發布時間：2019-03-13所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：文章通過理論分析與計算，對屋頂光伏系統和并網電氣設備進行選型。采用多晶硅太陽電池，根據光伏發電原理，通過匯流、逆變、升壓、儲能等步驟，將光伏電站系統接入公共電網，實現電能的自產、自用、自銷。 關鍵詞：光伏發電,并網,電能 引言 太陽能作為
摘要：文章通過理論分析與計算，對屋頂光伏系統和并網電氣設備進行選型。采用多晶硅太陽電池，根據光伏發電原理，通過匯流、逆變、升壓、儲能等步驟，將光伏電站系統接入公共電網，實現電能的自產、自用、自銷。
關鍵詞：光伏發電,并網,電能
引言
太陽能作為一種新型能源，具有清潔、環保，可再生等特點，是人類開發的重要綠色能源之一。其中，光伏發電是利用光生伏特效應，將光能轉化為電能的技術。如今光伏發電已進入規�；l展階段，其應用十分廣泛，如為無電區提供電力;并網發電;生產太陽能電子產品，在交通上使用的路燈等。屋頂分布式光伏發電是常見的太陽能發電技術，合理選擇發電的相關設備，設置發電系統的關鍵參數，可提高對太陽能資源的利用率。本文就屋頂光伏發電系統做項目設計，接入公共電網，實現電能的自產、自用、自銷。
1設備與安裝的選擇
1.1光伏電池
屋頂光伏發電系統中的光伏電池，主要有單晶硅、多晶硅、非晶硅、薄膜電池等[1]。太陽電池的材料決定著制作成本和光電轉換效率，目前單晶硅太陽電池的光電轉換效率可達26%，但其制作工藝復雜、加工繁瑣，導致單晶硅太陽電池成本一直遠遠大于其他太陽電池。就制作工藝而言，多晶硅太陽電池在生產過程中能量消耗低，材料制造相對簡單，制造時不污染環境，比單晶硅太陽電池更經濟環保。而且，經德國研究人員的努力，其轉換效率也突破20.3%[2，3]。
此外，文獻[4-5]研究發現光強與溫度對單晶硅、非晶硅電池輸出電流與電壓的影響規律相同，但對非晶硅電池的工作影響較大，在光照強度或溫度條件相同時，晶硅太陽電池的轉換效率高于非晶硅太陽電池。因此，綜合光電轉換效率、制作成本、經濟環保等因素，本次設計選擇多晶硅太陽電池。
1.2布局方式
光伏發電系統中最小的發電單元是每個光伏組件。通常在安裝底座上將多個光伏組件串聯或并聯，形成固定的直流發電單元，進而組成光伏發電方陣。屋頂光伏組件固定擺放方式可大幅降低工程建設成本、減少維護和檢查費用，其中，條形基礎施工簡單，場地平坦時可直接放置于地面，屋頂面積使用率高、施工速度快。
因此本文采用鋼筋混凝土條形基礎安裝方式。此外，設計時，要確保光伏系統全年高效運行。光伏電池要以最佳傾角來安裝，以便采集更多的太陽輻射量。為簡便，取北回歸線為北緯N23°，揚州經緯度取北緯N32°，東經E119°。根據規范[6]得出獨立系統安裝時組件傾角為37°，并網系統安裝傾角為28°，斜面日均輻射量14207kJ/m2，日輻射量13400kJ/m2。
1.3光伏板與逆變器
屋頂總面積為6125m2，尺寸24.5m×250m，位于揚州市。光伏組件均采用XHGD-300W多晶硅組件，功率為300W，轉換效率為17.5%，結構尺寸為1950mm×990mm×40mm。系統中逆變器是把光伏方陣產生的直流電轉換為交流電，并入配電網。根據本次設計光伏發電系統總裝機容量，綜合分析各項指標及安全要求，確定選用30kWh組串式逆變器方式。此型號的光伏并網逆變器支持六路組串檢測，可快速定位故障發生位置，有保護功能和發生短路、過載、電網等異常故障時的報警功能，且無諧波污染供電。
1.4組件排布
光伏方陣各排、列的布置間距應保證全年包括夏至日和冬至日9:00am-15:00pm內各個方位互不遮擋。間距可由下列公式計算[7]：為減少支架購買費用，將兩塊光伏組件橫向疊加擺放，每個光伏方陣由2行9列，共18塊光伏組件串聯而成，長17.55m，寬1.984m。取L=1.984m，根據公式(1)計算，方陣間距取D=3.62m。本次設計共65個光伏方陣，5行13列，1170塊光伏組件。每行的方陣間隔0.33m，每列的方陣由計算所得的D值再多0.556m過道寬。
