杜志?。P(pán)水市鐘山區(qū)能源局，貴州 六盤(pán)水 553000）

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太陽(yáng)能光伏發(fā)電的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

杜志?。P(pán)水市鐘山區(qū)能源局，貴州 六盤(pán)水 553000）

太陽(yáng)能光伏發(fā)電是國(guó)家能源新項(xiàng)目，利用高端科技構(gòu)建新型發(fā)電生產(chǎn)體系，實(shí)現(xiàn)電能資源分配與調(diào)度的一體化建設(shè)?！肮夥l(fā)電”改變了早期電力生產(chǎn)的單一性模式，構(gòu)建了更具現(xiàn)代化的發(fā)電調(diào)度系統(tǒng)。項(xiàng)目設(shè)計(jì)是光伏發(fā)電的初始階段，從設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)優(yōu)化系統(tǒng)功能布局，可指導(dǎo)后期設(shè)計(jì)發(fā)揮出預(yù)期的功能。結(jié)合分布式光伏發(fā)電發(fā)展趨勢(shì)，本文介紹了光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，提出切實(shí)可行的系統(tǒng)應(yīng)用模式。

光伏發(fā)電；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；系統(tǒng)應(yīng)用；方法

能源經(jīng)濟(jì)時(shí)代，社會(huì)發(fā)展對(duì)電能資源需求量逐漸增多，積極開(kāi)發(fā)供電項(xiàng)目是國(guó)家戰(zhàn)略重點(diǎn)?；诳沙掷m(xù)發(fā)展指導(dǎo)下，新發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)受到了普遍關(guān)注，光伏發(fā)電成為國(guó)家建設(shè)的新項(xiàng)目，對(duì)區(qū)域能源供應(yīng)與調(diào)配起到了關(guān)鍵性作用。為了更好地發(fā)揮光伏系統(tǒng)功能，需從設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)一步優(yōu)化處理方式，全面發(fā)揮出新發(fā)電系統(tǒng)的功能優(yōu)勢(shì)，利用各個(gè)模塊參與電能生產(chǎn)與傳輸。

1　新電力行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制快速發(fā)展，社會(huì)電能使用需求了不斷增加，除了火力、水力等發(fā)電生產(chǎn)方式外，還需研發(fā)出新型的發(fā)電作業(yè)方式?！肮夥l(fā)電”開(kāi)辟了國(guó)內(nèi)電力生產(chǎn)的新模式，其利用光伏系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了光、電之間的優(yōu)化轉(zhuǎn)換，促進(jìn)了能源分配與利用的一體化發(fā)展。同時(shí)，光伏發(fā)電項(xiàng)目具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，受到國(guó)家政策的大力支持。2015年，貴州省盤(pán)縣屬于太陽(yáng)能資源富集區(qū)，年平均太陽(yáng)總輻射在4000～4450MJ/m2之間，經(jīng)專(zhuān)家和有關(guān)部門(mén)實(shí)地查看，滑石鄉(xiāng)巖腳村成了全省首個(gè)開(kāi)展分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目試點(diǎn)村，成為推進(jìn)精準(zhǔn)扶貧、發(fā)展生態(tài)能源的有效途徑。

2　光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

基于供電環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造，光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有了多種控制方案可選，如：遠(yuǎn)程控制、智能控制等，如何選擇最佳方式服務(wù)于實(shí)際生產(chǎn)，這是設(shè)計(jì)人員需要重點(diǎn)解決的技術(shù)問(wèn)題。設(shè)計(jì)光伏發(fā)電系統(tǒng)要根據(jù)不同類(lèi)型的發(fā)電規(guī)模，從軟硬件系統(tǒng)操控方面實(shí)現(xiàn)優(yōu)化運(yùn)行，提高整個(gè)發(fā)電項(xiàng)目的運(yùn)行效率。

光伏發(fā)電系統(tǒng)所在地理位置（緯度）；當(dāng)?shù)啬昶骄廨椛淞?；需要年發(fā)電量或光伏組件總功率或投資規(guī)?；蛘嫉孛娣e等；并網(wǎng)電網(wǎng)電壓，相數(shù)。

