太陽能光伏發(fā)電的設(shè)計(jì)應(yīng)用

1、<p>　　太陽能光伏發(fā)電的設(shè)計(jì)應(yīng)用</p><p>　　摘要：太陽能作為一種綠色、可再生能源，越來越廣泛地受到各國政府的關(guān)注，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)也逐漸成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。太陽能光伏電站的設(shè)計(jì)方案直接影響到電站的運(yùn)行性能，電站的運(yùn)行性能也從很大程度上反映著電站設(shè)計(jì)方案存在的問題。本文就太陽能光伏發(fā)電的設(shè)計(jì)進(jìn)行探討，剖析了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容以及程序，以供參考。 </p><

2、p>　　關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電系統(tǒng)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；運(yùn)行分析 </p><p>　　中圖分類號(hào)：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　在人類文明的歷史長河中，人類不斷地從自然界索取、探求適合生存和發(fā)展所需的各種能源，能源的利用水平折射出人類文明的進(jìn)步步伐。從原始社會(huì)開始，地球在長達(dá) 50 萬年的

3、歷史中積累下來的化石礦物能源，即常規(guī)能源(煤、石油、天然氣等)一直是人類所用能源的基礎(chǔ)。但是常規(guī)能源的儲(chǔ)量正隨著人類文明的高度發(fā)展而迅速枯竭。從資源的角度看，地球的礦物能源儲(chǔ)量是有限的，按目前消耗的速度計(jì)，石油還可供開采 40 年左右，天然氣約 60 年，煤可望達(dá) 200 年。全球能源消耗的年增長率約為 2%，近 35 年來世界能源消費(fèi)量已經(jīng)翻了一番。人們預(yù)計(jì)，到 2025 年全球能源消耗還將再增加一倍。 </p><

4、;p>　　一、太陽能的主要利用形式和光伏發(fā)電的運(yùn)行方式 </p><p>　　太陽能電池發(fā)電與火力、水力、柴油發(fā)電比較具有許多優(yōu)點(diǎn)，如安全可靠、無噪聲、無污染，能量隨處可得、不受地域限制、無需消耗燃料、無機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件、故障率低、維護(hù)簡便、可以無人值守、建站周期短、規(guī)模大小隨意、無需架設(shè)輸電線路、可以方便地與建筑物相結(jié)合等，因此，無論從近期還是遠(yuǎn)期，無論從能源環(huán)境的角度還是從邊遠(yuǎn)地區(qū)和特殊應(yīng)用領(lǐng)域需求的角度來

5、考慮，太陽能電池發(fā)電都極具吸引力。目前，太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)大規(guī)模應(yīng)用的唯一障礙是其成本高，預(yù)計(jì)到 21 世紀(jì)中葉，太陽能電池發(fā)電的成本將會(huì)下降到同常規(guī)能源發(fā)電相當(dāng)。屆時(shí)，太陽能電池發(fā)電將成為人類電力的重要來源之一。 </p><p>　　目前太陽能的利用形式主要有光熱利用、光伏發(fā)電利用和光化學(xué)轉(zhuǎn)換三種形式。光熱利用具有低成本，方便，利用效率較高等優(yōu)點(diǎn)，但不利于能量的傳輸，一般只能就地使用，而且輸出能量形式不具備通

6、用性。光化學(xué)轉(zhuǎn)換在自然界中以光合作用的形式普遍存在，但目前人類還不能很好地利用。光伏發(fā)電利用以電能作為最終表現(xiàn)形式，具有傳輸極其方便的特點(diǎn)，在通用性、可存儲(chǔ)性等方面具有前兩者無法替代的優(yōu)勢。且由于生產(chǎn)太陽能電池的原料-硅儲(chǔ)量十分豐富、太陽電池轉(zhuǎn)換效率不斷提高、生產(chǎn)成本不斷下降，都促使太陽能光伏發(fā)電在能源、環(huán)境和人類社會(huì)未來發(fā)展中占據(jù)重要地位。 </p><p>　　二、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p>

