【文章內(nèi)容簡介】 口正是需要用可再生能源發(fā)電進行補充的。而太陽能光伏發(fā)電可能在未來中國的能源供應(yīng)中占據(jù)主要位置。 促進我國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展，為光伏并網(wǎng)發(fā)電提供示范作用我國的太陽能光伏發(fā)電主要用于解決缺能少電的偏遠地區(qū)農(nóng)牧民的供電需及無電區(qū)的通訊供電需求等。從2010年后太陽能電池板組件價格大幅下降，光伏發(fā)電成本降低，我國大面積推廣MW級光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。從長遠看，太陽能光伏發(fā)電在不遠的將來會占據(jù)世界能源消費的重要席位，不但要替代部分常規(guī)能源，而且將成為世界能源供應(yīng)的主體。根據(jù)歐洲JRC的預測，到2030年可再生能源在總能源結(jié)構(gòu)中占到30%以上，太陽能光伏發(fā)電在世界總電力的供應(yīng)中達到10%以上；2040年可再生能源占總能耗50%以上，太陽能光伏發(fā)電將占總電力的20%以上；到21世紀末可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中占到80%以上，太陽能發(fā)電占到60%以上。本項目的建設(shè)有利于電網(wǎng)主管部門總結(jié)并網(wǎng)型光伏電站對電網(wǎng)系統(tǒng)影響的運行經(jīng)驗，為將來大范圍推廣建設(shè)并網(wǎng)光伏電站奠定基礎(chǔ)，具有很好的示范作用。 具有明顯的社會效益和環(huán)保效益本工程有效利用閑置的土地發(fā)電，具有明顯的社會效益。本太陽能光伏電站工程建成后裝機容量1MWP。本項目設(shè)計使用壽命期累計可節(jié)約燃煤10581026610千克（約10581027噸），，，具有良好的社會效益。本工程的實施意味著避免了火力發(fā)電所用標準煤所產(chǎn)生的廢氣造成大氣污染。從本工程所發(fā)揮的示范作用來看，隨著光伏發(fā)電成本的下降，我省的太陽能資源將會得到越來越廣泛的利用，將來大面積推廣太陽能發(fā)電站后，其帶來的社會效益和環(huán)保效益將是可觀的。 具有優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)符合廣西省“十二五”能源發(fā)展規(guī)劃光伏電站的建成，一方面資源條件直接影響到某市經(jīng)濟和社會的可持續(xù)健康發(fā)展；另一方面以火電為主的能源結(jié)構(gòu)又使某市社會經(jīng)濟發(fā)展承受著巨大的環(huán)境壓力。積極調(diào)整優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、開發(fā)利用清潔的和可再生的能源，是保持經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略。大力發(fā)展太陽能發(fā)電，替代一部分礦物能源，對于降低項目地點的煤炭消耗、緩解環(huán)境污染好交通運輸壓力、改善電源結(jié)構(gòu)等具有非常積極的意義，是發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟、建設(shè)節(jié)約型社會的具體體現(xiàn)，符合廣西省“十二五”時期能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化：在穩(wěn)定煤炭生產(chǎn)、增加煤電供應(yīng)的同時，突出加強核能利用，加大可再生能源開發(fā)力度，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)。第五章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計及發(fā)電量計算 太陽能電池組件選擇 太陽電池組件光伏發(fā)電系統(tǒng)通過將大量的同規(guī)格、同特性的太陽能電池組件，經(jīng)過若干電池組件串聯(lián)成一串以達到逆變器額定輸入電壓，再將這樣的若干串電池板并聯(lián)達到系統(tǒng)預定的額定功率。這些設(shè)備數(shù)量眾多，為了避免它們之間的相互遮擋，須按一定的間距進行布置，構(gòu)成一個方陣，這個方陣稱之為光伏發(fā)電方陣。