光伏发电项目设计方案对比分析研究

光伏发电项目设计方案对比分析研究
摘要：结合执行的光伏发电项目的设计，对光伏电站及光伏区域设计的设备和方案进行了对比研究，对光伏区设备采用的优势方式进行分析探讨，以期对同类工程提供有用的借鉴。

关键词双面双玻组件；组串式逆变器；方阵；设计方案对比；分析研究
1引言
本文按照执行的在大西北地区设计装机容量500MWp的集中布置光伏电站项目来对比研究，选用769272块650Wp单晶硅双面双玻光伏组件，2220台196kW 组串式逆变器，采用固定式支架，56块650Wp单晶硅双面双玻光伏组件组成一个固定式光伏支架单元，每28块650Wp单晶硅双面双玻光伏组件组成一个光伏组件串，光伏阵列采用36°倾角，方阵前后排间距12m，整个项目共分69个子方阵，单个子方阵配备6.5MVA变压器一台，每2/3台35kV箱变及配电一体机并联为1回集电线路，共24回集电线路接入拟建的330kV升压站。

以下为针对已经完成的这个电站进行设计对比分析。

2.双面双玻组件方案对比分析
该项目采用高效650W双面双玻组件，组件为近一两年内的最新产品，可有效降低度电成本；选用的650W双面双玻组件为210 P型组件。

根据目前主流厂家数据，与上一代产品对比主要有如下技术优势：1）转换效率的提升：最高可以达到20.9%的光电转换效率；2）单组件功率提升：最大峰值功率可以达到650W；3）更低的衰减率：第一年衰减不超过2%, 以后每年的衰减率不超过
0.45%；4）寿命周期可以达到30年。

大容量双面双玻组件的应用，在以下几个方面会带来显著效益：
（1）有效数据标明：根据区域不同，载荷不同， 210组件对比常规组件，由桩基础、支架用量、人工和线缆等带来的 BOS初始投资至少可节省3-4分/W。

（2）210 组件的开压更低，同系统电压，串联的组件更多，组串功率更高。

随之而来的是阵列数量的减少，支架、基础用量的减少。

这与电站设计时使用
限压器、系统电压从1000V 变为 1500V、 158 跃进到 166/182/210 异曲同工。

（3）650W 组件可以从支架、桩基础、线缆方面为项，节省 3.2-3.6 分钱
/W的 BOS 成本。

在支架强度，桩长有更高要求的地区，成本优势会进一步扩大。

除此之外，组件数量减少，可以进一步降低安装及运行维护等成本，与普通光伏
组件相比，寿命长、发电量高、耐磨性好等优点,发电量也会有大幅提升。

3.双组串式逆变器方案对比分析
该项目逆变器采用华为196kW组串式逆变器，可实现发电量最大化；
（1）技术指标选型
光伏并网逆变器是光伏电站的核心设备之一，其基本功能是将光伏电池组件
输出的直流电转换为交流电；此外，它还有自动运行停止功能、最大功率跟踪控
制功能、防孤岛运行功能等。

根据目前的技术发展情况，主要的逆变器类型有集中式逆变器、组串式逆变
器和集散式逆变器三种类型。

集中式、组串式和集散式技术方案对比，见表1。

表1集中式、组串式、集散式技术方案对比
从上表可知，在技术比选阶段，组串式逆变器、集散式逆变器方案优于集中式逆变器。

各逆变器技术参数见表2：
表2逆变器主要技术参数表
196kW组串式逆变器相比于集中式逆变器和集散式逆变器在MPPT追踪电压、MPPT路数、谐波电流含量、弱电网环境下并网能力几个方面更强，反映到光伏电站上即是发电时间较集中式逆变器和集散式逆变器更长，发电量增加。

考虑组件安装高度，组件清洗较常规项目困难，清洗频率较低，使用组串式逆变器多MPPT 的特点可在多云天气、鸟粪、灰尘等因素导致的光伏特性不一致的情况下发电量优于其他两种逆变器，但组串式逆变器价格高于集中式和集散式逆变器，尤其以集中式逆变器价格最低。

