布排版，合理進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)備的選型，對設(shè)備清單進(jìn)行統(tǒng)算，對電站的發(fā)電量進(jìn)行評估，最后進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析。

關(guān)鍵詞：漁光互補(bǔ);并網(wǎng)電站;傾斜角;效益分析

1 項目地地理氣象分析

本項目地點定為安徽省明光市官山村七里塘，位于安徽省東北部，居江淮分水嶺北側(cè)，地處東經(jīng)117.58°，北緯32.47°。本項目計劃光伏電站裝機(jī)容量26.5kW，占地面積251.8m2。

魚塘整體水位隨氣候與季節(jié)的變化有關(guān)聯(lián)，常年魚塘水位落差較小，水態(tài)生長環(huán)境較好，適合多種魚類和水生植物混合生長。魚塘內(nèi)主要養(yǎng)殖的水產(chǎn)品有鯽魚、草魚、泥鰍、龍蝦等。根據(jù)附近建筑工程設(shè)計資料，地下水對混凝土結(jié)構(gòu)沒有腐蝕性;對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋結(jié)構(gòu)沒有腐蝕性;沿線土對鋼筋混凝土無腐蝕性。魚塘周圍幾乎無樹木遮擋，通風(fēng)條件良好，一年四季的采光都較好，十分符合電站的選址要求。項目地太陽能資源較為豐富，多年平均總輻射量約為5110MJ/m2，全年平均日照時數(shù)為2710小時，屬于我國第三類太陽能資源中等類型區(qū)域，由此可見項目地有廣闊的利用發(fā)展前景。

2 漁光互補(bǔ)系統(tǒng)的設(shè)計

由于項目地選用的魚塘面積有限，無法做大規(guī)模電站，綜合考慮到成本、發(fā)電量、收益等因素，經(jīng)再三比較分析得出本項目適合性價比較高的有逆流并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，有逆流并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)成本相對較低，而且完全能夠滿足本設(shè)計的需要。

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中，電池組件的串聯(lián)匹配主要是通過依據(jù)所選逆變器的最大直流輸入電壓和所選逆變器的正常工作電壓輸入范圍來確定。所匹配的電池組件串的最大工作范圍不能超過逆變器的MPPT電壓的輸入范圍[1]，組件串最大開路電壓不能超過逆變器的最大直流輸入電壓。組件串的最大工作電壓不僅會隨著太陽能輻射強(qiáng)度的變化而變化，而且還會隨著周邊環(huán)境溫度的高低實時變化著，因此，電池組件串的串聯(lián)匹配要綜合以下兩個因素。

2.1 電池組件的溫度系數(shù)

在25℃的標(biāo)準(zhǔn)條件下，電池組件的短路電流溫度系數(shù)是+0.55%/℃，開路電壓的溫度系數(shù)是-0.34%/℃，也就是說環(huán)境溫度高于25℃時，開路電壓會降低，短路電流會增大，當(dāng)環(huán)境溫度低于25℃時，開路電壓會升高，短路電流會降低。所以在進(jìn)行組件串的匹配時，需要考慮到開路電壓的溫度系數(shù)，為防止環(huán)境溫度過低，組串的開路電壓比逆變器的直流輸入電壓要大。

2.2 組件串并聯(lián)電壓與逆變器的匹配及MPPT工作電壓范圍匹配

在并網(wǎng)系統(tǒng)容量的設(shè)計時，組件串的串聯(lián)電壓一定要小于電池組件能耐受的最大系統(tǒng)電壓。與此同時，必須考慮系統(tǒng)所在地的最低環(huán)境溫度。組件串在最低溫度時的開路電壓，必須小于所匹配的逆變器可接受的最大直流輸入電壓，并且都要留有10%左右的余量。計算公式如下：

經(jīng)計算得出組件間距為2793.33mm，組件的空間間距為1283.58mm，考慮到魚塘的總面積以及組件間的間距，設(shè)計光伏方陣的排列方式為20塊組件進(jìn)行一組串聯(lián)，然后把串聯(lián)好的組件并聯(lián)起來，一共并聯(lián)5組。

