【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 代形勢(shì)的嚴(yán)重性和緊迫性。中國(guó)電力科學(xué)院的研究表明，在考慮到充分開(kāi)發(fā)煤電、水電和核電的情況下，%%（[R]2004.），這個(gè)缺口正是需要用可再生能源發(fā)電進(jìn)行補(bǔ)充的。而太陽(yáng)能光伏發(fā)電可能在未來(lái)中國(guó)的能源供應(yīng)中占據(jù)主要位置。 促進(jìn)我國(guó)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(guó)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電主要用于解決缺能少電的偏遠(yuǎn)地區(qū)農(nóng)牧民的供電需及無(wú)電區(qū)的通訊供電需求等。從2010年后太陽(yáng)能電池板組件價(jià)格大幅下降，光伏發(fā)電成本降低，我國(guó)大面積推廣MW級(jí)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，太陽(yáng)能光伏發(fā)電在不遠(yuǎn)的將來(lái)會(huì)占據(jù)世界能源消費(fèi)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(yù)測(cè)，到2030年可再生能源在總能源結(jié)構(gòu)中占到30%以上，太陽(yáng)能光伏發(fā)電在世界總電力的供應(yīng)中達(dá)到10%以上；2040年可再生能源占總能耗50%以上，太陽(yáng)能光伏發(fā)電將占總電力的20%以上；到21世紀(jì)末可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中占到80%以上，太陽(yáng)能發(fā)電占到60%以上。本項(xiàng)目的建設(shè)有利于電網(wǎng)主管部門(mén)總結(jié)并網(wǎng)型光伏電站對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)影響的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，為將來(lái)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(huì)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(huì)效益。本太陽(yáng)能光伏電站工程建成后裝機(jī)容量1MWP。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)使用壽命期累計(jì)可節(jié)約燃煤10581026610千克（約10581027噸），，，具有良好的社會(huì)效益。本工程的實(shí)施意味著避免了火力發(fā)電所用標(biāo)準(zhǔn)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(lái)看，隨著光伏發(fā)電成本的下降，我省的太陽(yáng)能資源將會(huì)得到越來(lái)越廣泛的利用，將來(lái)大面積推廣太陽(yáng)能發(fā)電站后，其帶來(lái)的社會(huì)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xx市經(jīng)濟(jì)和社會(huì)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xx市社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(kāi)發(fā)利用清潔的和可再生的能源，是保持經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略。大力發(fā)展太陽(yáng)能發(fā)電，替代一部分礦物能源，對(duì)于降低項(xiàng)目地點(diǎn)的煤炭消耗、緩解環(huán)境污染好交通運(yùn)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(jì)、建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的具體體現(xiàn)，符合廣西省“十二五”時(shí)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(shí)，突出加強(qiáng)核能利用，加大可再生能源開(kāi)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(jì)及發(fā)電量計(jì)算 太陽(yáng)能電池組件選擇 太陽(yáng)電池組件光伏發(fā)電系統(tǒng)通過(guò)將大量的同規(guī)格、同特性的太陽(yáng)能電池組件，經(jīng)過(guò)若干電池組件串聯(lián)成一串以達(dá)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(dá)到系統(tǒng)預(yù)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(jìn)行布置，構(gòu)成一個(gè)方陣，這個(gè)方陣稱(chēng)之為光伏發(fā)電方陣。其中由同規(guī)格、同特性的若干太陽(yáng)能電池組件串聯(lián)構(gòu)成的一個(gè)回路是一個(gè)基本陣列單元。每個(gè)光伏發(fā)電方陣包括預(yù)定功率的電池組件和逆變器等組成。若干個(gè)光伏發(fā)電方陣通過(guò)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(yáng)能電池組件對(duì)于整個(gè)電站的投資、運(yùn)營(yíng)、效益都有較大的關(guān)系。當(dāng)今太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)應(yīng)用最廣泛的是太陽(yáng)電池。1941年出現(xiàn)有關(guān)硅太陽(yáng)電池報(bào)道，1954年研制成效率達(dá)6%的單晶硅太陽(yáng)電池，1958年太陽(yáng)電池應(yīng)用于衛(wèi)星供電。在70年代以前，由于太陽(yáng)電池效率低，售價(jià)昂貴，主要應(yīng)用在空間。70年代以后，對(duì)太陽(yáng)電池材料、結(jié)構(gòu)和工藝進(jìn)行了廣泛研究，在提高效率和降低成本方面取得較大進(jìn)展，地面應(yīng)用規(guī)模逐漸擴(kuò)大，但從大規(guī)模利用太陽(yáng)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(guò)去15年平均年增長(zhǎng)率約15%。90年代后期，發(fā)展更加迅速，最近3年平均年增長(zhǎng)率超過(guò)30%。