某國家級光伏發電示范并網項目方案選擇

胡四明 付小平

（中國能源建設集團 廣東省電力設計研究院，廣東 廣州510663）

0 引言

太陽能光伏發電作為重要的可再生能源形式，發電產業快速發展，市場應用規模迅速擴大，太陽能光伏發電有可能在不遠的將來很大程度上改變能源生產、供應和消費方式，給能源發展帶來革新[1]。廣東省是我國能源消費大省，同時作為經濟大省，伴隨著經濟的快速發展，對能源的需求量也在顯著增長，為滿足電力系統可持續發展的戰略要求，積極地開發利用本地區的太陽能等清潔可再生能源已勢在必行、大勢所趨，以多元化能源開發的方式滿足經濟發展的需求是電力發展的長遠目標。

1 工程概況

項目選址在廣東某市，工程規劃建設3MW光伏發電項目，為節約用地，項目建設在兩所大學校區已有建筑物內，分別為A站和B站。A站用于建設建筑有教學樓、圖書館、行政樓等共計19幢建筑，屋面有效面積合計達到16060 m2，計算太陽能電池組件安裝容量可達1557.36kWp。B站用于建設太陽能光伏電站的的建筑主要有行政樓、圖書館、教學樓以及體育看臺等共15幢建筑，總共可利用屋頂面積約為16483m2，計算太陽能電池組件安裝容量可達1446.48kWp。

2 光伏發電系統工藝方案選擇

2.1 系統方式選擇

目前上網型太陽能光伏發電工程的形式主要有：光伏建筑一體化（BIPV）、地面太陽能發電場、屋頂太陽能發電系統（BAPV）。（1）光伏建筑一體化是光伏發電系統以建筑材料的形式作為建筑的一部分，通常為建筑屋頂和光照條件較好的建筑立面，發電多為建筑自用[2]。（2）地面太陽能發電場是利用地面專門的場地建設光伏發電系統，需要占地面積較大，在我國一般建設在西部地區較多；（3）屋頂太陽能發電系統則是利用現有建筑的閑置屋頂，建設光伏發電系統，所需條件是有較大面積且朝向較好的建筑物屋頂，該方案主要優點是受日照輻射條件好，不占用專門的用地面積，符合建設條件的建筑量大，可大規模推廣應用，而且建設改造成本低，發電并網條件好，光伏組件安裝方式比較自由，系統效率高，可實現較大規模裝機[3]。

綜上所述，與其它光伏發電形式相比，屋頂太陽能光伏發電系統具有突出的優點，尤其適合在工商業發達且缺乏可供開發利用空地的地區大規模推廣應用，經過方案比較，該項目采用屋頂太陽能發電形式，考慮需要較大屋面，同時為便于管理，經過選址，目前某市大學城恰具備這種條件，而且在大學城具有更好的示范效應，對推動我國在該領域的成功運作更具有示范意義。

2.2 光伏組件選擇

光伏組件約占整體造價的50%，是太陽能發電系統中價值最高的部分，其質量和成本將直接決定整個系統的質量和成本，所以對光伏組件的選擇顯得尤為重要[4]。目前太陽能電池主要有晶硅、薄膜、聚光三種材料，薄膜為第二代光伏技術，主要運用于建筑一體化項目，聚光為新興的第三代光伏技術，雖然轉換效率高達40%以上，但目前在起步階段，運用不廣泛，且成本高，而晶體硅電池因轉換率較高、成本相對較低是目前的主流品種[5]。

當前單晶硅太陽能電池板的單體光電轉換效率為16%～18%，轉換效率最高，但是制作成本高，還沒有實現大規模的應用。多晶硅太陽能電池板的單體光電轉換效率約14%～17%[6]。制作成本比單晶硅太陽能電池要便宜一些，材料制造簡便，節約電耗，總生產成本較低，因此得到大量發展。同樣尺寸組件的單晶硅電池與多晶硅電池的標稱峰值功率相同，如表1所示：

