【正文】 2022 年全縣用電量將會(huì)達(dá)到 10 億 kWh，2022 年達(dá)到30 億 kWh。而縣境內(nèi)只有鴛鴦池、解放村兩座小水電站根據(jù)季節(jié)和水情變化進(jìn)行補(bǔ)充性發(fā)電，年發(fā)電量只有 1500 萬(wàn) kWh 左右，本縣供電能力難以滿足用電需求，缺口電力需要全部外購(gòu)，可以消化電站輸出電力。 19 結(jié)論太陽(yáng)能發(fā)電是清潔能源項(xiàng)目，屬國(guó)家優(yōu)先鼓勵(lì)支持的領(lǐng)域。X 縣光熱條件、土地供應(yīng)、水電交通等條件完全滿足項(xiàng)目建設(shè)要求。X9MW 光伏并網(wǎng)電站建成后，將極大地緩解 X 縣電力供需矛盾，有利于促進(jìn) X 縣工業(yè)的快速發(fā)展。甘肅酒泉 X 縣 9MW 光伏并網(wǎng)電站經(jīng)多次方案比選與論證，確定選用9MW 平板多晶硅組件，屬于中型光伏并網(wǎng)電站，裝機(jī)容量 9MW，多年平均年發(fā)電量 1462 萬(wàn) kWh。電站組件、并網(wǎng)逆變器效率達(dá)到國(guó)際和國(guó)內(nèi)的先進(jìn)水平，光伏電站的建設(shè)與當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)電源建設(shè)、改造和負(fù)荷發(fā)展情況相符合，與接入系統(tǒng)審查意見(jiàn)的精神相一致。第五章 總體方案設(shè)計(jì)并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽(yáng)能光伏方陣系統(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。 光伏電站總體規(guī)劃 光伏電站總體布置本工程圍墻內(nèi)占地面積為 萬(wàn) m2，位于甘肅省 X 縣。太陽(yáng)能電池采用多晶硅電池，裝機(jī)容量為 9MWp，太陽(yáng)能電池陣列由 9 個(gè) 1MWp 固定方陣組成。 光伏電站總體要求本項(xiàng)目為利用太陽(yáng)能資源的可再生能源項(xiàng)目，要在設(shè)計(jì)中引入綠色、環(huán)保的理念，充分利用當(dāng)?shù)氐墓庾匀毁Y源。（1）太陽(yáng)能電池組件要選擇效率高、性價(jià)比好的產(chǎn)品，盡量選用較大功率組件，降低配套支架、土建等費(fèi)用。（2）逆變器盡量選用較大功率產(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)單可靠的方式，減少維護(hù)工作，有利于建成后的生產(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）選擇設(shè)備要技術(shù)先進(jìn)、成熟，使用壽命有保證。 太陽(yáng)能資源分析酒泉市是我國(guó)著名的衛(wèi)星發(fā)射基地，地區(qū)屬于甘肅省太陽(yáng)輻射豐富區(qū)，根據(jù)據(jù) 1997 年～2022 年當(dāng)?shù)?10 年平均氣象資料顯示，酒泉 X 地區(qū)年平均太陽(yáng)總輻射為 ，根據(jù) X 縣氣象局提供的數(shù)據(jù)，甘肅省酒泉市 X 縣太陽(yáng)能多年平均年日照小時(shí)數(shù) 3280h，多年平均年日照輻射量為 1753kWh/m2，屬于我國(guó)太陽(yáng)能資源較豐富地區(qū)，極具開(kāi)發(fā)價(jià)值。 21表 51 酒泉 X 地區(qū)太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)表月份月輻射總量(MJ/m2)(MJ/㎡ )月輻射總量(KWH/m2)日平均輻射量(KWH/m2)白天最高溫度(℃)夜間最低溫度(℃)1 182 163 4 5 6 7 8 9 10 11 12 10 合計(jì) X 地區(qū)有大量的荒漠戈壁地區(qū)，且地勢(shì)比較平坦，又靠近電力線路和負(fù)荷中心，并網(wǎng)條件優(yōu)越，是建設(shè)大型荒漠光伏并網(wǎng)電站、建立太陽(yáng)能電力輸出基地的優(yōu)選區(qū)域。 太陽(yáng)能光伏方陣系統(tǒng) 太陽(yáng)電池組件比選太陽(yáng)能光伏電池是把太陽(yáng)的光能直接轉(zhuǎn)化為電能的基本單元，電池通過(guò)組合形成電池組件，電池的光伏性能決定了電池組件的發(fā)電特性，電池組件是光伏電站的發(fā)電設(shè)備。從第一塊光伏電池問(wèn)世到現(xiàn)在，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)不斷發(fā)展，電池種類眾多，性能各異。光伏發(fā)電系統(tǒng)太陽(yáng)電池有很多種，按常用方法主要分為三類，晶體硅太陽(yáng)電池、薄膜太陽(yáng)電池和聚光太陽(yáng)電池。 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。 