在產(chǎn)業(yè)方面，各國(guó)一直通過(guò)擴(kuò)大規(guī)模、提高自動(dòng)化程度、改進(jìn)技術(shù)水平、開(kāi)拓市場(chǎng)等措施降低成本，并取得了巨大進(jìn)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(yáng)電池的實(shí)驗(yàn)室效率最高水平為：?jiǎn)尉Ч桦姵?4%（4cm2），%（4 cm2），InGaP/%（AM1），%（初始）、%（穩(wěn)定），%，%，%。我國(guó)于1958年開(kāi)始太陽(yáng)電池的研究，40多年來(lái)取得不少成果。目前，我國(guó)太陽(yáng)電池的實(shí)驗(yàn)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(jī)電池10%（1cm1cm）。（1） 晶體硅光伏電池晶體硅仍是當(dāng)前太陽(yáng)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(yáng)能光伏電池，也是大規(guī)模生產(chǎn)的硅基太陽(yáng)能電池中，效率最高。單晶硅電池是將硅單晶進(jìn)行切割、打磨制成單晶硅片，在單晶硅片上經(jīng)過(guò)印刷電極、封裝等流程制成的，現(xiàn)代半導(dǎo)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(dá)到13~20%。由于采用了切割、打磨等工藝，會(huì)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(duì)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(guò)澆鑄、定向凝固的方法，制成單晶硅的晶錠，再經(jīng)過(guò)切割、打磨等工藝制成單晶硅片，進(jìn)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(guò)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(xué)氣相沉積（CVD）等工藝形成無(wú)需分布的非晶態(tài)硅膜，然后通過(guò)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(dá)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(dá)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(jiǎn)單，硅原料消耗少，襯底廉價(jià)，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(gè)世紀(jì)70年代發(fā)明以來(lái)，非晶硅太陽(yáng)能電池，特別是非晶硅薄膜電池經(jīng)歷了一個(gè)發(fā)展的高潮。80年代，非晶硅薄膜電池的市場(chǎng)占有率一度高達(dá)20%，但受限于較低的效率，非晶硅薄膜電池的市場(chǎng)份額逐步被晶硅電池取代，目前約為12%。圖54 非晶薄膜太陽(yáng)能電池組件外形非晶硅薄膜太陽(yáng)電池是在廉價(jià)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(jià)更低，其價(jià)格優(yōu)勢(shì)可抵消低效率的問(wèn)題。（3） 數(shù)倍聚光太陽(yáng)能電池?cái)?shù)倍聚光太陽(yáng)能電池片本身與其它常規(guī)平板光伏電池并無(wú)本質(zhì)區(qū)別，它是利用反射或折射聚光原理將太陽(yáng)光會(huì)聚后，以高倍光強(qiáng)照射在光伏電池板上達(dá)到提高光伏電池的發(fā)電功率。國(guó)外已經(jīng)有過(guò)一些工業(yè)化嘗試。比如利用菲涅爾透鏡實(shí)現(xiàn)3~7倍的聚光，但由于透射聚光的光強(qiáng)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(guó)外開(kāi)始嘗試通過(guò)反射實(shí)現(xiàn)聚光，比如德國(guó)ZSW公司發(fā)明了V型聚光器實(shí)現(xiàn)了2倍聚光。盡管實(shí)現(xiàn)2倍聚光也可以節(jié)省50%的光伏電池，但是相對(duì)于聚光器所增加的成本，總體的經(jīng)濟(jì)效益并不明顯。圖55 聚光太陽(yáng)能電池組件外形目前國(guó)內(nèi)聚光太陽(yáng)能電池研究尚處于示范運(yùn)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(fù)雜的機(jī)械跟蹤設(shè)備、光學(xué)儀器、冷卻設(shè)施、且產(chǎn)品尚處于開(kāi)發(fā)研究期，其實(shí)際的使用性能及使用效果尚難確定。根據(jù)國(guó)外的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，盡管實(shí)現(xiàn)多倍聚光可以節(jié)省光伏電池，但是隨著電池價(jià)格的不斷下降，相對(duì)于聚光器所增加的成本，總體的經(jīng)濟(jì)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(chǎng)份額。但由于其生產(chǎn)過(guò)程耗能較為嚴(yán)重，產(chǎn)能被逐漸削減。到2006年時(shí)，單晶硅已經(jīng)超過(guò)單晶硅占據(jù)最大的市場(chǎng)份額。 幾種太陽(yáng)電池組件的性能比較對(duì)單晶硅、單晶硅、非晶硅和多倍聚光這四種電池類(lèi)型就轉(zhuǎn)換效率、制造能耗、安裝、成本等方面進(jìn)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(zhǎng)。（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(yùn)行維護(hù)最為簡(jiǎn)單。（4） 使用晶體硅光伏組件安裝簡(jiǎn)單方便，布置緊湊，可節(jié)約場(chǎng)地。（5） 盡管非晶硅薄膜電池在價(jià)格、弱光相應(yīng)，高溫性能等方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，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(yáng)能電池組件。根據(jù)對(duì)目前幾種太陽(yáng)能電池組件的比較，并結(jié)合建筑情況和性?xún)r(jià)比，本項(xiàng)目初步擬采用國(guó)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(yùn)行方式選擇 電池陣列的運(yùn)行方式分類(lèi)對(duì)于光伏組件，不同的安裝角度接受的太陽(yáng)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(shí)間以特定的角度對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)，最大限度的利用太陽(yáng)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(duì)最低、應(yīng)用最廣泛的方式為固定式安裝。