【文章內(nèi)容簡介】 樣板居住小區(qū)建設(shè)，為大都市太陽能發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)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”，—，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，℃，日照充裕，日平均氣溫≥10℃℃，持續(xù)期達(dá)235天，，無霜期達(dá)293天。，適合建設(shè)太陽能光伏電站。 太陽能光伏發(fā)電的環(huán)保效果預(yù)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(diǎn)，光伏并網(wǎng)發(fā)電的推廣應(yīng)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(biāo)煤/KWh(能源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)匯編，國家計委能源所，p16)②每發(fā)1KWh電排放CO2C + O2 = CO212 32 4444/12180。390 =1430g CO2/KWh 187。 CO2/KWh=180。103TCO2/KWh③。④每瓦光伏組件平均每年相當(dāng)減排CO2噸數(shù)180。180。103噸CO2/KWh＝180。103T按照EPIA的估計。我國到2010年太陽能電池的累計用量將達(dá)到600MWp，預(yù)計其中五分之一是并網(wǎng)發(fā)電，五分之四是獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)，則相當(dāng)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(yù)測光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有利于增加就業(yè)機(jī)會，穩(wěn)定社會。就業(yè)人數(shù)估算如下：19992000年：我國光伏技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的就業(yè)總?cè)藬?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；20052010年:②每發(fā)1KWh電排放CO2C + O2 = CO212 32 4444/12180。390 =1430g CO2/KWh 187。 CO2/KWh=180。103TCO2/KWh③。④每瓦光伏組件平均每年相當(dāng)減排CO2噸數(shù)180。180。103噸CO2/KWh＝180。103T按照EPIA的估計。我國到2010年太陽能電池的累計用量將達(dá)到600MWp，預(yù)計其中五分之一是并網(wǎng)發(fā)電，五分之四是獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)，則相當(dāng)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(yù)測光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有利于增加就業(yè)機(jī)會，穩(wěn)定社會。就業(yè)人數(shù)估算如下：19992000年：我國光伏技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的就業(yè)總?cè)藬?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；20052010年:20102020年:平均3KWp/人我國到2010年如果能達(dá)到預(yù)期的年生產(chǎn)量180MWp太陽能電池的發(fā)展目標(biāo)，則光伏工業(yè)所能提供的就業(yè)機(jī)會將達(dá)到45萬人；，則所能提供的就業(yè)機(jī)會將達(dá)到2450萬人。第四章 廠址選擇與建廠條件由于300MW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(hù)通道、配電廠房在內(nèi)，每片1580*808mm、175Wp電池組件占地3平方米，選擇國有沙地或裸巖石礫地，可減低占地成本?！S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(jì)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(cè)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：。年平均氣溫：選址二蒸湘區(qū)呆鷹嶺鎮(zhèn)高嶺村建廠條件高嶺村地域?qū)掗?，地勢較平坦，山地面積占有率高，全村共有集體性質(zhì)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(nèi)，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”，—，℃，日平均氣溫≥10℃℃，持續(xù)期達(dá)235天，，無霜期達(dá)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(nèi)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(shè)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(kuò)展，便于長遠(yuǎn)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?！?；日平均氣溫≥10℃℃，持續(xù)期為260天；；無霜期達(dá)318天。第五章 太陽能并網(wǎng)光伏發(fā)電站技術(shù)方案 300MW晶體硅太陽能并網(wǎng)光伏發(fā)電站運(yùn)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(zhuǎn)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(dǎo)體電子器件有效地吸收太陽光輻射能，并使之轉(zhuǎn)變成電能的直接發(fā)電方式，是當(dāng)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(yīng)原理制成的太陽能電池將太陽能直接轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換成AC380V、頻率50Hz低壓交流電，升壓配電系統(tǒng)將380V交流電轉(zhuǎn)換成35KV交流電并接入電網(wǎng)。 