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摘要：能源是现今我国乃至全球都十分关注的问题，有限的能源可以通过调整能源结构或提高某一能源的利用率，来改善能源消耗量大却供给不足的情况。太阳能资源是源源不断的，但其利用率一直不是很高，研究其利用率能够有效改善能源结构。为此，本文以河南省作为研究地，综合考虑驻马店市位置特点与地质条件，以此为基础探析光伏发电项目阵列支架的创新设计思路。本工程选择310Wp光伏组件，安装电池组件的时候考虑环境因素与应用成本采用水平单轴跟踪式支架，其中电池组由2×9排列的18块电池板构成，多次实验后选择组件最佳倾角29°、方位角0°，研究为建设太阳能光伏电站提供了非常重要的参考价值。

关键词：光伏发电项目;光伏支架;设计思路;阵列支架;创新;太阳能光伏电站;太阳能电池板;光伏支架

一、前言

中国是能源消费大国，我国很多产业的发展都有赖于能源产业。为了改善煤炭供应相对紧张的，促进清洁能源的推进，同时减少石化能源带来的环境污染等问题，我国新能源的发展已迫在眉睫。提高能源利用率不失为一种改善方式，太阳能作为一种源源不断的新能源，其利用效率一直不高，为此推动开发利用太阳能资源，在未来发展中将有效地改善能源结构，使可再生能源在消耗利用的能源中比例大大提高，从而促进保护生态环境的进程。本研究项目站址位于驻马店市遂平县常庄镇，土地性质为一般农业用地，属于农光互补型光伏电站项目，符合国家政策，以此为基础探析光伏发电项目阵列支架的创新设计思路，内容如下：

二、驻马店市位置特点及工程概述

（一）地理位置

遂平县常庄镇100MWp农光互补光伏发电项目场址位于河南省驻马店市遂平县，场址中心位于东经114°06′、北纬33°10′，海拔高度100～200m。

本工程建设规模93.56MWp，规划用地面积划分后大约为210hm2，建设区域的地貌属于平原类型，场地视野开阔且地面平整。

（二）工程地质

由于场地视野开阔且地面平整，所以本工程场地高程基本相似，也没有产生崩塌、地震液化一系列地址问题的条件，属于可以正常施工的一般场地，总体来说，场地类型并不复杂，且情况稳定，光伏发电项目可以在此建设。

（三）太阳能资源

本工程所在地平均气温15.1℃，年平均降水量923.3mm，年平均日照2126h，无霜期220d。多年平均气压1009hPa，多年平均水气压14.5hPa，多年平均雷暴日数17.5d。光伏发电工程应当充分考虑自然灾害天气可能会对项目产生的危害与影响，这样能最大化地避免天气情况带来的损失，从而获得最大化利益。

由于Meteonorm数据比NASA数据更接近实际辐射，现阶段采用Meteonorm的辐射数据作为辐射资源丰富程度的评价依据，并以此数据进行光伏电站最佳倾角、发电量的计算。经过一系列的计算，证实了工程一开始所说的河南驻马店地区属于太阳能资源比较丰富的地区，太阳辐射值为4574.8MJ/m²，而且稳定度较高，适宜开展光伏发电项目。

建议下一阶段收集遂平县近30年当地日照时数、日照百分率资料，对工程所在地进行太阳辐射观测，以便准确评估所在地太阳能资源。

（四）工程概述

要保证太阳能电池组件的高效运行，需要确保运行过程中的可靠性，同时还应当保证技术的成熟性。在这些条件之下，还要考虑电站周围的环境问题，包括自然环境与交通环境，由以上几方面综合来看，比较适合本次工程的电池组为310Wp多晶硅电池组件，由于此次光电项目面积较大，所以所需电池组件数量众多，大约300000多块。保证光伏发电项目正常进行，需要保证设备可靠运行，同时也要确保输出功率一定，还要做到运行维护及时等等，为此特别选用500kW集中式逆变器116台，为了配合工作，还另外增设了40kW组串式800台。

三、系统总体方案设计

（一）光伏组件选型

选型考虑因素：

1、组件转换效率和占地面积

高效率的光伏发电项目，就需要转换效率高的电池组件。同时，由于土地资源有限，也应当尽量选用占地面积少的电池组件，由此比较发现晶体硅太阳电池组件更为合理。

2、发电成本

能源产业是众多产业发展的基础，所以成本问题十分重要。如今，随着科技发展晶硅电池在市场上占据的地位逐渐超越了薄膜电池，并且其价格也存在一定优势，所以考虑晶硅电池更为合理。

3、系统发电量及使用寿命

电池的使用寿命也是决定光伏发电项目能否长期进行的一个重要因素，薄膜太阳电池组件由于结构问题，其运行使用寿命要明显短于晶体硅太阳电池组件，所以在光伏电站英雄晶体硅太阳电池组件更为合适。

