大型光伏电站光伏发电系统方案设计

大型光伏电站光伏发电系统方案设计

葛颂

凯盛光伏材料有限公司 安徽 蚌埠 233010

摘要：随着近几年大型光伏电站在我国的迅速发展，对光伏电站光伏发电系统的技术方案提出了更高的要求。文章介绍光伏发电系统的构成，并依托某大型光伏发电项目，在太阳能电池组件型式参数的选择、光伏方阵安装方式、逆变器型式参数的选择、光伏子阵容量、光伏系统容配比、光伏发电系统配置及接线等方面对大型光伏电站光伏发电系统方案进行研究论证，确定光伏发电系统设计方案。

关键词：大型光伏电站；光伏发电系统；方案设计

引言

作为工业和人口大国，我国对能源的需求只增不减。为保障工业正常运转，满足人民生活、生产需求，新能源光伏发电应运而生。新能源光伏发电不仅补充完善了电力行业建设，还缓解了能源供应紧张，避免了对生态环境的污染和破坏，极大促进了新能源的开发和利用。

1光伏发电系统的构成

大型光伏电站光伏发电系统一般采用多级汇流、分散逆变、集中并网系统。在集中式并网光伏电站中，太阳能通过太阳能电池组成的光伏阵列转换成直流电，直流电经过逆变器转换成交流电，再通过升压变压器升压汇流送出并接入电网。光伏发电系统包含若干光伏发电子系统。光伏发电系统主要由光伏方阵、逆变器及就地箱式升压变压器三大部分组成。本文将依托某大型光伏发电项目，对光伏发电系统方案设计进行论述。

2新能源光伏发电站项目建设的重要性

2.1有利于环保发电

太阳能是光伏发电站唯一的能源供给，不仅不会产生噪声和污染，而且突破了地域限制，取之不尽，用之不竭。同火力发电、水力发电相比，太阳能发电不需要太多大型机械设备的参与，减少了电能在设备上的消耗和浪费，可直接输送到用电设施，符合当下环保发电的标准和要求。

2.2提高电力转化率

光伏发电是将光能直接转化为电能的技术，利用半导体界面的光生伏特效应。该技术能降低太阳能在发电过程中的无用损耗，电力转化率超过80%。作为重要的可再生能源，太阳能可改善当下全球能源紧缺的状况，避免国家之间因争夺资源引发的“价格战”。光伏发电不需要对发电设备降热散温，不会受到地理条件的束缚，可在地广人稀的地区开展，极大节约了土地资源；同传统发电站相比，光伏发电的流程和环节更加简便，省略了很多复杂的步骤，节约了人力、物力和财力支出，维护机械设备的成本大大缩减。在太阳能转化为电能的过程中，铜铟镓硒发电玻璃作为电力发电设备起到了关键作用。使用年限较长，正常运转时间长达30年，极大节省了材料上的成本开支。

3优化措施分析

3.1逆变器的选择

光伏电站光伏区逆变器配置方案主要两种:组串式逆变器方案、集中式逆变器方案。

组串式逆变器基于智能模块化的概念，将光伏方阵中的每个光伏组串连接至一台指定的逆变器直流输入端，多个光伏组串和逆变器模块化地组合在一起，所有逆变器在交流输出端并联，完成将直流电转换为交流电。组串式逆变器主要优点是不受组串间光伏电池组件性能差异和局部遮影的影响，可以处理不同朝向和不同型号的光伏组件，也可以避免部分光伏组件上有阴影时造成巨大的电量损失。这些优势不仅降低了发电系统成本，也增强了发电系统的可靠性。组串式逆变器有强大的保护功能，且能规避某一串直流短路能量倒灌的问题，没有集中式逆变器难以解决的直流故障问题。组串式逆变器结构简单，安装简便，设备小、占地少，配置灵活，阵列失配损失小，通过多路MPPT的功率跟踪，可将此损耗降至最低，效率更高，将其应用于地面光伏电站，具有高发电量、高可靠性、安全性高、易安装维护等优点。目前许多大型光伏电站使用组串式逆变器。

