某国家级光伏发电示范并网项目方案选择

胡四明 付小平

（中国能源建设集团 广东省电力设计研究院，广东 广州510663）

0 引言

太阳能光伏发电作为重要的可再生能源形式，发电产业快速发展，市场应用规模迅速扩大，太阳能光伏发电有可能在不远的将来很大程度上改变能源生产、供应和消费方式，给能源发展带来革新[1]。广东省是我国能源消费大省，同时作为经济大省，伴随着经济的快速发展，对能源的需求量也在显著增长，为满足电力系统可持续发展的战略要求，积极地开发利用本地区的太阳能等清洁可再生能源已势在必行、大势所趋，以多元化能源开发的方式满足经济发展的需求是电力发展的长远目标。

1 工程概况

项目选址在广东某市，工程规划建设3MW光伏发电项目，为节约用地，项目建设在两所大学校区已有建筑物内，分别为A站和B站。A站用于建设建筑有教学楼、图书馆、行政楼等共计19幢建筑，屋面有效面积合计达到16060 m2，计算太阳能电池组件安装容量可达1557.36kWp。B站用于建设太阳能光伏电站的的建筑主要有行政楼、图书馆、教学楼以及体育看台等共15幢建筑，总共可利用屋顶面积约为16483m2，计算太阳能电池组件安装容量可达1446.48kWp。

2 光伏发电系统工艺方案选择

2.1 系统方式选择

目前上网型太阳能光伏发电工程的形式主要有：光伏建筑一体化（BIPV）、地面太阳能发电场、屋顶太阳能发电系统（BAPV）。（1）光伏建筑一体化是光伏发电系统以建筑材料的形式作为建筑的一部分，通常为建筑屋顶和光照条件较好的建筑立面，发电多为建筑自用[2]。（2）地面太阳能发电场是利用地面专门的场地建设光伏发电系统，需要占地面积较大，在我国一般建设在西部地区较多；（3）屋顶太阳能发电系统则是利用现有建筑的闲置屋顶，建设光伏发电系统，所需条件是有较大面积且朝向较好的建筑物屋顶，该方案主要优点是受日照辐射条件好，不占用专门的用地面积，符合建设条件的建筑量大，可大规模推广应用，而且建设改造成本低，发电并网条件好，光伏组件安装方式比较自由，系统效率高，可实现较大规模装机[3]。

综上所述，与其它光伏发电形式相比，屋顶太阳能光伏发电系统具有突出的优点，尤其适合在工商业发达且缺乏可供开发利用空地的地区大规模推广应用，经过方案比较，该项目采用屋顶太阳能发电形式，考虑需要较大屋面，同时为便于管理，经过选址，目前某市大学城恰具备这种条件，而且在大学城具有更好的示范效应，对推动我国在该领域的成功运作更具有示范意义。

2.2 光伏组件选择

光伏组件约占整体造价的50%，是太阳能发电系统中价值最高的部分，其质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本，所以对光伏组件的选择显得尤为重要[4]。目前太阳能电池主要有晶硅、薄膜、聚光三种材料，薄膜为第二代光伏技术，主要运用于建筑一体化项目，聚光为新兴的第三代光伏技术，虽然转换效率高达40%以上，但目前在起步阶段，运用不广泛，且成本高，而晶体硅电池因转换率较高、成本相对较低是目前的主流品种[5]。

当前单晶硅太阳能电池板的单体光电转换效率为16%～18%，转换效率最高，但是制作成本高，还没有实现大规模的应用。多晶硅太阳能电池板的单体光电转换效率约14%～17%[6]。制作成本比单晶硅太阳能电池要便宜一些，材料制造简便，节约电耗，总生产成本较低，因此得到大量发展。同样尺寸组件的单晶硅电池与多晶硅电池的标称峰值功率相同，如表1所示：

