光伏電站的設計技術研究

韓大華

摘? 要：光伏發電是利用半導體界面的光生伏特效應而將太陽光能直接轉變為電能的一種技術，主要由太陽電池板（組件）、控制器和 逆變器三大部分組成，主要部件由電子元器件構成。光伏發電屬于無排放、無污染、無噪音、無輻射，是綠色環保的清潔能源。該文介紹了一座擬建于高原地區的光伏電站的設計方案，并對組件的安裝傾角、陣列間距等進行了建模與分析。

關鍵詞：組件? 陣列? 光伏

中圖分類號：TM615? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2019）03（c）-0028-02

光伏發電項目因具有安全可靠、無噪聲、無污染排放外等優點[1]，受到業主的青睞，對于擬建于高原地區的光伏項目，由于其海拔高度原因，一方面具有良好的太陽能資源;另一方面也對工程建設來了技術困難，如高度、溫度變化大、高風速等。

1? 設計方案

（1）選擇315W多晶硅光伏組件，共計安裝組件162432塊，總直流裝機容量為51MW。

（2）以并網逆變器額定輸出功率為準，交流裝機容量為60MVA;考慮高海拔降容因素，單臺逆變器額定輸出功率由2500kVA降至2200kVA。

2? 光伏組件選型

光伏組件的選型一般綜合考慮目前已商業化的各種光伏組件的產業形式、技術成熟度、運行可靠性、未來的技術發展趨勢等，并結合該項目的自然環境、施工條件、交通運輸狀況，經技術經濟綜合比較，選用適合大型并網光伏電站使用的光伏組件類型。

因此選用當前國際光伏電站設計采用的主流產品[3]，即封裝315Wp多晶硅光伏組件，同類比較具有如下優點。

（1）315Wp組件將比315W組件減少占地面積約1.6%。

（2）可減少光伏支架成本約1.6%，以及相應的安裝施工費用。

（3）減少直流線纜成本和線纜損耗。

（4）電氣接點數目下降，降低了系統故障率;并減少運維期間的檢修工作量和由于接點故障造成的發電效益損失。

（5）提高光伏供貨商選擇范圍，控制設備成本，確保建設和運營期的設備及時供貨。

3? 組件安裝傾角確定

當前，氣象數據庫中所提供的來自于地面觀測站點或者衛星監測的太陽能輻射量數據一般都是水平面輻射量，工程上可通過氣象學插值方法由附近的氣象觀測站點數據推算出光伏電站所在地的水平面太陽能輻射量[2]。然而，為了使得光伏組件表面接受到更多的太陽能，都需要將光伏組件一定的傾斜角度進行安裝。傾斜面實際所獲得的太陽輻射量，與多種因素相關，如經緯度、斜面傾角、斜面方位角、海拔高度、不同地面類型的散射等。

4? 組件支架單元設計

該項目采用72片光伏電池組件，并以組件長邊水平橫置方式安裝在支架系統上，這種組件長邊橫置安裝方式有利于減少發生水平陰影遮擋時的造成的組件輸出損失。如圖1所示，如光伏組件豎向放置，最下一排電池片被遮擋時，三只旁路二極管將全部導通，理論上整塊光伏組件將幾乎沒有功率輸出;如組件橫向放置，最下一排電池片被遮擋時，僅有一只旁路二極管導通，其輸出功率約為正常輸出功率的2/3;因此橫向方式因遮擋引起的損失更小。

5? 陣列間距計算與分析

為了避免光伏陣列之間出現陽光遮擋降低發電效率和光伏組件熱斑效應，因此，項目所在地位置，光伏電池組件前后陣列間距（見圖2）可按下式計算。

式中：

Φ為當地地理緯度，項目所在地為-17.770°;

L為傾斜面長度，考慮取值為4m;

β為陣列傾角，取20°;

D為陣列間距。

利用PVSYST軟件，根據陣列前后行間距、組件安裝水平傾角、方位角、支架外形等參數，進行了遠場陰影仿真分析。仿真參數如圖3所示。

光伏陣列由于前后排遮擋造成的發電損失仿真結果如圖4所示，其結果顯示，在采用當前參數布置時，理論前后支架相互所制造陰影損失為1.7%，優于一般光伏工程設計參數。

6? 結語

綜上所述，光伏發電部分主要電氣設計如下。

光伏電站總共由24個光伏發電單元構成，每個光伏發電單元中，6768塊315Wp多晶光伏電池組件安裝于188座光伏支架單元上;每座光伏支架單元按照水平9塊，垂直4塊方式安裝36塊光伏組件;光伏組件長邊水平安裝;每個光伏發電單元的光伏組件構成376個組串單元。此方案滿足了良好的技術和經濟指標。

參考文獻

[1] 李梓森.中國光伏產業全攻略[J].陽光能源，2008（5）：52-55.

[2] 陳道煉.DC-AC逆變技術及其應用[M].北京：機械工業出版社，2003.

[3] 賀明智，馮軻，Burger B，等.光伏逆變器-市場、技術和發展趨勢[J].電力電子，2008（3）：6-11.