【文章內(nèi)容簡(jiǎn)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(guò)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(guó)家號(hào)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(gè)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(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)由太陽(yáng)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(gè)子陣，其中庫(kù)房屋頂方陣1020kWp，廠房屋頂方陣420kWp，車庫(kù)屋頂方陣560kWp，采用多晶硅電池組件。采用分散逆變、一級(jí)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(yáng)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(yáng)光資源?？傮w要求如下：（1）太陽(yáng)能電池組件要選擇效率高、性價(jià)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(jiǎn)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(dòng)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(yáng)能輻照資源分析黑龍江省屬于太陽(yáng)能資源豐富區(qū)，年太陽(yáng)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(shì)為西南部太陽(yáng)總輻射值最大，中東部和北部地區(qū)太陽(yáng)總輻射相對(duì)較少。黑龍江省太陽(yáng)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(yáng)直接輻射都在2800 MJ/m2以上。黑龍江省太陽(yáng)直接輻射資源豐富，有利于太陽(yáng)能光伏發(fā)電。黑龍江省年日照時(shí)數(shù)在2242～2842小時(shí)之間，日照時(shí)間較長(zhǎng)，利用太陽(yáng)能資源的條件較好，其空間分布與太陽(yáng)能總輻射分布基本一致，自西向東減少，春、夏季日照時(shí)數(shù)較多。 太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)配置 太陽(yáng)電池組件比較太陽(yáng)能電池是把太陽(yáng)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(gè)目的是通過(guò)各種輔料保護(hù)單體電池。組件制造廠通過(guò)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(guò)認(rèn)證的原輔料來(lái)生產(chǎn)組件，以便生產(chǎn)出來(lái)的組件能夠在野外長(zhǎng)期可靠的工作。%的晶體硅光伏電池到現(xiàn)在，太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)電池主要是晶體硅太陽(yáng)電池；薄膜材料太陽(yáng)電池有硅薄膜太陽(yáng)電池、多元化合物薄膜太陽(yáng)電池、染料敏化薄膜太陽(yáng)電池、有機(jī)薄膜太陽(yáng)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(yáng)電池塊體材料太陽(yáng)電池主要是晶體硅太陽(yáng)電池。晶體硅太陽(yáng)電池包括單晶硅太陽(yáng)電池、多晶硅太陽(yáng)電池、帶狀硅太陽(yáng)電池、球狀多晶硅太陽(yáng)電池，而單晶硅和多晶硅電池是目前市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品。單晶硅太陽(yáng)電池以高純單晶硅為原料，是當(dāng)前開(kāi)發(fā)很快的一種太陽(yáng)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(yáng)電池采用太陽(yáng)能級(jí)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(guò)程中的廢棄品，經(jīng)過(guò)清洗后回爐生長(zhǎng)成太陽(yáng)電池制造所需的單晶硅棒。國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)化的單晶硅太陽(yáng)電池，%～%，%。%。單晶硅太陽(yáng)電池制成后，經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)合格后，即可按需要的規(guī)格組裝成太陽(yáng)電池組件，單晶硅太陽(yáng)組件的轉(zhuǎn)換效率一般在14～17%。雖然單晶硅太陽(yáng)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(guò)程中消耗較多的電能，而且在單晶切方過(guò)程中也會(huì)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(jià)格相比較高，更適合于建設(shè)場(chǎng)地面積有限而對(duì)工程發(fā)電功率要求高的發(fā)電項(xiàng)目，即通過(guò)提高電池組件的效率來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)工程的發(fā)電容量。另外，根據(jù)試驗(yàn)室和工程中的測(cè)試數(shù)據(jù)，單晶硅太陽(yáng)電池在工程投產(chǎn)的前期，功率衰減較多晶硅太陽(yáng)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(guò)程中邊皮料少。