同时，根据市场调研，目前主流逆变器厂家除上能电气可以提供1500V 系统3.15MW的箱变变一体机外，其余主流厂家暂不能提供，而且集散式逆变器在工程实践效果来看，其故障率比组串式或者集中式高很多，目前各大厂家对集散式逆
变器的研发和推广已大不如前。

因此，本项目暂对组串式逆变器和集中式逆变器
进行对比。

（2）投资成本对比分析
单个标准方阵中，组串式逆变器方案在直流汇流箱、电缆（含施工）上成本
略低，集中式逆变器方案在本体价格上成本略低，两者整体投资成本基本持平。

（3）发电量对比分析
根据逆变器特性以及厂家实测同一电站组串式、集中式逆变器发电量对比，
组串式发电量相较于集中式逆变器发电量至少高1.5%左右。

以某光伏发电项目为例，196kW组串式方案发电量相比3125kW集中式方案发电量提升1%以上（保守
估计），发电量每年多45.5万度，25年多1137.5万kWh，组串式方案全生命周
期发电收益高511.875万元。

（4）结论
本项目集中式逆变方案虽然较其他两种方案具有最低的设备成本，但通过投
资成本和发电量数据，多发电量收益高于初始投资成本，故推荐组串式逆变器。

考虑到本项目地形集中，针对单体电站设备维护问题，不宜采用多系统方案，因此建议本项目采用196kW组串式方案。

4. 大方阵设计方案对比分析
该项目采用大方阵（6.5MW）设计：国内光伏设计普遍采用小方阵设计，采
用6.5MW大方阵的设计，突破了现有光伏项目单个方阵的最大装机容量，降低总
成本，是国内光伏方案的一项大胆尝试。

大方阵中配置的逆变器、变压器等设备技术成熟、安靠。

采用1500V系统直
流侧电压升高后，逆变器功率密度提高，单体功率增大，线缆损耗降低，随之最
佳经济方阵容量增大，且交流侧变压器、环网柜等设备成本也会下降。

此外，方
阵容量增大后，电站逆变器、变压器等设备数量减少，安装维护成本降低，站内
高压线路减少，线缆和施工成本进一步降低，从而降低电站系统成本，提高电站
收益。

国外许多项目中已实现了大方阵布置的案例。

5. 规划不同的汇集线路路径设计方案对比分析
本项目规划不同的箱变汇集组合和汇集线路路径：经过优化组合，选择最合
理的箱变汇集组合和汇集线路路径，优化电缆导体截面，减少电缆路径长度，降
低项目投资，实现效益最大化。

电缆敷设方式一般分为直埋敷设、穿管敷设、电缆沟敷设等。

电缆敷设的方
式的选取，应视工程条件、环境特点及电缆的类型数量等因数，因地制宜，在满
足允许可靠维护方便的同时，考虑经济合理性。

根据箱变容量和位置，2~3台箱变汇集成1个汇集线路，设计最优的箱变组
合及电缆路径。

同时，电缆路径规划时，避免过多电缆直埋敷设同一电缆沟槽，
以降低电缆导体截面。

在设计阶段，选取2~3个箱变组合方案和路径进行比较。

电缆截面的选择应满足允许载流量、温升、电压损失、机械强度等要求，电
缆直埋敷设考虑土壤温度、土壤热阻系数、多回路直埋的校正系数，并考虑水分
迁移现象，计算电缆长期允许载流量，并按短路热稳定电流、允许压降进行校验，选取最优电缆截面。

11.结束语
通过对本项目光伏电站及光伏区域设备采用的方案进行分析探讨，从投资成
本和数据进行分析，对光伏区设备择优选择，使安装维护成本降低，线路减少，
线缆和施工成本进一步降低，从而降低电站系统成本，提高电站收益。

在发电量
保障情况下，把建设成本逐步下降。

参考文献
[1]光伏发电站设计规范GB 50797。

[2]相关项目设计文件
[3]相关设备技术参数文件
作者简介
董克昌本科，高级工程师，山东电力建设第三工程有限公司光伏能源公司总工程师，从事光伏新能源技术管理。