太陽能光伏發(fā)電的設計應用

1、<p>　　太陽能光伏發(fā)電的設計應用</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注，太陽能光伏發(fā)電技術也逐漸成為國內外研究的熱點。太陽能光伏電站的設計方案直接影響到電站的運行性能，電站的運行性能也從很大程度上反映著電站設計方案存在的問題。本文就太陽能光伏發(fā)電的設計進行探討，剖析了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設計的內容以及程序，以供參考。 </p><

2、p>　　關鍵詞：光伏發(fā)電系統(tǒng)；優(yōu)化設計；運行分析 </p><p>　　中圖分類號：S611 文獻標識碼： 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步步伐。從原始社會開始，地球在長達 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。但是常規(guī)能源的儲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，地球的礦物能源儲量是有限的，按目前消耗的速度計，石油還可供開采 40 年左右，天然氣約 60 年，煤可望達 200 年。全球能源消耗的年增長率約為 2%，近 35 年來世界能源消費量已經翻了一番。人們預計，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，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、無機械轉動部件、故障率低、維護簡便、可以無人值守、建站周期短、規(guī)模大小隨意、無需架設輸電線路、可以方便地與建筑物相結合等，因此，無論從近期還是遠期，無論從能源環(huán)境的角度還是從邊遠地區(qū)和特殊應用領域需求的角度來

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)模應用的唯一障礙是其成本高，預計到 21 世紀中葉，太陽能電池發(fā)電的成本將會下降到同常規(guī)能源發(fā)電相當。屆時，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)電利用和光化學轉換三種形式。光熱利用具有低成本，方便，利用效率較高等優(yōu)點，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。光化學轉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，在通用性、可存儲性等方面具有前兩者無法替代的優(yōu)勢。且由于生產太陽能電池的原料-硅儲量十分豐富、太陽電池轉換效率不斷提高、生產成本不斷下降，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)設計 </p>

7、<p>　?。ㄒ唬⑻柲芄夥l(fā)電系統(tǒng)設計原則 </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和場合，而不同的光伏發(fā)電系統(tǒng)由于其安裝地點、當?shù)貧庀髤?shù)以及負載情況都有所不同。在設計之前，應該首先收集當?shù)氐臍庀髤?shù)，在此基礎上估算太陽能光伏電池的發(fā)電量；然后進行具體的系統(tǒng)設計、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、設計的總原則是在滿足負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，避免由于不恰當系統(tǒng)配置導致的投資增加或不能滿足負載需求。 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 為一個小的發(fā)電單元，這個小的光伏發(fā)電單元叫做子方陣。每個子方陣由若干路太陽能電池組件串并聯(lián)組成（每個太陽能電池組串由若干個太陽能電池組件串聯(lián)而成）。光伏組件串經線纜連接進入光伏專用防雷匯流箱，匯流后接入

9、逆變器直流側進行逆變，逆變后的交流電經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)負荷及不同用戶對電能質量要求不同，有的還需要增加無功補償裝置及電力監(jiān)測裝置。 </p><p>　?。ǘ⑻柲芄夥l(fā)電系統(tǒng)設計 </p><p>　　1、當?shù)靥柲茌椪諗?shù)據(jù)及氣象數(shù)據(jù)收集 </p><p>　　在進行光伏發(fā)電系統(tǒng)設計

10、前需要對項目建設地太陽能輻照資源及氣象資源情況進行了解，以便設計合理、安全、可靠，又盡可能滿足負載需求。這些需要收集的基本資料包括：地點、氣候、緯度、經度、平均日照、平均溫度、降雨量、濕度、浮塵量、風荷載和地質條件等。 在設計計算前，需要收集當?shù)氐奶柲茌椪占皻庀筚Y料，包括當?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 年的平均值作為設計依據(jù)。即使能夠從當?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)理論計算換算出太陽能電池板傾斜面的實際輻射量。另外，由于我國沒有充分意識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)實狀況會對太陽能電站設計帶來相當大的困難。 </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：在產品技術成熟度高、運行可靠的前提下，結合電站站址的氣

12、象條件、地理環(huán)境、施工條件、交通運輸?shù)葘嶋H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，計算出光伏電站的年發(fā)電量，最終選擇出綜合指標最佳的太陽能電池組件。 </p><p>　?。ㄈ⒉⒕W(wǎng)逆變器 </p><p>　　逆變器是將直流電轉換成交流電的設備。由于太陽能電池發(fā)出的是直流電，而一般的負載是交流負載，因此逆變器是不可缺少的。逆變器按運

13、行方式，可分為獨立運行逆變器和并網(wǎng)逆變器。獨立運行逆變器用于獨立運行的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，為獨立負載供電; 并網(wǎng)逆變器用于并網(wǎng)運行的太陽能電池發(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根據(jù)光伏系統(tǒng)裝機容量確定; 獨立光伏系統(tǒng)逆變器的總額定容量應根據(jù)交流側負載最大功率及負載性質確定; 并網(wǎng)逆變器的數(shù)量應根據(jù)光伏系統(tǒng)裝機容量及單臺并網(wǎng)

14、逆變器額定容量確定。 </p><p><b>　　三、系統(tǒng)運行原理 </b></p><p>　　（一）、并網(wǎng)系統(tǒng)運行原理 </p><p>　　太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是將太陽能轉化為電能，不經過蓄電池儲能，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 世紀最具吸引力的能源利用技術。并網(wǎng)系統(tǒng)運行原理圖如圖

15、1所示。 </p><p>　　圖1并網(wǎng)系統(tǒng)運行原理圖 </p><p>　　（二）、獨立系統(tǒng)運行原理 </p><p>　　獨立系統(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變成電能存儲到蓄電池中，再通過控制逆變器將蓄電池中的直流電轉換成交流電供用電設備使用。獨立系統(tǒng)運行原理圖如圖2所示。 </p

16、><p>　　圖2 獨立系統(tǒng)運行原理圖 </p><p>　　四、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應用 </p><p>　　現(xiàn)階段太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應用，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)電的應用進行介紹。 </p><p>　　（一）、小戶型光伏發(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，廣泛應用于較為貧困的山區(qū)和農村，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，所儲存起來的電能還能夠滿足夜間和天氣不好時候的供應。 </p><p>　?。ǘ⑽蓓斝凸夥l(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?，F(xiàn)如今，已有很多城市都在應用太陽能光伏發(fā)電照明燈，如對車站、道路或公共場所中的路燈、庭院燈、草坪燈運用太陽能技術，在保證其美觀大方的同時，降低了城市中能源的消耗。 </p><p><b>　　結束語 </b></p><p>　　隨著人們對綠色能源認識程度的提高, 以及在國家政策的

19、大力推動下, 太陽能光伏發(fā)電的應用將日漸廣泛, 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)電技術作為21 世紀造福于人類的清潔能源技術，應該得到全世界各國的重視和研究開發(fā)，我國應該加大對太陽能光伏發(fā)電技術的政策支持，將其更加廣泛的應用于各個領域。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1] 周四清，馬超群，李林.太陽能