7、<p>　?。ㄒ唬⑻柲芄夥l(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 </p><p>　　太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)可以安裝在各種不同的地點(diǎn)和場合，而不同的光伏發(fā)電系統(tǒng)由于其安裝地點(diǎn)、當(dāng)?shù)貧庀髤?shù)以及負(fù)載情況都有所不同。在設(shè)計(jì)之前，應(yīng)該首先收集當(dāng)?shù)氐臍庀髤?shù)，在此基礎(chǔ)上估算太陽能光伏電池的發(fā)電量；然后進(jìn)行具體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、模擬仿真、安裝可能性判斷和施工問題檢查等。 </p><p>　　太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)

8、設(shè)計(jì)的總原則是在滿足負(fù)載供電需要的前提下，通過使用最少的太陽能光伏電池板來盡量減少系統(tǒng)的初始投資，避免由于不恰當(dāng)系統(tǒng)配置導(dǎo)致的投資增加或不能滿足負(fù)載需求。 為了有效的節(jié)省線纜成本、減少發(fā)電量在線纜上的損失，大規(guī)模光伏電站一般以 1MWp 為一個(gè)小的發(fā)電單元，這個(gè)小的光伏發(fā)電單元叫做子方陣。每個(gè)子方陣由若干路太陽能電池組件串并聯(lián)組成（每個(gè)太陽能電池組串由若干個(gè)太陽能電池組件串聯(lián)而成）。光伏組件串經(jīng)線纜連接進(jìn)入光伏專用防雷匯流箱，匯流后接入

9、逆變器直流側(cè)進(jìn)行逆變，逆變后的交流電經(jīng)由配電柜并入低壓電網(wǎng)。對于升壓到 10KV或是 35KV 的系統(tǒng)，需要增加升壓裝置。此外，根據(jù)負(fù)荷及不同用戶對電能質(zhì)量要求不同，有的還需要增加無功補(bǔ)償裝置及電力監(jiān)測裝置。 </p><p>　?。ǘ⑻柲芄夥l(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　1、當(dāng)?shù)靥柲茌椪諗?shù)據(jù)及氣象數(shù)據(jù)收集 </p><p>　　在進(jìn)行光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

10、前需要對項(xiàng)目建設(shè)地太陽能輻照資源及氣象資源情況進(jìn)行了解，以便設(shè)計(jì)合理、安全、可靠，又盡可能滿足負(fù)載需求。這些需要收集的基本資料包括：地點(diǎn)、氣候、緯度、經(jīng)度、平均日照、平均溫度、降雨量、濕度、浮塵量、風(fēng)荷載和地質(zhì)條件等。 在設(shè)計(jì)計(jì)算前，需要收集當(dāng)?shù)氐奶柲茌椪占皻庀筚Y料，包括當(dāng)?shù)氐奶柲茌椛淞恳约皽囟茸兓?。一般來說，氣象資料無法做出長期觀測，只能根據(jù)以往 10-20 年的平均值作為設(shè)計(jì)依據(jù)。即使能夠從當(dāng)?shù)貧庀蟛块T得到的輻照及氣象數(shù)據(jù)資料

11、，一般也只有水平面的太陽輻射量，需要根據(jù)理論計(jì)算換算出太陽能電池板傾斜面的實(shí)際輻射量。另外，由于我國沒有充分意識(shí)到太陽能輻射資源及氣象資源觀測的重要性，尤其是對太陽能輻照資源的觀測記錄更少，這一現(xiàn)實(shí)狀況會(huì)對太陽能電站設(shè)計(jì)帶來相當(dāng)大的困難。 </p><p>　　2、太陽能電池組件選型 </p><p>　　太陽能電池組件選擇的基本原則：在產(chǎn)品技術(shù)成熟度高、運(yùn)行可靠的前提下，結(jié)合電站站址的氣

12、象條件、地理環(huán)境、施工條件、交通運(yùn)輸?shù)葘?shí)際因素，綜合考慮對比確定組件型式。再根據(jù)電站所在地的太陽能資源狀況和所選用的太陽能電池組件類型，計(jì)算出光伏電站的年發(fā)電量，最終選擇出綜合指標(biāo)最佳的太陽能電池組件。 </p><p>　?。ㄈ?、并網(wǎng)逆變器 </p><p>　　逆變器是將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的設(shè)備。由于太陽能電池發(fā)出的是直流電，而一般的負(fù)載是交流負(fù)載，因此逆變器是不可缺少的。逆變器按運(yùn)

