【文章內容簡介】 海島嶼。這些項目的總投資超過 30 億人民幣。 無論是中國的荒漠面積還是城鄉(xiāng)屋頂面積，都足以用于太陽能光伏屋頂發(fā)電系統(tǒng)的大規(guī)模應用。 太陽能發(fā)電技術在中國尚處于早期商業(yè)應用階段，在政府的 支持下，尤其是在政府為解決無電 問題制定的計劃的推動下， 20世紀 90 年代以來光電技術應用得到了較快發(fā)展，年均增長速度超過 33%。隨著偏遠農村、牧區(qū)對電力需求的不斷增加和政府支持力度的加大，太陽能發(fā)電技術將得到較快發(fā)展。到 2021 年，光電將發(fā)展到 ，到 2020 年發(fā)展到 （年增長 30～35%）。 我國 2021 年在西部地區(qū)實施了 “光明工程 ”計劃，在隨后幾年里，太陽能電池的增長速度超過 30%，預計在今后 10 年里，以單晶硅和多晶硅太陽能電池為主的晶體硅太陽能電池還將獲得飛速發(fā)展。目前。我國尚有約 2700 萬戶農村人口還沒用上電，60%的有電縣嚴重缺電，光伏發(fā)電市場的發(fā)展?jié)摿薮?。我國目前已有幾家公司建成年產(chǎn) 20MW 的太陽能電池生產(chǎn)線，到 2021年，預計戶用及民用光伏系統(tǒng)的市場份額將從現(xiàn)在的 30%上升到50%，同時，并網(wǎng)式屋頂光伏系統(tǒng)也將開始發(fā)展，其系統(tǒng)功率將為發(fā)達國家的 1/4，但市場份額不會超過 5%，在 2020 年，并網(wǎng)發(fā)電將得到極大發(fā)展，其發(fā)電市場份額也將達到 10%以上。 2021 年北京奧運會的主題就是 “綠色奧運、科技奧運、人文奧運 ”， “水立方 ”和 “鳥巢 ”的設計充分體現(xiàn)了環(huán)?？萍嫉镊攘惋L姿！而上海市為 2021 年的 “世博會 ”早早確定 了太陽能應用的藍圖，崇明島的太陽能電站、 “十萬屋頂計劃 ”、生態(tài)樣板居住小區(qū)建設，為大都市太陽能發(fā)電系統(tǒng)的應用做出示范。 XX市太陽能資源可利用情況 XX 市 位 于 湖 南 中 南 部 ， 處 于 東 經(jīng)112176。30’53”——112176。31’06”，北緯 26176。55’92”—26176。56’84”，相對海拔高度為 米 — 米，雖然處于我國太陽能資源四類地區(qū)，但由于地處 “衡韶干旱走廊 ”，太陽能資源豐富，根據(jù) XX市氣象局近 5 年的統(tǒng)計資料，年平均氣溫 ℃ ，日照充裕，日平均氣溫 ≥10℃ 的活動積溫為 ℃ ，持續(xù) 期達 235 天，太陽輻射年總量為 千卡 /平方厘米，年日照時數(shù)為 小時，無霜期達 293 天。折算成日照平均峰值時間約 小時 /天，適合建設太陽能光伏電站。 太陽能光伏發(fā)電的環(huán)保效果預測 光伏發(fā)電屬于清潔可再生能源，無論從能源角度，還是從環(huán)境角度，都是未來發(fā)展的重點，光伏并網(wǎng)發(fā)電的推廣應用，無疑會帶來良好的環(huán)境效益。 可以粗略計算 “環(huán)境效益 ”如下： ① 每 KWh 電耗煤：目前我國發(fā)電耗煤為平均 390g 標煤/KWh(能源基礎數(shù)據(jù)匯編，國家計委能源所， ， p16) ② 每發(fā) 1KWh 電排放 CO2 C + O2 = CO2 12 32 44 44/12?390 =1430g CO2/KWh ? CO2/KWh=?103TCO2/KWh ③ 每瓦光伏組件平均每年發(fā) 。 ④ 每瓦光伏組件平均每年相當減排 CO2噸數(shù) ??103噸 CO2/KWh＝ ?103T 按照 EPIA 的估計，光伏發(fā)電取代柴油發(fā)電機的 CO2減排效果為 。