2.1并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算

（1）發(fā)電量或組件總功率計(jì)算

年平均每天發(fā)電量g=Pm×h1×y×η（kwh）

式中：g——每天發(fā)電量；

h1——每小時(shí)發(fā)電量；

Pm——光伏組件總功率；

y——單臺(tái)機(jī)組發(fā)電量；

η——發(fā)電系統(tǒng)綜合影響因素。

平均年發(fā)電量G=g×365（kWh）

（2）并網(wǎng)逆變器選用

并網(wǎng)逆變器的選用主要根據(jù)下列要求：逆變器額定功率= 0.85～1.2Pm；逆變器最大輸入直流電壓＞光伏方陣空載電壓；逆變器最輸入直流電壓范圍＞光伏方陣最小電壓；逆變器最大輸入直流電流＞光伏方陣短路電流；逆變器額定輸入直流電壓=光伏方陣最大功率電壓；額定輸出電壓=電網(wǎng)額定電壓；額定頻率=電網(wǎng)頻率；相數(shù)=電網(wǎng)相數(shù)；并網(wǎng)逆變器的輸出波形畸變、頻率誤差等應(yīng)滿(mǎn)足并網(wǎng)技術(shù)要求。此外，必須具有短路、過(guò)壓、欠壓保護(hù)和防孤島效應(yīng)等功能。

2.2光伏組件方陣設(shè)計(jì)

光伏組件水平傾角設(shè)計(jì)：

光伏組件水平傾角的設(shè)計(jì)主要取決于光伏發(fā)電系統(tǒng)所處緯度和對(duì)一年四季發(fā)電量分配的要求。

（1）對(duì)于一年四季發(fā)電量要求基本均衡的情況，可以按以表1方式選擇組件傾角。

表1

（2）對(duì)于中國(guó)地區(qū)環(huán)境來(lái)說(shuō)，很多地區(qū)由于地質(zhì)環(huán)境的相似性，可以選擇所在緯度加7°的組件水平傾角；同時(shí)，一些特殊地區(qū)，要根據(jù)不同季節(jié)的時(shí)間段，選擇相應(yīng)的組件水平角，例如：冬季選擇所在緯度加11°的組件水平傾角，夏季選擇所在緯度減11°的組件水平傾角。

2.3光伏方陣傾角設(shè)計(jì)

從發(fā)電效率來(lái)說(shuō)，光伏方陣傾角是一個(gè)很大的影響因素，其對(duì)不同朝向發(fā)電量的影響較大，常常對(duì)整個(gè)區(qū)域發(fā)電效率均有決定性作用。通常來(lái)說(shuō)，光伏方陣應(yīng)朝著北半球，這樣不僅提高了光伏發(fā)電作業(yè)效率，對(duì)發(fā)電生產(chǎn)調(diào)度也有一定的輔助作用，實(shí)現(xiàn)了光伏發(fā)電生產(chǎn)的一體化。

2.4光伏方陣間距設(shè)計(jì)

本次研究了光伏方陣前后兩排間距大小，從設(shè)計(jì)角度分析間距對(duì)太陽(yáng)能發(fā)電生產(chǎn)效率的影響。理論分析認(rèn)為，如果光伏方陣前后間距大小不一，以及遮擋物之間距離大小不科學(xué)，對(duì)光伏發(fā)電效率影響較大，特別是在季節(jié)變化過(guò)程中，對(duì)電能產(chǎn)出量有著更大的影響。為了更好地完成設(shè)計(jì)，往往對(duì)間距參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制，其計(jì)算機(jī)公式如下：

D=0.707H/tan［arcsin（0.648cosφ-0.399sinφ）］

式中：D——為前后間距；

φ——為光伏系統(tǒng)所處緯度（北半球?yàn)檎?，南半球?yàn)樨?fù)）；

H——為后排光伏組件底邊至前排遮擋物上邊的垂直高度；

舉例：設(shè)φ=32°

3　光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的具體應(yīng)用

國(guó)家參與光伏發(fā)電項(xiàng)目投資與扶持，推動(dòng)了新發(fā)電模式在國(guó)內(nèi)的普及應(yīng)用，成為現(xiàn)代電力行業(yè)轉(zhuǎn)型與發(fā)展的新方向。設(shè)計(jì)是對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的綜合規(guī)劃，從設(shè)計(jì)方案中調(diào)整發(fā)電生產(chǎn)模式，體現(xiàn)了光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的可持續(xù)性。筆者認(rèn)為，光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)要結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)平臺(tái)，涵蓋了電池板、控制器、蓄電池等結(jié)構(gòu)，具體應(yīng)用形式：