13、行方式，可分為獨(dú)立運(yùn)行逆變器和并網(wǎng)逆變器。獨(dú)立運(yùn)行逆變器用于獨(dú)立運(yùn)行的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，為獨(dú)立負(fù)載供電; 并網(wǎng)逆變器用于并網(wǎng)運(yùn)行的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，將發(fā)出的電能饋入電網(wǎng)。逆變器按輸出波形又可分為方波逆變器和正弦波逆變器。 </p><p>　　逆變器的總額定容量應(yīng)根據(jù)光伏系統(tǒng)裝機(jī)容量確定; 獨(dú)立光伏系統(tǒng)逆變器的總額定容量應(yīng)根據(jù)交流側(cè)負(fù)載最大功率及負(fù)載性質(zhì)確定; 并網(wǎng)逆變器的數(shù)量應(yīng)根據(jù)光伏系統(tǒng)裝機(jī)容量及單臺(tái)并網(wǎng)

14、逆變器額定容量確定。 </p><p><b>　　三、系統(tǒng)運(yùn)行原理 </b></p><p>　?。ㄒ唬?、并網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行原理 </p><p>　　太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，不經(jīng)過蓄電池儲(chǔ)能，而直接通過并網(wǎng)逆變器，把電能送上電網(wǎng)。太陽能并網(wǎng)發(fā)電代表了太陽能電源的發(fā)展方向，是21 世紀(jì)最具吸引力的能源利用技術(shù)。并網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行原理圖如圖

15、1所示。 </p><p>　　圖1并網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行原理圖 </p><p>　?。ǘ?、獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)行原理 </p><p>　　獨(dú)立系統(tǒng)離網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池板、蓄電池和控制逆變器三部分組成。系統(tǒng)通過太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)變成電能存儲(chǔ)到蓄電池中，再通過控制逆變器將蓄電池中的直流電轉(zhuǎn)換成交流電供用電設(shè)備使用。獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)行原理圖如圖2所示。 </p

16、><p>　　圖2 獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)行原理圖 </p><p>　　四、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用 </p><p>　　現(xiàn)階段太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用，主要以小型戶光伏發(fā)電、屋頂型光伏發(fā)電和大型并網(wǎng)型光伏發(fā)電的應(yīng)用進(jìn)行介紹。 </p><p>　?。ㄒ唬⑿粜凸夥l(fā)電 </p><p>　　小戶型家用型光伏系統(tǒng)作為非并網(wǎng)光伏發(fā)

17、電系統(tǒng)的組成部分之一，廣泛應(yīng)用于較為貧困的山區(qū)和農(nóng)村，以保證他們的用電所需。其優(yōu)良的性能和可靠性，得到了廣大用戶的好評。以遼寧某縣為例，該地區(qū)以安裝了353 套獨(dú)立的家用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，不但能夠滿足白天的電能供應(yīng)，所儲(chǔ)存起來的電能還能夠滿足夜間和天氣不好時(shí)候的供應(yīng)。 </p><p>　?。ǘ?、屋頂型光伏發(fā)電 </p><p>　　在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)逐漸得到普及的今天，太陽能屋頂光

18、伏求，還能夠充分利用屋頂資源，減少土地資源的占用，降低屋頂?shù)纳郎?，緩解用電高峰等?yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)如今，已有很多城市都在應(yīng)用太陽能光伏發(fā)電照明燈，如對車站、道路或公共場所中的路燈、庭院燈、草坪燈運(yùn)用太陽能技術(shù)，在保證其美觀大方的同時(shí)，降低了城市中能源的消耗。 </p><p><b>　　結(jié)束語 </b></p><p>　　隨著人們對綠色能源認(rèn)識(shí)程度的提高, 以及在國家政策的

19、大力推動(dòng)下, 太陽能光伏發(fā)電的應(yīng)用將日漸廣泛, 將來和電網(wǎng)的并網(wǎng)事宜也一定可以得到很好的解決。太陽能光伏發(fā)電技術(shù)作為21 世紀(jì)造福于人類的清潔能源技術(shù)，應(yīng)該得到全世界各國的重視和研究開發(fā)，我國應(yīng)該加大對太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的政策支持，將其更加廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 周四清，馬超群，李林.太陽能