太陽能光伏發電的設計及應用

杜志健（六盤水市鐘山區能源局，貴州 六盤水 553000）

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太陽能光伏發電的設計及應用

杜志健（六盤水市鐘山區能源局，貴州 六盤水 553000）

太陽能光伏發電是國家能源新項目，利用高端科技構建新型發電生產體系，實現電能資源分配與調度的一體化建設。“光伏發電”改變了早期電力生產的單一性模式，構建了更具現代化的發電調度系統。項目設計是光伏發電的初始階段，從設計環節優化系統功能布局，可指導后期設計發揮出預期的功能。結合分布式光伏發電發展趨勢，本文介紹了光伏發電系統結構設計方法，提出切實可行的系統應用模式。

光伏發電；結構設計；系統應用；方法

能源經濟時代，社會發展對電能資源需求量逐漸增多，積極開發供電項目是國家戰略重點。基于可持續發展指導下，新發電項目建設受到了普遍關注，光伏發電成為國家建設的新項目，對區域能源供應與調配起到了關鍵性作用。為了更好地發揮光伏系統功能，需從設計環節進一步優化處理方式，全面發揮出新發電系統的功能優勢，利用各個模塊參與電能生產與傳輸。

1　新電力行業發展趨勢

光伏發電是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變為電能的一種技術。隨著市場經濟體制快速發展，社會電能使用需求了不斷增加，除了火力、水力等發電生產方式外，還需研發出新型的發電作業方式。“光伏發電”開辟了國內電力生產的新模式，其利用光伏系統實現了光、電之間的優化轉換，促進了能源分配與利用的一體化發展。同時，光伏發電項目具有很高的經濟價值，受到國家政策的大力支持。2015年，貴州省盤縣屬于太陽能資源富集區，年平均太陽總輻射在4000～4450MJ/m2之間，經專家和有關部門實地查看，滑石鄉巖腳村成了全省首個開展分布式光伏發電項目試點村，成為推進精準扶貧、發展生態能源的有效途徑。

2　光伏發電系統設計方法

基于供電環境與設備監控系統升級改造，光伏發電系統結構有了多種控制方案可選，如：遠程控制、智能控制等，如何選擇最佳方式服務于實際生產，這是設計人員需要重點解決的技術問題。設計光伏發電系統要根據不同類型的發電規模，從軟硬件系統操控方面實現優化運行，提高整個發電項目的運行效率。

光伏發電系統所在地理位置（緯度）；當地年平均光輻射量；需要年發電量或光伏組件總功率或投資規模或占地面積等；并網電網電壓，相數。

2.1并網發電系統設計計算

（1）發電量或組件總功率計算

年平均每天發電量g=Pm×h1×y×η（kwh）

式中：g——每天發電量；

h1——每小時發電量；

Pm——光伏組件總功率；

y——單臺機組發電量；

η——發電系統綜合影響因素。

平均年發電量G=g×365（kWh）

（2）并網逆變器選用

并網逆變器的選用主要根據下列要求：逆變器額定功率= 0.85～1.2Pm；逆變器最大輸入直流電壓＞光伏方陣空載電壓；逆變器最輸入直流電壓范圍＞光伏方陣最小電壓；逆變器最大輸入直流電流＞光伏方陣短路電流；逆變器額定輸入直流電壓=光伏方陣最大功率電壓；額定輸出電壓=電網額定電壓；額定頻率=電網頻率；相數=電網相數；并網逆變器的輸出波形畸變、頻率誤差等應滿足并網技術要求。此外，必須具有短路、過壓、欠壓保護和防孤島效應等功能。

2.2光伏組件方陣設計

光伏組件水平傾角設計：

光伏組件水平傾角的設計主要取決于光伏發電系統所處緯度和對一年四季發電量分配的要求。

（1）對于一年四季發電量要求基本均衡的情況，可以按以表1方式選擇組件傾角。

表1

（2）對于中國地區環境來說，很多地區由于地質環境的相似性，可以選擇所在緯度加7°的組件水平傾角；同時，一些特殊地區，要根據不同季節的時間段，選擇相應的組件水平角，例如：冬季選擇所在緯度加11°的組件水平傾角，夏季選擇所在緯度減11°的組件水平傾角。

