綠色能源項(xiàng)目地面光伏并網(wǎng)發(fā)電站提質(zhì)增效研究

摘要：地面光伏發(fā)電有效利用太陽能生產(chǎn)能源，具有可再生、無污染特點(diǎn)。但是，光伏發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)中，卻存在電站盲目設(shè)計問題，能源利用率降低，無法發(fā)揮光伏發(fā)電效益，需制訂電站提質(zhì)增效方案。為了解決這一問題，對某集中式200"MWp地面光伏并網(wǎng)發(fā)電站進(jìn)行深入研究，從其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，多角度、多方面進(jìn)行探究，并制訂提質(zhì)增效方案，將其用于實(shí)際，以期為相關(guān)工作者提供參考。

關(guān)鍵詞：綠色能源""地面光伏發(fā)電""并網(wǎng)發(fā)電站""提質(zhì)增效

Research"on"Quality"Improvement"and"Efficiency"Enhancement"of"Ground"Photovoltaic"Grid"Connected"Power"Stations"in"Green"Energy"Projects

LIU"Houqiang

SPIC"Shandong"Ecological"Energy"Co.，"Ltd.，Ji’nan，"Shandong"Province，"250003"China

Abstract："Ground"photovoltaic"power"generation"effectively"uses"solar"energy"to"produce"energy，"with"renewable，"pollution-free"characteristics."However，"in"the"construction"of"photovoltaic"power"generation"projects，"there"are"problems"with"blind"design"of"power"stations，"reduced"energy"utilization"rate，"inability"to"fully"utilize"the"benefits"of"photovoltaic"power"generation，"it"is"necessary"to"formulate"plans"to"improve"the"quality"and"efficiency"of"power"stations."In"order"to"solve"this"problem，"an"in-depth"study"was"conducted"on"a"centralized"200"MWp"ground"photovoltaic"grid-connected"power"station，"exploring"its"system"structure"from"multiple"perspectives"and"aspects，"and"formulating"a"quality"improvement"and"efficiency"enhancement"plan，"which"will"be"used"in"practice，"in"order"to"provide"reference"for"related"workers.

Key"Words："Green"energy;"Ground"photovoltaic"power"generation;"Grid"connected"power"stations;"Quality"improvement"and"efficiency"enhancement

我國以綠色、清潔作為能源發(fā)展目標(biāo)，加快調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，提高綠色能源利用率，獲得顯著成效，特別是光伏發(fā)電爆發(fā)式增長，截至2023年末，發(fā)電量達(dá)到5"841.50"億kW·h，同比增長36.7%。而地面光伏并網(wǎng)電站利用太陽能電池光伏效應(yīng)，轉(zhuǎn)換太陽輻射為電能，經(jīng)并網(wǎng)逆變器將直流電轉(zhuǎn)化為交流電，接入公共網(wǎng)絡(luò)，發(fā)展較為迅速。為進(jìn)一步提高地面光伏并網(wǎng)發(fā)電效率與質(zhì)量，對其深入研究具有積極現(xiàn)實(shí)意義。

1"地面光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)概述

地面光伏并網(wǎng)發(fā)電借助光生伏特效應(yīng)生成電能，以濾波器、逆變器、變壓器等電氣設(shè)備，將電能輸送至電網(wǎng)，可緩解地區(qū)電力緊張，保證供電系統(tǒng)穩(wěn)定，促進(jìn)發(fā)電系統(tǒng)升級優(yōu)化[1]。地面光伏與公共電網(wǎng)是否有連接點(diǎn)是區(qū)分其離網(wǎng)或并網(wǎng)的重要方式。而并網(wǎng)還可細(xì)分為分布式與集中式兩種，以集中式200"MWp地面光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)為例，整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2地面光伏并網(wǎng)發(fā)電站提質(zhì)增效方案