（1）交、直流供電系統(tǒng)。由于電流形式不一，光伏發(fā)電系統(tǒng)要考慮電流之間的相互轉(zhuǎn)換，設(shè)計(jì)更加靈活的電力調(diào)控系統(tǒng)，從而提高整體的發(fā)電效率，這是保證光伏發(fā)電作業(yè)效率的關(guān)鍵。交、直流供電系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)換功能，在兩種電流之間相互轉(zhuǎn)接，在提高系統(tǒng)運(yùn)行效率過(guò)程中，減小了光伏系統(tǒng)承受的發(fā)電盒子啊，形成了更為穩(wěn)定的電力傳輸體系。

（2）并網(wǎng)系統(tǒng)。并網(wǎng)布局階段，太陽(yáng)電池組會(huì)對(duì)電流變換形式造成影響，尤其在逆變器工作狀態(tài)下，城市電網(wǎng)要設(shè)定交流供電形式。并網(wǎng)系統(tǒng)為逆變器及電流轉(zhuǎn)換提供作業(yè)效率，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)供電系統(tǒng)運(yùn)行的有效連接，及時(shí)把電網(wǎng)信號(hào)反饋給調(diào)度中心。因?yàn)橹苯訉㈦娔茌斎腚娋W(wǎng)，免除配置蓄電池，省掉了蓄電池儲(chǔ)能和釋放的過(guò)程，可以充分利用光伏方陣所發(fā)的電力從而減小了能量的損耗。

（3）混合供電系統(tǒng)。這種太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)中除了使用太陽(yáng)能太陽(yáng)電池組件陣列之外，還使用了燃油發(fā)電機(jī)作為備用電源。使用混合供電系統(tǒng)的目的就是為了綜合利用各種發(fā)電技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，避免各自的缺點(diǎn)。使用混合供電系統(tǒng)可以達(dá)到可再生能源的更好利用。因?yàn)榭稍偕茉词亲兓模环€(wěn)定的，所以系統(tǒng)必須按照能量產(chǎn)生最少的時(shí)期進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（4）并網(wǎng)混合供電系統(tǒng)。從功能最大化角度分析，并網(wǎng)混合供電系統(tǒng)是一項(xiàng)復(fù)雜的組網(wǎng)過(guò)程，其可以對(duì)不同類(lèi)型電網(wǎng)執(zhí)行綜合改造，為光伏發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)建多種網(wǎng)絡(luò)處理方式。其中，“組合性”是并網(wǎng)混合供電的主要特點(diǎn)，將控制器、逆變器等組合起來(lái)運(yùn)行，提高了光伏發(fā)電操控的可調(diào)度指數(shù)，實(shí)現(xiàn)了電能資源與數(shù)字控制的協(xié)調(diào)運(yùn)行。

4　結(jié)論

總之，能源戰(zhàn)略時(shí)代開(kāi)發(fā)新型發(fā)電項(xiàng)目是不可缺少的，國(guó)家在扶持光伏發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)張，要綜合考慮新項(xiàng)目的緊急投入與產(chǎn)出效益。設(shè)計(jì)光伏發(fā)電項(xiàng)目要考慮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊布局，以電池板、控制器、蓄電池等為核心部分，從軟硬件系統(tǒng)操控方面優(yōu)化配置，設(shè)計(jì)出更加安全、高效、穩(wěn)定的光伏發(fā)電系統(tǒng)。

［1］蘇蓓蓓，杜 亮，秦逸平.一種適用于智能控制器的光伏電池方陣故障檢測(cè)及定位方法［J］.牡丹江教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2015（12）.

［2］杜鵬.農(nóng)用光伏灌溉發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.中國(guó)農(nóng)業(yè)信息，2015（13）.

［3］姜杏輝，邵雅婷，張曉俊.太陽(yáng)能便攜式多功能電源設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2015（09）.

［4］張曉俊，邵雅婷，萬(wàn)程龍，陶 智.太陽(yáng)能光伏發(fā)電一體系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.信息化研究，2014（03）.

［5］周 虹，林麗華，朱銳敏，黃梅萍，孫誠(chéng)毅.太陽(yáng)能光伏發(fā)電的前景分析［J］.現(xiàn)代物業(yè)（中旬刊），2014（05）.

杜志?。?966-），男，漢族，高級(jí)工程師，本科，主要從事新能源方面的工作。

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2095-2066（2016）09-0053-02

2016-3-12