【文章內(nèi)容簡介】 安裝的公用事業(yè)光伏發(fā)電站項目之外，2014年用于商業(yè)用途的裝機容量將增14％，如此光明的市場前景為中國的光伏產(chǎn)品供應商們創(chuàng)造了大量商機，其中一個巨大推動力是中國己批準開展“金太陽工程”第二期項目，該項目將為總量達2．9Gw的超過220個光伏項目提供預支財政補貼。 因此，推廣發(fā)展光伏應用市場，是我國光伏行業(yè)的未來。 2012年，我國經(jīng)濟增速放緩導致電力消費增速明顯回落，但隨著2013年經(jīng)濟的企穩(wěn)回暖，電力消費開始回升。2013年，全國全社會用電量59591億千瓦時，％。與GDP增速逐季回落但回落幅度逐季收窄相一致，％、％ 、％％，且112月份增速連續(xù)創(chuàng)2013年以來的月度最高增速，表明前期“穩(wěn)增長”的政策措施效果逐步顯現(xiàn)，經(jīng)濟正逐漸趨穩(wěn)回升。分產(chǎn)業(yè)來看，第一產(chǎn)業(yè)用電量1013億千瓦時，與上年基本持平；第二產(chǎn)業(yè)用電38879億千瓦時，％，％、％、％和6％，4季度對全社會用電量增長的貢獻率超過70％，成為帶動全社會用電量增速連續(xù)回升的主要動力；第三產(chǎn)業(yè)用電5890億千瓦時，％；城鄉(xiāng)居民生活用電6719億千瓦時，％。3013年第 4季度，工業(yè)及制造業(yè)用電量增速快速回升，2013年工業(yè)用電量38061億千瓦時，％，4個季度工業(yè)用電量同比分別增長4.％、％、％％，4季度回升快的情況與工業(yè)生產(chǎn)趨穩(wěn)回升態(tài)勢相吻合；％，％、％、％％，4季度回升明顯。制造業(yè)重點行業(yè)中，化工、建材、％。％、％、％％，4季度增速己明顯回升、％，％，是帶動全社會用電量增速回升的重要原因之一。 分區(qū)域看，西部區(qū)域各季度用電量增速高于其他區(qū)域。2013年，％，增速持續(xù)領先于其他區(qū)域，但區(qū)域內(nèi)的重慶、廣西、寧夏、四川增速均低于全國平均增長水平；％，略低于全國平均增長水平，％，而江西、湖北和河南增速均低于5％；％，％，而某、浙江、河北和天津增速均低于4％；％，增速偏低于其他區(qū)域，％％。第四部分 項目的技術基礎 太陽能光伏利用是一項高新技術，使用物理學的光生伏特效應直接將太陽能光能轉變?yōu)殡娔?，所以這種太陽能發(fā)電技術也稱為光伏發(fā)電，目前常規(guī)使用晶體硅太陽電池組件、非晶硅太陽電池組件、銅銦硒薄膜太陽電池組件、碲化鎘薄膜太陽電池組件，其中晶體硅太陽電池組件占市場的90％以上。太陽能光伏發(fā)電的優(yōu)點是：沒有運動部件，無噪聲，無污染，模塊化安裝，建設周期短，避免長距離輸電，可就近供電。太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏方陣、并網(wǎng)逆變器、測量通信系統(tǒng)及公共電網(wǎng)組成。光伏方陣將太陽能轉化為電能(直流電)，并傳遞到與之相連的逆變器上，逆變器將直流電(DC)轉變成交流電(AC)，輸出電力與公共電網(wǎng)相連接，為當?shù)靥峁╇娏?。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)示意圖如圖442所示。光伏并網(wǎng)型發(fā)電模式，主要用于已經(jīng)有電網(wǎng)的地方，即白天有太陽時光伏系統(tǒng)發(fā)電直接輸送到電網(wǎng)上，是對電網(wǎng)的一種重要補充。 光伏組件簡介：光伏組件是將太陽能直接轉變?yōu)橹绷麟娔艿牟考?，是光伏電源系統(tǒng)的核心部件，求具有非常好的耐侯性，能在室外嚴酷的條件下長期穩(wěn)定可靠地運行，同時具有高的轉換效率。晶體硅光伏組件主要包括單晶硅和多晶硅，是目前較成熟、穩(wěn)定、可靠的光伏組件，與薄膜光伏組件一樣，在光照及常規(guī)大氣環(huán)境中使用會有部分衰減；多晶硅光伏組件兼具單晶硅光伏組件的高轉換效率、長壽命以及非晶硅薄膜光伏組件的材料制備工藝相對簡單等優(yōu)點，轉換效率稍低于單晶硅光伏組件，但成本低于單晶硅光伏組件，是目前市場上的主流產(chǎn)品。