漁光互補光伏發電系統設計

徐立波

摘 要：設計了一個裝機容量為26.5kW的漁光互補光伏發電系統，通過實地考察，項目點水質良好，太陽能資源豐富，魚塘周圍無遮擋，采光與通風都達到建設電站的要求，且魚塘周圍地勢平坦，交通運輸方便，確定了項目的可行性并進行漁光互補電站的詳細設計，由于項目地選用的魚塘面積有限，綜合考慮到成本、發電量、收益等因素，經再三比較分析得出本項目適合性價比較高的并網光伏發電系統，并設計組件的分布排版，合理進行系統設備的選型，對設備清單進行統算，對電站的發電量進行評估，最后進行經濟效益分析。

關鍵詞：漁光互補;并網電站;傾斜角;效益分析

1 項目地地理氣象分析

本項目地點定為安徽省明光市官山村七里塘，位于安徽省東北部，居江淮分水嶺北側，地處東經117.58°，北緯32.47°。本項目計劃光伏電站裝機容量26.5kW，占地面積251.8m2。

魚塘整體水位隨氣候與季節的變化有關聯，常年魚塘水位落差較小，水態生長環境較好，適合多種魚類和水生植物混合生長。魚塘內主要養殖的水產品有鯽魚、草魚、泥鰍、龍蝦等。根據附近建筑工程設計資料，地下水對混凝土結構沒有腐蝕性;對鋼筋混凝土結構中的鋼筋結構沒有腐蝕性;沿線土對鋼筋混凝土無腐蝕性。魚塘周圍幾乎無樹木遮擋，通風條件良好，一年四季的采光都較好，十分符合電站的選址要求。項目地太陽能資源較為豐富，多年平均總輻射量約為5110MJ/m2，全年平均日照時數為2710小時，屬于我國第三類太陽能資源中等類型區域，由此可見項目地有廣闊的利用發展前景。

2 漁光互補系統的設計

由于項目地選用的魚塘面積有限，無法做大規模電站，綜合考慮到成本、發電量、收益等因素，經再三比較分析得出本項目適合性價比較高的有逆流并網光伏發電系統，有逆流并網光伏發電系統成本相對較低，而且完全能夠滿足本設計的需要。

并網光伏發電系統中，電池組件的串聯匹配主要是通過依據所選逆變器的最大直流輸入電壓和所選逆變器的正常工作電壓輸入范圍來確定。所匹配的電池組件串的最大工作范圍不能超過逆變器的MPPT電壓的輸入范圍[1]，組件串最大開路電壓不能超過逆變器的最大直流輸入電壓。組件串的最大工作電壓不僅會隨著太陽能輻射強度的變化而變化，而且還會隨著周邊環境溫度的高低實時變化著，因此，電池組件串的串聯匹配要綜合以下兩個因素。

2.1 電池組件的溫度系數

在25℃的標準條件下，電池組件的短路電流溫度系數是+0.55%/℃，開路電壓的溫度系數是-0.34%/℃，也就是說環境溫度高于25℃時，開路電壓會降低，短路電流會增大，當環境溫度低于25℃時，開路電壓會升高，短路電流會降低。所以在進行組件串的匹配時，需要考慮到開路電壓的溫度系數，為防止環境溫度過低，組串的開路電壓比逆變器的直流輸入電壓要大。

2.2 組件串并聯電壓與逆變器的匹配及MPPT工作電壓范圍匹配

在并網系統容量的設計時，組件串的串聯電壓一定要小于電池組件能耐受的最大系統電壓。與此同時，必須考慮系統所在地的最低環境溫度。組件串在最低溫度時的開路電壓，必須小于所匹配的逆變器可接受的最大直流輸入電壓，并且都要留有10%左右的余量。計算公式如下：

經計算得出組件間距為2793.33mm，組件的空間間距為1283.58mm，考慮到魚塘的總面積以及組件間的間距，設計光伏方陣的排列方式為20塊組件進行一組串聯，然后把串聯好的組件并聯起來，一共并聯5組。

3 設備選型

單晶硅與多晶硅的效率相近，但是多晶硅成本較低，價格相對比較便宜。多晶硅光伏組件功率規格較多，而且產品應用較廣泛，因此綜合考慮組件效率、市場占有率、組件重量等多種因素后，本項目選用山西潞安規格為265W的多晶硅電池組件。對于逆變器的選擇，參照以下指標進行判定：

（1）具有完善的保護電路，系統可靠性高;

（2）具有較寬的直流電壓輸入范圍;

（3）液晶顯示各種運行參數，人性化界面，可通過按鍵靈活設置各種運行的參數;

（4）具有電網保護裝置，防孤島保護功能等。

我國光伏市場目前主要有兩種逆變器，分別是組串式小功率逆變器和集中式大功率逆變器[2]。通過對逆變器產品的認真考察后，本工程選用錦浪40kW的逆變器。本系統選用樂清華信的直流匯流箱，該直流匯流箱為6進1出，本項目采用5進1出的系統接入方式，將5路光伏陣列匯流成1路直流輸出，每個40kW的逆變器需要配置直流匯流箱1臺。水面類光伏陣列支架一般有架高式和漂浮式兩種方式。光伏組件的支架設計應當牢固、耐用，與各個組件與部分連接緊密牢固，經過比較，架高式的支架系統初始投入資金較漂浮式的支架系統低，并且，該系統基本不用經常維護檢修。而反觀漂浮式支架系統，初始啟動資金需求較高，后期維護困難且需要一定的維護成本，并不適用于項目地七里塘的水位較淺，水位變化較小的特征。綜合考慮后本工程決定選用目前技術最為成熟、成本相對較低、應用相對廣泛的固定架高式安裝方式。大多數情況下，組件與組件之間的直流連接線纜其額定電流為各線纜中最大連續工作電流的1.25倍。本項目設計一串組件共由20塊組件連接組成，組件到組件之間的直流連接線纜選取的總長度為25米，經計算，此時的電流為42.5A，電壓為624V，然后根據線纜截面積的計算公式進行計算S=0.0176×10-6×25×42.5×1.25/0.02×624≈187mm2，綜合考慮選用截面積為6mm2的直流線纜，需要此種規格的線纜5根25米長的直流線纜串聯組件;組件與匯流箱之間需要5米長的同規格的直流線纜進行連接;匯流箱至逆變器之間同樣選用10米長的同規格的直流線纜進行連接。本項目采用上海勝華電線電纜公司160米長的截面積為6平方毫米的直流線纜。

4 成本和效益分析

4.1 設備清單及價格

4.2 利用峰值日照時數計算年發電量

4.3 經濟效益分析

經查詢資料，國家發改委發布的《關于完善光伏發電上網電價機制的通知》可以了解到2019年安徽省滁州市收購并網的電價為0.45元/千瓦時，補貼價為0.1元/千瓦時。由已知計算年收益：

參考文獻：

[1]李鐘實.太陽能光伏發電系統設計施工與應用[M].人民郵電出版社，2012：199-200.

[2]劉繼軍.分布式光伏發電系統并網問題研究[J].電氣開關，2014，52（02）：66-68.