太阳能光伏发电-12

太阳能光伏发电技术及其应用姚建曦Email:主楼B610太阳能光伏发电系统设计太阳能光伏发电系统的设计分为软件设计和硬件设计。且软件设计先于硬件设计。软件设计包括：负载的功率和用电量的统计和计算，太阳能电池方阵面辐射量的计算，太阳能电池组件、蓄电池用量的计算和二者之间相互匹配的优化设计，太阳能电池方阵安装倾角确实定，系统运行情况的预测以及系统经济效益的分析等。硬件设计包括：负载类型确实定和限制，太阳能电池组件和蓄电池的选型，太阳能电池方阵支架的设计，逆变器的选型和设计，以及控制、测量系统的选型和设计。对于大型光伏发电系统，还要有方阵场的设计、防雷接地的设计、配电系统的设计以及辅助或备用电源的选型和设计。软件设计由于牵涉到复杂的辐射量、安装倾角以及系统优化的设计计算，一般是由计算机来完成的；在要求不太高的情况下，也可以采用估算的方法。大型光伏系统光伏系统设计技术特点在发电侧并网，电流是单方向的〔不可逆流〕；没有储能系统；并入高压电网〔10－110kV〕；不能自发自用和“净电表计量〞，只能给出“上网电价〞，少量自用电从电网取〔小余1％〕；一般功率很大，5MW以上；一般都是无人值守；要求离负荷中心较近，就地消化；一般占用荒地；自动跟踪或聚光电池一般都是用在荒漠电站带有气象和运行数据自动监测系统和远程数据传输系统。需要考虑的因素光伏系统设计太阳能电站选址太阳辐射太阳能电站选址太阳能光伏发电的全部能量来自太阳，因而太阳能电池方阵面上所获得的辐射量决定它的发电量。太阳能电池方阵面上所获的的辐射量多少与很多因素有关：当地纬度，海拔高度，大气透明度，一年当中四季的变化，一天当中时间的变化，到达地面的太阳辐射直、散分量的比例，地外表的反射系数，太阳能电池方阵的运行方式或固定方阵的倾角变化，以及太阳能电池方阵外表的清洁程度等。太阳能资源类型