如圖43所示。圖43多晶組件產(chǎn)品圖 21本項目擬采用多晶硅光伏組件，要求經(jīng)過國內(nèi)的常規(guī)檢測或國際著名機構的認證，如通過GB/T9535或IEC 61215的及GB/T189112002/IEC 61646:1996的測試。逆變器是把光伏陣列連接到系統(tǒng)的部分，配置有最大功率跟蹤器，可以將直流電(DC)轉化為交流電(AC)，并具有最大功率跟蹤功能。最大功率跟蹤器(MPPT)是一種電子設備，無論負載阻抗變化還是由溫度或太陽輻射引起的工作條件的變化，都能保證光伏陣列工作在輸出功率最佳狀態(tài)，實現(xiàn)陣列的最佳工作效率。如圖44所示。 圖44 逆變器產(chǎn)品圖 逆變器的選型主要對以下幾個指標進行比較： (1)逆變器輸入直流電壓的范圍：太陽能光伏組件串的輸出電壓受日照強度、天氣條件及負載影響變化范圍比較大，要求逆變器能夠在較大的直流輸入電壓范圍內(nèi)正常工作，并保證輸出交流電壓的穩(wěn)定。 (2)逆變器輸出效率：大功率逆變器在滿載時，效率必須在9％或9％以上，即使逆變器的額定功率在10％情況下，也要保證90％以上的轉換效率。 (3)逆變器輸出波形：為使光伏陣列所產(chǎn)生的直流電經(jīng)逆變后向公共電網(wǎng)并網(wǎng)供電，要求逆變器的輸出電壓波形、幅值及相位等與公共電網(wǎng)一致，以實現(xiàn)向電網(wǎng)無擾動平滑供電。所選逆變器輸出電流波形應良好，波形畸變以及頻率波動低于門檻值。 (4)最大功率點跟蹤：逆變器的輸入終端電阻應自動適應于光伏發(fā)電系統(tǒng)的實際運行特性，保證光伏發(fā)電系統(tǒng)運行在最大功率點。 (5)可靠性和可恢復性：逆變器應具有一定的抗干擾能力、環(huán)境適應能力、瞬時過載能力及各種保護功能，如：過電壓情況下，光伏發(fā)電系統(tǒng)應正常運行；過負荷情況下，逆變器需自動向光伏組件特性曲線中的開路電壓方向調(diào)整運行點，限定輸入功率在給定范圍內(nèi)；故障情況下，逆變器必須自動從主網(wǎng)解列。 (6)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集：逆變器應有多種通訊接口進行數(shù)據(jù)采集并發(fā)送到遠控室，其控制器還應有模擬輸入端口與外部傳感器相連，測量日照和溫度等數(shù)據(jù)，便于整個電站數(shù)據(jù)處理分析。 逆變器主要技術指標還有：額定容量、輸出功率因數(shù)、額定輸入電壓、額定電流、電壓調(diào)整率、負載調(diào)整率、諧波因數(shù)、總諧波畸變率和畸變因數(shù)等。 逆變器的功能是將光伏組件在太陽光的照射下產(chǎn)生的直流電轉換為頻率50赫茲的交流電，具有與公共電網(wǎng)抑制的正弦波型交流電。它是整流的逆向過程，稱之為“逆變”。太陽電池在陽光照射下產(chǎn)生直流電，然而以日常生活中使用的電器產(chǎn)品為例，只有部分電器直接用直流電供電，而大部分電器如電視機、洗衣機、電冰箱、微波爐、空調(diào)器等均不直接用直，流電供電，絕大多數(shù)動力機械也是如此。當大電網(wǎng)供電系統(tǒng)需要升高電壓或降低電壓時，交流電源系統(tǒng)中只需增加變壓器裝置就能實現(xiàn)，而在直流電源系統(tǒng)中升壓降壓技術與裝置就要復雜得多，對逆變器的性能也有較高的要求。 由于光伏系統(tǒng)投資較高，太陽組件所發(fā)電是非常寶貴的，要求逆變器具有較高的逆變效率，咀提高系統(tǒng)的總體效率。 并網(wǎng)逆變器均是正弦波逆變器，并具有最大功率跟蹤系統(tǒng)，以保障光伏系統(tǒng)始終工作在最大功率點。正弦波逆變器的特點是：綜合技術性能好，功能完善，但線路復雜，普遍采用脈寬調(diào)制技術。其優(yōu)點是：輸出波形好，失真度很低，對通信設備無干擾，噪聲也很低，應用范圍廣，整機保護功能齊全，效率高。 