太阳能光伏发电设计分析

太阳能光伏发电设计分析

发表时间：2017-08-25T14:27:24.687Z 来源：《探索科学》2017年2期作者：段理王春明邓衍廷

[导读] 太阳能光伏发电是发展利用清洁能源、改善能源利用结构的一个重要途径。

湖南省电力勘测设计院湖南长沙 410007

摘要：太阳能光伏发电是发展利用清洁能源、改善能源利用结构的一个重要途径，它对于解决偏远山区、草原牧区、岛屿等地方群众的基本生产生活用电，提高生活水平具有重要意义。笔者简单分析太阳能光伏发电的应用现状，并借此从设计原则、设备选型和发电站系统电气设计三个角度简单论述太阳能光伏发电的设计。

关键词：太阳能光伏发电；电池；发电站

1 引言

发展清洁能源已经成为节能减排、改善能源利用结构、应对多变气候的重要举措。太阳能作为一种重要的清洁可再生能源，是取之不尽用之不竭的绿色能源，目前在世界各国均得到广泛应用，太阳能发电技术迅速发展起来。从长远角度来说，太阳能发电的利用前景好、潜力大。随着太阳能发电行业的快速发展，我国的太阳能光伏装机机组容量逐渐扩大，太阳能光伏发电站系统的设计成为人们关注的重点。

2 太阳能光伏发电应用现状

太阳能光伏发电技术也就是将太阳能转换成电能的技术，简称PV技术，它可以替代火电厂的部分发电，从而减少煤炭等不可再生能源的使用，减少二氧化碳等气体烟尘的排放量，保护我们的生活环境，所以，太阳能光伏发电俨然成为世界各国解决能源紧缺、环境保护问题的重要措施之一。许多发达国家如美国、德国、日本等的光伏发电技术已经从工业走向民用，使居民利用太阳能光伏发电解决自家用电问题，在家庭中形成一个小型电站，它不仅提供自家用电，同时还为公用电网输送电能。

虽然说我国的太阳能光伏发电得到了一定的发展，国家也非常重视光伏发电，并实施了“送电到乡”、“光明工程”等项目，纷纷启动太阳能光伏发电项目，许多偏远山区、牧区的人民也逐渐接受光伏产品。但相较于国外，我国的光伏发电技术还不够发达，生产规模较小、电池效率低、成本高，因此，重视光伏发电技术的发展，扩大生产规模是推动我国太阳能光伏发电产业发展的关键。

3 太阳能光伏发电设计

3.1 设计原则

太阳能光伏发电设计应遵循经济性、科学性、可靠性、安全性、高效性、美观性、展示性等原则。从市场角度分析不同用户的用电需求，努力优化设计方案，在保证可靠性的基础上尽量减少太阳电池和蓄电池的容量，实现经济性与可靠性的协调统一。由于太阳能光伏发电系统必须与电网电力系统完美兼容起来，实现其与电网的并联运行，故而需要寻找到建筑物的最佳发电位置，从设备选型、系统结构等角度提高光伏发电系统的可靠性。光伏发电系统与其他变电站、发电站等设计一样，必须考虑防雷接地、系统安全隐患等问题，采取合适防雷措施避免屋顶上的太阳电池遭受直击雷影响，太阳电池方阵、逆变器、接线箱等电气设备都必须可靠接地，提高光伏发电系统的安全性。美观性和展示性说的是：光伏发电系统作为一种新发电技术，具有一定的公众影响力，系统设计必须具备美观性，通过各个组件的合理搭配安装，既保证系统发电的可靠性、安全性、经济性，同时也符合人们的审美观。在合适位置安装一个电子显示屏，将系统运行的数据展示出来，向人们展示太阳能光伏发电的效果，向人们宣扬环保理念，隐性推动我国太阳能光伏发电产业的发展。

3.2 设备选型

太阳能光伏发电站设计主要包括发电系统、输配电系统、监测系统等的设计，其中涉及到的设备主要有太阳电池组件、逆变器、升压设备、配电柜、监控箱等设备，下面就太阳电池组件和逆变器的选型进行简单介绍。

第一，太阳电池组件选型。在兼顾搬运便利的情况下尽量选择大尺寸、效率高的电池组件，同时，组件必须符合UL、IEC61215、TUV标准，仔细检查每一块电池组件的质量。目前市场上供应的太阳电池主要有单晶硅、多晶硅、非晶硅三种，前两种的制造技术已非常成熟，产品性能稳定、使用寿命长、效率高，目前已被广泛应用于光伏发电站项目中。而非晶硅太阳电池技术不成熟，稳定性差、使用寿命不长，故而没有得到广泛应用，且国产的这种太阳电池非常少。建议采用技术成熟、使用寿命长、效率高的晶硅电池。太阳电池组件是整个发电系统的核心部件，其各项参数都与发电系统的发电性能有关，主要的参数有：峰值功率、工作电流、工作电压、短路短路、开路电压、系统电压、组件效率、开路电压温度系数、峰值功率温度系数等。

第二，逆变器选型。逆变器的可靠性、安全性和效率均为影响到整个光伏发电系统的性能。要实现光伏发电系统与电网电力系统的并联运行，那么必须对太阳电池输出情况以及周围环境进行实时监测，做出正确反映，反映电网投切控制、系统状态检测等工作，确保系统安全稳定运行。逆变器满载时，其转换效率应≥95%。为保证光伏阵列产生的直流电经逆变器处理后为公共电网供电，那么就必须使逆变器的输出电压波形、幅值、相位与公用电网一致，从而实现平滑无扰的供电。由于太阳电池的端电压会随着太阳日照强度的变化而变化，变化幅度大，故而要求逆变器能在较大直流输入电压范围内正常工作，保证系统的稳定性。

3.3 发电站系统电气设计

根据太阳能光伏发电站的建设规模、当地的电网规模、并网方式以及用电需求，确定光伏发电站的生压级别以及是否需要升压，从经济性角度分析选择何种型号的导体。根据光伏发电站的接线方式对升压变电站高、中压侧拟定的接线方案进行经济性对比分析，结合发电站的发电规律和特点选择最优方案。光伏发电站的厂内用电主要是控制室照明设备、断路器操作电源、升压变电站综合智能控制系统等的用电，而光伏发电具有白天发电晚上停发的特点，故而必须确定厂内用电方式，从公用电网中取电，保证厂内各个电气设备、电力系统等的一天24小时正常运转。控制室的电气设备布置也是发电站一次电气设计的内容之一，为了设备之间接线的方便以及控制电缆长度，控制室中的配电柜、计量柜、光端机、直流柜等一般呈现“一”字型布置。根据实际情况合理设计控制室、中压开关室、升压变电所等的具体布置，采用灵活的布置形式，降低建设成本，保证系统的正常运行。

电气二次设计主要包括监控系统、保护系统、通信系统、接地保护等内容。目前技术较为成熟的监控系统是一种综合自动化系统，分