浅谈太阳能光伏发电系统在841台应用的可行性

卢建丽　赵　迪..内蒙古新闻出版广电局84台　内蒙古　呼和浩特市　00050

浅谈太阳能光伏发电系统在841台应用的可行性

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1.2.内蒙古新闻出版广电局841台内蒙古呼和浩特市010050

【摘要】太阳能是一种清洁的可再生能源，取之不尽，用之不竭。目前对太阳能的利用越来越广泛，其中光伏发电技术不仅得到政府的大力支持而且发展前景广阔。841广播电视综合发射台承担着24套广播电视节目发射任务，因此台里用电量非常大且费用高昂。本文主要分析并网光伏发电技术在我台应用的可行性，及其产生的经济和社会效益。

【关键词】太阳能广播电视发射台光伏技术

1　研究背景

能源是能够向人类提供能量的自然资源，也是人类从事生产和社会活动的基础。进入21世纪，人类社会面临着日益严峻的能源危机。传统能源（包括煤、石油、天然气）不仅数量有限，而且已造成严重的生态失衡和环境污染。

在所有可再生能源来源中，太阳能最具解决全球能源危机的潜力。太阳能是一种清洁的可再生能源，取之不尽，用之不竭，分布最广泛，获取最容易。通常意义的太阳能利用，指的是对直接投射到地球表面的太阳辐射能的利用，包括太阳能热利用和太阳能光伏发电。我国属太阳能资源丰富的国家之一，全国总面积2/3以上地区年日照时数大于2000小时，陆地面积每年接受的太阳辐射能约等于数万个三峡工程发电量的总和。正因为太阳能具有这么多优点，对它的开发机利用必然会对社会发展产生重大的影响。在太阳能的有效利用当中，大阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目之一。

2　并网光伏发电系统

2.1太阳电池原理

太阳电池是一种将太阳辐射能直接转换为电能的固态电子器件。其基本原理为：太阳辐射中的光子打入半导体中，产生可自由移动的电子和空穴。由于P-N结具有由N指向P的内建电场，它使带一种电荷的粒子加速通过，而将另一种带电粒子反射回去。于是，N型半导体外侧有负电荷积累，P型半导体外侧有正电荷积累。当与外负载连接时，电子将从N型外侧流出，经过外电路返回到P型外侧，并与P侧的正电荷重新结合，同时对外输出电功。

2.2并网光伏发电系统关键设备和技术

光伏发电系统根据系统构成和负载种类可分为独立运行系统和并网运行系统。独立光伏系统是不与电站发生任何关系的闭合系统。它需要配备储能装置，费用高昂。并网型光伏系统根据是否允许通过供电区变压器向主电网馈电，分为可逆流与不可逆流并网光伏发电系统。可逆流系统，是在光伏系统产生剩余电力时将电能送入电网，当系统电力不够时，则由电网供电。光伏并网发电系统省掉蓄电池，可比独立太阳能光伏系统的建设投资可减少达35%～45%。它以电网为储能装置，所发电能馈入电网，同时省掉蓄电池避免了蓄电池的二次污染，并可提高系统的平均无故障时间。

并网型光伏发电系统的组成，如图1所示。它主要由太阳电池方阵、并网逆变器、控制器等部分组成。

图1　光网光状发电图

（1）太阳电池方阵

太阳电池单体是用于光电转换的最小单元，一般不能单独作为电源使用。将太阳电池单体进行串联并封装后，就成为太阳电池组件，是可以作为电源使用的最小单元。太阳电池组件再经过串并联装在支架上，就构成了太阳电池方阵，可以满足负载所要求的输出功率。太阳电池方阵是并网光伏系统的主要部件。

（2）并网逆变器

并网逆变器主要由逆变器和并网保护器组成。逆变器是将直流电变化成交流电的设备；并网保护器主要用于频率上下波动、过欠电压和电网停电等的监测。监测发现问题，及时停止逆变器运转，把光伏系统与电网断开，以确保安全。

确保上网电能符合国家电能质量标准的规定，是并网光伏发电系统在技术上是否合格的基本要求。因此选择的逆变器要配置高性能的滤波电路，从而保证逆变器高质量的交流输出，符合国家电能质量标准的规定，对电网不会造成污染。

（3）控制器和测量设备

控制器管理光伏发电系统的运行。具有如下功能：信号检测；设备保护；故障诊断定位；运行状态指示。对于大型光伏电站，需要配备数据采集系统和微机监控系统，测量太阳辐射能，环境温度，充、放电电量等。

（4）最大功率点跟踪（MPPT）技术

太阳电池的输出随太阳辐照度和太阳电池方阵表面温度而变动，因此需要跟踪太阳电池方阵的工作点并进行控制，使方阵始终处于最大输出。这就要采用最大功率点跟踪（MPPT）技术：每隔一定时间让并网逆变器的直流工作电压变动一次，测定此时太阳电池输出功率，并同上次进行比较，使并网逆变器的直流电压始终沿功率变大的方向变化。

图2　所示为MPPT控制原理示意图

3　841台建设光伏电站可行性分析

3.1呼和浩特太阳能资源及841台情况

内蒙古自治区太阳能资源较为丰富，太阳能年总辐射量在1342～1948KWh/m2之间，年日照时数在2600～3400h之间，是全国高值地区之一。其中，居首府的呼和浩特市（北纬40.8°，东经111.7°，海拔1065米）年太阳总辐射量为6241.19MJ/m2，属于太阳能稳定地区。841广播电视综合发射台位于呼和浩特西南方向，海拔1024米，占地128亩。目前共有17部发射机，全年播出时间116841小时，播出总功率达到74万KW。