3 設(shè)備選型

單晶硅與多晶硅的效率相近，但是多晶硅成本較低，價格相對比較便宜。多晶硅光伏組件功率規(guī)格較多，而且產(chǎn)品應(yīng)用較廣泛，因此綜合考慮組件效率、市場占有率、組件重量等多種因素后，本項目選用山西潞安規(guī)格為265W的多晶硅電池組件。對于逆變器的選擇，參照以下指標(biāo)進(jìn)行判定：

（1）具有完善的保護(hù)電路，系統(tǒng)可靠性高;

（2）具有較寬的直流電壓輸入范圍;

（3）液晶顯示各種運(yùn)行參數(shù)，人性化界面，可通過按鍵靈活設(shè)置各種運(yùn)行的參數(shù);

（4）具有電網(wǎng)保護(hù)裝置，防孤島保護(hù)功能等。

我國光伏市場目前主要有兩種逆變器，分別是組串式小功率逆變器和集中式大功率逆變器[2]。通過對逆變器產(chǎn)品的認(rèn)真考察后，本工程選用錦浪40kW的逆變器。本系統(tǒng)選用樂清華信的直流匯流箱，該直流匯流箱為6進(jìn)1出，本項目采用5進(jìn)1出的系統(tǒng)接入方式，將5路光伏陣列匯流成1路直流輸出，每個40kW的逆變器需要配置直流匯流箱1臺。水面類光伏陣列支架一般有架高式和漂浮式兩種方式。光伏組件的支架設(shè)計應(yīng)當(dāng)牢固、耐用，與各個組件與部分連接緊密牢固，經(jīng)過比較，架高式的支架系統(tǒng)初始投入資金較漂浮式的支架系統(tǒng)低，并且，該系統(tǒng)基本不用經(jīng)常維護(hù)檢修。而反觀漂浮式支架系統(tǒng)，初始啟動資金需求較高，后期維護(hù)困難且需要一定的維護(hù)成本，并不適用于項目地七里塘的水位較淺，水位變化較小的特征。綜合考慮后本工程決定選用目前技術(shù)最為成熟、成本相對較低、應(yīng)用相對廣泛的固定架高式安裝方式。大多數(shù)情況下，組件與組件之間的直流連接線纜其額定電流為各線纜中最大連續(xù)工作電流的1.25倍。本項目設(shè)計一串組件共由20塊組件連接組成，組件到組件之間的直流連接線纜選取的總長度為25米，經(jīng)計算，此時的電流為42.5A，電壓為624V，然后根據(jù)線纜截面積的計算公式進(jìn)行計算S=0.0176×10-6×25×42.5×1.25/0.02×624≈187mm2，綜合考慮選用截面積為6mm2的直流線纜，需要此種規(guī)格的線纜5根25米長的直流線纜串聯(lián)組件;組件與匯流箱之間需要5米長的同規(guī)格的直流線纜進(jìn)行連接;匯流箱至逆變器之間同樣選用10米長的同規(guī)格的直流線纜進(jìn)行連接。本項目采用上海勝華電線電纜公司160米長的截面積為6平方毫米的直流線纜。

4 成本和效益分析

4.1 設(shè)備清單及價格

4.2 利用峰值日照時數(shù)計算年發(fā)電量

4.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

經(jīng)查詢資料，國家發(fā)改委發(fā)布的《關(guān)于完善光伏發(fā)電上網(wǎng)電價機(jī)制的通知》可以了解到2019年安徽省滁州市收購并網(wǎng)的電價為0.45元/千瓦時，補(bǔ)貼價為0.1元/千瓦時。由已知計算年收益：

參考文獻(xiàn)：

[1]李鐘實.太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計施工與應(yīng)用[M].人民郵電出版社，2012：199-200.

[2]劉繼軍.分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)問題研究[J].電氣開關(guān)，2014，52（02）：66-68.