某國家級光伏發(fā)電示范并網(wǎng)項目方案選擇

胡四明 付小平

（中國能源建設(shè)集團(tuán) 廣東省電力設(shè)計研究院，廣東 廣州510663）

0 引言

太陽能光伏發(fā)電作為重要的可再生能源形式，發(fā)電產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，市場應(yīng)用規(guī)模迅速擴(kuò)大，太陽能光伏發(fā)電有可能在不遠(yuǎn)的將來很大程度上改變能源生產(chǎn)、供應(yīng)和消費(fèi)方式，給能源發(fā)展帶來革新[1]。廣東省是我國能源消費(fèi)大省，同時作為經(jīng)濟(jì)大省，伴隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對能源的需求量也在顯著增長，為滿足電力系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求，積極地開發(fā)利用本地區(qū)的太陽能等清潔可再生能源已勢在必行、大勢所趨，以多元化能源開發(fā)的方式滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求是電力發(fā)展的長遠(yuǎn)目標(biāo)。

1 工程概況

項目選址在廣東某市，工程規(guī)劃建設(shè)3MW光伏發(fā)電項目，為節(jié)約用地，項目建設(shè)在兩所大學(xué)校區(qū)已有建筑物內(nèi)，分別為A站和B站。A站用于建設(shè)建筑有教學(xué)樓、圖書館、行政樓等共計19幢建筑，屋面有效面積合計達(dá)到16060 m2，計算太陽能電池組件安裝容量可達(dá)1557.36kWp。B站用于建設(shè)太陽能光伏電站的的建筑主要有行政樓、圖書館、教學(xué)樓以及體育看臺等共15幢建筑，總共可利用屋頂面積約為16483m2，計算太陽能電池組件安裝容量可達(dá)1446.48kWp。

2 光伏發(fā)電系統(tǒng)工藝方案選擇

2.1 系統(tǒng)方式選擇

目前上網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電工程的形式主要有：光伏建筑一體化（BIPV）、地面太陽能發(fā)電場、屋頂太陽能發(fā)電系統(tǒng)（BAPV）。（1）光伏建筑一體化是光伏發(fā)電系統(tǒng)以建筑材料的形式作為建筑的一部分，通常為建筑屋頂和光照條件較好的建筑立面，發(fā)電多為建筑自用[2]。（2）地面太陽能發(fā)電場是利用地面專門的場地建設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)，需要占地面積較大，在我國一般建設(shè)在西部地區(qū)較多；（3）屋頂太陽能發(fā)電系統(tǒng)則是利用現(xiàn)有建筑的閑置屋頂，建設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)，所需條件是有較大面積且朝向較好的建筑物屋頂，該方案主要優(yōu)點(diǎn)是受日照輻射條件好，不占用專門的用地面積，符合建設(shè)條件的建筑量大，可大規(guī)模推廣應(yīng)用，而且建設(shè)改造成本低，發(fā)電并網(wǎng)條件好，光伏組件安裝方式比較自由，系統(tǒng)效率高，可實(shí)現(xiàn)較大規(guī)模裝機(jī)[3]。

綜上所述，與其它光伏發(fā)電形式相比，屋頂太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)具有突出的優(yōu)點(diǎn)，尤其適合在工商業(yè)發(fā)達(dá)且缺乏可供開發(fā)利用空地的地區(qū)大規(guī)模推廣應(yīng)用，經(jīng)過方案比較，該項目采用屋頂太陽能發(fā)電形式，考慮需要較大屋面，同時為便于管理，經(jīng)過選址，目前某市大學(xué)城恰具備這種條件，而且在大學(xué)城具有更好的示范效應(yīng)，對推動我國在該領(lǐng)域的成功運(yùn)作更具有示范意義。