3.2光伏电站容量确定及费用

841台每天用电总量5370多度，其中机房用电占比将近95%，剩余电量为生活区所用。因为机房用电要保证广播电视节目安全不间断播出，因此如果通过光伏电站供电，那么还应保留一路不属于同一供电网络电源作为备用电源。目前841台不仅有两路外电还配有UPS及柴油发电机组，在突发状况停电时，可保证电源供给。综合分析我台用电情况，建设并网型光伏电站较为合适。如果建设并网发电站，白天可以通过光伏电站发电，剩余电量储存电网中，夜间则由储存于电网中的电供电。

呼和浩特市倾斜面年太阳总辐射量为6947.56MJ/m2，年峰值日照小时数为1929h。L（年发电量）=W（装机容量）*H（年峰值日照小时数）*η（光伏系统效率），并网光伏电站效率为80%～85%。我台年用电量为196万度，如果η 为0.8，则所需装机容量为1.27MW。如果我台所有电量通过光伏电站供电，不仅装机容量大费用高昂，而且占地面积也达不到要求。综合分析造价及占地面积，选择装机容量1.134MW，如表1所示。

表1　不同装机容量用电情况及费用

目前，发改委颁布《国家发改委关于发挥价格杠杆作用促进光伏产业健康发展的通知》正式确定了地面电站及分布式电站的补贴电价，分布式项目按全电量补贴，标准为0.42元/度。从上述表格看出，建设光伏电站后，考虑政府补贴后，每年台里电费创收41万元。

目前市面上经常使用的太阳能电池板有单晶硅、多晶硅和非晶硅薄膜太阳电池。硅系列太阳能电池中，单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟，但成本太高且工艺复杂。多晶硅太阳电池成本远低于单晶硅电池，而效率高于非晶硅薄膜电池，无光致衰减效应。由于多晶硅转换效率高，寿命长，性价比高，因此选择多晶硅太阳能电池。多晶硅太阳能电池板常用的有250WP，255WP，260WP。255板子长*宽*高是1650×992×50mm，重量为19.5kg，面积约为1.64平米。1.134MW的装机容量需板子数4447块。太阳电池板的总面积7293平米。太阳电池组件排列布局需保证彼此不遮光且无障碍物的影响。光伏电站优化布局，占地面积约为10000平米。我台无障碍无阴影的剩余空地面积满足用地面积要求。

费用包括组件：4.3元/W（255W），逆变器：0.3元/W，施工：0.5元/W和辅材：2.32元/W（包括防雷接地、电线电缆、汇流箱、连接器等）。整体按照7.42元/W计算，则总费用约为840万元。费用占比最大的主要是电池板、逆变器及支架。后期的维护包括清洗、监控管理及检修等，每年维护费用大约20～30万。按照目前我台的用电量，不仅每年节省100多万元电费，同时国家每年补贴70多万，将近6年时间就可以收回全部投资成本。

3.3建设光伏发电站产生的经济效益和社会效益

光伏电站不消耗化石能源、无污染物排放、运行成本低、操作简单。它是有利于生态环境保护和可持续发展的绿色电站。目前我台每年用电量超过196万度（0.639元/度），费用至少125万元。如果我台建设太阳能光伏电站，那么每年可节约不少事业经费。这也是广播电视发射台管理及运行模式的创新。它在节支增收的基础上产生了很好的社会效益，具有典型的节能减排示范效应。按年发电量175万度的光伏电站考虑，它可为电网节约标准煤630吨，同时减少污染排放二氧化碳（C02）1744吨、二氧化硫（S02）53吨、氮氧化物（NOX）26吨。

3.4影响发电效率因素分析

组件表面尘积影响组件接收到的太阳辐射量，降低发电功率及总发电量。内蒙古自西向东分布有多个沙漠和沙地，是各路冷空气东移南下的必经之地。而冷空气过境时带来的大风，则为沙尘天气的形成提供了动力条件。呼和浩特沙尘天气主要发生在每年3月至5月。我台西侧紧挨水泥厂，虽有土山隔离，但秋冬季西北风仍会把大量灰尘刮进台里。因此，太阳电池组件应安装于我台东南方空旷之处，减少尘积对太阳能电池板发电效率的影响并定期清洗组件表面。

结束语

当前，发展和使用清洁的可再生能源已成为国际社会的共识。我国政府不仅号召全社会大力提高能源利用效率、节约资源，而且对新能源的开发利用加大了支持力度。随着光伏技术的不断进步及太阳电池组件性能的不断提高，光伏发电必将成为重要的发电技术。光伏发电技术如果科学合理地应用到广播电视发射台，必将得到经济效益和社会效益的双丰收，为实现经济社会的可持续发展做出更大贡献。

审稿人：严志刚内蒙古新闻出版广电局包头广播发射中心台正高级工程师

责任编辑：王学敏

【中图分类号】G222

【文献标识码】C

【文章编号】2096-0751（2016）01-0027-04

作者简介：卢建丽内蒙古新闻出版广电局841台工程师赵迪内蒙古新闻出版广电局841台工程师