并網(wǎng)逆變器還有對電網(wǎng)監(jiān)測功能，能與電網(wǎng)保持相同相位和頻率，在電網(wǎng)停電時能及時將光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)斷開，避免繼續(xù)對電網(wǎng)供電造成事故，在電網(wǎng)恢復通電后能及時廢復向電網(wǎng)送電，即具有可靠的“防孤島效應”功能。 光伏組件需要用牢固的支架面向南面架設，形成光伏方陣，組件之間需要接線盒進行連接，再經(jīng)過專用電纜與逆變器相連。本工程在山坡荒地建設，場址平坦四周基本無遺擋。查表可得該地區(qū)風速對光伏電站的運行影響較大，應采取必要的抗風措施。太陽能電池組件迎風面積較大，在組件支架設計中必須考慮風荷載的影響。 光伏電站中的組件陣列均固定安裝金屬支架之上，且陣列占地面積較廣，雷電對光伏電站運行有一定的危害，電站應采取可靠的防雷接地措施。 大型并網(wǎng)光伏電源系統(tǒng)通常還具有發(fā)電量統(tǒng)計功能，此外應還有太陽輻射、環(huán)境溫度、風速、電站的實時發(fā)電監(jiān)測系統(tǒng)及重要參數(shù)的遠程監(jiān)測系統(tǒng)等。同時，光伏電站應充分利用并網(wǎng)逆變器的無功容量及其調(diào)節(jié)能力，當并網(wǎng)逆變器的無功容量不能滿足系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)需要時，應在光伏發(fā)電站配置無功補償裝置，并綜合考慮光伏發(fā)電站各種出力水平和接入系統(tǒng)后各種運行工況的暫態(tài)、動態(tài)過程，配置足夠的動態(tài)無功補償容量。第五部分 光伏電站技術方案本項目位于某市某縣董周鄉(xiāng)，如下圖線框區(qū)域所示：項目區(qū)圖51項目地太陽能資源情況為了科學合理地分析某縣具體的太陽能資源，并通過太陽輻射量計算并網(wǎng)電站發(fā)電量能，以年均日照資源對系統(tǒng)進行設計。如下表所示： 雖然不同光伏發(fā)電應用中，光伏陣列的最佳傾角可以通過理論計算的方式得出，但是理論計算主要是以光伏系統(tǒng)所處位置的年度氣象資料的平均值作為依據(jù)，實際中雨雪、灰塵、花粉、空氣污染等因素的影響在理論計算分析中很難被考慮到。 完整的系統(tǒng)設計方案內(nèi)容應包括系統(tǒng)配置圖、太陽組件方陣的設計、逆變器的設計、輸變電設計、橋架及接線、防雷接地設計、土建設計(機房、配電房)等。本項目僅做初步的電氣設計及預計的系統(tǒng)規(guī)模和主要技術參數(shù)。 (1)光伏組件單晶硅太陽能電池組件光電轉換效率高，％左右，其穩(wěn)定性好。多晶硅太陽能電池組件光電轉換效率略低于單晶硅，商業(yè)化組件的轉換效率在1516％，制成組件后，組件效率與單晶硅組件相近。％以上。兩種組件使用壽命均能達到25年，其功率衰減均小于20％。本項目一期投資建設擬采用“國家金太陽工程”入圍產(chǎn)品品牌多晶硅太陽能電池組件120000塊，％。技術參數(shù)見下表： (2)并網(wǎng)逆變器：并網(wǎng)逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部件，是將太陽能電池板發(fā)出的直流電能轉化為可與系統(tǒng)連接的交流電的核心設備。并網(wǎng)逆變器的質(zhì)量與效率直接影響到發(fā)電量的輸出，對經(jīng)濟效益和能源利用都具有重要的影響。技術參數(shù)見下表：輸入最大輸入功率560kW最大輸入電壓1000V啟動電壓520V最小工作電壓500V最大輸入電流1120AMPP電壓范圍500~850V輸入連接端數(shù)8/16輸出額定輸出功率500kW最大輸出視在功率550kVA最大輸出電流1008A總電流波形畸變率3%(額定功率)額定電網(wǎng)電壓315V電網(wǎng)電壓范圍250~362V額定電網(wǎng)頻率50/60Hz電網(wǎng)頻率范圍47~52Hz / 57~62Hz功率因數(shù)范圍@滿功率，~隔離變壓器無直流分量 % In效率最大效率%歐洲效率%保護輸入側斷路設備直流負荷開關輸出側斷路設備交流負荷開關直流過壓保護具備交流過壓保護具備電網(wǎng)監(jiān)測具備接地故障監(jiān)測具備過熱保護具備絕緣監(jiān)測具備常規(guī)數(shù)據(jù)尺寸（寬高深）16062034860mm重量1700kg工作溫度范圍30~+55℃夜間自耗電100W外部輔助電源電壓380V，3A冷卻方式溫控強制風冷防護等級IP21相對濕度0~95%無冷凝最高海拔6000m(＞3000m降額)排風需求量4500m3/h顯示彩色觸摸屏通訊RS485/Modbus, Ethernet(Opt.)