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太陽(yáng)能光伏電池選型

(資料圖)

目前占主流的太陽(yáng)能電池有單晶硅、多晶硅和非晶硅等硅太陽(yáng)電池。國(guó)內(nèi)幾家大型太陽(yáng)能電池商業(yè)化生產(chǎn)的光伏組件主要以單晶硅電池和多晶硅組件為主，其中多晶硅組件效率在15%左右。

本項(xiàng)目根據(jù)目前市場(chǎng)上三種主流太陽(yáng)能電池組件的光電轉(zhuǎn)化效率、市場(chǎng)價(jià)格、運(yùn)行可靠性、電站的自然環(huán)境、施工條件及設(shè)備運(yùn)輸條件等比較，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，本項(xiàng)目初步選定260W的多晶硅組件，其性能參數(shù)如下：(1)采用高效率多晶體硅太陽(yáng)電池片，轉(zhuǎn)換效率高；(2)使用壽命長(zhǎng)：N25年，衰減小；(3)采用角鍵緊固鋁合金邊框，便于安裝，抗機(jī)械強(qiáng)度高(符合風(fēng)/雪壓要求)；(4)采用高透光率鋼化玻璃封裝，透光率和機(jī)械強(qiáng)度高；(5)采用密封防水的多功能接線盒。

本項(xiàng)目采用單塊功率260Wp多晶硅光伏組件。組件參數(shù)見下表：

1、正常工作條件

(1)環(huán)境溫度：-40°C—+85°C

(2)相對(duì)濕度：≤95% (25°C)

(3)海拔高度：≤5500m

(4)最大風(fēng)速：150 km/h

2、太陽(yáng)能電池組件性能要求

(1)提供的組件功率偏差為±3%。

(2)組件的電池上表面顏色均勻一致，無機(jī)械損傷,焊點(diǎn)無氧化斑。

(3)組件的每片電池與互連條排列整齊，組件的框架整潔無腐蝕斑點(diǎn)。

(4)在標(biāo)準(zhǔn)條件下(即：大氣質(zhì)量AM=1.5,標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)E=1000W/m?,溫度為25±1°C,在測(cè)試周期內(nèi)光照面上的輻照不均勻性≤±5%),太陽(yáng)電池組件的實(shí)際輸出功率均大于標(biāo)稱功率。

(5)太陽(yáng)電池片的效率≥17.75%，組件效率≥11.3%。

(6)光伏電池組件具有較高的功率/面積比，功率與面積比=148 W/m?。功率與質(zhì)量比=11.6 W/kg,填充因子FF≥0.77。

(7)組件2年內(nèi)功率的衰減＜2%,使用10年輸出功率下降不超過使用前的10%;組件使用25年輸出功率下降不超過使用前的20%。

(8)組件使用壽命不低于25年。

(9)太陽(yáng)能電池組件強(qiáng)度通過《IEC61215光伏電池的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)》中冰雹實(shí)驗(yàn)的測(cè)試要求。并滿足以下要求：撞擊后無如下嚴(yán)重外觀缺陷：

①破碎、開裂、彎曲、不規(guī)整或損傷的外表面；

②某個(gè)電池的一條裂紋，其延伸可能導(dǎo)致組件減少該電池面積10%以上；

③在組件邊緣和任何一部分電路之間形成連續(xù)的氣泡或脫層通道；

④表面機(jī)械完整性，導(dǎo)致組件的安裝和/或工作都受到影響；

⑤標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下最大輸出功率的衰減不超過實(shí)驗(yàn)前的5%。絕緣電阻應(yīng)滿足初始實(shí)驗(yàn)的同樣要求。

(10)太陽(yáng)能電池組件防護(hù)等級(jí)IP65。

(11)連接盒釆用滿足IEC標(biāo)準(zhǔn)的電氣連接，采用工業(yè)防水耐溫快速接插，防紫外線阻燃電纜。

(12)組件的封層中沒有氣泡或脫層在某一片電池與組件邊緣形成一個(gè)通路，氣泡或脫層的幾何尺寸和個(gè)數(shù)符合IEC61215規(guī)定。

(13)組件在外加直流電壓2000V時(shí)，保持1分鐘，無擊穿、閃絡(luò)現(xiàn)象。

(14)絕緣性能：對(duì)組件施加1000V的直流電壓，測(cè)量其絕緣電阻應(yīng)不小于100MΩ

(15)組件采用EVA、玻璃等層壓封裝，EVA的交聯(lián)度大于80%, EVA與玻璃的剝離強(qiáng)度大于30N/cm?。 EVA與組件背板剝離強(qiáng)度大于10N/cm?。

