綠色能源項目地面光伏并網發電站提質增效研究

摘要：地面光伏發電有效利用太陽能生產能源，具有可再生、無污染特點。但是，光伏發電項目建設中，卻存在電站盲目設計問題，能源利用率降低，無法發揮光伏發電效益，需制訂電站提質增效方案。為了解決這一問題，對某集中式200"MWp地面光伏并網發電站進行深入研究，從其系統結構，多角度、多方面進行探究，并制訂提質增效方案，將其用于實際，以期為相關工作者提供參考。

關鍵詞：綠色能源""地面光伏發電""并網發電站""提質增效

Research"on"Quality"Improvement"and"Efficiency"Enhancement"of"Ground"Photovoltaic"Grid"Connected"Power"Stations"in"Green"Energy"Projects

LIU"Houqiang

SPIC"Shandong"Ecological"Energy"Co.，"Ltd.，Ji’nan，"Shandong"Province，"250003"China

Abstract："Ground"photovoltaic"power"generation"effectively"uses"solar"energy"to"produce"energy，"with"renewable，"pollution-free"characteristics."However，"in"the"construction"of"photovoltaic"power"generation"projects，"there"are"problems"with"blind"design"of"power"stations，"reduced"energy"utilization"rate，"inability"to"fully"utilize"the"benefits"of"photovoltaic"power"generation，"it"is"necessary"to"formulate"plans"to"improve"the"quality"and"efficiency"of"power"stations."In"order"to"solve"this"problem，"an"in-depth"study"was"conducted"on"a"centralized"200"MWp"ground"photovoltaic"grid-connected"power"station，"exploring"its"system"structure"from"multiple"perspectives"and"aspects，"and"formulating"a"quality"improvement"and"efficiency"enhancement"plan，"which"will"be"used"in"practice，"in"order"to"provide"reference"for"related"workers.

Key"Words："Green"energy;"Ground"photovoltaic"power"generation;"Grid"connected"power"stations;"Quality"improvement"and"efficiency"enhancement

我國以綠色、清潔作為能源發展目標，加快調整能源結構，提高綠色能源利用率，獲得顯著成效，特別是光伏發電爆發式增長，截至2023年末，發電量達到5"841.50"億kW·h，同比增長36.7%。而地面光伏并網電站利用太陽能電池光伏效應，轉換太陽輻射為電能，經并網逆變器將直流電轉化為交流電，接入公共網絡，發展較為迅速。為進一步提高地面光伏并網發電效率與質量，對其深入研究具有積極現實意義。

1"地面光伏并網發電系統概述

地面光伏并網發電借助光生伏特效應生成電能，以濾波器、逆變器、變壓器等電氣設備，將電能輸送至電網，可緩解地區電力緊張，保證供電系統穩定，促進發電系統升級優化[1]。地面光伏與公共電網是否有連接點是區分其離網或并網的重要方式。而并網還可細分為分布式與集中式兩種，以集中式200"MWp地面光伏并網發電系統為例，整體結構如圖1所示。

2地面光伏并網發電站提質增效方案

2.1優選太陽能電池組件

太陽能電池材料制造工藝不斷發展，涌現諸多太陽能組件。為實現提質增效，應選擇恰當電池組件，考慮自身功率與發電效率的同時，顧及電站安裝難度、周圍環境、運維條件等，保證電池組件使用壽命長、安裝便利[2]。根據太陽能電池市場化產品，不同電池類型特點見表1。

2.2優選光伏陣列運行模式

現有光伏陣列運行分為自動跟蹤、傾角季度調節、固定式這3種[3]。其中，自動跟蹤式分為雙軸與單重模式，前者可實現縱向、橫向旋轉，實時改變傾角與方位角；后者僅東西旋轉，自東向西跟蹤太陽軌跡。傾角季節調節隨四季變化轉換光伏陣列，應用較少，不予考慮；固定式安裝光伏陣列傾角不變，恒定接收太陽輻射量。根據以往綠色能源項目建設數據，對比光伏陣列1"MWp不同運行方式效益，見表2。

跟蹤式光伏陣列發電量較高，建設與運維成本卻較大，且清理難度高，多用于小規模示范，提供運行數據。而固定式光伏陣列初始投資低、維護工作量小，基本免維護[4]。該項目綜合投資成本、運維成本、施工難度，選擇固定式光伏陣列安裝模式。并且，根據實際負載確定最佳傾角，保證不同月份接受太陽輻射量均衡性，選用PVsyst軟件錄入氣象數據、站址位置等，計算最佳傾角38°，確定總輻射量。

