火古龙光伏电站总体设计方案比选研究

2018-09-08

四川水利 2018年4期

(四川大唐国际新能源有限公司，成都，)

1 项目概况

火古龙光伏电站位于甘孜县火古龙村范围内，场址中心经纬度坐标：北纬31°37′09″，东经100°02′00″，平均海拔高度约3500m。场址多年平均太阳辐照量为6673.6MJ/m2，参照《中国太阳能资源利用区划》等级，属一级太阳能资源丰富带，参照《太阳能资源评估方法》(QX/T89-2008)，工程区属于资源最丰富区。

为保证提升资源利用效率，降低工程项目投资，提升项目全生命周期价值，保障项目投产后具有较强的市场竞争力和盈利能力，对项目太阳电池组件、电池阵列安装方式、逆变器选择、太阳能电池阵列设计等关键方案进行了研究比选，在提升项目发电总效率和项目经济性中寻求相对最优方案。

2 系统总体设计方案

2.1 光伏组件选择

目前，市场主导的电池组件种类主要有单晶硅电池、多晶硅电池和非晶硅薄膜电池。单晶硅电池组件转换效率最高，技术成熟，规模生产时的电池片转换效率16%～19%，组件转换效率14%以上；多晶硅电池组件的生产工艺与单晶硅基本相同，使用了多晶硅铸锭工艺取代单晶硅硅棒生产工艺，成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池，工业规模生产的电池片转换效率约16%，组件转换效率14%以上；非晶硅薄膜电池组件的成本相对较低，便于大规模生产，并具有较好的弱光性能，但转化效率较低，组件占地面积大约为晶硅组件的2倍。

通过上述对主流电池组件的比较，本电站场址属于丘陵地形，海拔较高，坡度较缓，实际可使用面积较小，综合考虑三种电池组件的价格、发电量、占地面积等特点及本工程的具体情况，本电站采用235W多晶硅电池组件，其主要的技术参数如下表。

表1 235W多晶硅组件主要技术参数

2.2 光伏阵列运行方式选择

通常电池方阵支架的类型有简单的固定支架和相对复杂的跟踪系统。跟踪系统是一种支撑电池方阵的装置，它精确地移动使太阳入射光线射到方阵表面上的入射角最小，相应获得的太阳入射辐射最大。跟踪器可分为“单轴跟踪”、“双轴跟踪”和“斜轴跟踪”等几种类型。

表2光伏系统安装方式对比

采用跟踪方式后光伏发电系统成本有所增加，但同时带来发电量的大幅增加。根据已运行光发电站的实测数据，对于双轴式跟踪系统来说，相对同等容量的固定式安装方式，系统本身设计建设成本提高约20%，但是系统年发电量可提高30%以上，但其成本、占地面积、支架故障维护率也大幅提高。经技术经济比较，以项目全生命周期价值最高为原则，本电站采用固定式安装方式。

2.3 方位角和倾斜角确定

2.3.1 方位角确定

当电池组件方位角为正南方向时，电池组件日平均发电量最大。电站场地四周平旷，南侧有小缓坡但无遮挡，因此，本电站电池组件安装方位角拟定为正南方向。

2.3.2 倾斜角确定

基于目前市场上支架及运行维护成本考虑，电站确定选择固定倾角方案。

表3向赤道各倾斜面各月多年平均总辐射量

根据上表，安装倾角等于32°时全年接受到的太阳能辐射能量最大，相应获得发电量最多，因此，全年倾斜角采用32°为宜。

2.4 电池方阵设计

火古龙村光伏电站总装机容量50MW，装机规模较大，电池方阵占地面积大，电能从最远的方阵输送至升压站距离较远(超过500m)，由于低压输电输送容量小、输电距离短及电能损耗大等不利因素，考虑在方阵附近集中逆变并升高电压后，再采用高压电缆将电能输送到配电装置室，以减小场内输电过程中的电能损耗，最大限度将发出的电能输送至电网。

综合考虑并网逆变器、升压变压器、高压设备、低压设备、直流低压输电、交流高压电缆输电等诸多因素的技术经济比较后，电池方阵的大小以1MW作为一个单元，全站共由50个1MW方阵组成。

电池组件串联方式与组件的额定功率、短路电流、工作电流、开路电压、工作电压等主要参数选择有关。经过计算，18、19片串联在-25℃～+70℃时均可以处于逆变器MPPT跟踪范围，经过计算，在-25℃时开路电压18片串联最佳。因此电池组件采用18片串联的方式。经计算可得，方阵采用7个16串+1个6串并联的组合方式接入现地汇流箱最合理，现地汇流箱至现地配电装置室内直流汇流屏的电缆选用70mm2和35mm2截面电缆。

综上所述，方阵串并联方式：14个18串并+2个6串并，每个1MW方阵选用16个现地汇流箱，具体为14个16进线1出线+2个8进线1出线的现地汇流箱。

2.5 光伏子方阵设计

全站共由50个典型1MW方阵组成，每个典型1MW由236支路并联形成。每个串联支路由18块电池组件(235W)串联形成，每16或6个支路并联成一回接入现地直流汇流箱。每个典型1MW方阵由118个基本单元组成，每个基本单元按18列×2排紧邻布置，每个基本单元组成2个并联支路，1MW方阵共计236个并联支路。118个基本单元按10排12列布置，为了方便运行维护及减小由于东西方向上坡度造成的遮挡，每列基本单元之间留出1.5m的维护通道。每个典型1MW方阵需要14个16进1出和2个8进线1出的现地直流汇流箱。电池组件面

向正南方向布置，为减少场地平整施工量及考虑环保、水保等因素，东西方向上沿山势布置，但是东西方向上的坡度应控制在10°以内。每个1MW方阵中间布置现地配电装置室，房内布置方阵所需的直流汇流屏、逆变器等设备，屋外配置箱式变电站。为减少电池组件串、并联所用直流电缆量，将现地配电室布置在电池方阵的中心位置，现地配电室高度仅为5m，并且其北侧为6m宽的场内道路，经过计算，现地配电室不会对光伏阵列造成遮挡。每个典型1MW方阵占地约235m×70m。

根据本工程的场址情况，虽然场址总体呈南低北高的南面坡地形，但场地平坦开阔，南北方向上的坡度在5°以内，所以现阶段暂不考虑南北方向上坡度对电池组件前后间距的影响。综合考虑施工、运行检修方便以及电池组件安装方向对电池组件投影的影响，本阶段电池组件之间的间距选取为5m，电池板支架前后排阵间距为6.5m。