摘要：随着经济的发展，人类对能源需求的日益增加，以及传统能源的日益枯竭，人们开始将目光投向了清洁可再生的新能源，希望其能改变现在的能源结构。而利用光伏电池直接进行光电转换的发电方式因其较强的实用性而被广泛推广。本文重点分析了集中式光伏并网系统设计。
关键词：集中式；光伏并网系统；设计
1 光伏发电系统运行方式
光伏发电从应用至今已衍生出能适应不同环境的光伏发电系统，根据光伏发电是否与电网连接分为独立式光伏发电和并网式光伏发电。独立式相对于并网式来说，主要在于系统运行时独立式光伏发电系统只是自给自用，而并网式光伏系统则通常将发出的多余电能送入电网由电网进行分配供其它负载使用。通常独立式发电系统在系统内部利用储能装置将白天光照较强但用电需求并不大时的多余电能储存起来，而在夜晚或光照较弱的情况下，光伏电池不能进行发电则利用蓄电池为有需要的负载进行供电。相对于独立式而言，并网式的显著特点则是“自发自用，余电上网”。一般并网式系统可在配电侧并网也可在发（输）电侧并网。配电侧并网是指光伏电池转换的电能经逆变器逆变后以220V/380V 交流电压直接并入低压配电网。发电侧并网是将所发电能经升压变压器升压后接入电网中某一变压器的上游，这种方式发出的电能经配电网分配后可供多个负载使用。
2 实例分析集中式光伏并网系统设计
2.1工程概述
以某40MW光伏发电项目为例，对集中式光伏并网电站进行设计。该区域太阳能资源丰富，且地势开阔平坦，县内年平均日照时数3336.5小时，年平均太阳辐射量6335.44MJ/m2，依照《太阳能资源评估方法》中的有关要求，该地区太阳总辐射年总量大于6300MJ/m2之间，为资源最丰富区，适合建设大型太阳能发电站。本工程设计装机容量40MWp，铭牌标称容量为40.3328MW。计划利用光伏组件组成最小发电单元分块进行发电，通过集电线路将所发电能集中于一处并入电网。具体实施方案是分成32个1.25MW的光伏发电单元进行设计，并且每个1.25MW子单元均选用2台630kW并网逆变器和1台1250kVA升压变压器。其中的光伏组件先串后并组成多个光伏阵列，之后各组串在防雷汇流箱汇集后，经并网逆变器接入35kV升压变压器，之后各个升压变输出的35kV高压电通过直埋电缆经升压站升压至110kV输出到电网接口。
2.2 太阳能电池
结合实际情况本工程拟选用性价比较高的多晶体硅电池组件。多晶硅太阳电池组件产品型号众多，当前应用于大型发电系统组件单个功率一般在250~300W 左右。本工程总容量为40MWp，对于电池板需求较大，相同情况下优先考虑功率较大的组件，以减少工程量，节省线缆，降低损耗。结合当前市场情况，从组件效率、价格及技术成熟性等方面考虑，此次设计采用单片功率为260W多晶硅组件154240块。
2.3 光伏阵列安装方式选择
当前建设光伏电站中对于组件安装方式主要有固定支架式和自动跟踪式，顾名思义固定支架式则是将所有光伏组件安装于一固定倾斜角度的支架上，而自动跟踪式则是根据太阳移动转动支架，时刻保持太阳光线与光伏阵列的尽可能垂直，使所发电量最大。其中自动跟踪式依照转轴的差别又分为“单轴跟踪”“双轴跟踪”两种类型。单轴跟踪式：传动系统带动光伏支架以某一轴旋转跟踪太阳移动以获得最大太阳辐射，该方式可跟踪太阳方位角或高度角。双轴跟踪式：光伏支架根据太阳移动全方位旋转跟踪使组件太阳辐射时刻保持最大。自动跟踪式由于太阳辐射量相对较大，所以对其发电效率有所提高，但成本也在相应提高，相同发电量下双轴跟踪式比固定式成本提高约20%，单轴跟踪式系统成本提高约5%，同时跟踪系统耗电量也比较大。此外，由于项目地特殊的环境气候条件，在沙尘天气时，跟踪系统传动部件容易被沙尘颗粒侵入导致故障，增加了系统维护成本。因此宜选用固定式支架安装组件。