2.1優(yōu)選太陽能電池組件

太陽能電池材料制造工藝不斷發(fā)展，涌現(xiàn)諸多太陽能組件。為實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效，應(yīng)選擇恰當(dāng)電池組件，考慮自身功率與發(fā)電效率的同時，顧及電站安裝難度、周圍環(huán)境、運(yùn)維條件等，保證電池組件使用壽命長、安裝便利[2]。根據(jù)太陽能電池市場化產(chǎn)品，不同電池類型特點(diǎn)見表1。

2.2優(yōu)選光伏陣列運(yùn)行模式

現(xiàn)有光伏陣列運(yùn)行分為自動跟蹤、傾角季度調(diào)節(jié)、固定式這3種[3]。其中，自動跟蹤式分為雙軸與單重模式，前者可實(shí)現(xiàn)縱向、橫向旋轉(zhuǎn)，實(shí)時改變傾角與方位角；后者僅東西旋轉(zhuǎn)，自東向西跟蹤太陽軌跡。傾角季節(jié)調(diào)節(jié)隨四季變化轉(zhuǎn)換光伏陣列，應(yīng)用較少，不予考慮；固定式安裝光伏陣列傾角不變，恒定接收太陽輻射量。根據(jù)以往綠色能源項(xiàng)目建設(shè)數(shù)據(jù)，對比光伏陣列1"MWp不同運(yùn)行方式效益，見表2。

跟蹤式光伏陣列發(fā)電量較高，建設(shè)與運(yùn)維成本卻較大，且清理難度高，多用于小規(guī)模示范，提供運(yùn)行數(shù)據(jù)。而固定式光伏陣列初始投資低、維護(hù)工作量小，基本免維護(hù)[4]。該項(xiàng)目綜合投資成本、運(yùn)維成本、施工難度，選擇固定式光伏陣列安裝模式。并且，根據(jù)實(shí)際負(fù)載確定最佳傾角，保證不同月份接受太陽輻射量均衡性，選用PVsyst軟件錄入氣象數(shù)據(jù)、站址位置等，計算最佳傾角38°，確定總輻射量。

式（1）中，是光伏陣列太陽輻射量；是年均水平面輻射量。該項(xiàng)目總輻射量5"991.83"MJ/m2，滿足項(xiàng)目提質(zhì)增效要求。

2.3"優(yōu)選電池組件支架間距

地面光伏陣列排布中，相鄰支架存在高差，加上早晚、障礙物陰影遮擋，需計算陰影系數(shù)，如圖2所示。

伴隨不同時間、季節(jié)、維度變化，障礙物陰影也隨之變化，可計算不同方向陰影長度如下。

式（2）、式（3）中：是太陽時角；是地理維度；是太陽赤緯角。該項(xiàng)目將經(jīng)緯度數(shù)據(jù)輸入其中，確定障礙物陰影存在正午小、早晚大的特電，考慮9：00-15：00太陽輻射強(qiáng)烈，以此作為光伏陣列不被遮擋的目標(biāo)布置支架間距，確定組件斜面高度3.98"m，垂直高度2.46"m，支架間距10.65"m。項(xiàng)目按照地形條件場地分區(qū)，針對性布置支架間距，如圖3所示。并將組件橫向排列，減少光伏支架數(shù)量的同時，便于后期清理。

2.4優(yōu)選方陣接線方式

2.4.1方陣匯流箱

地面光伏支路系統(tǒng)組件串之間、直流配電柜與匯流箱、匯流箱與組件串之間均連接專用光伏電纜。項(xiàng)目每臺逆變器連接組件串115個，采取8路直流匯集電纜接入直流配電柜，性能要求如下：（1）戶外壁掛安裝，滿足“三防”要求；（2）輸入回路配置專業(yè)高壓直流熔絲，無回路間影響，可達(dá)到DC1000V耐壓值；（3）可接入電池組件串16路，額定每路電流20"A；（4）輸出母線負(fù)極、正極對地，及正負(fù)極配有高壓防雷器；（5）實(shí)時監(jiān)測輸出母線電壓、進(jìn)線電流幅值，及防雷器、直流斷路器狀態(tài)。