(16)光伏電池受光面有較好的自潔能力；表面抗腐蝕、抗磨損能力滿足IEC61215要求。

(17)邊框與電池片之間應(yīng)有足夠距離，確保組件的絕緣、抗?jié)裥院蛪勖?/p>

(18)為保證光伏電池組件及整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，提供光伏電池組件有效的防雷接地措施。

(19)組件背面統(tǒng)一地方粘貼產(chǎn)品標(biāo)簽，標(biāo)簽上注明產(chǎn)品商標(biāo)、規(guī)格、型號(hào)及產(chǎn)品參數(shù)，標(biāo)簽保證能夠抵抗二十年以上的自然環(huán)境的侵害而不脫落、標(biāo)簽上的字跡不會(huì)被輕易抹掉。產(chǎn)品包裝符合相應(yīng)國(guó)標(biāo)要求，外包裝堅(jiān)固，內(nèi)部對(duì)組件有牢靠的加固措施及防撞措施。全包裝箱在箱面上標(biāo)出中心位置、裝卸方式、儲(chǔ)運(yùn)注意標(biāo)識(shí)等內(nèi)容。

1.2逆變器選型

逆變器作為光伏發(fā)電系統(tǒng)中將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的關(guān)鍵設(shè)備之一，其選型對(duì)于發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率和可靠性具有重要作用。結(jié)合《國(guó)家電網(wǎng)公司光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》的及其它相關(guān)規(guī)范的要求，在本項(xiàng)目中逆變器的選型主要考慮以下技術(shù)指標(biāo)：

1、單臺(tái)逆變器容量

對(duì)于大中型并網(wǎng)光伏電站項(xiàng)目，一般選用大容量集中型并網(wǎng)逆變器。由于本項(xiàng)目安裝容量取決于占地面積，考慮就近并網(wǎng)原則，需根據(jù)區(qū)段設(shè)置安裝容量選擇逆變器功率。本項(xiàng)目選用80臺(tái)500kW功率逆變器。

2、轉(zhuǎn)換效率

逆變器轉(zhuǎn)換效率越高，光伏發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率越高，系統(tǒng)總發(fā)電量損失越小，系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性也越高。因此在單臺(tái)額定容量相同時(shí)，應(yīng)選擇效率高的逆變器。本項(xiàng)目要求逆變器在額定負(fù)載時(shí)效率不低于95%,在逆變器額定負(fù)載10%的情況下，也要保證90% （大功率逆變器）以上的轉(zhuǎn)換效率。逆變器轉(zhuǎn)換效率包括最大效率和歐洲效率，歐洲效率是對(duì)不同功率點(diǎn)效率的加權(quán)，這一效率更能反映逆變器的綜合效率特性。而光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率是隨日照強(qiáng)度不斷變化的，因此選型過程中應(yīng)選擇歐洲效率高的逆變器。

3、直流輸入電壓范圍

太陽(yáng)電池組件的端電壓隨環(huán)境溫度變化而變化，不同地區(qū)環(huán)境溫度不同，直流輸入電壓范圍寬的逆變器可應(yīng)用的地區(qū)更廣。

4、最大功率點(diǎn)跟蹤

太陽(yáng)電池組件的輸出功率隨時(shí)變化，因此逆變器的輸入終端電阻應(yīng)能自適應(yīng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行特性，隨時(shí)準(zhǔn)確跟蹤最大功率點(diǎn)，保證光伏發(fā)電系統(tǒng)的高效運(yùn)行。

5、輸出電流諧波與功率因數(shù)

光伏電站接入電網(wǎng)后，并網(wǎng)點(diǎn)的諧波電壓及總諧波電流分量應(yīng)滿足GB/T14549-1993《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》的規(guī)定，光伏電站諧波主要來源是逆變器，因此逆變器必須采取濾波措施使輸出電流能滿足并網(wǎng)要求，電流總諧波含量應(yīng)低于3%,逆變器功率因數(shù)接近于1。

6、電壓異常時(shí)響應(yīng)特性

逆變器在電網(wǎng)電壓異常時(shí)的響應(yīng)要求滿足下表:

7、系統(tǒng)頻率異常響應(yīng)

光伏電站并網(wǎng)后頻率允許偏差符合GB/T 15945的規(guī)定,即偏差值允許±0.5%Hz,當(dāng)電網(wǎng)接口處頻率超出此范圍時(shí)，過/欠頻保護(hù)應(yīng)在0. 2秒內(nèi)動(dòng)作，將光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)斷開。

8、可靠性及可恢復(fù)性

逆變器應(yīng)具有一定的抗干擾能力、環(huán)境適應(yīng)能力、瞬時(shí)過載能力，如：過電壓情況下，光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)正常運(yùn)行；過負(fù)荷情況下，逆變器需自動(dòng)向光伏電池特性曲線中的開路電壓方向調(diào)整運(yùn)行點(diǎn)，限定輸入功率在給定范圍內(nèi)；故障情況下，逆變器必須自動(dòng)從主網(wǎng)解列。系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng)后，在電網(wǎng)電壓和頻率恢復(fù)正常范圍之前逆變器不允許并網(wǎng)，且在系統(tǒng)電壓頻率恢復(fù)正常后，逆變器需要經(jīng)過一個(gè)可調(diào)的延時(shí)時(shí)

間后才能重新并網(wǎng)。

9、具有保護(hù)功能

根據(jù)電網(wǎng)對(duì)光伏電站運(yùn)行方式的要求，逆變器應(yīng)具有交流過壓、欠壓保護(hù)，超頻、欠頻保護(hù)，短路保護(hù)，交流及直流的過流保護(hù)，過載保護(hù)，反極性保護(hù)，高溫保護(hù)等保護(hù)功能。

10、監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集

逆變器應(yīng)有多種通訊接口進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并發(fā)送到主控室，其控制器還應(yīng)有模擬輸入端口與外部傳感器相連，測(cè)量日照和溫度等數(shù)據(jù)，便于整個(gè)電站數(shù)據(jù)處理分析。

1.3太陽(yáng)能光伏電池布置

如前所述，考慮地形情況，組件采用最佳傾角固定支架的安裝形式，安裝于地面之上。

1.4太陽(yáng)能光伏電站年發(fā)電量估算

本電站系統(tǒng)總裝機(jī)容量為20MW,設(shè)計(jì)系統(tǒng)效率為78%。

25后系統(tǒng)效率衰減為最初效率的80%,經(jīng)計(jì)算，系統(tǒng)首年發(fā)電量為1901. 8萬(wàn)kWh, 25年共發(fā)42858. 35萬(wàn)kWh電量，預(yù)計(jì)年平均發(fā)電量1714. 35萬(wàn)kWh。

綜上所述項(xiàng)目建成后25年總共發(fā)電42858. 35萬(wàn)kWh。

1.6電氣方案

太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)由光伏組件、直流防雷匯流箱箱、直流配電柜，并網(wǎng)逆變器、交流配電柜、計(jì)量監(jiān)測(cè)裝置升壓變壓器及上網(wǎng)配電系統(tǒng)組成。太陽(yáng)能通過光伏組件轉(zhuǎn)化為直流電力，通過直流防雷匯流箱匯集直流配電柜，有其控制輸送至并網(wǎng)型逆變器，將直流電能轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)同頻率、同相位的正弦波電流后升壓并網(wǎng)。

方陣設(shè)計(jì)

1、太陽(yáng)電池陣列方陣設(shè)計(jì)的原則

（1）太陽(yáng)電池組件串聯(lián)形成的組串，其輸出電壓的變化范圍必須在逆變器正常工作的允許輸入電壓范圍內(nèi)。

（2）每個(gè)逆變器直流輸入側(cè)連接的太陽(yáng)電池組件的總功率可大于該逆變器的額定輸入功率，但不應(yīng)超過逆變器的最大允許輸入功率。

（3）太陽(yáng)電池組件串聯(lián)后，其最高輸出電壓不允許超過逆變器最大耐受電壓。

（4）各太陽(yáng)電組件至逆變器的直流部分電纜通路應(yīng)盡可能短，以減少直流損耗。

（5）應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目所在地的氣候條件，合理選擇太陽(yáng)電池組件的串聯(lián)數(shù)量，達(dá)到最大限度獲取發(fā)電量的目的。

