集中式光伏發(fā)電站設(shè)備選型要點(diǎn)

張國(guó)旗

[摘 ? ?要 ]世界能源發(fā)展正處于一個(gè)前所未有的大變革時(shí)代。自工業(yè)革命以來，化石能源的大規(guī)模開發(fā)極大地促進(jìn)了人類文明的進(jìn)步，但也帶來了資源短缺、環(huán)境污染、氣候變化、健康貧困等問題。推進(jìn)世界能源轉(zhuǎn)型是實(shí)現(xiàn)全人類可持續(xù)發(fā)展的必由之路。從能源行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)來看，中國(guó)終端能源的用電比例將繼續(xù)增加，清潔低碳是能源發(fā)展的主要趨勢(shì)。在此基礎(chǔ)上，對(duì)集中式光伏電站的設(shè)備選型要點(diǎn)進(jìn)行了研究，僅供參考。

[關(guān)鍵詞]集中式;光伏發(fā)電站;設(shè)備選型

[中圖分類號(hào)]TM615 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）06–0–02

[Abstract]The world's energy development is in an unprecedented era of great changes. Since the industrial revolution， the large-scale development of fossil energy has greatly promoted the progress of human civilization， but it has also brought about problems such as resource shortage， environmental pollution， climate change， and health poverty. Promoting the world's energy transition is the only way to realize the sustainable development of all mankind. From the perspective of the development trend of the energy industry， the proportion of electricity consumption in China's final energy will continue to increase， and clean and low-carbon energy is the main trend in energy development. On this basis， the main points of equipment selection for centralized photovoltaic power plants have been studied for reference only.

[Keywords]centralized; photovoltaic power station; equipment selection

作為一個(gè)工業(yè)和人口大國(guó)，我國(guó)的能源需求不斷增長(zhǎng)。為了確保工業(yè)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，滿足人們的生活需要，新的光伏能源應(yīng)運(yùn)而生。光伏發(fā)電不僅補(bǔ)充了電力工業(yè)的建設(shè)，而且減少了能源供應(yīng)緊張，防止了污染和破壞生態(tài)環(huán)境，大大促進(jìn)了新能源的開發(fā)和利用。

1 光伏發(fā)電行業(yè)的發(fā)展概況

太陽能光伏產(chǎn)業(yè)始于20世紀(jì)80年代，在第6個(gè)五年計(jì)劃和第7個(gè)五年計(jì)劃期間，中央和地方政府將光伏產(chǎn)業(yè)與支助基金結(jié)合起來，使小型太陽能電池生產(chǎn)企業(yè)得以初步發(fā)展，并啟動(dòng)了早期的光伏發(fā)電準(zhǔn)備工作過去10a來，光伏發(fā)電行業(yè)發(fā)展尤為突出，光明項(xiàng)目、金太陽示范項(xiàng)目、領(lǐng)先計(jì)劃和網(wǎng)上招標(biāo)等政策和計(jì)劃促進(jìn)了光伏技術(shù)產(chǎn)品的應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)升級(jí)。由于政府的支持和國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的廣泛需求，中國(guó)的光伏組件、vps等設(shè)備在技術(shù)和市場(chǎng)份額方面處于世界領(lǐng)先地位。世界各國(guó)都在不斷更新光伏組件轉(zhuǎn)換的效率。近年來，單晶硅組件中出現(xiàn)了不同類型的電池，包括半片、黑硅、雙面、多主柵格（MBB）、發(fā)射電極和后鈍化電池（PERC）、n型單晶硅泡沫反射電池（N-PERT）。一家國(guó)內(nèi)部件制造商最近宣布其PERC60雙面組件的正向轉(zhuǎn)換效率為22.38%，打破了世界記錄。不斷提高各種光伏逆變器交直流側(cè)的自主額定功率、轉(zhuǎn)換效率和額定電壓，以減少電能損耗，提高電能產(chǎn)量。此外，越來越多的電力設(shè)備一體化，例如，發(fā)電廠配備了預(yù)先安裝的設(shè)備可以有效地減少安裝設(shè)備的成本和時(shí)間。

2 新能源光伏發(fā)電站項(xiàng)目建設(shè)的重要性

光伏發(fā)電是一種利用半導(dǎo)體接口的光伏效應(yīng)直接將光能轉(zhuǎn)換為太陽能的技術(shù)。這種技術(shù)可以減少發(fā)電過程中不必要的太陽能損失，電能轉(zhuǎn)換率超過80%。太陽能作為一種重要的可再生能源，可以改善目前世界能源短缺的狀況，避免各國(guó)之間因爭(zhēng)奪資源而發(fā)動(dòng)價(jià)格戰(zhàn)爭(zhēng)。光伏發(fā)電不需要發(fā)電設(shè)施的熱冷卻，不受地理?xiàng)l件限制，可以在人口稀少的地區(qū)進(jìn)行，大大節(jié)約了土地資源;與傳統(tǒng)的發(fā)電廠相比，光伏發(fā)電工藝和生產(chǎn)線更加簡(jiǎn)單，許多復(fù)雜步驟被忽略，節(jié)省了人力、物力和財(cái)力，機(jī)器和設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用大大降低。在太陽能轉(zhuǎn)化為電能的過程中，晶體硅作為電能存儲(chǔ)設(shè)備發(fā)揮著關(guān)鍵作用。晶體硅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)輸過程中不需要過多的保護(hù)措施，從而大大節(jié)省運(yùn)輸成本;超長(zhǎng)的使用壽命和長(zhǎng)達(dá)30a的可用性，大大節(jié)省了材料成本。

