人類社會到目前的發(fā)展和進(jìn)步都是以能量消費的增長作為“燃料”的?？v觀人類社會的進(jìn)化歷史, 從人類開始保存和利用火開始, 到今天的核聚變和水電風(fēng)能等清潔能源的運用, 兩者都反映了人類發(fā)展過程中能源的不可或缺, 太陽能分布式光伏發(fā)電也是當(dāng)下潮流之一。
分布式光伏發(fā)電項目光伏組件和逆變器的配選是項目可行性研究和初步設(shè)計成功的關(guān)鍵。
現(xiàn)在利用太陽能發(fā)電, 給各個工廠、企業(yè)、寫字樓、住宅進(jìn)行分布式供電, 已經(jīng)非常成熟和普及, 舉例為園區(qū)內(nèi)工廠提供電能, 由于廠區(qū)耗電量較大, 幾乎可全部自用, 故可采用自發(fā)自用余電上網(wǎng)的分布式發(fā)電模式, 分布式光伏發(fā)電項目建成后, 可有效緩解園區(qū)內(nèi)工廠的部分的供電壓力, 有效緩解地方電網(wǎng)的供需矛盾, 優(yōu)化系統(tǒng)電源結(jié)構(gòu), 減輕環(huán)保壓力, 促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展, 為該地區(qū)的節(jié)能減排作出貢獻(xiàn), 符合國家對分布式光伏發(fā)電的工作思路。
01
光伏發(fā)電近況
分布式光伏發(fā)電項目由光伏組件、并網(wǎng)逆變器、計量裝置及配電系統(tǒng)組成。太陽能能量通過光伏組件轉(zhuǎn)換為直流電力, 在通過并網(wǎng)逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為電網(wǎng)同頻率、同相位的正弦波電流, 一部分給當(dāng)?shù)刎?fù)載供電, 剩余電力饋入電網(wǎng)。在分布式光伏發(fā)電項目可行性研究和初步設(shè)計時, 光伏組件選型和逆變器配選是重要環(huán)節(jié)。
光伏組件由若干單體太陽電池串、并聯(lián)連接和嚴(yán)密封裝組成, 現(xiàn)在已由傳統(tǒng)多晶硅、單晶硅組件發(fā)電逐步發(fā)展衍生出薄膜發(fā)電、彩鋼瓦發(fā)電等方式, 硅材料光電轉(zhuǎn)換效率也不斷提高, 轉(zhuǎn)換效率在近五年內(nèi)已由14%提升至20%以上, 預(yù)計未來硅材料電轉(zhuǎn)換效率還會進(jìn)一步提升。另外, 光伏組件價格在大幅下降, 近五年內(nèi)已由4元/Wp降至2元/Wp, 目前來看還有下降空間和趨勢。可以預(yù)見光伏發(fā)電即將步入平價上網(wǎng)時代, 分布式光伏舞臺會越來越大, 這對人類未來發(fā)展是十分有利的。
02
光伏組件選型
光伏組件目前比較常見的是單晶硅光伏組件和多晶硅光伏組件, 多晶硅光伏組件的制作工藝與單晶硅光伏組件差不多, 多晶硅光伏組件片的效率可達(dá)16.5%～18%, 單晶硅太陽組件的轉(zhuǎn)換效率一般在17%～19%, 稍低于單晶硅光伏組件, 但單晶硅造價略高于多晶硅組件。目前國內(nèi)主流廠商生產(chǎn)的晶體硅太陽能組件應(yīng)用于大型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的, 其規(guī)格大多數(shù)均在270Wp到360Wp之間。國內(nèi)生產(chǎn)的60片多晶硅電池組件以270Wp和275Wp為主流產(chǎn)品, 單晶硅電池組件以285Wp、290Wp、295Wp為主流產(chǎn)品;72片多晶硅電池組件以300Wp—310Wp為主流產(chǎn)品, 72片單晶硅電池組件以350Wp、360Wp為主流產(chǎn)品。根據(jù)實際項目經(jīng)驗, 單晶硅組件單片發(fā)電效率較高, 效率衰減較小, 一般選用單晶硅組件。
03
逆變器選型
逆變器而目前通用的太陽能逆變方式為:集中逆變器、組串逆變器, 多組串逆變器和組件逆變 (微型逆變器) 。在接近的初始投資成本下, 對于分布式光伏發(fā)電項目, 組串式逆變器解決方案較集中式逆變器及微型逆變器擁有著較為得天獨厚的優(yōu)勢, 很好的解決了集中式解決方案遇到的問題, 對于屋頂分布式光伏發(fā)電項目, 均應(yīng)選用組串式逆變器, 以避免直流匯流箱帶來的安全隱患, 同時縮短直流電路長度, 降低直流電路帶來的風(fēng)險。目前我國主流逆變器功率有60kW和50kW兩種, 60kW逆變器較50kW逆變器成本略高, 但相對逆變效率略好。
