太阳能光伏发电的设计及应用

杜志健（六盘水市钟山区能源局，贵州 六盘水 553000）



太阳能光伏发电的设计及应用

杜志健（六盘水市钟山区能源局，贵州 六盘水 553000）

太阳能光伏发电是国家能源新项目，利用高端科技构建新型发电生产体系，实现电能资源分配与调度的一体化建设。“光伏发电”改变了早期电力生产的单一性模式，构建了更具现代化的发电调度系统。项目设计是光伏发电的初始阶段，从设计环节优化系统功能布局，可指导后期设计发挥出预期的功能。结合分布式光伏发电发展趋势，本文介绍了光伏发电系统结构设计方法，提出切实可行的系统应用模式。

光伏发电；结构设计；系统应用；方法

能源经济时代，社会发展对电能资源需求量逐渐增多，积极开发供电项目是国家战略重点。基于可持续发展指导下，新发电项目建设受到了普遍关注，光伏发电成为国家建设的新项目，对区域能源供应与调配起到了关键性作用。为了更好地发挥光伏系统功能，需从设计环节进一步优化处理方式，全面发挥出新发电系统的功能优势，利用各个模块参与电能生产与传输。

1　新电力行业发展趋势

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。随着市场经济体制快速发展，社会电能使用需求了不断增加，除了火力、水力等发电生产方式外，还需研发出新型的发电作业方式。“光伏发电”开辟了国内电力生产的新模式，其利用光伏系统实现了光、电之间的优化转换，促进了能源分配与利用的一体化发展。同时，光伏发电项目具有很高的经济价值，受到国家政策的大力支持。2015年，贵州省盘县属于太阳能资源富集区，年平均太阳总辐射在4000～4450MJ/m2之间，经专家和有关部门实地查看，滑石乡岩脚村成了全省首个开展分布式光伏发电项目试点村，成为推进精准扶贫、发展生态能源的有效途径。

2　光伏发电系统设计方法

基于供电环境与设备监控系统升级改造，光伏发电系统结构有了多种控制方案可选，如：远程控制、智能控制等，如何选择最佳方式服务于实际生产，这是设计人员需要重点解决的技术问题。设计光伏发电系统要根据不同类型的发电规模，从软硬件系统操控方面实现优化运行，提高整个发电项目的运行效率。

光伏发电系统所在地理位置（纬度）；当地年平均光辐射量；需要年发电量或光伏组件总功率或投资规模或占地面积等；并网电网电压，相数。

2.1并网发电系统设计计算

（1）发电量或组件总功率计算

年平均每天发电量g=Pm×h1×y×η（kwh）

式中：g——每天发电量；

h1——每小时发电量；

Pm——光伏组件总功率；

y——单台机组发电量；

η——发电系统综合影响因素。

平均年发电量G=g×365（kWh）

（2）并网逆变器选用

并网逆变器的选用主要根据下列要求：逆变器额定功率= 0.85～1.2Pm；逆变器最大输入直流电压＞光伏方阵空载电压；逆变器最输入直流电压范围＞光伏方阵最小电压；逆变器最大输入直流电流＞光伏方阵短路电流；逆变器额定输入直流电压=光伏方阵最大功率电压；额定输出电压=电网额定电压；额定频率=电网频率；相数=电网相数；并网逆变器的输出波形畸变、频率误差等应满足并网技术要求。此外，必须具有短路、过压、欠压保护和防孤岛效应等功能。

2.2光伏组件方阵设计

光伏组件水平倾角设计：

光伏组件水平倾角的设计主要取决于光伏发电系统所处纬度和对一年四季发电量分配的要求。

（1）对于一年四季发电量要求基本均衡的情况，可以按以表1方式选择组件倾角。

表1

（2）对于中国地区环境来说，很多地区由于地质环境的相似性，可以选择所在纬度加7°的组件水平倾角；同时，一些特殊地区，要根据不同季节的时间段，选择相应的组件水平角，例如：冬季选择所在纬度加11°的组件水平倾角，夏季选择所在纬度减11°的组件水平倾角。

2.3光伏方阵倾角设计

从发电效率来说，光伏方阵倾角是一个很大的影响因素，其对不同朝向发电量的影响较大，常常对整个区域发电效率均有决定性作用。通常来说，光伏方阵应朝着北半球，这样不仅提高了光伏发电作业效率，对发电生产调度也有一定的辅助作用，实现了光伏发电生产的一体化。