多晶硅太陽(yáng)電池的制作工藝與單晶硅太陽(yáng)電池相近，%～%。多晶硅太陽(yáng)組件的轉(zhuǎn)換效率一般在13～16%，略低于單晶硅太陽(yáng)電池，但綜合成本低。因此，大面積電站采用多晶硅太陽(yáng)電池比單晶硅太陽(yáng)電池更適合。 薄膜太陽(yáng)電池薄膜太陽(yáng)電池包括硅薄膜太陽(yáng)電池（非晶硅、微晶硅、納米晶硅等）、多元化合物薄膜太陽(yáng)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(yáng)電池、有機(jī)薄膜太陽(yáng)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(yáng)電池與單晶硅和多晶硅太陽(yáng)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(yáng)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(gè)問(wèn)題：第一是效率比晶體硅組件效率低許多，對(duì)土地利用率低；另二是需要兩年的時(shí)間電性能才趨于穩(wěn)定，不利于設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)備選型；第三是長(zhǎng)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(yáng)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(yáng)電池?，F(xiàn)在各國(guó)研究的品種繁多，除碲化鎘、銅硒銦（銅銦鎵硒）薄膜太陽(yáng)電池在國(guó)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(yáng)電池以其材料來(lái)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(shì)顯示了其巨大開(kāi)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(yáng)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(gè)主要部分決定的。通過(guò)優(yōu)化電池各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)和材料的性能,并通過(guò)小面積的系列實(shí)驗(yàn)和優(yōu)化組合實(shí)驗(yàn)來(lái)檢測(cè)各項(xiàng)參數(shù)對(duì)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(yáng)電池器件區(qū)非常薄、消耗的原料少，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程較塊體硅太陽(yáng)電池能耗小，因則其價(jià)格較晶體硅太陽(yáng)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(yáng)電池有一定優(yōu)勢(shì)，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(yáng)電池低，薄膜與導(dǎo)電玻璃可能脫落導(dǎo)致的長(zhǎng)期使用可靠性也稍低。根據(jù)目前世界各國(guó)薄膜太陽(yáng)電池的應(yīng)用情況來(lái)看，薄膜太陽(yáng)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(duì)較小。 聚光太陽(yáng)電池聚光太陽(yáng)電池組件由聚光太陽(yáng)電池、聚光器、太陽(yáng)光追蹤器組成。多倍光照條件下使用的太陽(yáng)電池，與普通太陽(yáng)電池略有不同，需要耐高倍率的太陽(yáng)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(yáng)光譜中400～1100nm波長(zhǎng)的光子，砷化鎵可吸收較寬廣之太陽(yáng)光，三結(jié)面聚光型太陽(yáng)電池可吸收300～1900nm波長(zhǎng)的光子相對(duì)其轉(zhuǎn)換效率可大幅提升，其太陽(yáng)能能量轉(zhuǎn)換效率可達(dá)30%～40%。整個(gè)裝置的轉(zhuǎn)換效率為17～25%。聚光器將較大面積的陽(yáng)光聚在一個(gè)較小的范圍內(nèi)，以增加光強(qiáng)，克服太陽(yáng)輻射能流密度低的缺陷，把太陽(yáng)電池放置在這一位置，從而獲得更多的電能輸出。不過(guò)因聚光引起的溫度上升會(huì)損傷太陽(yáng)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(yáng)電池必須要在位于透鏡焦點(diǎn)附近時(shí)才能發(fā)揮功能，因此為使模塊總是朝向太陽(yáng)的方位，必須配置使用太陽(yáng)追蹤系統(tǒng)，聚光器的跟蹤裝置一般采用光電自動(dòng)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(yáng)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(huì)使得造價(jià)有所增加，加上運(yùn)行階段傳動(dòng)裝置的維護(hù)費(fèi)用和能耗，工程造價(jià)反而會(huì)增加，目前在小范圍內(nèi)有示范性應(yīng)用。