集中式逆变器是多路并行的光伏组串经过汇流后连接到逆变器直流输入端，集中完成将直流电转换为交流电。集中式逆变器特点是系统集成度高，功率密度大，成本低，谐波含量少，直流分量少，电能质量高。但由于不同光伏组串的输出电压、电流往往不完全匹配(特别是组件因多云、树荫、污渍等原因被部分遮挡时)，采用集中式逆变的方式会导致逆变过程的效率降低和电性能的下降，而且整个光伏系统的发电可靠性受某一光伏单元组工作状态不良的影响;同时集中式的方式无法适应多样化的场景和需求。集中式逆变器相对适用于地形平坦的大型地面光伏电站。通过技术经济比较，本项目采用组串式逆变器方案无论是在初期建设还是在后期运维上，优势都明显;同时，项目选择地块兼有平地与坡地，不适合采用集中式逆变器。因此，本项目采用组串式逆变器方案。

3.2光伏发电系统容配比

容配比是指光伏电站中光伏组件标称功率与逆变器额定输出功率的比例。在GB50797－2012《光伏发电站设计规范》中，光伏组件和逆变器的比例是按照1∶1设计规定的。由于光伏组件在电站寿命周期内功率是逐年衰减的，以及工程实际太阳辐照度一般都小于光伏组件标准辐照强度，光伏组件长时间输出功率达不到标称功率;另外，光伏发电系统从光伏组件到逆变器存在各项损耗，导致逆变器长期不能满载运行，逆变器和其后升压并网设备容量不能得到充分利用。因此，通过研究发现，合理设计光伏发电系统容配比，可以提高逆变器的利用率、有利于提高光伏系统综合利用率、降低系统度电成本(LCOE)、提升光伏发电系统的经济性。事实上，目前很多光伏电站为了提高逆变器的运行效率和电站收益，都采用了光伏组件超配的方法。根据住房和城乡建设部的公开信息，最新版的《光伏发电站设计规范(征求意见稿)》中，已放松了光伏组件和逆变器的比例限制，光伏组件和逆变器的比例最高限制为1．8∶1。超配比例越高，机器满载工作的时间越长。在长时间满载运行环境下，机器内部的温度升高会超出预计，尤其是本项目所在地的夏季时间长、气温高且空气湿度大，不利于逆变器散热。机器过温降载与机器内部元器件老化加速问题明显。过高的容配比会降低逆变器寿命，从而增加设备更换成本。因此，在本项目光伏发电子系统设计时，根据项目站址所在地太阳能资源情况、气候条件、电价水平及主要设备参数等，通过光伏组件安装容量与逆变器额定容量不同容配比方案的计算研究，在电站全寿命周期内进行技术经济比较，采用了适当的光伏组件超配。

3.3引进技术控制质量风险

光伏发电项目需要高水平的技术支持，项目难度较大，任务繁重。我国当前光伏发电技术发展还停留在初级阶段，应大力引进前沿的先进技术，为项目的设备优化和整体建设提供强有力的技术保障。如使用全自动监测系统，减少人力监测造成的疏漏和误差，提升监测的精确程度；配备非晶体合金的变压器，减少设备损耗，延长使用周期；采用直流拉弧状智能检测汇流箱，增强检测设备的运转效率；使用大功率的铜铟镓硒光伏组件，其转换的效率高达17%，逆变器效率最高时可达到99%，大大节省了设备不必要的能量损耗，将更多太阳能直接转化为电能。先进技术从引进到落地需要一个较长的磨合期，以确保技术能够在光伏发电项目中正常发挥作用。所以在引进前要进行全面详细的调查论证，与传统技术作比较并分析长处和不足，确保技术的科学性、先进性和适用性。严格把控技术数据的使用和管理，及时收集数据做采样分析，合理利用技术，不能滥用、错用技术，降低技术本身具有的风险性。

结语

文章通过对新能源光伏发电站项目进行了简要探讨和分析，就项目建设的重要价值、注意事项和管理策略做出了剖析。新能源光伏发电站对于光伏发电的发展具有不可忽视的重要意义，当前我国在该领域处于起步阶段，在未来应进一步强化研究，促进光伏发电项目的健康发展。

参考文献

［1］戚忠华.新能源光伏发电站项目建设管理思考［J］.科技风，2020，（19）：3.

［2］郭经州.浅析光伏发电技术在废弃矿山中的应用［J］.能源与环境，2020，（1）：68-69.