2.4光伏方阵间距设计

本次研究了光伏方阵前后两排间距大小，从设计角度分析间距对太阳能发电生产效率的影响。理论分析认为，如果光伏方阵前后间距大小不一，以及遮挡物之间距离大小不科学，对光伏发电效率影响较大，特别是在季节变化过程中，对电能产出量有着更大的影响。为了更好地完成设计，往往对间距参数标准进行控制，其计算机公式如下：

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

式中：D——为前后间距；

φ——为光伏系统所处纬度（北半球为正，南半球为负）；

H——为后排光伏组件底边至前排遮挡物上边的垂直高度；

举例：设φ=32°

3　光伏发电系统结构的具体应用

国家参与光伏发电项目投资与扶持，推动了新发电模式在国内的普及应用，成为现代电力行业转型与发展的新方向。设计是对光伏发电系统的综合规划，从设计方案中调整发电生产模式，体现了光伏发电系统运行的可持续性。笔者认为，光伏发电系统设计要结合实际生产平台，涵盖了电池板、控制器、蓄电池等结构，具体应用形式：

（1）交、直流供电系统。由于电流形式不一，光伏发电系统要考虑电流之间的相互转换，设计更加灵活的电力调控系统，从而提高整体的发电效率，这是保证光伏发电作业效率的关键。交、直流供电系统具有转换功能，在两种电流之间相互转接，在提高系统运行效率过程中，减小了光伏系统承受的发电盒子啊，形成了更为稳定的电力传输体系。

（2）并网系统。并网布局阶段，太阳电池组会对电流变换形式造成影响，尤其在逆变器工作状态下，城市电网要设定交流供电形式。并网系统为逆变器及电流转换提供作业效率，实现了网络供电系统运行的有效连接，及时把电网信号反馈给调度中心。因为直接将电能输入电网，免除配置蓄电池，省掉了蓄电池储能和释放的过程，可以充分利用光伏方阵所发的电力从而减小了能量的损耗。

（3）混合供电系统。这种太阳能光伏系统中除了使用太阳能太阳电池组件阵列之外，还使用了燃油发电机作为备用电源。使用混合供电系统的目的就是为了综合利用各种发电技术的优点，避免各自的缺点。使用混合供电系统可以达到可再生能源的更好利用。因为可再生能源是变化的，不稳定的，所以系统必须按照能量产生最少的时期进行设计。

（4）并网混合供电系统。从功能最大化角度分析，并网混合供电系统是一项复杂的组网过程，其可以对不同类型电网执行综合改造，为光伏发电系统构建多种网络处理方式。其中，“组合性”是并网混合供电的主要特点，将控制器、逆变器等组合起来运行，提高了光伏发电操控的可调度指数，实现了电能资源与数字控制的协调运行。

4　结论

总之，能源战略时代开发新型发电项目是不可缺少的，国家在扶持光伏发电项目建设张，要综合考虑新项目的紧急投入与产出效益。设计光伏发电项目要考虑系统结构模块布局，以电池板、控制器、蓄电池等为核心部分，从软硬件系统操控方面优化配置，设计出更加安全、高效、稳定的光伏发电系统。

［1］苏蓓蓓，杜 亮，秦逸平.一种适用于智能控制器的光伏电池方阵故障检测及定位方法［J］.牡丹江教育学院学报，2015（12）.

［2］杜鹏.农用光伏灌溉发电系统的设计［J］.中国农业信息，2015（13）.

［3］姜杏辉，邵雅婷，张晓俊.太阳能便携式多功能电源设计与实现［J］.科技创新导报，2015（09）.

［4］张晓俊，邵雅婷，万程龙，陶 智.太阳能光伏发电一体系统设计与实现［J］.信息化研究，2014（03）.

［5］周 虹，林丽华，朱锐敏，黄梅萍，孙诚毅.太阳能光伏发电的前景分析［J］.现代物业（中旬刊），2014（05）.

杜志健（1966-），男，汉族，高级工程师，本科，主要从事新能源方面的工作。

TM615

A

2095-2066（2016）09-0053-02

2016-3-12