主要硬件設(shè)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(zhuǎn)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(guān)鍵器件；太陽能是一種輻射能，它必須借助于能量轉(zhuǎn)換器才能轉(zhuǎn)換成為電能。這種把光能轉(zhuǎn)換成電能的能量轉(zhuǎn)換器，就是太陽能電池片。太陽能硅電池原理的基礎(chǔ)是半導(dǎo)體PN結(jié)的光生伏打效應(yīng)。就是當(dāng)物體受到光照時，物體內(nèi)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(yīng)。當(dāng)太陽光或其他光照射半導(dǎo)體的PN結(jié)時，就會在PN結(jié)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(yīng)，使PN結(jié)短路，就會產(chǎn)生電流。眾所周知，物質(zhì)的原子是原子核和電子組成的，原子核帶正電．電子帶負(fù)電。電子就像行星圍繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)一樣．按照一定的軌道圍繞著原子核旋轉(zhuǎn)。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(dǎo)體物理學(xué)中所謂的“空穴”。由于電子帶負(fù)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(yùn)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(zhì)元素，那么就構(gòu)成了空穴型半導(dǎo)體，簡稱P型半導(dǎo)體。如果在硅晶體中摻入能夠釋放電子的磷、砷或銻等雜質(zhì)元素．那么就構(gòu)成了電子型的半導(dǎo)體，簡稱N型半導(dǎo)體。若把這兩種半導(dǎo)體結(jié)合在一起，由于電子和空穴的擴(kuò)散，在交界面處便會形成PN結(jié)，并在結(jié)的兩邊形成內(nèi)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(dāng)太陽光照射PN結(jié)時，在半導(dǎo)體內(nèi)的原子由于獲得了光能而釋放電子，同時相應(yīng)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(qū)向N型區(qū)，空穴被驅(qū)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(jié)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(fù)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(dāng)接通外電路時便有電能輸出。這就是PN結(jié)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(fù)載使用。圖11 太陽能電池的單體、組件、組件方陣 300MW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(diǎn)，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(biāo)是在標(biāo)準(zhǔn)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(guān)系為3mV/℃左右，所以在設(shè)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(diǎn)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；300MWp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(shè)備的選?。?） 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(jìn)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(diǎn)：1）防護(hù)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(dá)900V；4）每路電池串列的正負(fù)極都配有光伏專用中壓直流熔絲進(jìn)行保護(hù)，其耐壓值為DC1000V；5）直流輸出母線的正極對地、負(fù)極對地、正負(fù)極之間配有光伏專用中壓防雷器，其額定電流≥15KA，最大電流≥30KA；6）直流輸出母線端配有可分?jǐn)嗟闹绷鲾嗦菲鳎?）光伏陣列防雷匯流箱選取技術(shù)參數(shù)如下： 直流輸入路數(shù)6路（6路正極、6路負(fù)極） 直流輸出路數(shù) 1路正極，1路負(fù)極直流輸入的正負(fù)極線徑 4mm2 直流輸出的正負(fù)極線徑 25mm2 （2）直流防雷配電柜光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)配置的直流防雷配電柜，安裝在室內(nèi)，主要是將匯流箱輸出的直流電纜接入后進(jìn)行匯流，再與并網(wǎng)逆變器連接，方便操作和維護(hù)。 選取時參考主要性能特點(diǎn)如下：1）一個250KW并網(wǎng)單元配置1臺直流防雷配電柜；2）一個直流防雷配電柜具有15路直流輸入接口，可接15臺匯流箱；3）每路直流輸入側(cè)都配有可分?jǐn)嗟闹绷鲾嗦菲骱头婪炊O管；4）直流母線輸出側(cè)都配置光伏專用防雷器，其額定電流≥15KA，最大電流≥30KA；5）直流母線輸出側(cè)配置1000V直流電壓顯示表；直流防雷配電柜按照250KW的直流配電單元進(jìn)行設(shè)計，直流輸入接15路匯流箱，直流輸出接250K3并網(wǎng)逆變器，300MWp并網(wǎng)單元需配置