【文章內(nèi)容簡介】 發(fā)電發(fā)展迅速，光伏發(fā)電已由補(bǔ)充能源向替代能源過渡，并在向并網(wǎng)發(fā)電的方向發(fā)展。金躍集團(tuán)有限公司為相應(yīng)國家號召，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，決定建設(shè)本光電建筑一體化項(xiàng)目。 項(xiàng)目規(guī)模本工程建設(shè)容量為2MWp，建設(shè)面積20373m2，，項(xiàng)目建設(shè)工期6個月。建設(shè)范圍包括光伏發(fā)電系統(tǒng)，升壓系統(tǒng)，并網(wǎng)設(shè)備、控制室、監(jiān)控系統(tǒng)及配電裝置室等設(shè)施。第五章 總體方案設(shè)計(jì)太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池組件方陣系統(tǒng)、逆變器系統(tǒng)、電氣接入系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等部分組成，各部分的設(shè)備選型和合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)是工程的關(guān)鍵。 光伏系統(tǒng)總體布置本項(xiàng)目總裝機(jī)容量為2MWp，分為3個子陣，其中庫房屋頂方陣1020kWp，廠房屋頂方陣420kWp，車庫屋頂方陣560kWp，采用多晶硅電池組件。采用分散逆變、一級升壓、集中并網(wǎng)方案。 光伏系統(tǒng)總體要求本項(xiàng)目為利用太陽能發(fā)電的可再生能源項(xiàng)目，在設(shè)計(jì)中滲透綠色、環(huán)保的理念，充分利用當(dāng)?shù)刎S富的陽光資源?？傮w要求如下：（1）太陽能電池組件要選擇效率高、性價比好、衰減小、技術(shù)成熟的產(chǎn)品，盡量選用較大功率組件，降低配套支架、土建和安裝費(fèi)用；（2）逆變器盡量選用性能可靠，歐洲效率高，額定功率較大產(chǎn)品，降低設(shè)備能耗，提高發(fā)電效率；（3）電池方陣安裝方式選用簡單可靠的固定方式，減少維護(hù)工作，省去復(fù)雜跟蹤支架成本且有利于建成后的高可靠生產(chǎn)運(yùn)行；（4）采用計(jì)算機(jī)自動控制系統(tǒng)，方便生產(chǎn)運(yùn)行和生產(chǎn)調(diào)度；（5）系統(tǒng)其它設(shè)備及平衡元件，遵照技術(shù)先進(jìn)、成熟，使用壽命有保證的原則。 太陽能輻照資源分析黑龍江省屬于太陽能資源豐富區(qū)，年太陽總輻射量為4400～5028MJ/m2（相當(dāng)于1222～1397KWh/m2），其總輻射的空間分布趨勢為西南部太陽總輻射值最大，中東部和北部地區(qū)太陽總輻射相對較少。黑龍江省太陽直接輻射年總量為2526～3162 MJ/m2，直接輻射在總輻射中所占比例較大，～，其空間分布與總輻射的空間分布相近，大部分地區(qū)太陽直接輻射都在2800 MJ/m2以上。黑龍江省太陽直接輻射資源豐富，有利于太陽能光伏發(fā)電。黑龍江省年日照時數(shù)在2242～2842小時之間，日照時間較長，利用太陽能資源的條件較好，其空間分布與太陽能總輻射分布基本一致，自西向東減少，春、夏季日照時數(shù)較多。 太陽能光伏系統(tǒng)配置 太陽電池組件比較太陽能電池是把太陽光直接轉(zhuǎn)換為電能的半導(dǎo)體器件，是光伏發(fā)電的基本單元。由于單體電池的電壓只有620～640mV，因此需要將其串聯(lián)以達(dá)到一定的使用電壓。組件制造也即是單體電池的封裝，除了提高電壓外，另一個目的是通過各種輔料保護(hù)單體電池。