同時(shí)，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(yáng)電池的新技術(shù)多種多樣，國(guó)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(guó)外的有美國(guó)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(jià)格相對(duì)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(yáng)電池板占據(jù)市場(chǎng)的主流，單晶硅太陽(yáng)電池、多晶硅太陽(yáng)電池及非晶硅薄膜太陽(yáng)電池占整個(gè)光伏發(fā)電市場(chǎng)的90%以上，而非晶硅薄膜太陽(yáng)電池組件近年來(lái)的發(fā)展非?？臁Ｏ旅鎸?duì)三類6種產(chǎn)業(yè)化的太陽(yáng)電池組件列表比較。 各種組件性能比較太陽(yáng)能電池組件種類光電轉(zhuǎn)換 效率（%）性能穩(wěn)定性經(jīng)過(guò)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(yáng)電池組件14～17穩(wěn)定18020國(guó)內(nèi)大量供貨多晶硅太陽(yáng)電池組件13～15穩(wěn)定28020國(guó)內(nèi)大量供貨非晶硅薄膜太陽(yáng)電池組件6～8穩(wěn)定12020國(guó)內(nèi)較大量供貨碲化鎘薄膜太陽(yáng)電池組件8～10穩(wěn)定8020國(guó)外供貨銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)電池組件9～12穩(wěn)定8520國(guó)外供貨砷化鎵聚光太陽(yáng)電池組件17～25穩(wěn)定/20國(guó)外供貨（1）多晶硅太陽(yáng)電池組件和單晶硅太陽(yáng)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(chǎng)的絕對(duì)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(guó)內(nèi)供應(yīng)量非常充足。多晶硅太陽(yáng)電池組件同單晶硅太陽(yáng)電池組件相比，轉(zhuǎn)換效率相當(dāng)，但成本有優(yōu)勢(shì)；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(yáng)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(yáng)能電池較單晶硅太陽(yáng)能電池更加廣泛的應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外各大太陽(yáng)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(yáng)電池組件。（2）薄膜太陽(yáng)能電池組件相對(duì)晶體硅太陽(yáng)電池組件而言，太陽(yáng)電池組件轉(zhuǎn)換效率較低，建設(shè)占地面積大，但價(jià)格比晶體硅太陽(yáng)電池組件便宜。國(guó)內(nèi)沒(méi)有大規(guī)模性生產(chǎn)碲化鎘薄膜太陽(yáng)電池組件、銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)電池組件廠商，產(chǎn)品采購(gòu)主要依賴進(jìn)口，且其產(chǎn)品價(jià)格同比非晶硅薄膜太陽(yáng)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(zhǎng)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(yáng)電池組件。（3）聚光太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)與單倍光太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)相比轉(zhuǎn)換效率高，但系統(tǒng)價(jià)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(guó)外小范圍示范使用。由于組件旋轉(zhuǎn)時(shí)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(yáng)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(yáng)電池組件布置，不配置聚光系統(tǒng)。 多晶硅太陽(yáng)電池組件 太陽(yáng)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(yáng)電池組件方陣按照一個(gè)固定的對(duì)地角度和固定的方向安裝。 單軸跟蹤安裝方式是將太陽(yáng)電池方陣安裝在一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸上，運(yùn)行時(shí)方陣只能夠跟蹤太陽(yáng)運(yùn)行的方位角或者高度角中的一個(gè)方向。雙軸跟蹤太陽(yáng)電池方陣沿著兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)，能夠同時(shí)跟蹤太陽(yáng)的方位角與高度角的變化，理論上可以完全跟蹤太陽(yáng)的運(yùn)行軌跡以實(shí)現(xiàn)入射角為零。根據(jù)國(guó)際、國(guó)內(nèi)光伏電站的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)板 （無(wú)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(duì)屋頂?shù)姆烙曜饔?。考慮到原有建筑的屋頂?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(shí)用的支架說(shuō)明廠房屋頂安裝光伏板陣列時(shí)，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(guò)計(jì)算確定太陽(yáng)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