高裝機(jī)量光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

毛繼磊 李樺芃

摘要：隨著能源危機(jī)問題的不斷加劇，尋找替代能源的緊迫性己越來越高。作為一種可再生清潔能源，太陽能取之不盡用之不竭，己被作為化石能源的替代能源，被廣泛開發(fā)和利用。目前，太陽能發(fā)電可以采用光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)將光能轉(zhuǎn)換成電能再并入電網(wǎng)。因此，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的研宄與設(shè)計(jì)具有十分重要的意義。本文研宄和設(shè)計(jì)村級光伏扶貧電站建設(shè)項(xiàng)目，光伏扶貧貧困村擴(kuò)容項(xiàng)目設(shè)計(jì)施工使用可利用魚塘建設(shè)漁光互補(bǔ)光伏電站，建設(shè)容量合計(jì)1.8MW。全部采用固定式支架安裝，采用單晶300Wp組件，每20塊組件為1串（少量為16/17塊1串），每8/9串接入1臺(tái)50kW逆變器，逆變器接入380V低壓并網(wǎng)箱，并網(wǎng)箱接入變壓器低壓側(cè)，場區(qū)設(shè)1臺(tái)200kVA、4臺(tái)400kVA的變壓器，各變壓器最終以10kV接入電網(wǎng)。

關(guān)鍵詞：光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng);硬件電路

1引言：

能源是人類社會(huì)存在與發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。目前的世界能源結(jié)構(gòu)是以煤炭、石油、天然氣等化石能源為主體的結(jié)構(gòu)。而化石能源是不可再生的資源，在生產(chǎn)和消費(fèi)過程中有大量的污染物排放，破壞生態(tài)與環(huán)境。不論是從今年兩會(huì)提出的碳達(dá)峰、碳中和的國家戰(zhàn)略，還是從特殊用途解決現(xiàn)實(shí)能源供應(yīng)問題出發(fā)，開發(fā)利用太陽能都具有重大戰(zhàn)略意義。我國屬世界上太陽能資源豐富的國家之一，全國總面積2/3以上地區(qū)年日照時(shí)數(shù)大于2000小時(shí)，屬世界太陽能資源豐富地區(qū)之一。

2總體設(shè)計(jì)方案

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。集中式光伏陣列受到光照后將光能轉(zhuǎn)換成電能，以直流電壓的形式傳給后級。直流側(cè)的大電容對直流側(cè)電壓起到穩(wěn)壓的作用。光伏陣列輸出的直流電壓經(jīng)過Boost電路升壓成幅值更大的直流電壓，接著被逆變器變換成三相交流電壓。逆變器接入380V低壓并網(wǎng)箱，并網(wǎng)箱接入變壓器低壓側(cè)，各變壓器最終以10kV接入電網(wǎng)。為了盡可能減少光伏并網(wǎng)對電網(wǎng)造成的不利影響，輸出電壓必須盡可能與電網(wǎng)電壓幅值相等、相位相同。因此，系統(tǒng)還需要采樣電路，采樣電路對電壓和電流進(jìn)行檢測，將采樣到的實(shí)際值與參考值進(jìn)行對比，從而及時(shí)調(diào)整逆變器開關(guān)管的占空比，使得輸出電壓和電流處于合理的范圍內(nèi)。

3光伏系統(tǒng)的分析與硬件選型

3.1區(qū)域太陽能資源分析

安徽省太陽能資源空間分布趨勢為北高南低，碭山縣、亳縣的太陽能資源最好;由此向南，隨著云雨天氣的增多，總輻射量隨之減少。安徽的太陽能水平面總輻射量在1250～1400kWh/m2之間，屬于太陽能資源“豐富”地區(qū)。安徽省屬于太陽能資源“豐富”地區(qū)，但由于安徽省目前僅有合肥、屯溪2日射觀察站，項(xiàng)目所在安慶市望江縣，無直接太陽能資源數(shù)據(jù)。本項(xiàng)目采用光伏行業(yè)權(quán)威氣象數(shù)據(jù)庫軟件Meteonorm 7的太陽能輻射數(shù)據(jù)進(jìn)行了相關(guān)分析，詳細(xì)情況見表3-1