2.2 光伏組件選擇

光伏組件約占整體造價的50%，是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中價值最高的部分，其質(zhì)量和成本將直接決定整個系統(tǒng)的質(zhì)量和成本，所以對光伏組件的選擇顯得尤為重要[4]。目前太陽能電池主要有晶硅、薄膜、聚光三種材料，薄膜為第二代光伏技術(shù)，主要運(yùn)用于建筑一體化項目，聚光為新興的第三代光伏技術(shù)，雖然轉(zhuǎn)換效率高達(dá)40%以上，但目前在起步階段，運(yùn)用不廣泛，且成本高，而晶體硅電池因轉(zhuǎn)換率較高、成本相對較低是目前的主流品種[5]。

當(dāng)前單晶硅太陽能電池板的單體光電轉(zhuǎn)換效率為16%～18%，轉(zhuǎn)換效率最高，但是制作成本高，還沒有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用。多晶硅太陽能電池板的單體光電轉(zhuǎn)換效率約14%～17%[6]。制作成本比單晶硅太陽能電池要便宜一些，材料制造簡便，節(jié)約電耗，總生產(chǎn)成本較低，因此得到大量發(fā)展。同樣尺寸組件的單晶硅電池與多晶硅電池的標(biāo)稱峰值功率相同，如表1所示：

表1 普通光伏電池組件使用不同硅材料標(biāo)稱技術(shù)參數(shù)對比

從上表可以看出，同樣尺寸的光伏組件，多晶硅與單晶硅組件標(biāo)稱峰值功率參數(shù)基本相同。同樣的屋頂可利用面積，可認(rèn)為選擇多晶硅或單晶硅組件裝機(jī)容量幾乎沒有差別。

在目前的市場售價情況來看，晶體硅光伏組件的售價主要以“瓦”為單位，而且每瓦單晶硅電池與多晶硅電池價格基本接近，但因多晶硅光伏組件大規(guī)模生產(chǎn)，價格稍低，所以本項目選擇多晶硅光伏組件。

2.3 光伏組件角度選擇

光伏組件角度選擇，與光伏組件發(fā)電量有很大關(guān)系，光伏組件安裝傾角的最佳選擇取決于諸多因素，如地理位置、全年太陽輻射分布、直接輻射與散射輻射比例和特定的場地條件等[7]。本項目地處中國大陸南方，其范圍是東經(jīng)112°57′至 114°3′，北緯 22°26′至 23°56′。 根據(jù)設(shè)計軟件，計算不同角度發(fā)電量對比分析見表2：

表2 每100kWp容量不同傾角計算發(fā)電量對比分析

從上表看出，計算角度在10～20°之間為發(fā)電量緩慢上升，20～25°之間為發(fā)電量緩慢下降，在其它區(qū)域，變化較陡。為保證項目發(fā)電量最大，所以本項目選擇最佳角度為20°，趨勢圖見圖1。

3 光伏發(fā)電系統(tǒng)電氣方案選擇

圖1 發(fā)電容量與角度關(guān)系趨勢圖

3.1 逆變器選擇

光伏并網(wǎng)逆變器是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中核心部件[8]，其主要功能是將太陽能電池板發(fā)出的直流電逆變成交流電，并送入電網(wǎng)。其效率的高低、可靠性的好壞將直接影響整個光伏發(fā)電系統(tǒng)的性能，所以正確配置選型顯得成為重要。目前逆變器根據(jù)工作方式分并網(wǎng)逆變器和不并網(wǎng)逆變器；根據(jù)逆變器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：帶隔離變壓器的逆變器（低頻工頻變壓器、高頻變壓器）和不帶變壓器的逆變器[9]。本項目采用并網(wǎng)逆變器，下面按‘逆變器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)’分別論述，詳見表3：

表3 不同并網(wǎng)類型逆變器比較

從上表可知，帶隔離變壓器并網(wǎng)逆變器，具有更為安全的特點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)場布置特點(diǎn)，逆變器要求容量在50～500kW之間，要求容量較大，所以本項目選擇工頻隔離變壓器并網(wǎng)逆變器。