2并網
2.1并網方式
并網光伏發電系統主要由光伏方陣、逆變器及輸配電系統三大部分組成，根據本光伏電場規劃容量，本次設計將光伏組件串聯組成光伏方陣，然后與逆變器連接，所發電量通過逆變、低壓交流匯流接入配電系統，實現400V低壓并網接入。之后通過升壓變壓器將電壓升至10kV，再經過線路接入變電站10kV的母線其他配電設施上。
2.2部分電氣設備的選擇
2.2.1匯流箱的選擇
匯流箱在光伏發電系統中負責有序匯合光伏組件產生的電流。它能保證在光伏系統維護、檢查時方便切斷電路以及當光伏系統發生故障時縮小被影響的范圍。本文采用組串式逆變器，為了減少逆變器后端的電纜接線、提高系統的可靠性和易維護性，設計選擇上海新馳SHLX-AC8交流匯流箱。
2.2.2并網柜的選擇
并網柜是連接光伏電站和低壓母線的配電裝置，負責分離光伏系統和母線，使電能更安全地接入電網。對于低壓并網的光伏發電系統，本設計還需增加光參考計量及一定的保護功能。光伏并網柜作為光伏發電系統的電流總出口，必不可少。本設計選擇愛斯凱最大功率500kW交流并網柜，尺寸800×2200×800mm。
2.2.3蓄電池的選擇
該設計要求配備合適容量的儲能裝置，即蓄電池，并能夠向負載提供持續穩定的電力。容量可由下面計算公式得到：CC=DFP0UKa(4)式中最長無日照期間用電時數D=240h，儲能電池放電效率修正系數F=1.05，平均負荷容量P0=0.13kW，儲能電池的放電深度U=0.7，逆變器等交流回路的損耗率Ka=0.8。
可得CC=60kWh，繼而可計算出需要50塊蓄電池(12V，100Ah)。由于蓄電池和低壓母線不能直接連接，本文中連接蓄電池的裝置選擇PCS儲能逆變器，多用于儲能，可進行雙向逆變，是一種具有特殊功能并網逆變器。當電能充足時，通過PCS將電能存儲于蓄電池;當電能不足時，將存儲的電能通過PCS供應母線。
3經濟效益
3.1屋頂光伏站的優勢
目前國內光伏產業逐漸成熟完整，光伏發電系統的安裝成本隨光伏組件和逆變器價格的下降而下降。屋頂光伏發電能很好地順應光伏產業發展大潮流，實現電能自產自銷、自產自用，很大程度上節約用電成本，且獲得投資收益。
3.2光伏發電量的計算
3.2.1發電量收益
本次設計在屋頂安裝光伏容量350kWp，場地總面積約6125平方米，尺寸24.5m×250m，場址位于揚州市，本光伏電站為工廠自建。系統發電量由下面公式計算得到：
H=Q1000W/m2(5)L=W×H×η(6)式中，L是光伏電站年發電量，Q是傾斜面年總輻射量，W是光伏電站裝機容量，η是光伏電站系統總效率，H是峰值小時數。因此，可得首年發電量L=350kWp×4.3h×365×80%=42.92萬kWh(7)考慮到光伏電站10年衰減10%，25年衰減20%，25年平均的年發電量約為38.6萬kWh。江蘇省最新的光伏上網電價調整為0.75元/kWh，若電站每年的電量全部上網，每年平均可獲收益約為29萬元。
3.2.2電站成本
主要電氣設備數量及價格如表1所示。此外，通信和監控系統設備費用約為10萬元;建筑工程方面有屋面處理、基礎安裝及接地工作、電纜敷設、并網接入、設備運輸及倉儲等需花費約45萬元;其他屋面租用、勘察設計、建造管理等費用約20萬元。另外，設備安裝及場地建造的人工費用約30萬元。電站總成本約為285萬元，若每年正常運作發電，約9年收回成本，后期即可獲益。
4結束語
本文對屋頂光伏發電的基礎部件、電氣設備進行選擇，同時系統分析了光伏發電系統的社會經濟收益。當然，建造光伏系統中的細節還有所欠缺，如何進一步提高太陽能電池的轉換效率，怎樣減少成本，讓利益最大化等等，都是今后需要努力的地方。
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關鍵詞：太陽能熱水系統,建筑應用,經濟性
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