2.4光伏方阵设计
（1）光伏阵列最佳倾角
光伏组件发电量与其组件倾角密切相关，在此，利用光伏仿真软件PVsyst 综合工程所在地纬度模拟组件在不同倾斜角和不同方位角时太阳辐射量变化情况如图1所示，当组件倾斜角为38°时所接收总辐射量最大，且该角度能满足积雪自动滑落要求，经综合比较组件方位角选为0°，倾角选为38°。
图1 组件斜面太阳辐射变化图
（2）光伏阵列间距设计
光伏阵列的安装应尽量避免各阵列之间的相互影响，为此应保证相互之间留有足够的间距，根据《光伏发电站设计规范》中规定计算间距时一般按冬至日上午九点到下午三点之间前排不在后排组件上产生阴影为标准。计算公式为：
（1）
式中：ϕ为当地纬度；β为光伏组件倾角；L为两块组件总长。在此取β为38°，L为3.3m。计算出方阵南北间距至少为D=6.09m时才能保证前后组件不相互影响，在此工程中考虑一定余量阵列南北间距D取6.2m。此外考虑当地最大积雪深度、当地洪水水位、防止动物破坏及泥和沙溅上太阳电池组件，所以太阳能组件最低点据地面高度垂直距离取0.5m。
（3）光伏阵列设计
在本系统中数以万计的光伏组件采用串并联的形式连接在一起，但组件之间并不能无限串接，需根据组件参数计算串联数目。依照《光伏发电站设计规范》，光伏组件串的串联数量需满足下式要求：
（2）
式中：Vmpptmin为逆变器最大功率点跟踪电压最小值（V）；Vmpptmax为逆变器MPPT电压最小值（V）；Vpm为光伏组件工作电压（V）；KV'为光伏组件的工作电压温度系数；N为光伏组件的串联数（N 取整）；t为光伏组件工作条件下的极限低温（℃）；t'为光伏组件工作条件下的极限高温（℃）。经计算：该项目中电池组件串联数N的范围是：15≤N≤22。
考虑逆变器与组件之间的电压配合，在采用20个组件串联时，组件串联后的电压需在逆变器的MPPT 电压范围内，即：
（3）
依照选用组件及逆变器的参数，在本系统中采用20个组件串联串联成一个最小单元，容量为5200W。光伏组件按2排10列倾斜安装，其中组件的长边沿斜面相下组件规格为1640mm×992mm×35mm，相邻两块组件之间东西向和南北向的间距分别为25mm，便于安装和过风。
3 结语
随着能源互联网的不断发展，新能源发电目前已进入高速发展阶段，各种项目遍地开花，在此通过以某集中式并网发电项目为例，分点介绍了大型光伏电站的设计过程，对光伏发电系统主要组成部分进行详细比较分析，希望能对后续相关工作开展提供参考和借鉴。
参考文献：
[1]李英姿.太阳能光伏并网发电系统设计与应用[M].北京：机械工业出版社，2013.
[2]王春明.大容量并网光伏电站技术应用分析[J].新型工业化，2017，7（3）：78-82.
[3]赵争鸣，雷一，贺凡波，等.大容量并网光伏电站技术综述[J].电力系统自动化，2011，35（12）：101-107.
论文作者:何志文
论文发表刊物:《基层建设》2019年第13期
论文发表时间:2019/7/17
标签：光伏论文; 组件论文; 系统论文; 阵列论文; 逆变器论文; 太阳论文; 电压论文; 《基层建设》2019年第13期论文;