組件制造廠通過選擇電性能良好、功率偏差小、電流一致性好的單體電池和各種通過認(rèn)證的原輔料來生產(chǎn)組件，以便生產(chǎn)出來的組件能夠在野外長期可靠的工作。%的晶體硅光伏電池到現(xiàn)在，太陽能電池技術(shù)發(fā)展迅速，效率持續(xù)提高成本不斷降低，實(shí)現(xiàn)了從軍用到民用的轉(zhuǎn)變。太陽能電池根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)有多種分類方式，按電池材料的形式可以分為，塊體材料電池和薄膜材料電池。塊體材料太陽電池主要是晶體硅太陽電池；薄膜材料太陽電池有硅薄膜太陽電池、多元化合物薄膜太陽電池、染料敏化薄膜太陽電池、有機(jī)薄膜太陽電池等。根據(jù)電池受光狀況可分為單位光電池和聚光電池。 塊體材料電池太陽電池塊體材料太陽電池主要是晶體硅太陽電池。晶體硅太陽電池包括單晶硅太陽電池、多晶硅太陽電池、帶狀硅太陽電池、球狀多晶硅太陽電池，而單晶硅和多晶硅電池是目前市場上的主流產(chǎn)品。單晶硅太陽電池以高純單晶硅為原料，是當(dāng)前開發(fā)很快的一種太陽電池，它的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝已定型，產(chǎn)品已廣泛用于空間和地面。為了降低生產(chǎn)成本，地面應(yīng)用太陽電池采用太陽能級硅原料，也可使用半導(dǎo)體單晶硅棒的頭尾料、邊皮料以及半導(dǎo)體器件生產(chǎn)過程中的廢棄品，經(jīng)過清洗后回爐生長成太陽電池制造所需的單晶硅棒。國內(nèi)產(chǎn)業(yè)化的單晶硅太陽電池，%～%，%。%。單晶硅太陽電池制成后，經(jīng)過檢驗(yàn)合格后，即可按需要的規(guī)格組裝成太陽電池組件，單晶硅太陽組件的轉(zhuǎn)換效率一般在14～17%。雖然單晶硅太陽電池轉(zhuǎn)換效率高，但由于生產(chǎn)高純硅以及在單晶生產(chǎn)過程中消耗較多的電能，而且在單晶切方過程中也會產(chǎn)生較多的邊皮料，原料利用率比多晶低，與多晶硅電池組件價格相比較高，更適合于建設(shè)場地面積有限而對工程發(fā)電功率要求高的發(fā)電項(xiàng)目，即通過提高電池組件的效率來實(shí)現(xiàn)整個工程的發(fā)電容量。另外，根據(jù)試驗(yàn)室和工程中的測試數(shù)據(jù)，單晶硅太陽電池在工程投產(chǎn)的前期，功率衰減較多晶硅太陽電池快。多晶硅電池的原材料比單晶硅要求低，一塊澆鑄的方形多晶硅錠質(zhì)量可達(dá)400～600Kg，多晶硅錠比單晶硅棒單位生產(chǎn)能耗小，生產(chǎn)效率高，切方過程中邊皮料少。多晶硅太陽電池的制作工藝與單晶硅太陽電池相近，%～%。多晶硅太陽組件的轉(zhuǎn)換效率一般在13～16%，略低于單晶硅太陽電池，但綜合成本低。因此，大面積電站采用多晶硅太陽電池比單晶硅太陽電池更適合。 薄膜太陽電池薄膜太陽電池包括硅薄膜太陽電池（非晶硅、微晶硅、納米晶硅等）、多元化合物薄膜太陽電池（硫化鎘、硒銦銅、碲化鎘、砷化鎵、磷化銦、銅銦鎵硒等）、染料敏化薄膜太陽電池、有機(jī)薄膜太陽電池等。非晶硅薄膜的核心制造工藝是化學(xué)氣相沉積，不同于太陽電池與單晶硅和多晶硅太陽電池的制作工藝，通常采用硅烷作為原材料，消耗的硅烷少，生產(chǎn)電耗低，非常吸引人。非晶硅太陽電池器件區(qū)很薄，也可以制成疊層式，采用激光切割實(shí)現(xiàn)電池串聯(lián)，以獲得較高的電壓。%。非晶硅薄膜電池組件有如下幾個問題：第一是效率比晶體硅組件效率低許多，對土地利用率低；另二是需要兩年的時間電性能才趨于穩(wěn)定，不利于設(shè)計(jì)時設(shè)備選型；第三是長期的戶外暴曬可能導(dǎo)致非晶硅薄膜與導(dǎo)電玻璃脫落，使得單塊組件損壞或發(fā)電量遠(yuǎn)低于其他組件。