其中由同規(guī)格、同特性的若干太陽能電池組件串聯(lián)構(gòu)成的一個回路是一個基本陣列單元。每個光伏發(fā)電方陣包括預定功率的電池組件和逆變器等組成。若干個光伏發(fā)電方陣通過電氣系統(tǒng)的連接共同組成一座光伏電站。選擇合適的太陽能電池組件對于整個電站的投資、運營、效益都有較大的關(guān)系。當今太陽能開發(fā)應(yīng)用最廣泛的是太陽電池。1941年出現(xiàn)有關(guān)硅太陽電池報道，1954年研制成效率達6%的單晶硅太陽電池，1958年太陽電池應(yīng)用于衛(wèi)星供電。在70年代以前，由于太陽電池效率低，售價昂貴，主要應(yīng)用在空間。70年代以后，對太陽電池材料、結(jié)構(gòu)和工藝進行了廣泛研究，在提高效率和降低成本方面取得較大進展，地面應(yīng)用規(guī)模逐漸擴大，但從大規(guī)模利用太陽能而言，與常規(guī)發(fā)電相比，成本仍然較高。世界光伏組件在過去15年平均年增長率約15%。90年代后期，發(fā)展更加迅速，最近3年平均年增長率超過30%。在產(chǎn)業(yè)方面，各國一直通過擴大規(guī)模、提高自動化程度、改進技術(shù)水平、開拓市場等措施降低成本，并取得了巨大進展。商品化電池組件效率從10%~13%提高到12%~16%。目前，世界上太陽電池的實驗室效率最高水平為：單晶硅電池24%（4cm2），%（4 cm2），InGaP/%（AM1），%（初始）、%（穩(wěn)定），%，%，%。我國于1958年開始太陽電池的研究，40多年來取得不少成果。目前，我國太陽電池的實驗室效率最高水平為：%（2cm2cm），%（2cm2cm）、12%（10cm10cm），%（1cm1cm），GaAs/%（AMO）,CulnSe電池9%（1cm1cm），%（1cm1cm，非活性硅襯底），%（10cm10cm）、%（20cm20cm）、%（30cm30cm），二氧化鈦納米有機電池10%（1cm1cm）。（1） 晶體硅光伏電池晶體硅仍是當前太陽能光伏電池的主流。單晶硅電池是最早出現(xiàn)，工藝最為成熟的太陽能光伏電池，也是大規(guī)模生產(chǎn)的硅基太陽能電池中，效率最高。單晶硅電池是將硅單晶進行切割、打磨制成單晶硅片，在單晶硅片上經(jīng)過印刷電極、封裝等流程制成的，現(xiàn)代半導體產(chǎn)業(yè)中成熟的拉制單晶、切割打磨，以及印刷刻版、封裝等技術(shù)都可以在單晶硅電池生產(chǎn)中直接應(yīng)用。大規(guī)模生產(chǎn)的單晶硅電池效率可以達到13~20%。由于采用了切割、打磨等工藝，會造成大量硅原料的損失；受硅單晶棒形狀的限制，單晶硅電池必須做成圓形，對光伏組件的布置也有一定影響。單晶硅電池的生產(chǎn)主要有兩種方法，一種是通過澆鑄、定向凝固的方法，制成單晶硅的晶錠，再經(jīng)過切割、打磨等工藝制成單晶硅片，進一步印刷電極、封裝，制成電池。澆鑄方法制造單晶硅片不需要經(jīng)過單晶拉制工藝，消耗能源較單晶硅電池少，并且形狀不受限制，可以做成方便光伏組件布置的方形；除不需要單晶拉制工藝以外，制造單晶硅電池的成熟工藝都可以在單晶硅電池的制造中得到應(yīng)用。另一種方法是在單晶硅襯底上采用化學氣相沉積（CVD）等工藝形成無需分布的非晶態(tài)硅膜，然后通過退火形成較大晶粒，以提高發(fā)電效率。單晶硅電池的效率能夠達到10~18%，略低于單晶硅電池的水平。和單晶硅電池相比，單晶硅電池雖然效率有所降低，但是節(jié)約能源，節(jié)省硅原料，達到工藝成本和效率的平衡。晶體硅電池片如圖552所示：兩種電池組件的外形結(jié)構(gòu)如圖53所示。（左為單晶硅組件，右為單晶硅組件）圖 53 電池組件外形結(jié)構(gòu)圖（2） 非晶硅電池和薄膜光伏電池非晶硅電池是在不同襯底上附著非晶態(tài)硅晶粒制成的，工藝簡單，硅原料消耗少，襯底廉價，并且可以方便的制成薄膜，并且具有弱光性好，受高溫影響小的特性。自上個世紀70年代發(fā)明以來，非晶硅太陽能電池，特別是非晶硅薄膜電池經(jīng)歷了一個發(fā)展的高潮。80年代，非晶硅薄膜電池的市場占有率一度高達20%，但受限于較低的效率，非晶硅薄膜電池的市場份額逐步被晶硅電池取代，目前約為12%。圖54 非晶薄膜太陽能電池組件外形非晶硅薄膜太陽電池是在廉價的玻璃、不銹鋼或塑料襯底上附上非常薄的感光材料制成，比用料較多的晶體硅技術(shù)造價更低，其價格優(yōu)勢可抵消低效率的問題。