本項目所利用土地為山坡荒地，地質(zhì)結構分為填土表層和巖石表層。支架基礎根據(jù)地表土層的不同分別采用獨立基礎和錨桿基礎。光伏發(fā)電系統(tǒng)中以1Mwp為一個電氣單元，每個單元由4000塊250Wp多晶硅光伏組件組成，接入1臺1MW逆變器。本項目一期工程合計共需光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部件120000塊，lMW逆變器30臺，總裝機容量30MWp。每500KW電氣接線形式相同，組件電氣連接選取20塊太陽能組件串聯(lián)為一串，16串并至一臺匯流箱，每個1000KW單元共13臺匯流箱，接入1臺1000kVA直流匯流柜，每臺直流匯流箱輸出接入1臺1000kVA逆變器，逆變器輸出為315V交流電。 光伏系統(tǒng)數(shù)據(jù)檢測、遠傳是采用太陽能專用工控機、環(huán)境監(jiān)測儀、數(shù)據(jù)采集器和顯示裝置及與其配套的太陽能專用監(jiān)控軟件來檢測、遠傳太陽輻射量、溫度、光伏組件直流輸入電壓、電流、逆變器輸入/輸出電壓及電流及輸出計量等。由于采集參數(shù)的多樣性和分散性，系統(tǒng)采用分布式數(shù)據(jù)采集的結構模式。 所謂分布式數(shù)據(jù)采集，就是利用溫度傳感器、太陽輻射測量儀等設備就近分散采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，通過智能數(shù)據(jù)采集模塊的RS485串行數(shù)據(jù)總線技術將采集到的數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)測計算機進行集中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計和處理。 智能數(shù)據(jù)采集模塊中設有獨立的中央處理模塊，可以在現(xiàn)場對采集的信號進行數(shù)字濾波和簡單的數(shù)據(jù)處理，然后通過RS485串行數(shù)據(jù)總線技術將處理后的數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)測計算現(xiàn)場機，監(jiān)測計算機負責將各個的數(shù)據(jù)進行匯總和處理。圖52光伏電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)界面 、防雷及接地保護 為保證電力系統(tǒng)的安全運行和光伏發(fā)電及附屬設施的安全，大型并網(wǎng)光伏電站必須有良好的避雷、防雷及接地保護裝置。避雷、防雷裝置應符合GB 5005794要求，接地應符合GB 5016992要求。 場地防雷：目的是使光電場及附屬設施免遭直接雷擊，所有不帶電金屬體全部可靠接地，防止感應雷侵襲；在高處設置避雷針防止直接雷擊，整個場地均應在保護范圍內(nèi)。 交流側的防雷：交流側的防雷主要是逆變器輸出的低壓配電和升壓變壓器的高壓交流輸出。線路的防雷，通常使用不同容量和電壓等級的避雷器，連接在導線與地之間，與被保護設備并聯(lián)，用來限制過電壓，使設備免遭過電壓損壞。 線路防雷器件需具有無漏電流、通流容量大、殘壓低、防水、防潮、適于用戶外安裝等特點，并經(jīng)過公安部檢測，符合G1334828G13348383和GAl73198等設備抗雷擊國家標準。 系統(tǒng)接地保護設計：最主要的要求是接地電阻要小。雷電保護系統(tǒng)的接地電阻應符合DL/T620《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》的要求，一般不應大于10歐姆，在高土壤電阻率地區(qū)的接地電阻不應大于30歐姆。線路接地系統(tǒng)應符合DL/T621《交流電氣裝置的接地》的