3.2 并網(wǎng)方式選擇

并網(wǎng)太陽能發(fā)電系統(tǒng)由光伏組件、逆變器、計量裝置及配電系統(tǒng)組成。目前并網(wǎng)主要有兩種形式，小容量及大中型容量：（1）小容量光伏發(fā)電對電網(wǎng)系統(tǒng)的影響可以忽略，其并網(wǎng)方式一般采取就近較低電壓等級并網(wǎng)，此類并網(wǎng)方式一般注意兩點(diǎn)，由于光伏上網(wǎng)電價一般與常規(guī)電價的差異較大，兩者計量裝置需分別設(shè)置，考慮并網(wǎng)線路首末電壓差異，優(yōu)先選擇并網(wǎng)容量小于用電負(fù)荷的線路并網(wǎng)；（2）大中型光伏電站由于并網(wǎng)容量較大，對電網(wǎng)系統(tǒng)潮流影響較大，必須采取專線并網(wǎng)方式，具體并網(wǎng)方式有專線直接并網(wǎng)方式和多家光伏電站匯集后專線并網(wǎng)方式[10]。

由于本項目光伏方陣分布在兩所大學(xué)校區(qū)，面積廣，距離長，所以本項目采用分散發(fā)電、就地升壓、集中控制、高壓單點(diǎn)并網(wǎng)，低壓就近并網(wǎng)的原則?？傮w將兩所大學(xué)校區(qū)分為A、B兩個站，根據(jù)距離長短，部分采用低壓并網(wǎng)，其余匯流高壓并網(wǎng)，既滿足上網(wǎng)需求，也減少了線損，提高發(fā)電效率。

4 總結(jié)

通過以上方案合理選擇，并注重在系統(tǒng)優(yōu)化、設(shè)備優(yōu)選，如電纜走向盡量選擇最短路徑、就近升壓后集中輸送、優(yōu)先選擇優(yōu)質(zhì)設(shè)備廠家等措施，本項目自2011年12月竣工至今，項目總體運(yùn)行良好，發(fā)電容量達(dá)到預(yù)期發(fā)電目標(biāo)，收到很好的社會及經(jīng)濟(jì)效益：

（1）與同容量的燃煤電廠相比較，每年可減少CO2排放量 2195.77t，SOx排放量 16.72t；NOx排放量 4.61kg，有效保護(hù)了環(huán)境；

（2）項目建設(shè)于高校校內(nèi)，使師生時刻感受到清潔能源的存在，起到很好的教育示范效用，提高項目示范意義；

（3）項目建設(shè)對高校太陽能研究，提供了廣闊平臺，加強(qiáng)了產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，對光伏發(fā)電起到很好的推廣作用。

［1］趙春江，楊金煥，陳中華，等.太陽能光伏發(fā)應(yīng)用的現(xiàn)狀及發(fā)展[J].節(jié)能技術(shù)，2007，25(5)：461－465.

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［3］廣東粵電大學(xué)光伏發(fā)電并網(wǎng)電站示范項目可行性研究報告[R].南京：中環(huán)光伏系統(tǒng)有限公司，2009.

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［5］鵬飛.聚光光伏商業(yè)化應(yīng)用邁出新步伐[J].太陽能，2011（10）：20－23.

［6］楊洪興，鄭廣富，文卓豪，等.太陽電池新材料新方法[J].太陽能學(xué)報，2002，23(3)：301-307.

［7］肖建華，姚正毅，孫家歡，等.并網(wǎng)太陽能光伏電站選址研究述評[J].中國沙漠，2011，31(6)：1598－1603.

［8］曹篤峰，竇偉，彭燕昌，等.30kW光伏并網(wǎng)逆變器研制[J].電力電子技術(shù)，2009，43(10)：42－46.

［9］王宏發(fā).光伏發(fā)電中的電力電子技術(shù)[J].機(jī)械制造與自動化，2010，39(5)：175－177.

［10］蔡岳.光伏電站并網(wǎng)調(diào)度管理探討及實(shí)踐[J].青海電力，2011，30(9)：4－11.