表1 普通光伏电池组件使用不同硅材料标称技术参数对比

从上表可以看出，同样尺寸的光伏组件，多晶硅与单晶硅组件标称峰值功率参数基本相同。同样的屋顶可利用面积，可认为选择多晶硅或单晶硅组件装机容量几乎没有差别。

在目前的市场售价情况来看，晶体硅光伏组件的售价主要以“瓦”为单位，而且每瓦单晶硅电池与多晶硅电池价格基本接近，但因多晶硅光伏组件大规模生产，价格稍低，所以本项目选择多晶硅光伏组件。

2.3 光伏组件角度选择

光伏组件角度选择，与光伏组件发电量有很大关系，光伏组件安装倾角的最佳选择取决于诸多因素，如地理位置、全年太阳辐射分布、直接辐射与散射辐射比例和特定的场地条件等[7]。本项目地处中国大陆南方，其范围是东经112°57′至 114°3′，北纬 22°26′至 23°56′。 根据设计软件，计算不同角度发电量对比分析见表2：

表2 每100kWp容量不同倾角计算发电量对比分析

从上表看出，计算角度在10～20°之间为发电量缓慢上升，20～25°之间为发电量缓慢下降，在其它区域，变化较陡。为保证项目发电量最大，所以本项目选择最佳角度为20°，趋势图见图1。

3 光伏发电系统电气方案选择

图1 发电容量与角度关系趋势图

3.1 逆变器选择

光伏并网逆变器是光伏并网发电系统中核心部件[8]，其主要功能是将太阳能电池板发出的直流电逆变成交流电，并送入电网。其效率的高低、可靠性的好坏将直接影响整个光伏发电系统的性能，所以正确配置选型显得成为重要。目前逆变器根据工作方式分并网逆变器和不并网逆变器；根据逆变器的内部结构：带隔离变压器的逆变器（低频工频变压器、高频变压器）和不带变压器的逆变器[9]。本项目采用并网逆变器，下面按‘逆变器的内部结构’分别论述，详见表3：

表3 不同并网类型逆变器比较

从上表可知，带隔离变压器并网逆变器，具有更为安全的特点，根据现场布置特点，逆变器要求容量在50～500kW之间，要求容量较大，所以本项目选择工频隔离变压器并网逆变器。

3.2 并网方式选择

并网太阳能发电系统由光伏组件、逆变器、计量装置及配电系统组成。目前并网主要有两种形式，小容量及大中型容量：（1）小容量光伏发电对电网系统的影响可以忽略，其并网方式一般采取就近较低电压等级并网，此类并网方式一般注意两点，由于光伏上网电价一般与常规电价的差异较大，两者计量装置需分别设置，考虑并网线路首末电压差异，优先选择并网容量小于用电负荷的线路并网；（2）大中型光伏电站由于并网容量较大，对电网系统潮流影响较大，必须采取专线并网方式，具体并网方式有专线直接并网方式和多家光伏电站汇集后专线并网方式[10]。

由于本项目光伏方阵分布在两所大学校区，面积广，距离长，所以本项目采用分散发电、就地升压、集中控制、高压单点并网，低压就近并网的原则。总体将两所大学校区分为A、B两个站，根据距离长短，部分采用低压并网，其余汇流高压并网，既满足上网需求，也减少了线损，提高发电效率。

4 总结

通过以上方案合理选择，并注重在系统优化、设备优选，如电缆走向尽量选择最短路径、就近升压后集中输送、优先选择优质设备厂家等措施，本项目自2011年12月竣工至今，项目总体运行良好，发电容量达到预期发电目标，收到很好的社会及经济效益：

（1）与同容量的燃煤电厂相比较，每年可减少CO2排放量 2195.77t，SOx排放量 16.72t；NOx排放量 4.61kg，有效保护了环境；

（2）项目建设于高校校内，使师生时刻感受到清洁能源的存在，起到很好的教育示范效用，提高项目示范意义；

（3）项目建设对高校太阳能研究，提供了广阔平台，加强了产学研结合，对光伏发电起到很好的推广作用。

［1］赵春江，杨金焕，陈中华，等.太阳能光伏发应用的现状及发展[J].节能技术，2007，25(5)：461－465.

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［3］广东粤电大学光伏发电并网电站示范项目可行性研究报告[R].南京：中环光伏系统有限公司，2009.

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