3.2太陽能資源評價(jià)結(jié)論

安慶的年平均氣溫約為17℃，冬季各月的平均氣溫均在5℃左右，并不算冷;夏季各月的平均溫度在25-28℃左右，極端最高氣溫也未超過40℃，不算太熱，無霜期在250天左右。安慶降水充沛，年平均降水量1300mm-1500mm，主要集中在4-8月，占年降水總量的70%以上，特別是6-7月的梅雨期間，常有大到暴雨出現(xiàn)。經(jīng)計(jì)算，場址區(qū)域全年平均年太陽輻射量4831.2MJ/m2。根據(jù)太陽能資源評估方法得知，場址區(qū)域太陽能資源豐富，適宜建設(shè)太陽能電站。

3.3光伏發(fā)電系統(tǒng)的光伏組件選型

光伏組件是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，其各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)的優(yōu)劣直接影響著整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電性能。光伏組件性能的各項(xiàng)參數(shù)主要包括：標(biāo)準(zhǔn)測試條件下組件峰值功率、峰值電流、峰值電壓、短路電流、開路電壓、最大系統(tǒng)電壓、組件效率、短路電流溫度系數(shù)、開路電壓溫度系數(shù)、峰值功率溫度系數(shù)等。綜合以上條件，本設(shè)計(jì)選用晉能清潔能源科技股份公司生產(chǎn)的300Wp單晶硅高效光伏組件。

3.4光伏陣列運(yùn)行方式

光伏系統(tǒng)方陣支架的類型有簡單的固定支架和復(fù)雜的跟蹤系統(tǒng)。光伏組件的安裝方式有固定安裝式和自動(dòng)跟蹤式兩種型式。

固定方式與自動(dòng)跟蹤各有優(yōu)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)固定相比有較大的提高。設(shè)計(jì)采用漁光互補(bǔ)模式建在地面上，考慮投資和性價(jià)比及本項(xiàng)目安裝位置，光伏組件方陣采用固定式安裝

3.5逆變器選型

合理的逆變器配置方案對于提高太陽能光伏系統(tǒng)發(fā)電效率，減少運(yùn)行損耗。目前市場上的逆變器主要有3個(gè)主流方向：組串式逆變器、集中式逆變器、集散式逆變器。根據(jù)國內(nèi)主流逆變器供應(yīng)情況，組串式逆變器功率能級較多，單機(jī)容量與本項(xiàng)目單體電站容量匹配，故本設(shè)計(jì)采用組串式逆變器為最優(yōu)選擇。本方案按照50kW組串式逆變器設(shè)計(jì)。

3.6光伏陣列設(shè)計(jì)

在光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，光伏組件方陣的放置形式和放置角度對光伏系統(tǒng)接收到的太陽輻射有很大的影響，從而影響到光伏系統(tǒng)的發(fā)電能力。地面電站組件宜采用正南向最佳傾角布置。光伏組件一般可采用橫向或豎向布置方式，其中豎向布置方式在降雨或沖洗情況下的自清潔能力較強(qiáng)，因此應(yīng)用較為廣泛。考慮到本項(xiàng)目在地面建設(shè)光伏電站，組件形式采用豎向雙排布置。

4結(jié)語

國家讓我們接受高等教育的目的，不是為了讓我們擺脫貧困的家鄉(xiāng)，而是讓我們幫助家鄉(xiāng)擺脫貧困。本次設(shè)計(jì)以高裝機(jī)量光伏發(fā)電作為扶貧項(xiàng)目，本項(xiàng)目建設(shè)在3個(gè)廢棄魚塘內(nèi)，通過逆變器接入380V低壓并網(wǎng)箱，并網(wǎng)箱接入變壓器低壓側(cè)，各變壓器最終以10kV接入電網(wǎng)。并且通過加裝電能表，將電能表采集信息接入電網(wǎng)管理部門電力用戶用電信息采集系統(tǒng)，作為電能量計(jì)量和電價(jià)補(bǔ)貼依據(jù)，增加村民收入，穩(wěn)固脫貧成果。助力鄉(xiāng)村振興。

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