光伏电站电气设计的研究与应用

光伏电站电气设计的研究与应用

发表时间：2017-10-23T21:09:10.747Z 来源：《电力设备》2017年第16期作者：（山东省莒县供电公司）

[导读] 摘要：社会经济的繁荣发展依靠能源的支持，然而目前的石油、煤炭等传统一次性能源面临着严峻的供需问题，阻碍了社会的可持续发展。

（山东省莒县供电公司）

摘要：社会经济的繁荣发展依靠能源的支持，然而目前的石油、煤炭等传统一次性能源面临着严峻的供需问题，阻碍了社会的可持续发展。面对能源短缺的问题，各国都加大了科技研发的力度，大力开发新型能源。光伏发电具有高效、环保、可再生等特点，我国的光伏发电技术经过多年的发展，已经取得了阶段性的成效，因此应当把光伏发电作为开发研究的重点。本文主要针对光伏电站电气设计的研究和应用做简要分析。

关键词：光伏电站；电气设计；研究；应用

1.太阳电池组件和逆变器的设计

1.1太阳电池组件的选型

太阳电池组件的类型一共有三种，分别是晶体硅太阳电池、薄膜太阳电池和非晶硅太阳电池，这三种电池各具优缺点。第一是晶体硅太阳电池，优点是成熟稳定、安全可靠，而且可应用的范围较为广泛。晶体硅电池包括单晶硅和多晶硅电池，价格合理，效率较高，目前单晶硅与多晶硅价格差距越来越小，工程实例中二者占比差也越来越小。而晶体硅的缺点是，在光照和大气环境下，电池会出现转换能量衰竭的情况。第二是薄膜太阳能电池，优点是高效且性能稳定，缺点是原料稀缺，价格偏高，对大规模生产产生制约。第三是非晶硅太阳电池，优点是在弱光下，性能仍然较好，缺点是电池转换的效率较低。综合上述三种电池类型，我国选择较多的是晶体硅太阳电池组件。

1.2逆变器的选型

逆变器技术结构有三种类型，分别是集中式逆变器、组串式逆变器和组件式逆变器。第一是集中式逆变器，其优点是效率较高，成本较低，大型的集中逆变器可以联网，减少输电损耗，提高发电效率。第二是组串式逆变器，其优点是增加了发电量，减少阳光阴影带来的损失。第三是组件式逆变器，优点是应用范围比较大，缺点是铭牌容量较小。综合上述三种逆变器类型，我国市场上应用最多的集中型逆变器。

2.光伏阵列布置方案设计

2.1逆变器布置方案

在布置逆变器的过程中，可以采用以下几种布置方案：第一种方案是采用1MW逆变器单元，与两个500kWp太阳电池方阵相连，形成一个1MWp的光伏子方阵。两个500kWp的太阳电池方阵经过汇流箱，与2×500kW的逆变器相连，可以实现对光伏阵列的布置。

第二种方案是采用500kW的逆变器，与一个500kWp的太阳电池组件相连，输出35kV的交流电。500kW的太阳电池方阵经过汇流箱和500kW的逆变器相连接，最终可以构成0.5MWp光伏的光伏子方阵。

将两种方案进行对比，可以发现二者具有不同的优缺点：第一种方案便于安装和管理，发生故障的几率较小，经济效益较好，但是线损比较高。第二种方案便于布置，线损比较低，但是故障发生的几率较大，经济效益较低。因此，在光伏电站电气设计的应用中，一般采用第一种方案。

2.2光伏阵列分层结构

首先，光伏阵列的分层结构包括光伏发电单元系统。将一定容量的太阳电池方阵，和一台匹配太阳电池方阵容量的逆变器连接，二者所构成的发电系统，可以称为光伏发电的单元系统。

其次，光伏阵列的分层结构包括光伏发电分系统。将一台箱式的升压变压器和另一台逆变器相连接，二者所构成的发电系统被称为光伏发电的分系统。再次，光伏阵列的分层结构包括光伏电站。将许多台箱式变压器相互连接，在接入电网之后所形成的发电系统被称为光伏电站。在光伏电站中，一般采用500kW的逆变器和315V/35kV（或10kV）的箱式升压变压器，以满足光伏电站的发电需要。

2.3光伏阵列电气系统

首先，光伏阵列电气系统包括直流发电系统。光伏阵列直流发电系统中，有太阳电池组件、汇流箱、逆变器和配电柜等等，在发电的过程中，太阳电池组件经过光伏作用，把太阳能转化成为电能。在转换电能时，一般采用多晶硅太阳电池组件构成的太阳电池阵列。

其次，光伏阵列电气系统包括交流输出系统。光伏阵列交流输出系统中，有电缆、开关柜等等，逆变器采用了最大功率跟踪的技术，可以实现直流电转换成交流电的效率最大化，使输出的电能符合电网的需求。在转换电能的过程中，控制器和外部的传感器连接，动态监测外部的日常环境和光伏阵列的运行情况，保证光伏阵列的正常运行。光伏阵列和发电分系统之间没有直接的电气联系，这样一来，当光伏发电的分系统出现问题，光伏阵列并不会出现运行停止的状况，方便检修人员对光伏发电分系统进行维护的检查。在光伏组件的选择上，可以减少光伏组件的块数，进而减少光伏电缆的数量，将工程投入成本限制在一定的范围之内，提高分系统的发电效率。

3浅析主要设计方案

3.1站场选址方案的分析

站场选选择在煤矿塌陷区、地势比较平坦的废弃荒山等地带，既不占用耕地，又能减少征地费用。做到对环境影响最小化。

3.2光伏组件选型方案的分析

开发太阳能电池的两个关键问题就是：提高转换效率和降低成本。由于非晶硅薄膜太阳能电池其光学带隙为1.7eV，使得材料本身对太阳辐射光谱的长波区域不敏感，这样一来就限制了非晶硅太阳能电池的转换效率，目前电池转化效率一般在5%-9%。此外，其光电效率会随着光照时间的延续而衰减，即所谓的光致衰退S-W效应，使得电池性能不稳定，衰减较快。但同时由于它的稳定性不高，使用寿命短（10-15年）。因此工程设计中多选用大功率的260W多晶硅电池组件。具有如下有点：使用寿命长，组件转换效率最高，晶体硅电池组件故障率极低，运行维护最为简单，在开阔场地上使用晶体硅光伏组件安装简单方便，布置紧凑，可节约场地等优点。

3.3光伏阵列运行方式的设计方案分析

目前大型地面光伏电站光伏支架的常用型式有两大类：固定倾角式和跟踪式。固定式布置从技术经济上要优于逐日跟踪式系统；另外