由于太陽(yáng)在北半球正午時(shí)分相對(duì)于地面的傾角在春分和秋分時(shí)等于當(dāng)?shù)氐木暥龋诙恋扔诋?dāng)?shù)鼐暥葴p去太陽(yáng)赤緯角，夏至?xí)r等于當(dāng)?shù)鼐暥燃由咸?yáng)赤緯角。 電池陣列的運(yùn)行方式確定由于本工程為屋面光伏電站，故本項(xiàng)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(shí)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(jì)方案合理的逆變器配置方案和合理的電氣一次主接線對(duì)于提高太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)發(fā)電效率，減少運(yùn)行損耗，降低光伏并網(wǎng)電廠運(yùn)營(yíng)費(fèi)用以及縮短電廠建設(shè)周期和經(jīng)濟(jì)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(jiǎn)化保護(hù)配置、減少線路損耗、提高運(yùn)行可靠性。同時(shí)合理的配置方案和合理的電氣一次主接線對(duì)于我國(guó)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(guó)內(nèi)市場(chǎng)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(xiàng)目光伏發(fā)電系統(tǒng)裝機(jī)容量較大，由于建筑區(qū)建筑分散，分散設(shè)置逆變器。可選擇分塊發(fā)電逆變，降低線損和配電損耗。本工程根據(jù)每個(gè)建筑發(fā)電單元裝機(jī)容量及實(shí)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(yáng)能轉(zhuǎn)換成直流電能后，再通過(guò)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(dān)負(fù)著系統(tǒng)的DC/AC轉(zhuǎn)換，并準(zhǔn)確控制轉(zhuǎn)換電壓、頻率、相位、諧波含量等重要指標(biāo)，同時(shí)，負(fù)責(zé)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(yùn)行，并對(duì)系統(tǒng)可能發(fā)生的各種異常狀態(tài)進(jìn)行保護(hù)，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(guó)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(xiàng)目招標(biāo)確定。逆變器具有如下功能特點(diǎn)：1) 數(shù)字化DSP控制；2) 有功及無(wú)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(dòng)切換；5) 滿足德國(guó)BDEW電壓標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)國(guó)家權(quán)威機(jī)構(gòu)全故障低電壓穿越測(cè)試；6) 智能面板操作控制功能；7) 先進(jìn)的MPPT控制算法，實(shí)現(xiàn)追蹤光伏電池的最大輸出功率，自動(dòng)適應(yīng)遮擋、熱斑等組件意外情況；8) 純正弦波輸出，先進(jìn)的鎖相技術(shù)，電流諧波含量小，對(duì)電網(wǎng)無(wú)污染、無(wú)沖擊；9) 主動(dòng)+被動(dòng)的雙重檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)反孤島運(yùn)行控制；10) 完美的保護(hù)和報(bào)警功能；11) 適應(yīng)高海波及嚴(yán)寒地區(qū)；12) 可配備RS232/RS48以太網(wǎng)、GPRS通信接口，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視，可與國(guó)家電網(wǎng)、住建部、金太陽(yáng)運(yùn)行管理中心實(shí)現(xiàn)無(wú)縫數(shù)據(jù)對(duì)接；13) 逆變器為國(guó)內(nèi)知名品牌，具有金太陽(yáng)認(rèn)證；14) 逆變器有CCC和CE認(rèn)證或通過(guò)中國(guó)電力科學(xué)研究院測(cè)試。逆變器主要技術(shù)指標(biāo)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(jì) 光伏組串設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)中，計(jì)算組件串聯(lián)數(shù)量時(shí)，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(shí)需要考慮組件的開(kāi)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?dāng)?shù)計(jì)算如下：，%/℃，℃，℃。逆變器的最大輸出電壓1100V247。（極低溫度下組件開(kāi)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(dòng)電壓200V247。（極高溫度下組件峰值電壓）=根據(jù)以上計(jì)算數(shù)據(jù)可以看出，可選擇2224塊組件作為一串?？紤]該項(xiàng)目總裝機(jī)容量要求及支架設(shè)計(jì)和施工方便，故本項(xiàng)目選用24組串規(guī)格，此時(shí)組件串最佳工作電壓為U=24=。每個(gè)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(shí)支架基礎(chǔ)保持水平。 光伏子方陣布置陣列間距設(shè)計(jì)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(gè)數(shù)進(jìn)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(yàn)，電池組件間的間距要滿足以下條件：如果在太陽(yáng)高度角最低的冬至那一天，從當(dāng)?shù)貢r(shí)間午前9時(shí)至午后3時(shí)之間，其電池板組件的影子互相不影響，則對(duì)陣列的電池板陣輸出沒(méi)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(hù)，故本項(xiàng)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(jì)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