地区

年日照时数

1

西藏西部

新疆东南部

青海西部

甘肃西部

3200-3300

2

西藏东南部

新疆南部

青海东部

宁夏南部

3000-3200

甘肃中部

内蒙古

山西北部

河北西北部3

新疆北部

甘肃东南部

山西南部

陕西北部

河北东南部

山东

河南

吉林

辽宁

2200-3000

云南

广东南部

福建南部江苏北部

安徽北部4

湖南

广西

江西

浙江

湖北

福建北部

广东北部

陕西南部

1400-2200

江苏南部

安徽南部

黑龙江5

四川

贵州

1000-1400

工程地质需要地震稀少，具有较好的构造稳定性，地面平整岩土工程条件地基承载力，水、土腐蚀性太阳能电站选址徐州协鑫20MW电站选址接入电网条件与接入点的距离，接入点的间隔太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算光伏系统的选型太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算根据光伏电站内太阳能资源状况，目前光伏系统的选型主要根据制造水平、运行的可靠性，技术的成熟度和价格，并结合光伏电场的局部情况进行初步布置，计算其在标准状况的理论发电量，最后确定技术方案。光伏电池组件选型光伏系统的选型太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算2006年单晶硅、多晶硅和薄膜这三种电池所占的份额分别为：43.40%、46.50%和10.10%。光伏并网逆变器选型光伏系统的选型太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算光伏并网逆变器可以分为大功率集中型逆变器和小型组串式逆变器两种。小型组串式逆变器又可细分为有隔离变压器和无隔离变压器两种，其中有隔离变压器的效率略低。集中型逆变器的效率要高于小型组串式逆变器，且单位千瓦造价与小型组串式逆变器相比有明显的优势。但小型组串式逆变器也有其优点：当逆变器发生故障时，对于小型组串逆变器，只会影响所有连接到该逆变器的容量很少的电池组件的发电量，其余组件不受影响；而对于集中型逆变器，那么有成百上千千瓦的电池组件的发电量都会受到影响。光伏方阵运行方式光伏系统的选型太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算光伏方阵的运行方式有简单的固定式、倾角季度调节式和自动跟踪式三种类型。自动跟踪式又可分为“单轴跟踪〞、“双轴跟踪〞两种类型.固定式：光伏方阵固定安装在支架上，一般朝正南方向放置，且有一定的倾角。倾角可根据当地辐射和地理位置进行优化选择。光伏方阵运行方式光伏系统的选型太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算要求太阳能方阵在最正确倾角时，冬天和夏天辐射量的差异尽可能小，而全年总辐射量尽可能大，二者应当兼顾。这对于高纬度地区尤为重要。城市纬度/最佳倾角城市纬度/最佳倾角哈尔滨45.68杭州30.23长春43.90南昌28.67沈阳41.77福州26.08北京39.80济南36.68天津39.10郑州34.72呼和浩特40.78武汉30.63太原37.78长沙28.20乌鲁木齐43.78广州23.13西宁36.75海口20.03兰州36.05南宁22.82银川38.48成都30.67西安34.30贵阳26.58上海31.17昆明25.02南京32.00拉萨29.70合肥31.85我国局部主要城市的斜面最正确辐射倾角倾角季度调节式：与固定式类似。不同之处，其方阵倾角设计成约15°～65°之间可以手动调节，一般设计成每10°一个档位。在夏季，正午太阳高度角较大，方阵倾角可适当减小；而在冬季时，正午太阳高角度较低，可通过提高倾角从而使得太阳光入射到方阵面上的入射角尽可能小。光伏方阵运行方式光伏系统的选型太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算单轴跟踪式：它通过围绕位于光伏方阵面上的一个轴旋转来跟踪太阳。该轴可以有任一方向，但通常取东西横向，南北横向，或平行于地轴的方向。最常见的是轴取为南北横向，且有一定的倾角。光伏方阵运行方式光伏系统的选型太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算双轴跟踪器：它有两个可以旋转的轴，通过旋转这两个轴可使得方阵面始终和太阳光垂直，从而最大可能捕获太阳能。光伏方阵运行方式光伏系统的选型太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算截止到2007年底，全球大型光伏电站中约有27%采用了自动跟踪式，其余采用固定式。倾角季度调节式在大型光伏电站使用较少。倾角季度调节式与倾角设为最优的固定式相比，年总发电量提高5%左右，考虑其造价的增加以及人力本钱的增加，该运行方式并不经济。不同跟踪方式在当地条件下对发电量〔与固定式相比〕的影响不同。根据有关研究说明，单轴跟踪比固定式发电量一般可提高15～25%，双轴跟踪比固定式发电量提高20～35%。目前，单轴跟踪式、双轴跟踪式的技术已经较为成熟，但是价格较贵，一般来说，发电量的提高比例低于本钱的增加比例，性价比较差；而国内专业生产单轴跟踪、双轴跟踪支架的厂家虽然目前报价较低，但由于缺乏大规模商业化生产和运行经验，存在一定商业和技术风险。目前国内光伏发电系统大多采用固定式。光伏系统的选型太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算光伏系统的布置太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算前后排间距设计光伏阵列通常成排安装，一般要求在冬至影子最长时，两排光伏阵列之间的距离要保证上午9点到下午3点之间前排不对后排造成遮挡。在水平面垂直竖立的高为L的木杆的南北方向影子的长度为Ls，Ls/L的数值称为影子的倍率。影子的倍率主要与纬度有关，一般来说纬度越高，影子的倍率越大。D=Ls/L·H光伏系统的布置光伏组件的串并联设计