2、太陽(yáng)電池組件的串、并聯(lián)設(shè)計(jì)

太陽(yáng)電池組件串聯(lián)的數(shù)量由逆變器的最高輸入電壓和

最低工作電壓、以及太陽(yáng)電池組件允許的最大系統(tǒng)電壓所確定。太陽(yáng)電池組串的并聯(lián)數(shù)量由逆變器的額定容量確定。在條件允許時(shí)，應(yīng)盡可能的提高直流電壓，以降低直流部分線路的損耗，同時(shí)還可減少匯流設(shè)備和電纜的用量。

本項(xiàng)目所選逆變器的最高允許輸入電壓為1000V,輸入電壓MPPT工作范圍為450V?820V。260Wp多晶硅電池組件開路電壓37.68V、最佳工作點(diǎn)電壓30.73V、開路電壓溫度系數(shù)-0. 326%/K。

電池組件串聯(lián)數(shù)量計(jì)算

計(jì)算公式：INT（Vdcmin/Vmp)≤N≤INT（Vdcmax/Voc)

式中：Vdcmax-----逆變器輸入直流側(cè)最大電壓

Vdcmin-----逆變器輸入直流測(cè)最小電壓

Voc-----電池組件開路電壓

Vmp-----電池組件最佳工作電壓

N-----電池組件串聯(lián)數(shù)

經(jīng)計(jì)算得出：串聯(lián)多晶硅太陽(yáng)電池?cái)?shù)量N為：（14.6）≤N≤（21.7）。

輸出可能的最低電壓條件：

（1）太陽(yáng)輻射強(qiáng)度最小

（2）組件工作溫度最高

這種情況一般多發(fā)生在夏季日落前

輸出可能的最高電壓條件：

（1）太陽(yáng)輻射強(qiáng)度最大

（2）組建工作溫度最低

這種情況一般發(fā)生在冬季正午前后

根據(jù)項(xiàng)目所在地及附近地區(qū)多年氣象數(shù)據(jù)

夏季日出及日落時(shí)的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度最小，隨著太陽(yáng)高度角的增大，輻射強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。因此本項(xiàng)目太陽(yáng)電池組串輸出的可能的最低電壓校核條件：取輻射強(qiáng)度1000W/m?左右時(shí)，對(duì)應(yīng)的當(dāng)?shù)丨h(huán)境最高溫度時(shí)，計(jì)算組件的可能工作溫度為70℃。則當(dāng)采用20組串聯(lián)時(shí)，多晶硅電池組串的開路電壓為646V，此電壓值大于逆變器的初始工作電壓450V，逆變器可以啟動(dòng)。采用輻射極高年數(shù)據(jù)，再對(duì)項(xiàng)目所在地區(qū)冬季多晶硅電池太陽(yáng)電池組件的工作環(huán)境分別進(jìn)行分析，根據(jù)逆變器最佳輸入電壓以及電池組件工作環(huán)境等因素進(jìn)行修正后，最終確定固定式安裝的多晶硅電池組件的串聯(lián)組數(shù)取N=20(塊）。

3、太陽(yáng)電池組串單元的排列方式

一個(gè)太陽(yáng)電池組串單元中太陽(yáng)電池組件的排列方式有多種，以接線簡(jiǎn)單，線纜用量少、施工復(fù)雜程度低及運(yùn)行期維護(hù)方便為原則，在類似項(xiàng)目計(jì)算的基礎(chǔ)上，還要考慮陣列最佳傾角及陰影遮擋距離，故確定固定多晶硅太陽(yáng)電池組件排列方案。將20組串每?jī)蓧K橫向放置，排成10列為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)陣列組。

4、光伏陣列布置間距的計(jì)算

注：光伏陣列布置間距的計(jì)算以冬至為參考日，上午9：00至下午3：00電池組件前后排無遮擋即可如圖所示。

地面安裝固定式光伏陣列，太陽(yáng)能光伏陣列的安裝支架必須考慮前后排間距，以防止在日出日落的時(shí)候前排光伏組件產(chǎn)生的陰影遮擋后排光伏組件而影響光伏方陣的輸出功率，經(jīng)計(jì)算光伏組件最佳傾角為20°，陣列與陣列指尖距離為1.5m。此時(shí)接受有效光照時(shí)數(shù)最佳，平均全年總峰值日照時(shí)數(shù)為1234h。