（3） 數(shù)倍聚光太陽能電池數(shù)倍聚光太陽能電池片本身與其它常規(guī)平板光伏電池并無本質(zhì)區(qū)別，它是利用反射或折射聚光原理將太陽光會聚后，以高倍光強照射在光伏電池板上達到提高光伏電池的發(fā)電功率。國外已經(jīng)有過一些工業(yè)化嘗試。比如利用菲涅爾透鏡實現(xiàn)3~7倍的聚光，但由于透射聚光的光強均勻性較差、且特制透鏡成本降低的速度趕不上高反射率的平面鏡，國外開始嘗試通過反射實現(xiàn)聚光，比如德國ZSW公司發(fā)明了V型聚光器實現(xiàn)了2倍聚光。盡管實現(xiàn)2倍聚光也可以節(jié)省50%的光伏電池，但是相對于聚光器所增加的成本，總體的經(jīng)濟效益并不明顯。圖55 聚光太陽能電池組件外形目前國內(nèi)聚光太陽能電池研究尚處于示范運行階段，聚光裝置采用有多種形式，有：高聚光鏡面菲涅爾透鏡、槽面聚光器、八面體聚光器等。由于聚光裝置需要配套復雜的機械跟蹤設(shè)備、光學儀器、冷卻設(shè)施、且產(chǎn)品尚處于開發(fā)研究期，其實際的使用性能及使用效果尚難確定。根據(jù)國外的應(yīng)用經(jīng)驗，盡管實現(xiàn)多倍聚光可以節(jié)省光伏電池，但是隨著電池價格的不斷下降，相對于聚光器所增加的成本，總體的經(jīng)濟效益并不明顯。在單晶硅、單晶硅、非晶薄膜電池這三種電池中，單晶硅的生產(chǎn)工藝最為成熟，在早期一直占據(jù)最大的市場份額。但由于其生產(chǎn)過程耗能較為嚴重，產(chǎn)能被逐漸削減。到2006年時，單晶硅已經(jīng)超過單晶硅占據(jù)最大的市場份額。 幾種太陽電池組件的性能比較對單晶硅、單晶硅、非晶硅和多倍聚光這四種電池類型就轉(zhuǎn)換效率、制造能耗、安裝、成本等方面進行了比較得出：（1） 晶體硅光伏組件技術(shù)成熟，且產(chǎn)品性能穩(wěn)定，使用壽命長。（2） 商業(yè)用化使用的光伏組件中，單晶硅組件轉(zhuǎn)換效率最高，單晶硅其次，但兩者相差不大。（3） 晶體硅電池組件故障率極低，運行維護最為簡單。（4） 使用晶體硅光伏組件安裝簡單方便，布置緊湊，可節(jié)約場地。（5） 盡管非晶硅薄膜電池在價格、弱光相應(yīng)，高溫性能等方面具有一定的優(yōu)勢，但是使用壽命期較短。因此綜合考慮上述因素，本工程擬選用晶體硅太陽能電池組件。根據(jù)對目前幾種太陽能電池組件的比較，并結(jié)合建筑情況和性價比，本項目初步擬采用國產(chǎn)280Wp單晶硅光伏組件其主要技術(shù)參數(shù)表51：表51 技術(shù)參數(shù)表 光伏陣列運行方式選擇 電池陣列的運行方式分類對于光伏組件，不同的安裝角度接受的太陽光輻射量是不同的，發(fā)出的電量也就不同。安裝支架不但要起到支撐和固定光伏組件的作用，還要使用光伏組件在特定的時間以特定的角度對準太陽，最大限度的利用太陽光發(fā)電。安裝方式主要固定式、單軸跟蹤和雙軸跟蹤等。固定式光伏組件的安裝，考慮其可安裝性和安全性，目前技術(shù)最為成熟、成本相對最低、應(yīng)用最廣泛的方式為固定式安裝。由于太陽在北半球正午時分相對于地面的傾角在春分和秋分時等于當?shù)氐木暥?，在冬至等于當?shù)鼐暥葴p去太陽赤緯角，夏至時等于當?shù)鼐暥燃由咸柍嗑暯恰?電池陣列的運行方式確定由于本工程為屋面光伏電站，故本項目使用固定式方案較為合理，由于屋面方位及面積限制，同時考慮結(jié)構(gòu)安全等因素，屋面組件采用28176。傾角方式安裝。 逆變器的選擇 并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)設(shè)計方案合理的逆變器配置方案和合理的電氣一次主接線對于提高太陽能光伏系統(tǒng)發(fā)電效率，減少運行損耗，降低光伏并網(wǎng)電廠運營費用以及縮短電廠建設(shè)周期和經(jīng)濟成本的回收期具有重要的意義，合理的電氣一次主接線可以簡化保護配置、減少線路損耗、提高運行可靠性。同時合理的配置方案和合理的電氣一次主接線對于我國大規(guī)模的光伏并網(wǎng)電廠建設(shè)具有一定的示范意義。 方案總體比較目前，國內(nèi)市場上逆變器主要分為集中型逆變器、組串型逆變器及微型逆變器。其中集中型逆變器規(guī)格主要為50KW以上及1MW以下，組串型逆變器主要規(guī)格為幾千瓦及30KWp以下，微型逆變器為500W以下。