式（1）中，是光伏陣列太陽輻射量；是年均水平面輻射量。該項目總輻射量5"991.83"MJ/m2，滿足項目提質增效要求。

2.3"優選電池組件支架間距

地面光伏陣列排布中，相鄰支架存在高差，加上早晚、障礙物陰影遮擋，需計算陰影系數，如圖2所示。

伴隨不同時間、季節、維度變化，障礙物陰影也隨之變化，可計算不同方向陰影長度如下。

式（2）、式（3）中：是太陽時角；是地理維度；是太陽赤緯角。該項目將經緯度數據輸入其中，確定障礙物陰影存在正午小、早晚大的特電，考慮9：00-15：00太陽輻射強烈，以此作為光伏陣列不被遮擋的目標布置支架間距，確定組件斜面高度3.98"m，垂直高度2.46"m，支架間距10.65"m。項目按照地形條件場地分區，針對性布置支架間距，如圖3所示。并將組件橫向排列，減少光伏支架數量的同時，便于后期清理。

2.4優選方陣接線方式

2.4.1方陣匯流箱

地面光伏支路系統組件串之間、直流配電柜與匯流箱、匯流箱與組件串之間均連接專用光伏電纜。項目每臺逆變器連接組件串115個，采取8路直流匯集電纜接入直流配電柜，性能要求如下：（1）戶外壁掛安裝，滿足“三防”要求；（2）輸入回路配置專業高壓直流熔絲，無回路間影響，可達到DC1000V耐壓值；（3）可接入電池組件串16路，額定每路電流20"A；（4）輸出母線負極、正極對地，及正負極配有高壓防雷器；（5）實時監測輸出母線電壓、進線電流幅值，及防雷器、直流斷路器狀態。

2.4.2逆變器室

地面光伏陣列每個子陣設置2臺逆變器，按照就地逆變升壓原則，每個子方陣布置逆變器室，安裝升壓變與逆變器。項目陣列區域布置逆變器室40座。

2.4.3匯集子陣單元

光伏逆變器出口電壓通過箱式升壓變壓器達到10"kV，與10"kV集電線路并聯連接，匯集至開關室。每8個光伏子陣均經1回10"kV集電線路，額定匯集容量10.10"MW，5條可匯集50.50"MW容量，符合設計容量要求。

2.5優化并聯接入

地面光伏并網中，根據地方電力供需與負荷發展要求，結合公共電網條件，確定光伏發電匯集后，接入周圍220"kV變電站，采取發電上網并網模式，發電100%并網[5]。為提高發電站效率，采取以下優化方式。

第一，無功補償。太陽能電池板功率因數約0.99，可看作純有功輸出。盡管逆變器自身能夠調節功率因數，卻受限于輸出電流幅值，需設置無功補償方能實現最大化發電效率。該項目根據就地平衡原則，站內配置無功補償裝置，設定20"%新能源場站裝機容量，在10"kV側安裝±10"MVarSVG可調式無功補償裝置。

第二，濾波電感。光伏并網中濾波電感十分重要，對系統動態響應性、直流電壓穩定性具有直接影響，應兼顧電流與電容穩定要求。

3"地面光伏并網發電站提質增效效果

3.1"發電效益

地面光伏并網電站受風速、溫度、光照度等影響，根據提質增效方案進行建設，對其節能減排效果及建設可行性進行分析。該項目按照系統損耗修正系數，確定系統總效率80%。并利用PVsyst軟件預測年發電量，計算首年發電量6"657.6"萬kW·h。而太陽能電池效率逐年遞減，按照25年使用壽命，以每年0.8"%衰減效率計算，確定25年年均電量6"056.0"萬kW·h。

3.2"環境效益

發電站建成后，首年發電量6"657.6"萬kW·h，計算額定發電量上網時間1"331"h，25年年均電量6"056.0"萬kW·h，上網1"211"h，可節約2.02萬t標準煤，減少4"9792"t二氧化碳排放量，1"496"t二氧化硫排放量，750"t氮氧化物排放量。

4"結論

綜上所述，提高地面光伏并網發電站工作效率，能夠提高光伏電站效益，有助于綠色能源發展，落實節能減排。因此，在地面光伏電站建設中，應當結合實際情況，從光伏陣列運行模式、電池組件支架間距、方陣接線方式、并聯接入這幾方面出發，確定提質增效方案，有效提高光伏電站年均發電量達到6"657.6"萬kW·h，獲得良好效果。

參考文獻

[1]周茜，周桃元.省域地面光伏開發潛力綜合評估模型及應用[J].電力科學與工程，2024，40（6）：28-38.

[2]王韶纖，賀廣零，胡海羅，等.高性能單晶硅光伏組件選型研究[J].太陽能，2022（9）：36-47.

[3]陳忱，方海，陳祥喜，等.太陽能光伏支撐結構的研究進展與應用[J].南京工業大學學報（自然科學版），2022，44（4）：365-372.

[4]杜鶴源，郝國強，李慶來，等.低緯度下雙面光伏發電增益分析研究[J].上海節能，2022（3）：297-303.

[5]陳瑤，石俊奎.水面光伏發電系統的性能與季節變化關系研究[J].科技創新與應用，2021，11（21）：56-58.