2.3光伏方陣傾角設計

從發電效率來說，光伏方陣傾角是一個很大的影響因素，其對不同朝向發電量的影響較大，常常對整個區域發電效率均有決定性作用。通常來說，光伏方陣應朝著北半球，這樣不僅提高了光伏發電作業效率，對發電生產調度也有一定的輔助作用，實現了光伏發電生產的一體化。

2.4光伏方陣間距設計

本次研究了光伏方陣前后兩排間距大小，從設計角度分析間距對太陽能發電生產效率的影響。理論分析認為，如果光伏方陣前后間距大小不一，以及遮擋物之間距離大小不科學，對光伏發電效率影響較大，特別是在季節變化過程中，對電能產出量有著更大的影響。為了更好地完成設計，往往對間距參數標準進行控制，其計算機公式如下：

D=0.707H/tan［arcsin（0.648cosφ-0.399sinφ）］

式中：D——為前后間距；

φ——為光伏系統所處緯度（北半球為正，南半球為負）；

H——為后排光伏組件底邊至前排遮擋物上邊的垂直高度；

舉例：設φ=32°

3　光伏發電系統結構的具體應用

國家參與光伏發電項目投資與扶持，推動了新發電模式在國內的普及應用，成為現代電力行業轉型與發展的新方向。設計是對光伏發電系統的綜合規劃，從設計方案中調整發電生產模式，體現了光伏發電系統運行的可持續性。筆者認為，光伏發電系統設計要結合實際生產平臺，涵蓋了電池板、控制器、蓄電池等結構，具體應用形式：

（1）交、直流供電系統。由于電流形式不一，光伏發電系統要考慮電流之間的相互轉換，設計更加靈活的電力調控系統，從而提高整體的發電效率，這是保證光伏發電作業效率的關鍵。交、直流供電系統具有轉換功能，在兩種電流之間相互轉接，在提高系統運行效率過程中，減小了光伏系統承受的發電盒子啊，形成了更為穩定的電力傳輸體系。

（2）并網系統。并網布局階段，太陽電池組會對電流變換形式造成影響，尤其在逆變器工作狀態下，城市電網要設定交流供電形式。并網系統為逆變器及電流轉換提供作業效率，實現了網絡供電系統運行的有效連接，及時把電網信號反饋給調度中心。因為直接將電能輸入電網，免除配置蓄電池，省掉了蓄電池儲能和釋放的過程，可以充分利用光伏方陣所發的電力從而減小了能量的損耗。

（3）混合供電系統。這種太陽能光伏系統中除了使用太陽能太陽電池組件陣列之外，還使用了燃油發電機作為備用電源。使用混合供電系統的目的就是為了綜合利用各種發電技術的優點，避免各自的缺點。使用混合供電系統可以達到可再生能源的更好利用。因為可再生能源是變化的，不穩定的，所以系統必須按照能量產生最少的時期進行設計。

（4）并網混合供電系統。從功能最大化角度分析，并網混合供電系統是一項復雜的組網過程，其可以對不同類型電網執行綜合改造，為光伏發電系統構建多種網絡處理方式。其中，“組合性”是并網混合供電的主要特點，將控制器、逆變器等組合起來運行，提高了光伏發電操控的可調度指數，實現了電能資源與數字控制的協調運行。

4　結論

總之，能源戰略時代開發新型發電項目是不可缺少的，國家在扶持光伏發電項目建設張，要綜合考慮新項目的緊急投入與產出效益。設計光伏發電項目要考慮系統結構模塊布局，以電池板、控制器、蓄電池等為核心部分，從軟硬件系統操控方面優化配置，設計出更加安全、高效、穩定的光伏發電系統。

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杜志健（1966-），男，漢族，高級工程師，本科，主要從事新能源方面的工作。

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2095-2066（2016）09-0053-02

2016-3-12