2.4.2逆變器室

地面光伏陣列每個子陣設(shè)置2臺逆變器，按照就地逆變升壓原則，每個子方陣布置逆變器室，安裝升壓變與逆變器。項(xiàng)目陣列區(qū)域布置逆變器室40座。

2.4.3匯集子陣單元

光伏逆變器出口電壓通過箱式升壓變壓器達(dá)到10"kV，與10"kV集電線路并聯(lián)連接，匯集至開關(guān)室。每8個光伏子陣均經(jīng)1回10"kV集電線路，額定匯集容量10.10"MW，5條可匯集50.50"MW容量，符合設(shè)計容量要求。

2.5優(yōu)化并聯(lián)接入

地面光伏并網(wǎng)中，根據(jù)地方電力供需與負(fù)荷發(fā)展要求，結(jié)合公共電網(wǎng)條件，確定光伏發(fā)電匯集后，接入周圍220"kV變電站，采取發(fā)電上網(wǎng)并網(wǎng)模式，發(fā)電100%并網(wǎng)[5]。為提高發(fā)電站效率，采取以下優(yōu)化方式。

第一，無功補(bǔ)償。太陽能電池板功率因數(shù)約0.99，可看作純有功輸出。盡管逆變器自身能夠調(diào)節(jié)功率因數(shù)，卻受限于輸出電流幅值，需設(shè)置無功補(bǔ)償方能實(shí)現(xiàn)最大化發(fā)電效率。該項(xiàng)目根據(jù)就地平衡原則，站內(nèi)配置無功補(bǔ)償裝置，設(shè)定20"%新能源場站裝機(jī)容量，在10"kV側(cè)安裝±10"MVarSVG可調(diào)式無功補(bǔ)償裝置。

第二，濾波電感。光伏并網(wǎng)中濾波電感十分重要，對系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)性、直流電壓穩(wěn)定性具有直接影響，應(yīng)兼顧電流與電容穩(wěn)定要求。

3"地面光伏并網(wǎng)發(fā)電站提質(zhì)增效效果

3.1"發(fā)電效益

地面光伏并網(wǎng)電站受風(fēng)速、溫度、光照度等影響，根據(jù)提質(zhì)增效方案進(jìn)行建設(shè)，對其節(jié)能減排效果及建設(shè)可行性進(jìn)行分析。該項(xiàng)目按照系統(tǒng)損耗修正系數(shù)，確定系統(tǒng)總效率80%。并利用PVsyst軟件預(yù)測年發(fā)電量，計算首年發(fā)電量6"657.6"萬kW·h。而太陽能電池效率逐年遞減，按照25年使用壽命，以每年0.8"%衰減效率計算，確定25年年均電量6"056.0"萬kW·h。

3.2"環(huán)境效益

發(fā)電站建成后，首年發(fā)電量6"657.6"萬kW·h，計算額定發(fā)電量上網(wǎng)時間1"331"h，25年年均電量6"056.0"萬kW·h，上網(wǎng)1"211"h，可節(jié)約2.02萬t標(biāo)準(zhǔn)煤，減少4"9792"t二氧化碳排放量，1"496"t二氧化硫排放量，750"t氮氧化物排放量。

4"結(jié)論

綜上所述，提高地面光伏并網(wǎng)發(fā)電站工作效率，能夠提高光伏電站效益，有助于綠色能源發(fā)展，落實(shí)節(jié)能減排。因此，在地面光伏電站建設(shè)中，應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際情況，從光伏陣列運(yùn)行模式、電池組件支架間距、方陣接線方式、并聯(lián)接入這幾方面出發(fā)，確定提質(zhì)增效方案，有效提高光伏電站年均發(fā)電量達(dá)到6"657.6"萬kW·h，獲得良好效果。

參考文獻(xiàn)

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