光伏并網(wǎng)發(fā)電的平均減排效果為 。 我國到 2021 年太陽能電池的累計用量將 達到 600MWp，預計其中五分之一是并網(wǎng)發(fā)電，五分之四是獨立發(fā)電系統(tǒng)，則相當于減排二氧化碳 135 萬噸； 2020 年光伏發(fā)電累計安裝 30GWp，將減排 6750 萬噸。 太陽能光伏發(fā)電的社會效益預測 光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有利于增加就業(yè)機會，穩(wěn)定社會。就業(yè)人數(shù)估算如下： 19992021 年：我國光伏技術及產(chǎn)業(yè)的就業(yè)總人數(shù)約 3000人 (包括研究開發(fā) ,光伏產(chǎn)業(yè)，蓄電池部分生產(chǎn)人員，逆變器 /控制器 ,系統(tǒng)集成 ,產(chǎn)品營銷等 ),光伏產(chǎn)量約 3MWp，平均 1KWp/人； 20212021 年 :平均 20212020 年 :平均 3KWp/人 我國到 2021年如果能達到預期的年生產(chǎn)量 180MWp 太陽能電池的發(fā)展目標，則光伏工業(yè)所能提供的就業(yè)機會將達到 45 萬人； 2020 年的預計年產(chǎn)量 ，則所能提供的就業(yè)機會將達到 2450 萬人。 第四章 廠址選擇與建廠條件 并網(wǎng) 光伏電站太陽能電池組件方陣安裝場地選擇標準 由于 200MW 并網(wǎng) 光伏電站共有 569600 塊 175Wp 光伏電池組件，根據(jù)湖南省的地理環(huán)境及我省的太陽能資源分布情況（太陽高度角約 22 度，方位角約 44 度），包括安裝、維護通道、配 電 廠房在內，每片 1580*808mm、 175Wp 電池組件占地 3平方米，200MW 組件占地總面積約 平方公里，選擇 國有沙地或裸巖石礫地，可減低占地成本。 廠址選擇 選擇一 XX 縣樟樹鄉(xiāng)羅洪村。 建廠條件 座落西渡（省級）經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，緊鄰樟樹 11 萬伏變電站。位于省道 S315 線（高級瀝青路面）側旁，距 XX 市區(qū) 6 公里。成片紫色頁巖丘陵荒山面積約 3190 畝。 氣候狀況 我縣沿 S315 線是有名的衡邵干旱走廊，日照時間長，陽光很充足，年無霜期 270320 天，年降雨量： 毫米， 日照時數(shù) 小時，年平均氣溫 度。年平均氣溫： 度 選址二 蒸湘區(qū)呆鷹嶺鎮(zhèn)高嶺村 建廠條件 高嶺村地域寬闊，地勢較平坦，山地面積占有率高，全村共有集體性質的紫色頁巖山地 3500 余畝，可滿足本項目用地需求。同時，高嶺村東、西、南三面共有 50 萬伏、 22 萬伏、 11 萬伏變電站四座，距離均在十公里內，方便本項目發(fā)電并網(wǎng)。 氣候狀況 XX 市地處衡邵盆地，有干旱走廊之稱。 XX 市蒸湘區(qū)呆鷹嶺鎮(zhèn)高嶺村地處 XX 市西郊，位于東經(jīng)112176。30’53”——112176。31’06”，北緯 26176。55’92”—26176。56’84”，相對海拔高 度為 米 — 米，年平均氣溫 ℃ ，日平均氣溫≥10℃ 的活動積溫為 ℃ ，持續(xù)期達 235 天，太陽輻射年總量為 千卡 /平方厘米，年日照時數(shù)為 小時，無霜期達 293 天。 選址三 珠暉區(qū)新田樓塘組、平田村五家組 建廠條件 新田樓塘組、平田村五家組距市中心 15 公里，距東外環(huán)線、衡棗高速公路 4 公里，距 107 國道 2公里。