表1 普通光伏電池組件使用不同硅材料標稱技術參數對比

從上表可以看出，同樣尺寸的光伏組件，多晶硅與單晶硅組件標稱峰值功率參數基本相同。同樣的屋頂可利用面積，可認為選擇多晶硅或單晶硅組件裝機容量幾乎沒有差別。

在目前的市場售價情況來看，晶體硅光伏組件的售價主要以“瓦”為單位，而且每瓦單晶硅電池與多晶硅電池價格基本接近，但因多晶硅光伏組件大規模生產，價格稍低，所以本項目選擇多晶硅光伏組件。

2.3 光伏組件角度選擇

光伏組件角度選擇，與光伏組件發電量有很大關系，光伏組件安裝傾角的最佳選擇取決于諸多因素，如地理位置、全年太陽輻射分布、直接輻射與散射輻射比例和特定的場地條件等[7]。本項目地處中國大陸南方，其范圍是東經112°57′至 114°3′，北緯 22°26′至 23°56′。 根據設計軟件，計算不同角度發電量對比分析見表2：

表2 每100kWp容量不同傾角計算發電量對比分析

從上表看出，計算角度在10～20°之間為發電量緩慢上升，20～25°之間為發電量緩慢下降，在其它區域，變化較陡。為保證項目發電量最大，所以本項目選擇最佳角度為20°，趨勢圖見圖1。

3 光伏發電系統電氣方案選擇

圖1 發電容量與角度關系趨勢圖

3.1 逆變器選擇

光伏并網逆變器是光伏并網發電系統中核心部件[8]，其主要功能是將太陽能電池板發出的直流電逆變成交流電，并送入電網。其效率的高低、可靠性的好壞將直接影響整個光伏發電系統的性能，所以正確配置選型顯得成為重要。目前逆變器根據工作方式分并網逆變器和不并網逆變器；根據逆變器的內部結構：帶隔離變壓器的逆變器（低頻工頻變壓器、高頻變壓器）和不帶變壓器的逆變器[9]。本項目采用并網逆變器，下面按‘逆變器的內部結構’分別論述，詳見表3：

表3 不同并網類型逆變器比較

從上表可知，帶隔離變壓器并網逆變器，具有更為安全的特點，根據現場布置特點，逆變器要求容量在50～500kW之間，要求容量較大，所以本項目選擇工頻隔離變壓器并網逆變器。

3.2 并網方式選擇

并網太陽能發電系統由光伏組件、逆變器、計量裝置及配電系統組成。目前并網主要有兩種形式，小容量及大中型容量：（1）小容量光伏發電對電網系統的影響可以忽略，其并網方式一般采取就近較低電壓等級并網，此類并網方式一般注意兩點，由于光伏上網電價一般與常規電價的差異較大，兩者計量裝置需分別設置，考慮并網線路首末電壓差異，優先選擇并網容量小于用電負荷的線路并網；（2）大中型光伏電站由于并網容量較大，對電網系統潮流影響較大，必須采取專線并網方式，具體并網方式有專線直接并網方式和多家光伏電站匯集后專線并網方式[10]。

由于本項目光伏方陣分布在兩所大學校區，面積廣，距離長，所以本項目采用分散發電、就地升壓、集中控制、高壓單點并網，低壓就近并網的原則。總體將兩所大學校區分為A、B兩個站，根據距離長短，部分采用低壓并網，其余匯流高壓并網，既滿足上網需求，也減少了線損，提高發電效率。

4 總結

通過以上方案合理選擇，并注重在系統優化、設備優選，如電纜走向盡量選擇最短路徑、就近升壓后集中輸送、優先選擇優質設備廠家等措施，本項目自2011年12月竣工至今，項目總體運行良好，發電容量達到預期發電目標，收到很好的社會及經濟效益：

（1）與同容量的燃煤電廠相比較，每年可減少CO2排放量 2195.77t，SOx排放量 16.72t；NOx排放量 4.61kg，有效保護了環境；

（2）項目建設于高校校內，使師生時刻感受到清潔能源的存在，起到很好的教育示范效用，提高項目示范意義；

（3）項目建設對高校太陽能研究，提供了廣闊平臺，加強了產學研結合，對光伏發電起到很好的推廣作用。

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［7］肖建華，姚正毅，孫家歡，等.并網太陽能光伏電站選址研究述評[J].中國沙漠，2011，31(6)：1598－1603.

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