光伏电站光伏系统设计和发电量计算

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摘要：大型光伏并网电站的发电量计算使用简明方法，并根据国际通用的数据分析方法、现有电站的发电量数据，和光伏发电工程常用软件PVsyst的模拟仿真，考虑光伏支架最佳倾角，研究和分析发电量计算，最大程度优化光伏电站的系统设计及发电量的准确计算。

关键词：光伏系统;电池组件;发电量

1、工程概况

本工程所在地历年极端最低温度-24.1℃，所以光伏组件串应校验在-24.1℃时开路电压符合的逆变器直流输入参数。本项目选用的225kW逆变器MPPT电压跟踪范围为：860～1300Vdc，最大输入电压1500Vdc。光伏组件的温度系数对开路电压有直接影响：随着太阳光伏组件温度的降低，开路电压随之增大;相反温度的升高，开路电压随之减小。因此，光伏组件的串联电压考虑当地最低环境温度，可计算出串联组件个数、直流串联电压（保证逆变器对光伏组件最大功率点MPPT跟踪范围）。

2、本工程光伏系统总体设计

光伏方阵、并网逆变器、输配电系统是光伏电站的重要组成部分，主要包括太阳能电池组件、并网逆变器、交流汇流箱、直流电缆、35kV箱式升压变压器、交流电缆等。其中光伏发电系统核心设备是太阳能电池组件和并网逆变器。本工程每个光伏发电分系统采用2.5MW容量，配置1台2500kVA箱变、11台225kW逆变器，共40个发电分系统。综合考虑光伏电站的建设规模、逆变器选型、出线电压等级等各种因素，本工程使用0.8kV升压35kV升压220kV显示两级升压并网的升压方式。本光伏电站采取电气主接线：每个2.5MW发电分系统设置1台2500kVA箱变、11台225kW逆变器单元， 共40个发电分系统;综合考虑开关柜数量、电缆长度、工程的投资造价，逆变升压单元使用集电线路汇集到35kV开关柜。考虑光伏电站的总体布置，配置集电线路5条，在升压站的35kV母线汇流后经1台220kV升压变压器升压后接入当地电网。

3、布置方式设计

3.1 光伏阵列运行方式的选择

对光伏电池的支撑分为固定、单轴跟踪、双轴跟踪等方式。单轴跟踪，双轴跟踪等跟踪系统有利于电池板利用率的提高。但其目前跟踪系统有一定局限：机械故障、转动系统出错会降低光伏发电量，同时投资较大、需要定期维护，有一定收益风险。固定支架具有结构稳固简单，安装和维护便捷，收益稳定。因此，本项目采用固定式支架安装方式。

3.2倾角、方位角的选择

1）光伏阵列方位角的选择

电池板朝向与正南方向的夹角是电池板方位角，并以偏东为负，偏西为正。重点考虑发电量的光伏电站，电池板方位角的设置采取一天内太阳能电池板获得的辐射量最大。如果光伏电站西边有较大遮挡物，则电池板方位角偏东设置，反之亦然。根据本工程场地地势，设置方位角为0°，光伏阵列平面有利于获得较大的辐射量。因此，本阶段初步设定全部阵列方位角均为0°。

2）光伏阵列最佳倾角的选择

电池板接收到的太阳总辐射量直接决定固定倾角运行方式的光伏阵列的发电量取决于，安装倾角对光伏组件接收到的太阳辐射量有较大影响。根据参证气象站0～90度范围内按照1度间隔计算得到的斜面年总辐射量变化。增加倾斜角度，斜面辐射量则增加;到达最大值后，随倾斜角度的增加斜面辐射量反而减少。根据计算结果，固定支架的最佳倾角是32°，对应的最佳斜面年总辐射量为6244.4MJ/m2。按照太阳能的设计经验，综合考虑粉尘自行滑落、雨雪滑落等的影响，和当地气候环境下支架稳定性好，最总确定最佳光伏阵列倾角为32°。

3.3单元光伏阵列的布置

竖排布置、横排布置是太阳能电池组件的主要排列方式，两种方案在容积率、电缆用量上基本相同。在本项目中，考虑工程计算，对540Wp大功率单晶半片组件进行排列，本工程的太阳能电池组串单元排列方式采取竖排布置，即：每组单晶硅太阳能电池组串（每串数量26块）每块竖向放置，每一个组串为一个阵列，为减少风压，组件与组件之间留有20mm空隙间距。每26个组件串联后作为一个完整的并联支路，发电单元功率为：0.54kWp×26=14.04kWp。本工程供安装组件222560块。

3.4前后排间距设计

光伏阵列通常成排安装，一般要求冬至时影子最长，两排光伏阵列之间的距离要考虑上午9点到下午3点之间前排不对后排造成遮挡。考虑当地纬度及太阳辐射角度。按倾角32度考虑，计算冬至日下午3：00的前后排之间在北方向的投影长度为4.4m。考虑到计算值的误差、气象站提供测关数据的参考性及当地其他项目的运行经验，确定前后排电池板的间距为5.76m。

4、逆变器单元接线方式

每个2.5MW光伏发电分系统均由1台2500kVA箱变和11台225kW逆变器组成。每个逆变器接入19/20串组串，每台2500kVA箱变接11台逆变器。每个2.5MW光伏发电单元经箱变升压至35kV，并接入35kV配电室的35kV母线。每个光伏阵列的上下两排组件构成1组串联。组串接线至逆变器的直流电缆4平方线缆，当东西阵列较近时采用架空沿阵列下方敷设，如果距离远或跨南北阵列时，采用小型桥架或者悬挂PE管方式敷设，选择路径和逆变器的位置时使不同回路的长度差尽量最小，输入逆变器的每个组串直流电压基本相等，使输入逆变器的直流线路间相互干扰最低。

5、上网电量计算

5.1 理论发电量

根据最近十年最佳倾斜面上多年各月平均太阳辐射量可得出本项目月及年日照峰值数，其中月（年）峰值日照小时数（h）=月（年）太阳辐射量（MJ/m2·a）÷3.6，则月（年）理论发电量=装机容量×月（年）峰值日照时数，经统计计算

本光伏并网电站系统年理论发电量为20846.4万度，年峰值日照小时数为1735h，日均峰值日照小时数为4.75h。

综合以上因素，光伏电站建成后，排除电站设备元器件老化导致的效率衰减，首年系统总效率为83.36%。

5.3发电量计算

太阳能电池由于衰减等因素的影响，使系统发电效率降低。本项目所选组件首年衰减2.0%，第2年至25年内每年功率衰减0.45%，双面组件背面发电增益按照5%考虑。考虑太阳能光伏电池的老化系数，计算电站建成后第1年～第25年的发电量，经计算，电站建成后，光伏首年上网电量为17205.51万kWh，首年等效满负荷小时数1431.6h，25年平均年发电量为16186.1万kWh，年平均有效小时数为1346.8h。

结语

我国2030年前碳达峰，2060年前碳中和目标的实现，光伏、风电等新能源是重要途径。目前，我国新能源发电高速发展，太阳能发电作为重要的可再生能源，应用比较广泛，资源能源需求也高。光伏发电系统的出现，能降低能传统化石能源消耗及废气废物排放，有利于生态环境，丰富电网电力来源，改善当今社会能源结构。

参考文献：

[1]屈琦 大型集中式光伏并网系统设计[J].新型工业化，2019（2）

[2]蔡宁.太阳能光伏发电系统在民用建筑中的应用分析[J].光伏建筑，2012（02）