【正文】 2022 年全縣用電量將會達到 10 億 kWh，2022 年達到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)和水情變化進行補充性發(fā)電，年發(fā)電量只有 1500 萬 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，可以消化電站輸出電力。 19 結(jié)論太陽能發(fā)電是清潔能源項目，屬國家優(yōu)先鼓勵支持的領(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 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，裝機容量 9MW，多年平均年發(fā)電量 1462 萬 kWh。電站組件、并網(wǎng)逆變器效率達到國際和國內(nèi)的先進水平，光伏電站的建設(shè)與當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)電源建設(shè)、改造和負荷發(fā)展情況相符合，與接入系統(tǒng)審查意見的精神相一致。第五章 總體方案設(shè)計并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽能光伏方陣系統(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 m2，位于甘肅省 X 縣。太陽能電池采用多晶硅電池，裝機容量為 9MWp，太陽能電池陣列由 9 個 1MWp 固定方陣組成。 光伏電站總體要求本項目為利用太陽能資源的可再生能源項目，要在設(shè)計中引入綠色、環(huán)保的理念，充分利用當(dāng)?shù)氐墓庾匀毁Y源。（1）太陽能電池組件要選擇效率高、性價比好的產(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單可靠的方式，減少維護工作，有利于建成后的生產(chǎn)運行。（4）采用計算機自動控制系統(tǒng)，方便生產(chǎn)運行和生產(chǎn)調(diào)度。（5）選擇設(shè)備要技術(shù)先進、成熟，使用壽命有保證。 太陽能資源分析酒泉市是我國著名的衛(wèi)星發(fā)射基地，地區(qū)屬于甘肅省太陽輻射豐富區(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 縣太陽能多年平均年日照小時數(shù) 3280h，多年平均年日照輻射量為 1753kWh/m2，屬于我國太陽能資源較豐富地區(qū)，極具開發(fā)價值。 21表 51 酒泉 X 地區(qū)太陽輻射數(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 X 地區(qū)有大量的荒漠戈壁地區(qū)，且地勢比較平坦，又靠近電力線路和負荷中心，并網(wǎng)條件優(yōu)越，是建設(shè)大型荒漠光伏并網(wǎng)電站、建立太陽能電力輸出基地的優(yōu)選區(qū)域。 太陽能光伏方陣系統(tǒng) 太陽電池組件比選太陽能光伏電池是把太陽的光能直接轉(zhuǎn)化為電能的基本單元，電池通過組合形成電池組件，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世到現(xiàn)在，太陽能光伏發(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)太陽電池有很多種，按常用方法主要分為三類，晶體硅太陽電池、薄膜太陽電池和聚光太陽電池。 晶體硅太陽電池晶體硅太陽電池包括單晶硅太陽電池、多晶硅太陽電池、帶狀硅太陽電池、球狀多晶硅太陽電池，而單晶硅和多晶硅電池是目前市場上的主流產(chǎn)品。 22單晶硅太陽電池以高純的單晶硅棒為原料，是當(dāng)前開發(fā)很快的一種太陽電池，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)用的太陽電池等采用太陽能級的單晶硅棒，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)過復(fù)拉制成太陽電池專用的單晶硅棒。單晶硅太陽電池片的光電轉(zhuǎn)換效率可達 15%～20%，試驗室中的轉(zhuǎn)換效率甚至更高。單晶硅太陽電池的單體片制成后，經(jīng)過抽查檢驗，即可按需要的規(guī)格組裝成太陽電池組件，用串聯(lián)和并聯(lián)的方法構(gòu)成一定的輸出電壓和電流，單晶硅太陽組件的轉(zhuǎn)換效率一般在 14～17%。雖然單晶硅太陽電池轉(zhuǎn)換效率高，但由于原材料的原因，組件價格較高（當(dāng)單個組件的輸出功率較大時，價格會更高） ，更適合于建設(shè)場地面積有限而對工程發(fā)電功率要求高的發(fā)電項目，即通過提高電池組件的效率來實現(xiàn)整個工程的發(fā)電容量。