22單晶硅太陽(yáng)電池以高純的單晶硅棒為原料，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，現(xiàn)在地面應(yīng)用的太陽(yáng)電池等采用太陽(yáng)能級(jí)的單晶硅棒，材料性能指標(biāo)有所放寬，也可使用半導(dǎo)體器件加工的頭尾料和廢次單晶硅材料，經(jīng)過(guò)復(fù)拉制成太陽(yáng)電池專用的單晶硅棒。單晶硅太陽(yáng)電池片的光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá) 15%～20%，試驗(yàn)室中的轉(zhuǎn)換效率甚至更高。單晶硅太陽(yáng)電池的單體片制成后，經(jīng)過(guò)抽查檢驗(yàn)，即可按需要的規(guī)格組裝成太陽(yáng)電池組件，用串聯(lián)和并聯(lián)的方法構(gòu)成一定的輸出電壓和電流，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，但由于原材料的原因，組件價(jià)格較高（當(dāng)單個(gè)組件的輸出功率較大時(shí)，價(jià)格會(huì)更高） ，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。多晶硅太陽(yáng)電池使用的多晶硅材料，多半是含有大量單晶顆粒的集合體，或用廢次單晶硅材料和冶金級(jí)硅材料熔化澆鑄而成，然后注入石墨鑄模中，待慢慢凝固冷卻后，即得多晶硅錠。這種硅錠可鑄成立方體，以便切片加工成方形太陽(yáng)電池片，可提高材料利用率和方便組裝。多晶硅太陽(yáng)電池的制作工藝與單晶硅太陽(yáng)電池差不多，多晶硅太陽(yáng)電池片的光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)12%～ %，多晶硅太陽(yáng)組件的轉(zhuǎn)換效率一般在 11～15%，稍低于單晶硅太陽(yáng)電池。 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。非晶硅薄膜太陽(yáng)電池與單晶硅和多晶硅太陽(yáng)電池的制作方法完全不同，硅材料消耗很少，生產(chǎn)電耗更低，非常吸引人。非晶硅太陽(yáng)電池很薄，可以制成疊層式，或采用集成電路的方法制造，在一個(gè)平面上，用適當(dāng)?shù)难谀９に嚕淮沃谱鞫鄠€(gè)串聯(lián)電池，以獲得較高的電壓。目前非晶硅太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換效率一般能達(dá)到 10~12%，電池組件的系統(tǒng)效率一般為 68%。 23多元化合物太陽(yáng)電池指不是用單一元素半導(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、硒銦銅（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 89%，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，沒(méi)有形成產(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%，沒(méi)有形成產(chǎn)業(yè)化。非晶薄膜太陽(yáng)電池除了薄膜厚度非常薄、需少量的原料少等因素而使得電池組件的價(jià)格較晶體硅太陽(yáng)電池便宜外，其弱光發(fā)電性能和功率溫度系數(shù)較晶體硅太陽(yáng)電池好，相比晶體硅電池同等條件下可多發(fā)電。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)電池為主流產(chǎn)品尤其在土地資源豐富地區(qū)的工程上得到了廣泛應(yīng)用。 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。用于聚光太陽(yáng)電池，與普通太陽(yáng)電池略有不同，因需耐高倍率的太陽(yáng)輻射，特別是在較高溫度下的光電轉(zhuǎn)換性能要得到保證，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)之能量，砷化鎵可吸收較寬廣之太陽(yáng)光譜能量，三結(jié)面聚光型太陽(yáng)電池可吸收300～1900nm 波長(zhǎng)之能量相對(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)，因此往往必須要抑制聚光率才可以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 24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。 電池組件選型世界各國(guó)的研發(fā)出了多種太陽(yáng)電池技術(shù)，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)電池近年來(lái)的發(fā)展非?？?。下面對(duì)三類 6 種太陽(yáng)電池組件列表比較。表 52 電池組件列表比較組件電池種類組件轉(zhuǎn)換效率（%）性能穩(wěn)定性生產(chǎn)規(guī)模20 年效率衰減（%）主要產(chǎn)地單晶硅太陽(yáng)電池 14～17 穩(wěn)定 規(guī)?；?20 國(guó)內(nèi)、外多晶硅太陽(yáng)電池 11～15 穩(wěn)定 規(guī)?