綜上比較，項目光伏發(fā)電系統(tǒng)裝機容量較大，由于建筑區(qū)建筑分散，分散設(shè)置逆變器?？蛇x擇分塊發(fā)電逆變，降低線損和配電損耗。本工程根據(jù)每個建筑發(fā)電單元裝機容量及實際情況，本工程選用50KW組串型逆變器。光伏并網(wǎng)系統(tǒng)將太陽能轉(zhuǎn)換成直流電能后，再通過逆變器將直流電逆變?yōu)?0Hz、。在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，逆變控制部分擔負著系統(tǒng)的DC/AC轉(zhuǎn)換，并準確控制轉(zhuǎn)換電壓、頻率、相位、諧波含量等重要指標，同時，負責光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)各部分與公共電網(wǎng)的協(xié)調(diào)運行，并對系統(tǒng)可能發(fā)生的各種異常狀態(tài)進行保護，它是光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。本工程初步選用國產(chǎn)性能可靠、效率高的50kW集中型逆變器，具體設(shè)備選型由項目招標確定。逆變器具有如下功能特點：1) 數(shù)字化DSP控制；2) 有功及無功功率可調(diào)；3) 只能功率IGBT模塊；4) 滿足自供電外供電的自動切換；5) 滿足德國BDEW電壓標準，通過國家權(quán)威機構(gòu)全故障低電壓穿越測試；6) 智能面板操作控制功能；7) 先進的MPPT控制算法，實現(xiàn)追蹤光伏電池的最大輸出功率，自動適應(yīng)遮擋、熱斑等組件意外情況；8) 純正弦波輸出，先進的鎖相技術(shù)，電流諧波含量小，對電網(wǎng)無污染、無沖擊；9) 主動+被動的雙重檢測技術(shù)，實現(xiàn)反孤島運行控制；10) 完美的保護和報警功能；11) 適應(yīng)高海波及嚴寒地區(qū)；12) 可配備RS232/RS48以太網(wǎng)、GPRS通信接口，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視，可與國家電網(wǎng)、住建部、金太陽運行管理中心實現(xiàn)無縫數(shù)據(jù)對接；13) 逆變器為國內(nèi)知名品牌，具有金太陽認證；14) 逆變器有CCC和CE認證或通過中國電力科學研究院測試。逆變器主要技術(shù)指標如下表52所示：表52 50kW并網(wǎng)逆變器主要技術(shù)參數(shù)表 光伏方陣設(shè)計 光伏組串設(shè)計在本系統(tǒng)中，計算組件串聯(lián)數(shù)量時，必須根據(jù)組件的工作電壓和逆變器直流輸入電壓范圍，同時需要考慮組件的開路電壓溫度系數(shù)。本系統(tǒng)逆變器允許最高電壓為1100V，MPPT電壓范圍為200~1000V280W單晶硅組件組串數(shù)計算如下：，%/℃，℃，℃。逆變器的最大輸出電壓1100V247。（極低溫度下組件開路電壓）=；逆變器直流工作電壓上限780V247。（極低溫度下組件峰值電壓）=；逆變器啟動電壓200V247。（極高溫度下組件峰值電壓）=根據(jù)以上計算數(shù)據(jù)可以看出，可選擇2224塊組件作為一串?？紤]該項目總裝機容量要求及支架設(shè)計和施工方便，故本項目選用24組串規(guī)格，此時組件串最佳工作電壓為U=24=。每個光伏串的容量為P=280Wp24塊=6720Wp 光伏組件支架光伏支架的形式：支架安裝采用平鋪，安裝時支架基礎(chǔ)保持水平。 光伏子方陣布置陣列間距設(shè)計電站總平面布置方案按電池板方陣尺寸和相應(yīng)電池板陣個數(shù)進行規(guī)劃布置。電池方陣的占地面積及布置方式與電站所處地理位置的緯度、是否采用跟蹤裝置密不可分。按照經(jīng)驗，電池組件間的間距要滿足以下條件：如果在太陽高度角最低的冬至那一天，從當?shù)貢r間午前9時至午后3時之間，其電池板組件的影子互相不影響，則對陣列的電池板陣輸出沒有影響。由于本次光伏組件均為平鋪安裝，考慮光伏電站檢修及維護，故本項目設(shè)定光伏組件陣列前后間距約為1m（前后兩排陣列的凈間距）即可。 方陣接線方案設(shè)計由于本工程采用組串型并網(wǎng)逆變器，故本工程需配置交流匯流箱及交流配電柜。匯流箱直接安裝組件支架上，以減少光伏電纜使用數(shù)量及降低電線電纜損耗。屋面發(fā)電區(qū)的匯流箱由阻燃電纜穿線槽敷設(shè)方式集中接至室外預裝式逆變房直流