北面 1 公里有 220KV東陽變電站，該地段范圍內主要以山地為主，僅有少量荒地，土地利用無政策障礙。土地面積 3000 余畝，平均落差在 10 米左右，未來項目的二期工程 建設可在尾沙壩退役后可直接利用尾沙壩土地，也可向南任意擴展，便于長遠發(fā)展。 氣候狀況 新田村、平田村位于東經(jīng) 112176。41′，北緯 26176。48′。根據(jù)歷史資料統(tǒng)計夏秋兩季經(jīng)常出現(xiàn)連旱天氣。近 5 年來年平均氣溫為℃ ；日平均氣溫 ≥10℃ 的活動積溫為 ℃ ，持續(xù)期為 260天；年平均日照時數(shù)為 小時；無霜期達 318 天。 第五章 太陽能并網(wǎng)光伏發(fā)電站技術方案 200MW晶體硅太陽能并網(wǎng)光伏發(fā)電站運行原理 太陽光發(fā)電是指無需 通過熱過程直接將太陽光能轉變成電能的發(fā)電方式。光伏發(fā)電是利用太陽能電池這種半導體電子器件有效地吸收太陽光輻射能，并使之轉變成電能的直接發(fā)電方式， 是當今太陽光發(fā)電的主流 ,通常所說太陽光發(fā)電就是指太陽能光伏發(fā)電。太陽能并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，就是利用以光生伏打效應原理制成的太陽能電池將太陽能直接轉換成電能的，這種發(fā)電系統(tǒng)就叫做太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的功率流原理如下圖： 它由太陽能電池方陣、光伏陣列防雷匯流箱、直流防雷配電柜、光伏并網(wǎng)逆變器、交流升壓配電系統(tǒng)等部分組成，其系統(tǒng)組成如框圖所示。 由 太陽能電池片組成的太陽能光伏電池組件方陣在太陽光的照射下，產(chǎn)生一定的直流電壓和電流，經(jīng)過防雷匯流箱和直流防雷配電柜匯聚到并網(wǎng)逆變器直流輸入端，逆變器將直流電轉換成 AC380V、頻率 50Hz低壓交流電，升壓配電系統(tǒng)將 380V交流電轉換成 35KV交流電并接入電網(wǎng)。 主要硬件設施選擇 太陽能電池組件選擇 太陽能電池組件工作原理 太陽能電池組件方陣是太陽能發(fā)電系統(tǒng)將光能轉換成電能的核心部件，太陽能電池片就是這些核心部件里的關鍵器件；太 陽能是一種輻射能，它必須借助于能量轉換器才能轉換成為電能 。這種把光能轉換成電能的能量轉換器，就是太陽能電池片。太陽能硅電池原理的基礎是半導體 PN結的光生伏打效應。就是當物體受到光照時，物體內的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動勢和電流的一種效應。當太陽光或其他光照射半導體的 PN結時，就會在 PN結的兩邊出現(xiàn)電壓．叫做光生電壓這種現(xiàn)象，就是著名的光生伏打效應，使 PN結短路，就會產(chǎn)生電流。眾所周知，物質的原子是原子核和電子組成的，原子核帶正電．電子帶負電。電子就像行星圍繞太陽運轉一樣．按照一定的軌道圍繞著原子核旋轉。單晶硅的原子是按照一定的規(guī)律排列的，硅原了的最外電子殼層 帶有 4個電子，如圖所示，每個原子的外層電子都有 固定的位置，并受原子核的約束。它們在外來能量的激發(fā)下，如受到太陽光輻射時，就會擺脫原子核的束縛而成為自由電子，同時在它原來的地方留出一個空位，即半導體物理學中所謂的 “空穴 ”。由于電子帶負電，空穴就表現(xiàn)為帶正電。電子和空穴就是單晶硅中可以運動的電荷。在純凈的硅晶體中，自由電子和空穴的數(shù)目是相等的。