04
光伏組件和逆變器配選
下面以實際應(yīng)用案例進(jìn)行說明如何進(jìn)行光伏組件和逆變器配選分析和設(shè)計。
利用廣東省惠州市某公司的廠房A、廠房B、廠房C和廠房C共4個建筑物的屋頂建設(shè)分布式光伏發(fā)電項目, 屋頂總面積約為16000m2, 經(jīng)現(xiàn)場勘查, 項目可有兩個并網(wǎng)點, 經(jīng)過負(fù)荷分析光伏組件初步排列布陣設(shè)計, 初步判斷滿足各接入光伏容量600kWp, 共1200kWp, 光伏發(fā)電項目采用自發(fā)自用, 剩余部分上網(wǎng)模式運行。按照初步判斷以上最大容量, 分析列舉同一品牌多晶硅和單晶硅組件選型。
如表1所示, 以上對比得出單晶硅290Wp較多晶硅290Wp組件效率高, 真實價差不大, 因此選擇單晶硅290Wp組件。作為光伏發(fā)電系統(tǒng)中將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的關(guān)鍵設(shè)備之一, 組件選型對于發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率和可靠性具有重要作用。結(jié)合南方電網(wǎng)《光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的及其它相關(guān)規(guī)范的要求, 并根據(jù)光伏組件容量配選逆變器容量, 可以按照以下思路進(jìn)行考慮:
(1) 配上逆變器后, 并網(wǎng)點的三相電壓不平衡度不超過《電能質(zhì)量三相電壓允許不平衡度》規(guī)定的數(shù)值, 通常是1.3%。
(2) 工程選配的逆變器裝置輸出功率因數(shù)盡量接近1, 使配置的無功補償裝置能滿足電網(wǎng)對無功的要求, 提高電壓質(zhì)量, 降低線損。
(3) 配上逆變器后, 并網(wǎng)時需在電壓偏差、頻率、諧波和功率因數(shù)方面滿足實用要求并符合標(biāo)準(zhǔn)。
(4) 逆變器產(chǎn)生的諧波電流的總諧波畸變率需控制在3%以內(nèi), 符合《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》的規(guī)定。
(5) 逆變器要求質(zhì)保10年, 必須滿足系統(tǒng)抗PID性能, 同時應(yīng)具備反向充電修復(fù)功能。
(6) 逆變器轉(zhuǎn)換效率越高, 則光伏發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)效率越高, 故在單臺額定容量相同時, 應(yīng)選擇轉(zhuǎn)換效率高的逆變器或直接選擇額定容量高的逆變器, 這樣效率較高。
(7) 逆變器轉(zhuǎn)換效率包括最大效率和中國效率。中國效率是對不同功率點效率的加權(quán), 這一效率更能反映逆變器的綜合效率特性。光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率是隨太陽輻射強度不斷變化的, 因此中國效率相較最大效率更有實用意義。
(8) 選擇直流輸入電壓范圍較寬的逆變器, 以吸收最大陽光。
(9) 太陽電池組件的輸出功率隨時變化, 且具有非線性的特點, 因此選用的逆變器應(yīng)具備最大功率點跟蹤功能。
(10) 配上逆變器后, 項目整體經(jīng)濟性較佳。
在外界條件一定情況下, 分別選配單晶硅290Wp組件、單晶硅295Wp組件、60kW逆變器、50kW逆變器, 進(jìn)行項目全生命周期經(jīng)濟測算對比, 以綜合考慮光伏組件和逆變器配選。本次經(jīng)濟測算主要節(jié)省了支撐結(jié)構(gòu), 直流線纜與匯流箱, 光伏場區(qū)內(nèi)的施工與安裝等, 進(jìn)行逆變器選配。如表2所示。
因此, 綜合來看在本項目中, 使用單晶硅295Wp組件和60kW逆變器選配時, 項目效益最好。
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