另外，根據(jù)試驗室和工程中的測試數(shù)據(jù)，單晶硅太陽電池在工程投產(chǎn)的前期，功率衰減較多晶硅太陽電池快。多晶硅太陽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電池片，可提高材料利用率和方便組裝。多晶硅太陽電池的制作工藝與單晶硅太陽電池差不多，多晶硅太陽電池片的光電轉(zhuǎn)換效率可達12%～ %，多晶硅太陽組件的轉(zhuǎn)換效率一般在 11～15%，稍低于單晶硅太陽電池。 薄膜太陽電池薄膜太陽電池包括硅薄膜太陽電池（非晶硅、微晶硅、納米晶硅等） 、多元化合物薄膜太陽電池（硫化鎘、硒銦銅、碲化鎘、砷化鎵、磷化銦、銅銦鎵硒等） 、染料敏化薄膜太陽電池、有機薄膜太陽電池等。非晶硅薄膜太陽電池與單晶硅和多晶硅太陽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，在一個平面上，用適當(dāng)?shù)难谀９に?，一次制作多個串聯(lián)電池，以獲得較高的電壓。目前非晶硅太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率一般能達到 10~12%，電池組件的系統(tǒng)效率一般為 68%。 23多元化合物太陽電池指不是用單一元素半導(dǎo)體材料制成的太陽電池?，F(xiàn)在各國研究的品種繁多，除碲化鎘、硒銦銅（銅銦鎵硒）薄膜太陽電池在國外有規(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。有機太陽電池以其材料來源廣泛，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)勢顯示了其巨大開發(fā)潛力，但目前的光電轉(zhuǎn)換效率較低，沒有形成產(chǎn)業(yè)化。染料敏化納米薄膜太陽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）等幾個主要部分決定的。通過優(yōu)化電池各項關(guān)鍵技術(shù)和材料的性能，并通過小面積的系列實驗和優(yōu)化組合實驗來檢測各項參數(shù)對電池性能的影響，光電轉(zhuǎn)換效率最高可達 9%，沒有形成產(chǎn)業(yè)化。非晶薄膜太陽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格較晶體硅太陽電池便宜外，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)目前世界各國薄膜太陽電池的應(yīng)用情況來看，薄膜太陽電池為主流產(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。 聚光太陽電池聚光太陽電池組件由聚光太陽電池、聚光器、太陽光追蹤器組成。用于聚光太陽電池，與普通太陽電池略有不同，因需耐高倍率的太陽輻射，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)計等方面都要進行一些特殊考慮。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光譜中 400～1100nm 波長之能量，砷化鎵可吸收較寬廣之太陽光譜能量，三結(jié)面聚光型太陽電池可吸收300～1900nm 波長之能量相對其轉(zhuǎn)換效率可大幅提升，其太陽能能量轉(zhuǎn)換效率可達 30%～40%。整個裝置的轉(zhuǎn)換效率為 17～25%。聚光器將較大面積的陽光聚在一個較小的范圍內(nèi)，以增加光強，克服太陽輻射能流密度低的缺陷，把太陽電池放置在這一位置，從而獲得更多的電能輸出。不過因聚光引起的溫度上升會損傷太陽電池單元及發(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。聚光型太陽電池必須要在位于透鏡焦點附近時才能發(fā)揮功能，因此為使模 24塊總是朝向太陽的方位，必須配置使用太陽追蹤系統(tǒng)，聚光器的跟蹤裝置一般采用光電自動跟蹤。此設(shè)計雖然可以提高轉(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）以及太陽光追蹤系統(tǒng)的重量及體積較大等不足的特點。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，但跟蹤裝置將會使得造價有所增加，加上運行階段傳動裝置的維護費用和能耗，工程造價反而會增加，目前在小范圍內(nèi)有示范性應(yīng)用。同時，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的研發(fā)出了多種太陽電池技術(shù)，部分尚處于小范圍嘗試階段，未進入產(chǎn)業(yè)化大面積推廣階段，目前硅基材料的太陽電池板占據(jù)市場的主流，單晶硅太陽電池、多晶硅太陽電池及非晶硅薄膜太陽電池占整個光伏發(fā)電市場的90%以上，而非晶硅薄膜太陽電池近年來的發(fā)展非?？?。