多元化合物太陽電池指由兩種或兩種以上的元素所形成的半導(dǎo)體材料制成的太陽電池?，F(xiàn)在各國研究的品種繁多，除碲化鎘、銅硒銦（銅銦鎵硒）薄膜太陽電池在國外有規(guī)模生產(chǎn)外，組件的效率在810%，其他多數(shù)尚未形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。有機(jī)太陽電池以其材料來源廣泛，制作成本低耗能少，可彎曲易于大規(guī)模生產(chǎn)等突出優(yōu)勢顯示了其巨大開發(fā)潛力，但目前的光電轉(zhuǎn)換效率較低，尚未產(chǎn)業(yè)化。染料敏化納米薄膜太陽電池的性能主要是由納米多孔TiO2薄膜、染料光敏化劑、電解質(zhì)、反電極(光陰極)等幾個主要部分決定的。通過優(yōu)化電池各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)和材料的性能,并通過小面積的系列實(shí)驗(yàn)和優(yōu)化組合實(shí)驗(yàn)來檢測各項(xiàng)參數(shù)對電池性能的影響,光電轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá)9%，尚未產(chǎn)業(yè)化。非晶硅薄膜太陽電池器件區(qū)非常薄、消耗的原料少，整個生產(chǎn)過程較塊體硅太陽電池能耗小，因則其價格較晶體硅太陽電池低，其弱光發(fā)電性能和功率溫度系數(shù)較晶體硅太陽電池有一定優(yōu)勢，相比晶體硅電池同等條件下可多發(fā)電。其缺點(diǎn)是光電轉(zhuǎn)換效率較晶體硅太陽電池低，薄膜與導(dǎo)電玻璃可能脫落導(dǎo)致的長期使用可靠性也稍低。根據(jù)目前世界各國薄膜太陽電池的應(yīng)用情況來看，薄膜太陽電池主要應(yīng)用在土地資源豐富的地區(qū)，應(yīng)用量也相對較小。 聚光太陽電池聚光太陽電池組件由聚光太陽電池、聚光器、太陽光追蹤器組成。多倍光照條件下使用的太陽電池，與普通太陽電池略有不同，需要耐高倍率的太陽輻射，特別是在較高溫度下光電轉(zhuǎn)換效率下降要小，故在半導(dǎo)體材料選擇、電池結(jié)構(gòu)和柵線設(shè)計(jì)等方面都要進(jìn)行一些特殊考慮。最理想的材料是砷化鎵，其次是單晶硅材料。一般硅晶材料只能夠吸收太陽光譜中400～1100nm波長的光子，砷化鎵可吸收較寬廣之太陽光，三結(jié)面聚光型太陽電池可吸收300～1900nm波長的光子相對其轉(zhuǎn)換效率可大幅提升，其太陽能能量轉(zhuǎn)換效率可達(dá)30%～40%。整個裝置的轉(zhuǎn)換效率為17～25%。聚光器將較大面積的陽光聚在一個較小的范圍內(nèi)，以增加光強(qiáng)，克服太陽輻射能流密度低的缺陷，把太陽電池放置在這一位置，從而獲得更多的電能輸出。不過因聚光引起的溫度上升會損傷太陽電池單元及發(fā)電系統(tǒng)，因此必須要抑制聚光率，通常聚光器的倍率大于幾十，其結(jié)構(gòu)可采用反射式或透鏡式。聚光型太陽電池必須要在位于透鏡焦點(diǎn)附近時才能發(fā)揮功能，因此為使模塊總是朝向太陽的方位，必須配置使用太陽追蹤系統(tǒng)，聚光器的跟蹤裝置一般采用光電自動跟蹤。此設(shè)計(jì)雖然可以提高轉(zhuǎn)換效率，但卻存在透鏡、聚光發(fā)熱釋放槽（散熱方式可采用氣冷或水冷）以及太陽光追蹤系統(tǒng)的重量及體積較大等不足的特點(diǎn)。