3 光伏電站機(jī)電設(shè)備安裝管理的影響要素

3.1 光伏陣列的遮擋因素

妨礙光伏陣列也是光伏電站機(jī)電設(shè)備管理和安裝質(zhì)量的一個(gè)重要原因。在缺乏合理設(shè)計(jì)和規(guī)劃的情況下，光伏系統(tǒng)在安裝時(shí)受到來自建筑物的陽光照射，這對(duì)整個(gè)光伏系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生了一定影響。熱斑效應(yīng)是光伏發(fā)電系統(tǒng)的遮擋效應(yīng)引起的熱斑效應(yīng)，導(dǎo)致系統(tǒng)中的電網(wǎng)脫離。熱斑效應(yīng)后，會(huì)影響光伏發(fā)電系統(tǒng)，降低太陽能輸出功率和光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電能力，在一定程度上也會(huì)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成部分產(chǎn)生質(zhì)的影響，從而此外，局部遮擋還可能影響光伏并網(wǎng)的P-V特性，從而導(dǎo)致最大功率跟蹤失敗。

3.2 故障檢測(cè)不到位

隨著近年來大型光伏電站設(shè)備的更新?lián)Q代十分頻繁，許多新設(shè)備投入使用，形成了提高大型光伏電站運(yùn)行效率的完善工作體系，但故障檢測(cè)問題逐漸出現(xiàn)在由于現(xiàn)代電氣設(shè)備日益復(fù)雜，整個(gè)工作系統(tǒng)變得非常復(fù)雜，復(fù)蓋面廣，導(dǎo)致復(fù)蓋面大幅度擴(kuò)大，因此缺乏故障檢測(cè)是目前管理光伏電站設(shè)備維護(hù)和保養(yǎng)的主要問題之一。為了保證整體運(yùn)行的穩(wěn)定，需要根據(jù)電氣設(shè)備的差異進(jìn)行多種檢測(cè)，采用不同的檢測(cè)方法，保證檢測(cè)結(jié)果的全面科學(xué)。對(duì)于電氣設(shè)備的運(yùn)行、故障設(shè)備的準(zhǔn)確定位和故障原因以及有針對(duì)性地維護(hù)，可以大大提高運(yùn)行效率和運(yùn)行維護(hù)質(zhì)量，但對(duì)于中國(guó)目前的維護(hù)系統(tǒng)，檢測(cè)方法非常簡(jiǎn)單，故障時(shí)檢測(cè)并不十分精準(zhǔn)。

4 集中式光伏發(fā)電站設(shè)備選型策略

4.1 就地升壓變壓器選型要點(diǎn)

大型光伏電站變換器交流側(cè)的低壓電力應(yīng)由現(xiàn)場(chǎng)升壓變壓器接入10 kV或35 kV電壓等級(jí)，然后通過采集線連接到升壓站（開關(guān)站）?，F(xiàn)場(chǎng)升壓變壓器類型原則上建議使用箱式變壓器（以下簡(jiǎn)稱箱式變壓器），常用的箱式變壓器類型有美式箱式變壓器、歐式箱式變壓器和中式箱式變壓器，其范圍和優(yōu)缺點(diǎn)如下。

（1）美國(guó)箱體結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、安裝方便，箱體具有熱性能好、適用性好、維護(hù)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，適用于地面大型電站、山區(qū)電站等大部分類型的光伏電站。

（2）歐洲式箱體改造采用獨(dú)立于每個(gè)單元的結(jié)構(gòu)，易于安裝，性能可靠，保護(hù)能力強(qiáng)。發(fā)生故障時(shí)，驅(qū)動(dòng)器易于更換，并可使用高壓負(fù)載開關(guān)遠(yuǎn)程操作。這是3個(gè)項(xiàng)目中價(jià)格最高的項(xiàng)目，適用于所有類型的光伏發(fā)電設(shè)施，特別是防火和環(huán)保要求高的發(fā)電設(shè)施，如補(bǔ)充型魚和配電。