下面對三類 6 種太陽電池組件列表比較。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)地單晶硅太陽電池 14～17 穩(wěn)定 規(guī)?；?20 國內(nèi)、外多晶硅太陽電池 11～15 穩(wěn)定 規(guī)?；?20 國內(nèi)、外非晶硅薄膜太陽電池 6～8 穩(wěn)定 規(guī)?；?20 國內(nèi)、外碲化鎘薄膜太陽電池 8～9 穩(wěn)定 規(guī)?；?20 國外銅銦鎵硒薄膜太陽電池 8～9 穩(wěn)定 規(guī)模化 20 國外砷化鎵聚光太陽電池 17～25 穩(wěn)定 示范 20 國外（1）多晶硅太陽電池和單晶硅太陽電池以其穩(wěn)定的光伏性能和較高的轉(zhuǎn)換效率，是光伏發(fā)電市場的絕對主流，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，其國內(nèi)的市場供應(yīng)量非常充足。同單晶硅太陽電池相比，多晶硅太陽電池轉(zhuǎn)換效率稍低，占地面積大，適合建設(shè)項目用地比較充足、可大面積鋪設(shè)的工程，而單晶硅太陽電池更適合建設(shè)項目用地緊缺、更強調(diào)高轉(zhuǎn)換效率的工程，同時多晶硅太陽能電池較單晶硅 25太陽能電池更加廣泛而成熟應(yīng)用于國內(nèi)外各大太陽能發(fā)電工程。綜合以上因素，結(jié)合甘肅 X 項目的建設(shè)用地情況和成熟應(yīng)用情況，推薦選用多晶硅太陽電池組件。（2）薄膜太陽能電池組件相對晶體硅太陽電池組件而言，太陽電池組件轉(zhuǎn)換效率較低，建設(shè)占地面積大，但價格比晶體硅太陽電池組件便宜。我國大陸地區(qū)沒有大規(guī)模性生產(chǎn)碲化鎘薄膜太陽電池組件、銅銦鎵硒薄膜太陽電池組件廠商，產(chǎn)品采購主要依賴進口，且其產(chǎn)品價格同比非晶硅薄膜太陽電池組件高。因此，根據(jù)甘肅 X 項目實際情況情況，在工程中不選用非晶硅薄膜太陽電池。（3）聚光太陽電池與晶硅、薄膜太陽電池相比轉(zhuǎn)換效率很高，但組件價格較貴，同時跟蹤裝置增加投資約 15 元/瓦，使得工程投資較高，運行維護量較大，主要在國外小范圍示范性使用。由于組件旋轉(zhuǎn)時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電池組件布置。 太陽電池方陣安裝方式太陽電池方陣有多種安裝方式，工程上使用何種安裝方式?jīng)Q定了項目的投資、收益以及后期的運行、維護。實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。固定安裝方式是將太陽電池方陣按照一個固定的對地角度和固定的方向安裝。單軸跟蹤安裝方式是將太陽電池方陣安裝在一個旋轉(zhuǎn)軸上，運行時方陣只能夠跟蹤太陽運行的方位角或者高度角中的一個方向。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。雙軸跟蹤太陽電池方陣沿著兩個旋轉(zhuǎn)軸運動，能夠同時跟蹤太陽的方位角與高度角的變化，理論上可以完全跟蹤太陽的運行軌跡以實現(xiàn)入射角為零。根據(jù)國際、國內(nèi)光伏電站的運行經(jīng)驗，在太陽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，本工程的太陽電池組件安裝方式推薦采用 9MWp 太陽能電池陣列由 9 個 1MWp 固定方陣組成。 太陽電池方陣安裝角度本模型計算的氣象資料根據(jù)招標(biāo)文件中提供的項目當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料；支架建模、排布采用 PVSYST 軟件實現(xiàn)，陣列發(fā)電量采用 RETSCREEN 能源模型進行計算分析。9WMp 多晶硅太陽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)由于太陽電池所發(fā)出的電是直流的，在接入電網(wǎng)時必須使用并網(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、無諧波污染供電等特點。同時，逆變器選型時應(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)總裝機容量為 9MWp，整個光伏電站共配置 18 臺 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電池組件，不帶隔離變壓器。本次逆變器運行方式采用單機自動并網(wǎng)。即任