聚光裝置可有效地減少硅晶體電池板的面積，從而降低電池片成本，但跟蹤裝置將會使得造價有所增加，加上運(yùn)行階段傳動裝置的維護(hù)費(fèi)用和能耗，工程造價反而會增加，目前在小范圍內(nèi)有示范性應(yīng)用。同時，聚光裝置不能利用天空中的散射光能量，在散射輻射所占總輻射比例較高的地區(qū)不適合。 電池組件選型太陽電池的新技術(shù)多種多樣，國內(nèi)有中電光伏的選擇性發(fā)射極、尚德電力公司的冥王星電池、林洋的雙面受光電池；國外的有美國SunPower的全背接觸電池，荷蘭ECN的激光鉆孔背接觸電池，日本三洋的HIT電池，京瓷的激光鉆孔背接觸電池。有些已經(jīng)小規(guī)模產(chǎn)業(yè)化但價格相對高些，有些部分尚處于小范圍嘗試階段，未進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化大面積推廣階段，目前硅基材料的太陽電池板占據(jù)市場的主流，單晶硅太陽電池、多晶硅太陽電池及非晶硅薄膜太陽電池占整個光伏發(fā)電市場的90%以上，而非晶硅薄膜太陽電池組件近年來的發(fā)展非?？臁Ｏ旅鎸θ?種產(chǎn)業(yè)化的太陽電池組件列表比較。 各種組件性能比較太陽能電池組件種類光電轉(zhuǎn)換 效率（%）性能穩(wěn)定性經(jīng)過認(rèn)證的單塊組件最大功率25年效率衰減（%）供貨情況單晶硅太陽電池組件14～17穩(wěn)定18020國內(nèi)大量供貨多晶硅太陽電池組件13～15穩(wěn)定28020國內(nèi)大量供貨非晶硅薄膜太陽電池組件6～8穩(wěn)定12020國內(nèi)較大量供貨碲化鎘薄膜太陽電池組件8～10穩(wěn)定8020國外供貨銅銦鎵硒薄膜太陽電池組件9～12穩(wěn)定8520國外供貨砷化鎵聚光太陽電池組件17～25穩(wěn)定/20國外供貨（1）多晶硅太陽電池組件和單晶硅太陽電池組件以其穩(wěn)定的光伏性能和較高的轉(zhuǎn)換效率，占據(jù)光伏發(fā)電市場的絕對主流，在世界各地得到了廣泛的應(yīng)用，也是本工程2MWp光伏電站工程的首選發(fā)電設(shè)備，其國內(nèi)供應(yīng)量非常充足。多晶硅太陽電池組件同單晶硅太陽電池組件相比，轉(zhuǎn)換效率相當(dāng)，但成本有優(yōu)勢；單塊多晶硅電池組件功率大，可以減少支架、土建費(fèi)用；適合建設(shè)項(xiàng)目用地比較充足、可大面積鋪設(shè)的工程，而單晶硅太陽電池更適合建設(shè)項(xiàng)目用地緊缺、更強(qiáng)調(diào)高轉(zhuǎn)換效率的工程。當(dāng)前多晶硅太陽能電池較單晶硅太陽能電池更加廣泛的應(yīng)用于國內(nèi)外各大太陽能電站。綜合以上因素，結(jié)合本項(xiàng)目的建設(shè)用地情況和成熟應(yīng)用情況，推薦選用多晶硅太陽電池組件。（2）薄膜太陽能電池組件相對晶體硅太陽電池組件而言，太陽電池組件轉(zhuǎn)換效率較低，建設(shè)占地面積大，但價格比晶體硅太陽電池組件便宜。國內(nèi)沒有大規(guī)模性生產(chǎn)碲化鎘薄膜太陽電池組件、銅銦鎵硒薄膜太陽電池組件廠商，產(chǎn)品采購主要依賴進(jìn)口，且其產(chǎn)品價格同比非晶硅薄膜太陽電池組件高。非晶硅薄膜電池也由于其光電轉(zhuǎn)換效率低，長期使用可靠性低于晶體硅電池組件，本項(xiàng)目不考慮使用。因此，根據(jù)本項(xiàng)目實(shí)際情況，本工程不選用薄膜太陽電池組件。（3）聚光太陽能發(fā)電系統(tǒng)與單倍光太陽能發(fā)電系統(tǒng)相比轉(zhuǎn)換效率高，但系統(tǒng)價格高，使得工程投資較高，另外跟蹤和聚光系統(tǒng)可靠性低，運(yùn)行維護(hù)量較大，主要在國外小范圍示范使用。