1.假设10MW光伏电站选用的太阳电池组件型号为200W，工作电压为27V，尺寸为1494X1000X45选用逆变器型号为500KW直流输入范围为420V～850V，那么一组串中的串联数可选为24个，该组件串的输出功率为4.8kW，输出电压为648V，每台逆变器通过汇流箱并联接入105个这样的组件串。2.在组件的串联电路中，要求同一个组件串中每块组件的工作电流要相同，在并联电路中，要求每个组件串的电压要相同，否那么会影响整个系统的效率。太阳能电池板最低点距地面距离H’的选取主要考虑以下因素：●高于当地最大积雪深度●当地的洪水水位●防止动物破坏●防止泥和沙溅上太阳能电池板●H’增高会增加光伏阵列的土建本钱综合考虑以上因素，并结合国内外的经验，H’取为0.5米光伏系统的布置太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算光伏系统发电量估算太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算光伏系统总效率计算1).光伏阵列效率η1:光伏阵列在能量转换与传输过程中的损失包括：●组件匹配损失:对于精心设计、精心施工的系统，约有4%的损失；●太阳辐射损失:包括组件外表尘埃遮挡及不可利用的低、弱太阳辐射损失，取值3%；●最大功率点跟踪(MPPT)精度，取值2%；●直流线路损失:按有关标准规定，应小于3%.得：η1=96%×97%×98%×97%=88.5%2).逆变器的转换效率η2；●逆变器输出的交流电功率与直流输入功率之比，对于大型并网逆变器，可取η2=97%.3).交流并网效率η3：●从逆变器输出至高压电网点的传输效率,其中最主要的是变压器的效率.可取η3=99%.4).温度对发电量的影响光伏电池组件只有在标准测试条件下，即：电池温度25℃、垂直入射日照强度1000W/m²、太阳光谱等同于大气质量1.5的情况下，功率才能到达标定值。太阳电池随着温度的升高，功率会有所下降。光伏系统发电量估算太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算光伏系统总效率计算利用RETScreen软件可估算环境温度对发电量的影响。计算结果显示，由环境温度造成的发电量损失为ζ。综上，光伏系统总效率：η1*η2*η3*〔1-ζ〕光伏系统发电量估算太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算发电量计算利用RETScreen软件计算发电量，根底数据如下：1〕代表年各月平均日辐射值数据2〕多年月平均温度3〕光伏系统各局部效率4〕安装方式〔固定式、跟踪式〕按电池组件效率在25年累计折减15%〔每年衰减的百分比相同〕计算，25年内平均每年发电量。独立光伏系统1.太阳能电池方阵倾角确实定：太阳电池方阵功率计算太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算要求太阳能方阵在最正确倾角时，冬天和夏天辐射量的差异尽可能小，而全年总辐射量尽可能大，二者应当兼顾。这对于高纬度地区尤为重要。2.由水平面辐射量计算太阳电池方阵平面上的辐射量太阳电池方阵功率计算太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算一般来讲，太阳电池方阵面上的辐射量要比水平面辐射量高5％～15％不等；纬度越高，倾斜面比水平面增加的辐射量越大。3.将倾斜方阵面上的辐射量转换成峰值日照时数太阳电池方阵功率计算太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算换算公式如下：如果辐射量的单位是：cal/cm2，那么峰值日照小时数＝辐射量×0.0116假定某地年水平面辐射量为135kcal/cm2，方阵面上的辐射量为148.5kcal/cm2，那么年峰值日照小时数为148500×0.0116=1722.6h；每日的峰值日照时数为1722.6h÷365=4.7h.如果辐射量的单位是：MJ/m2，那么峰值日照小时数＝辐射量÷3.64.根据辐射量和负载数据计算太阳电池组件的功率、蓄电池的容量以及控制器、逆变器和其它设备的容量太阳电池方阵功率计算太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算

5.太阳电池方阵功率的计算首先确定太阳电池的厂家和技术参数。如：生产厂家尚德；型号PW500；最大功率47Wp；工作电压17.0V(为12V蓄电池充电)；工作电流2.8A.太阳电池组件串联数＝系统直流电压〔蓄电池电压〕/12V太阳电池组件并联数＝负载日耗电〔W·h〕÷系统直流电压÷日峰值日照÷系统效率系数÷太阳电池组件工作电流例如：负载日耗电10kW·h，太阳电池组件并联数为：10000W·h÷220÷4.7÷(0.9×0.9×0.85)÷2.8=5块蓄电池设计太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算蓄电池的设计思想是保证在太阳光连续低于平均值的情况下负载仍能正常工作。为了防止蓄电池的损坏，蓄电池的连续放电过程只能允许持续一定时间，直到蓄电池的荷电状态到达指定的危险值。为了量化评估这种太阳光照连续低于平均值的情况，在进行蓄电池设计时，引入了自给天数这个概念，即系统在没有任何外来能源的情况下负载仍能正常工作的天数。一般来讲，自给天数确实定与两个因素有关：负载对电源的要求程度；光伏系统安装地点的气象条件，即最大连续阴雨天数。通常可以将光伏系统安装地点的最大连续阴雨天数作为系统设计中使用的自给天数，但是还要综合考虑负载对电源的要求。蓄电池设计太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算对于负载对电源要求不严格的的光伏应用，设计中通常取自给天数为3～5天。对于负载要求很严格的光伏应用系统，设