如果在硅晶體中摻人能夠俘獲電子的硼、鋁、鎵、銦等雜質元素，那么就構成了空穴型半導體，簡稱 P型半導體。如果在硅晶體中摻入能夠釋放電子的磷、砷或銻等雜質元 素．那么就構成 了電子型的半導體，簡稱 N型半導體。若把這兩種半導體結合在一起，由于電子和空穴的擴散，在交界面處便會形成 PN結，并在結的兩邊形成內建電場，又稱勢壘電場。由于此處的電阻特別高，所以也稱為阻擋層。當太陽光照射 PN結時，在半導體內的原子由于獲得了光能而釋放電子，同時相應地便產(chǎn)生了電子空穴對．并在勢壘電場的作用下，電子被驅向 N型區(qū)，空穴被驅向 P型區(qū)，從而使 N型區(qū)有過剩的電子． P型區(qū)有過剩的空穴。于是，就在 PN結的附近形成了與勢壘電場力方向相反的光生電場，如圖所示。光生電場的一部分抵消勢壘電場，其余部分使 P型區(qū)帶正電。 太陽能電池能級圖 N型區(qū)帶負電；于是，就使得在 N型區(qū)與 P型區(qū)之問的薄層產(chǎn)生了電動勢，即光生伏打電動勢。當接通外電路時便有電能輸出。這就是 PN結接觸型單晶硅太陽能電池發(fā)電的基本原理。若把幾十個、數(shù)百個太陽能電池單體串聯(lián)、并聯(lián)起來，便可獲得幾十瓦到兩百多瓦的輸出功率，從而組成太陽能電池組件，太陽能電池組件再經(jīng)過串聯(lián)、并聯(lián)組成太陽能電池方陣，如圖 11所示，電池方 陣能夠輸出足夠功率供負載使用。 圖 11 太陽能電池的單體、組件、組件方陣 200MW的太陽能發(fā)電站電池組件的選擇 在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，特別是大型光伏電站，普遍選用具有較大功率的光伏電池組件，本系統(tǒng)選用單塊 175Wp（ 35V）單晶硅光伏電池組件，其工作電壓約為 35V，開路電壓約為 44V。對于接到同一臺并網(wǎng)逆變器的光伏電池組件，為了使光伏電池組件工作在最大功率點，要求使用同類型的光伏電池組件，且朝向保持一致。 一般情況下，光伏電池組件的參數(shù)指標是在標準情況下(STC)測得的，環(huán)境溫度為 25℃ 。但環(huán)境溫度的變化會影響光伏電池組件開路電壓的變化，兩者之間的關系為 3mV/℃ 左右 ，所以在設計光伏電池組件串聯(lián)數(shù)量時，一定要考慮溫度的變化范圍。根據(jù) 250K3并網(wǎng)逆變器的 MPPT電壓范圍： 480Vdc～ 820Vdc，輸入的最大開路電壓為 880V，最佳直流電壓工作點為： 560Vdc。 經(jīng) 過計算： 560V/35V＝ 16,得出：每個電池串列可采用 16塊電池組件串聯(lián)，光伏電池串列的峰值工作電壓： 560V，開路電壓： 720V，滿足 250K3逆變器的工作電壓范圍。每個 250KW的并網(wǎng)單元配置89個電池串列，共 1424塊 175Wp光伏電池組件； 1MWp并網(wǎng)發(fā)電單元需配置 356個電池串列，共 5696塊 175Wp光伏電池組件；200MWp并網(wǎng)發(fā)電單元需配置 35600個電池串列，共 569600塊175Wp光伏電池組件。 逆變控制設備的選取 （ 1） 光伏陣列防雷匯流箱 系統(tǒng)使用的匯流箱工作模式采用 6進 1出，即把相同規(guī)格的 6路電池串列輸入經(jīng)匯流后輸出 1路直流。 匯流箱具有以下特點： 1）防護等級 IP65，防水、防灰、防銹、防曬、防鹽霧，滿足室外安裝的要求； 2）同時接入 6路電池串列，每路電池串列的允許最大電流10A； 3）每路接入電池串列的開路電壓值可達 900V； 4）每路電池串列的正負極都配有光 伏專用中壓直流熔