到2011年,我国光伏电池产能30GW,产量为13.5GW,2012年全球光伏电池产能80GW左右,中国占一半(40GW),而全球的装机需求仅30GW左右。因国内产量的80%以上是出口,今年随着美国对中国光伏电池“双反”,加上欧债危机,欧洲装机下降,国内的光伏组件已经面临大量库存积压。我国政府为了完成节能减排的目标,也为了启动国内的光伏市场需求,近两年开始推行光伏电站上网电价政策和“金太阳示范项目”工程。

目前国内的光伏装机主要是集中在西部地区的青海、甘肃、宁夏等大型光伏电站,而我国的主要用电负荷集中在华东及华南地区,西部大型光伏电站所发电能必须经过长途传输才能充分消纳,而这必须配套建设费用高昂的高压传输线路,线路损耗也很大。目前西部风电场就因为输电通道不够,一直存在很高的弃风率。和风能不同,我国大部分地区年日照小时都在1400h以上,为建设分布式光伏电站提供良好条件。分布式光伏电站所发出电能可就近消纳,节省传输费用和损耗,也降低了大型光伏电站对电网的功率冲击。

目前国内的分布式光伏电站主要有边远无电地区的离网型电站,还有国家“金太阳示范项目”补贴政策下的分布式并网电站,后者占主要部分。

1   系统设计

目前运行和报批中的“金太阳示范项目”,均属于并网自发自用,也就是太阳能所发出的电能只能在与电网的结算点内消纳,不能送入电网。

系统设计含:组件安装设计、关键材料选择设计、汇流设计、交流配电设计、防逆流设计、系统监控设计等。并网自发自用系统如图1所示。

图1  并网光伏发电系统

1.1   组件安装设计

组件安装方式设计:目前绝大多数的应用是采用硅晶组件,其安装方式在分布式电站中,主要有地面和建筑屋面两种,又可分为固定式和可跟踪式,其中固定式占绝大多数。在开发区等地方,一般只能安装在建筑物上面。安装在建筑物上的光伏系统分为BIPV和BAPV,BIPV更多是关注美观等以建筑为主的功能,发电功能为辅,只能在建筑物的设计阶段就开始光伏发电部分的设计,一般用于大型的公共建筑(如大型体育场所、火车站等)。BAPV一般是在现有的建筑物上安装光伏发电系统,常见的是利用已有的屋顶来安装。绝大多数的企业自用光伏电站都是BAPV。

组件倾角设计:与离网系统不同,离网系统的组件倾角设计必须考虑到冬季的辐射量要达到负载和蓄电池充电的要求,一般要牺牲夏季的发电量。而并网系统可以只考虑全年最大发电量即可,所以一般在选择当地纬度的基础上再适当减低3～5度。

1.2   关键材料选择设计

并网光伏系统最为关键的材料有光伏组件、并网逆变器、汇流箱、交流配电柜等，其中光伏组件和逆变器最为重要，二者占系统造价的75%以上。

光伏组件:目前可商业应用的有单晶硅组件、多晶硅组件、薄膜电池组件,考虑到目前晶硅电池成本已经和薄膜电池接近,且其效率远远高于薄膜电池,同等系统装机功率的设备占地面积远小于薄膜电池,因此在并网自用光伏发电系统中,绝大部分选用晶硅电池。目前晶硅电池组件效率都在15%以上,组件功率最大已经可以达到300W,因为一般屋顶的可安装面积有限,尽可能选择大功率组件。

逆变器:并网自用光伏发电系统功率一般在几百千瓦～10兆瓦左右为多,逆变器一般选择几十千瓦～500千瓦的三相并网逆变器。逆变器应该尽可能选择高效率、高可靠性、长寿命产品,因为光伏系统的运行寿命一般按20年设计,所以逆变器的关键器件也要选择优质产品才能保证。因为逆变器设计复杂,一旦出现故障,用户自己基本上无法维修,因此一定要选择有实力、维护能力强的供应商,才能保证系统运行多年后还能得到维护支持。这一点,在很多系统设计时往往被忽略。基于安全上的考虑,建议选择带交流隔离变压器的逆变器,并要求配有漏电流检测装置。

1.3   汇流设计

光伏组件的串联设计:组件的串联数量主要考虑以下因素,逆变器的最大允许开路电压、组件的开路电压、逆变器允许的最低MPPT电压、组件的最大功率电压、组件的温度系数。原则如下:

(1)系统最大开路电压:在考虑最低温度下的组件开路电压串联后不得大于逆变器允许的最大直流电压。

(2)系统的最小电压:组件的最大功率电压在最高环境温度下串联后不得低于逆变器的MPPT电压低端。

(3)在条件允许的情况下,系统电压尽可能选高,这样可以选择线径较小的汇流线材和相应的开关规格,降低系统成本。

(4)汇流箱设计:目前用在大功率光伏并网系统的汇流箱选择16路输入为多,每路输入按额定7～9A选择,总输出为160A左右。根据设计思路不同,每路输入可选择是否带二极管隔离,若光伏组件安装位置日照条件较差,或者有个别被其他建筑物遮挡,建议选择带二极管隔离的汇流箱。汇流箱根据是否带监控分为无监控型和智能监控型,选择智能监控型,可以从后台监控软件监控到每路输入电流,一旦组件有异常,可以很容易发现和定位。

1.4   交流配电设计

分布式的并网光伏自发自用系统,原则上只能接入业主单位自己的380V或者10kV系统内,不允许向电网逆流供电,因此光伏系统装机不能大于低压系统的用电负荷,对于用电负荷变动比较大的单位,一般装机容量也不要大于总负荷的30%,否则要经常做防逆流控制,会影响整年的发电量,导致投资回报期加长。一般来讲,光伏系统的交流配电不复杂,但是并网自用一定要考虑防逆流控制。

1.5   防逆流设计

防逆流控制方式可以分为切直流、切交流、逆变器功率调节3种,分别如图2、图3、图4所示。

图2  切直流防逆流控制

图3  切交流防逆流控制

图4  智能调功防逆流控制

图2切直流方式,防逆流控制器与逆变器无需通信,但是直流高压接触器价格昂贵,使用寿命短,只能做有级功率调节。图3切交流方式,防逆流控制器也无需和逆变器通信,但是一旦采用大功率逆变器(如500kW),一旦切出,功率损失很大,切出投入对电网的冲击也较大,以上两种方式切除后的投入只能做尝试性,可能存在不停的切出、投入情况。图4的智能调功方式,需要防逆流控制器与逆变器进行智能通信,根据电网进来功率的大小实时调节逆变器的发电功率,具有调节速度快,发电功率损失小的优点。

1.6   系统监控设计

光伏电站的系统监控一般包含:汇流箱、直流配电柜、逆变器、交流配电柜、智能计量电表和环境综合监测仪。一般以上设备均带有智能接口,大部分供应商采用RS232/RS485,根据整机光伏系统的分布面积大小,监控主机到被监控设备之间可以采用RS485总线、TCP/IP局域网、光纤、无线等方式进行数据采集和控制。本地监控平台还可以根据需要将相关数据上传到电网公司或其他监管部门。一般的系统监控如图5所示。

图5  并网自用光伏系统监控

（御风） "));