（3）中國(guó)式箱體改造結(jié)合了美國(guó)式和歐洲式箱體改造的優(yōu)點(diǎn)。機(jī)身小巧、易于安裝、可靠、高效，箱體散熱性能良好。高壓充電開關(guān)可以遠(yuǎn)程操作。價(jià)格是在美國(guó)式的箱體變化和歐洲式的箱體變化之間，適用于大多數(shù)類型的光伏電站，例如大型地面電站和山區(qū)電站。

4.2 光伏電池方裝安裝方法和選擇

光伏電池方陣安裝方法主要是固定傾斜安裝方法、平面單軸跟蹤安裝方法、斜單軸跟蹤安裝方法、雙軸跟蹤安裝方法。雖然后兩種安裝方法可以提供更多電力，但初始投資較高，維護(hù)成本較高，因此不包括在內(nèi)。將最佳傾角固定安裝方法與單軸跟蹤安裝方法進(jìn)行比較：第一種高傾角固定安裝方法總體成本較低，地面面積較小，抗風(fēng)性較好，運(yùn)行維護(hù)工作量較低，發(fā)電量相對(duì)較低;后者發(fā)電量高，成本效益高，適合在平坦、開闊的土地上安裝。單軸安裝的效率估計(jì)較高。由于本項(xiàng)目的施工現(xiàn)場(chǎng)既有平坦地形，又有斜坡地形，并考慮到本項(xiàng)目可以提高效率和發(fā)電效率，因此平整區(qū)域的光伏組件采用平面單軸跟蹤支架安裝，傾斜區(qū)域的光伏組件采用固定最佳傾角安裝。

4.3 加強(qiáng)其他設(shè)備巡檢力度

此外，還需要建立科學(xué)合理的視察模式，可利用定期視察和抽查來確保設(shè)備的工作質(zhì)量。電氣電池板是整個(gè)電氣系統(tǒng)的重要原件，是運(yùn)行維護(hù)工作系統(tǒng)的重要組成部分，因此，在維護(hù)過程中要把重點(diǎn)放在日常檢查工作上，在檢查過程中要對(duì)電池板部件進(jìn)行良好的檢查重點(diǎn)應(yīng)放在驗(yàn)證正確的連接、連接過程規(guī)范上，避免出現(xiàn)不穩(wěn)定的連接問題，具體取決于國(guó)家有關(guān)部門制定的規(guī)范和原則。電池主板組件的運(yùn)行性能不能完全實(shí)現(xiàn)，應(yīng)根據(jù)電池主板組件的狀態(tài)及時(shí)清理，以避免積聚大量灰塵或灰塵，并降低自身的質(zhì)量。此外，在檢查過程中，應(yīng)檢查所有電氣設(shè)備鏈的連接問題。日常工作容易引起振動(dòng)，可能導(dǎo)致連接部位分離的情況。一般來說，每6個(gè)月需要定期檢查連接部分，以確保連接正常。

4.4 做好預(yù)防遮陰工作

做好遮光工作可以有效確保光伏發(fā)電系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備的安全穩(wěn)定。為了防止著色，設(shè)備安裝人員可以通過應(yīng)用最大功率算法的全局搜索功能來解決和處理該問題。電力公司必須對(duì)光伏系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)研究和分析，并根據(jù)分析結(jié)果采取措施加以處理，以改進(jìn)光伏電站太陽能網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的布局。在這一階段，電力公司研究了一種新型的并行發(fā)電結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)相互獨(dú)立，并有自己的獨(dú)立MPPT控制器，能夠全面控制組件模塊的最大功率，減少電力損失問題，確保光伏設(shè)備性能的穩(wěn)定性。

4.5 各逆變器類型分析及選型要點(diǎn)

目前常見的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，根據(jù)其系統(tǒng)功能可以分為兩類：為不含蓄電池的“不可調(diào)度式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)”和為系統(tǒng)包括蓄電池組作為儲(chǔ)能環(huán)節(jié)的“可調(diào)度式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)”。2018年在中國(guó)所占份額分別為34.6%、5.0%、60.4%，單價(jià)約為0.130、0.180、0.200元/W，高度、地震強(qiáng)度、污濁和鹽霧是決定其部件布局和所選設(shè)備類型的關(guān)鍵因素。以地勢(shì)低平的西北地區(qū)某發(fā)電廠設(shè)備選型為例，多最大功率點(diǎn)串聯(lián)變換器（MPPT）可以大大避免串聯(lián)斷裂造成的發(fā)電損失，但其價(jià)格劣勢(shì)將擴(kuò)大，更為可取價(jià)格優(yōu)勢(shì)較大的集中式逆變器。

5 結(jié)束語

有鑒于此，隨著中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力的重要性逐漸凸顯出來。為了保證電力工業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，光伏電站已成為發(fā)展的主導(dǎo)趨勢(shì)。因此，有必要保持社會(huì)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展，首先是改革設(shè)備跟蹤系統(tǒng)，審查維護(hù)系統(tǒng)，確保光伏發(fā)電設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，確保其穩(wěn)定供電，滿足社會(huì)需求。

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