另外光伏组件相互组合，不同组合的光伏组件的工作效率不同，因此功率规格非常多，由于本工程占地面积非常广，放置光伏组件的空间面积非常多，用量大，那么在选择光伏组件的时候就应当优先挑选单位面积容量大的组件，这样可以充分提高占地面积的利用率。由此选择310Wp的光伏组件作为此次建设应用组件。

（二）光伏阵列运行方式选择

根据多方面因素的考量，本次工程应用的都是相同的多晶硅太阳电池组件，那么项目建设中对建设用地产生影响最重要的就是支撑这些太阳电池组件的支架了，不同的支架会有不同的排列方式，由此就会对建设用地产生不同的影响。

本次设计的光伏电站属于地面光伏电站，支撑电站应用太阳电池组件支架有五大种类，第一大支撑支架属于固定式支架，第二大支撑支架属于倾角可调式固定支架，第三大支撑支架属于水水水平单轴跟踪支架，第四大支撑支架属于倾斜单轴跟踪支架，第五大支撑支架属于双轴跟踪支架。第一类支撑支架顾名思义就是倾角是固定的，第二类支架则是可以对支架进行人工调节的，而后面三类支撑支架相对高级一些，属于跟踪安装的方式安装的支架，这种支架的倾斜角度可以相对自动的进行偏斜。后三种支架在铺设过程当中造价相对较高，但是后期成本回收也会较好，不过相对来说，后期维护也会更加困难，综合考虑运行所盈利，以及前期投入成本和后期回收成本以及维护成本等等因素，为了达到项目的收益率最大化这一目的，可以选择水平单轴式支架来支撑，已经选定好多晶体硅电池组件，这种支架可以在东西方向任意旋转。从而保证时刻都有接收阳光面积最大的保证，由此获得更长时间以及更强高度的光照，从而提高发电效率，增大发电量。

（三）最佳倾角确定

光伏组件正常暴露在阳光之下，其倾斜面上的总辐射量被称为光伏组件在正常工作中所接收的直接辐射量、受到空气粒子等的散射辐射量和由地面由下向上反射辐射量之和。PVsyst利用Perez模型来进行倾斜面上总辐射量的计算。经PVsystV6.30中的Project Design模块模拟，不同倾角对应辐射量成果见表1。

 由表3可知，29°倾斜面对应的辐射量最大，为1592.4kW·h/m²因此本工程最佳倾角为29°。

四、光伏方阵设计

（一）并网光伏发电系统分层结构

发电系统分层结构分为五大部分，第一大分层结构部分称为太阳能电池组串，是由许多电池组电串联形成的;第二大分层结构部分称太阳能电池组串单元，这是由电池组串形成的，位于同一个水平单轴支架上;第三大分层结构部分称阵列逆变器组，这一部分是电池组串单元和并网逆变器构成的，二者连接是多对一的连接方式;第四大分层结构部分称太阳能电池子方阵，你便弃卒进一步组合就形成了太阳能电池子方阵，数量多的是大方阵，数量少的是小方阵;第五大分层结构部分称太阳能电池阵列，许多个方阵组合到一起就是列阵，列阵也是光伏发电系统最高的一个层次了，是组合最复杂的一个层次结构。

（二）光伏子方阵串、并联设计

本电站规划装机容量为93.559240MWp，选定的光伏电池技术参数，见表2。

 电池组件串联数量计算：

计算之后可以求出串联光伏电池数量N为：8.6≤N≤19.1又综合考虑环境因素，本次工程串联个数验证确定一个组串当中为18个组件。

电池组件并联组数计算：

N=500/（18×310）*1000=89.6

N=550/（18×310）*1000=98.56

按照并联方法可以知道，电池组并联数取整数为98，也就是说1MWp子方阵对应两台500kW逆变器。

（三）阵列间距

当坡度为0°时，阵列间距计算见下列公式。

式中：φ：纬度（在北半球为正、南半球为负）;L：光伏阵列斜面长度; δ：冬至太阳赤纬角; ω：时角，15°/h（9：00am-3：00pm 45°）;β：太阳方位角;γn：阵列朝向;α：太阳高度角;Z：组件倾角。

本工程光伏阵列间距D为7.5m。

五、讨论

并网光伏发电系统的总效率也就是其综合效率由三个部分组成，第一个部分是光伏阵列的效率，第二个部分是逆变器的效率，第三个部分是交流并网效率，经过多次计算结果求出本工程的综合效率为81.8%，效率相比以往光伏发电工程大大提高。因此，本文对于提高光伏发电效率研究有着重要意义。

参考文献

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