由于組件旋轉(zhuǎn)時互相之間不能遮擋使得大范圍布置組件之間的間距很大，占地面積要大得多大，更適合于小規(guī)模分散布置使用。另外，聚光裝置不能利用天空中的散射光能量，穆棱的散射輻射量約占水平總輻射量的40%，因此不可利用太陽能資源較多，不建議在本工程中選用。選型結(jié)論: 本項(xiàng)目選用常規(guī)多晶硅太陽電池組件布置，不配置聚光系統(tǒng)。 多晶硅太陽電池組件 太陽電池組件方陣安裝方式組件的安裝方式可分為固定安裝、單軸跟蹤（平軸、斜軸）和雙軸跟蹤，每種安裝方式有各自的特點(diǎn)。工程上使用何種安裝方式?jīng)Q定了項(xiàng)目的投資、收益以及后期的運(yùn)行、維護(hù)。固定安裝方式是將太陽電池組件方陣按照一個固定的對地角度和固定的方向安裝。 單軸跟蹤安裝方式是將太陽電池方陣安裝在一個旋轉(zhuǎn)軸上，運(yùn)行時方陣只能夠跟蹤太陽運(yùn)行的方位角或者高度角中的一個方向。雙軸跟蹤太陽電池方陣沿著兩個旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動，能夠同時跟蹤太陽的方位角與高度角的變化，理論上可以完全跟蹤太陽的運(yùn)行軌跡以實(shí)現(xiàn)入射角為零。根據(jù)國際、國內(nèi)光伏電站的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在太陽電池性能等同等條件下，～,～；～,～。綜合考慮電站的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，本工程的太陽電池組件推薦采用固定安裝方式。目前光伏建筑一體化主要有八種形式（如下表）我項(xiàng)目采用其中第7種方式。BIPV 形式 光伏組件建筑要求類型1光電采光頂 （天窗） 光伏玻璃組件建筑效果、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、采光、遮風(fēng)擋雨集成2光電屋頂 光伏屋面瓦建筑效果、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、遮風(fēng)擋雨集成3光電幕墻 （透明幕墻） 光伏玻璃組件（透明）建筑效果、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、采光、遮風(fēng)擋雨集成4光電幕墻 （非透明幕墻） 光伏玻璃組件（非透明）建筑效果、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、遮風(fēng)擋雨集成5光電遮陽板 （有采光要求） 光伏玻璃組件（透明）建筑效果、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、采光集成6光電遮陽板 （無采光要求） 光伏玻璃組件（非透明）建筑效果、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度集成7屋頂光伏方陣 普通光伏組件建筑效果結(jié)合8墻面光伏方陣 普通光伏組件建筑效果結(jié)合采用鍍鋅角鐵做支架，把光電板安裝在支架上，這樣光電板也起到了對屋頂?shù)姆烙曜饔谩？紤]到原有建筑的屋頂?shù)那闆r和美觀，擬按照以下示意圖進(jìn)行安裝。實(shí)際安裝時用的支架說明廠房屋頂安裝光伏板陣列時，因考慮到通風(fēng)冷卻，美觀，除塵等，特設(shè)計(jì)成如下結(jié)構(gòu)。固定安裝方式的支架及安裝后的效果如圖。 陣列安裝傾角本工程光伏組件方陣全部采用以朝南屋頂平鋪式安裝，經(jīng)過計(jì)算確定太陽能電池方陣布置傾角為6度。利用RETScreen清潔能源分析軟件計(jì)算傾斜面的日照輻射量，截圖如下 陣列間距由于是朝南屋頂平鋪式安裝，不