；?20 國(guó)內(nèi)、外非晶硅薄膜太陽(yáng)電池 6～8 穩(wěn)定 規(guī)?；?20 國(guó)內(nèi)、外碲化鎘薄膜太陽(yáng)電池 8～9 穩(wěn)定 規(guī)?；?20 國(guó)外銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)電池 8～9 穩(wěn)定 規(guī)?；?20 國(guó)外砷化鎵聚光太陽(yáng)電池 17～25 穩(wěn)定 示范 20 國(guó)外（1）多晶硅太陽(yáng)電池和單晶硅太陽(yáng)電池以其穩(wěn)定的光伏性能和較高的轉(zhuǎn)換效率，是光伏發(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，也是本光伏電站工程的首選電池設(shè)備，其國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)供應(yīng)量非常充足。同單晶硅太陽(yáng)電池相比，多晶硅太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換效率稍低，占地面積大，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，同時(shí)多晶硅太陽(yáng)能電池較單晶硅 25太陽(yáng)能電池更加廣泛而成熟應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外各大太陽(yáng)能發(fā)電工程。綜合以上因素，結(jié)合甘肅 X 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。我國(guó)大陸地區(qū)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。因此，根據(jù)甘肅 X 項(xiàng)目實(shí)際情況情況，在工程中不選用非晶硅薄膜太陽(yáng)電池。（3）聚光太陽(yáng)電池與晶硅、薄膜太陽(yáng)電池相比轉(zhuǎn)換效率很高，但組件價(jià)格較貴，同時(shí)跟蹤裝置增加投資約 15 元/瓦，使得工程投資較高，運(yùn)行維護(hù)量較大，主要在國(guó)外小范圍示范性使用。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，X 的散射輻射量約占水平總輻射量的 30%，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：甘肅 X9MWp 光伏電站工程選用多晶硅太陽(yáng)電池組件布置。 太陽(yáng)電池方陣安裝方式太陽(yáng)電池方陣有多種安裝方式，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)。實(shí)際工程采用的安裝方式主要包括：固定安裝、單軸跟蹤（平軸、斜軸） 、雙軸跟蹤，每種安裝方式有各自的特點(diǎn)。固定安裝方式是將太陽(yáng)電池方陣按照一個(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。旋轉(zhuǎn)軸可以是水平南北向放置、水平東西向放置、地平面垂直放置或按所在地緯度角傾斜布置等。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，一 26般方陣平單軸安裝方式的發(fā)電量約是固定式安裝方式的 ～ 倍，成本約為～ 倍；方陣雙軸跟蹤安裝方式的發(fā)電量約是固定式安裝方式的 ～倍,成本約為 ～ 倍。綜合考慮以上因素，本工程的太陽(yáng)電池組件安裝方式推薦采用 9MWp 太陽(yáng)能電池陣列由 9 個(gè) 1MWp 固定方陣組成。 太陽(yáng)電池方陣安裝角度本模型計(jì)算的氣象資料根據(jù)招標(biāo)文件中提供的項(xiàng)目當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料；支架建模、排布采用 PVSYST 軟件實(shí)現(xiàn)，陣列發(fā)電量采用 RETSCREEN 能源模型進(jìn)行計(jì)算分析。9WMp 多晶硅太陽(yáng)能電池組件方陣采用南北方向固定 38 度傾斜角排布以獲得最大發(fā)電量。 逆變器系統(tǒng)由于太陽(yáng)電池所發(fā)出的電是直流的，在接入電網(wǎng)時(shí)必須使用并網(wǎng)型逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電。要求所選擇逆變器可靠性高，保護(hù)功能齊全，且具有有功功率控制調(diào)節(jié)能力（控制范圍 0～100%） 、電網(wǎng)側(cè)高功率因數(shù)、正弦波電流、無(wú)諧波污染供電等特點(diǎn)。同時(shí)，逆變器選型時(shí)應(yīng)盡量選用大功率、性能可靠的產(chǎn)品，減少系統(tǒng)損耗。X 光伏電站系統(tǒng)總裝機(jī)容量為 9MWp，整個(gè)光伏電站共配置 18 臺(tái) 500kW光伏并網(wǎng)逆變器，全部布置在逆變器室內(nèi)。逆變器用于單晶硅太陽(yáng)電池組件，不帶隔離變壓器。本次逆變器運(yùn)行方式采用單機(jī)自動(dòng)并網(wǎng)。即任