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太阳能光伏发电设计分析孟杨

发表时间：2021/4/15 来源：《基层建设》2020年第32期作者：孟杨

[导读] 摘要：太阳能光伏发电主要是发展利用清洁能源、改善能源利用结构的重要途径之一，对解决偏远山区、草原牧区、岛屿等地区人民基本生产生活用电，提高生活水平具有重要意义。

        中国能源建设集团云南省电力设计院有限公司云南昆明 650051
        摘要：太阳能光伏发电主要是发展利用清洁能源、改善能源利用结构的重要途径之一，对解决偏远山区、草原牧区、岛屿等地区人民基本生产生活用电，提高生活水平具有重要意义。鉴于此，文章探讨了太阳能光伏发电系统的设计与应用。
        关键词：太阳能光伏发电；电池；发电站
        引言
        发展清洁能源已成为节能减排、改善能源利用结构、应对多变气候的重要举措之一，太阳能作为一种重要的清洁可再生能源，是绿色能源，太阳能发电技术迅速发展起来。从长远角度而言，太阳能发电的利用前景好、潜力大。随着太阳能发电行业的快速发展，我国的太阳能光伏装机机组容量逐渐扩大，太阳能光伏发电站系统的设计成为广泛关注的重点。基于可持续发展指导下，新发电项目建设受到普遍关注，光伏发电成为国家建设的新项目，对区域能源供应与调配发挥着关键性作用。为了更好地发挥光伏系统功能，需从设计环节进一步优化处理方式，全面发挥新发电系统的功能优势，利用模块参与电能生产与传输。太阳能光伏系统设计的分析以及实际应用的研究显得尤为重要。
        1太阳能光伏发电系统的构成概述
        太阳能光伏发电系统主要是利用太阳能电池组件和其他辅助设备将太阳能转换成电能的系统。一般而言，将太阳能光伏发电系统分为独立系统、并网系统和混合系统。独立太阳能光伏发电系统在自己的闭路系统内部形成电路，通过太阳能电池组将接收的太阳辐射能量直接转换成电能供给负载，将多余能量经过充电控制器后，以化学能的形式储存在蓄电池中。一套基本的光伏发电系统一般由太阳能电池板、太阳能控制器、逆变器和蓄电池（组）构成。
        1.1 太阳能电池板
        在太阳能光伏发电系统中重要的是太阳能电池，大量的太阳能电池组合在一起构成光伏组件方阵。太阳能电池主要分为晶体硅电池（包括单晶硅、多晶硅、带状硅）、非晶硅电池、非硅电池。
        1.2 蓄电池
        蓄电池（组）主要是将太阳能阵列发出的直流电直接储存起来，供负载使用。在光伏发电系统中，蓄电池处于浮充放电状态，当日照量大时，除供给负裁用电外，对蓄电池充电；当日照量小时，这部分储存的能量将逐步放出。
        1.3 太阳能控制器
        太阳能控制器作用是为蓄电池提供最佳的充电电流和电压，快速、平稳、高效的为蓄电池充电，并在充电过程中减少损耗，尽量延长蓄电池的使用寿命；同时保护蓄电池，避免过充电和过放电现象的发生。如果用户使用的是直流负载，通过太阳能控制器为负载提供稳定的直流电（由于天气的原因，太阳电池方阵发出的直流电的电压和电流不是很稳定）。
        1.4 逆变器
        逆变器主要是将太阳能电池阵列和蓄电池提供的低压直流电逆变成220伏交流电，供给交流负载使用。
        1.5 用电负载
        太阳能光伏发电系统按负载性质包括直流负载系统和交流负载系统。
        2光伏发电系统设计的原则分析
        光伏发电系统的设计分为：容量设计和硬件设计。
        2.1容量设计
        光伏发电系统容量设计主要是要计算出光伏发电系统在全年内能够可靠工作所需的太阳能电池组件和蓄电池的数量。注意协调光伏发电系统工作的最大可靠性和成本之间关系，在满足最大可靠性基础上尽量地减少光伏发电系统的成本。
        2.2硬件设计
        光伏发电系统硬件设计的主要是根据实际情况选择合适的硬件设备，包括太阳能电池组件的选型、支架设计、逆变器的选择、电缆的选择、控制测量系统的设计、防雷设计和配电系统设计等。在进行光伏发电系统设计时要综合考虑软件和硬件方面。针对不同类型的光伏发电系统，软件设计的内容也不一样。

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独立光伏发电系统、并网光伏发电系统和混合光伏发电系统的设计法和考虑重点都会有所不同。
        3太阳能光伏发电系统设计特性
        进行光伏发电系统的设计，要求所设计的光伏发电系统具有先进性、完整性、可扩展性、智能化程度，以确保系统安全、可靠和经济。
        3.1先进性
        随着国家对可再生能源的日益重视，开发利用可再生能源已经是新能源战略的发展趋势。根据当地太阳日照条件、电源设施及用电负载的特性，利用太阳能资源建设光伏发电系统节能环保，避免（远离市电电源的用电负载）采用市电铺设电缆的巨大投资，是具有先进性的电源建设方案。
        3.2完整性
        太阳能光伏发电系统可以独立对外界提供电源，与其他用电负载和市电电源配套，形成一个完整的离网和并网的光伏发电系统。光伏发电系统应具有完善的控制系统、储能系统、功率变换系统、防雷接地系统等，并构成一个统一的整体，其有完整性。
        3.3可扩展性
        随着太阳能光伏发电技术的快速发展，光伏发电系统的功能越来越强大。因此要求光伏发电系统能适应系统的扩充和升级，光伏发电系统的太阳能电池组件应为并联摸块结构组成，在系统需扩充时，直接井联加装太阳能电池板摸块，控制器或逆变器也应采用模块化结构，在系统需要升级时，直接对系统进行模块扩展，以使光伏发电系统具有良好的可扩展性。
        3.4智能化
        所设计的太阳能光伏发电系统，控制器可以根据太阳能电池组件和蓄电池的容量情况控制负载端的输出，所有功能都由微处理器自动控制，能实时检测太阳能光伏发电系统的工作状态，定时或实时采集光伏发电系统上要部件的状态数据并上传至控制中心，通过计算机分析，实时掌握设备工作状况。对于工作状态异常的设备，发出故障报警信息，以使维护人员提前排除故障，保证供电的可靠性。光伏发电系统设计必须要求具有高可靠性，保证在较恶劣条件正常使用。同时要求系统的易操作和易维护性，便于用户操作和日常维护。
        4太阳能光伏发电系统的具体设计
        从当地气象站、气象部门等部门获取太阳能光伏发电系统建设场地的太阳能资源和气候状态的数据；了解并计算太阳能光伏发电系统所供应负载的详细情况，包括负载额定功率、峰值功率、供电方式、供电电压、供用时间、日平均用电量、负载性质等；太阳能电池方阵的安装位置应选择在太阳光不被遮挡的位置，为了施工方便应选择地势平坦的地方，应尽量避开山石区，远离树木，防止阴影对太阳能电池组件的遮蔽，太阳能电池方阵的位置应尽量避开水流通道和易积水的部位。为了减少供电线路上的损耗和压降，光伏发电系统应尽量建设在负载附近。应对太阳能光伏发电系统周边的土壤进行测量，以确定土壤电阻，能根据当地地形及土壤电阻率确定接地装置的位置和接地体的埋设方案。
        5结束语
        随着太阳能光伏发电技术的发展，光伏发电有了更加丰富的理论基础，材料和技术的进步推动了光伏发电产业的发展。随着新一代太阳电池、新兴技术、新型储能材料等不断研发，太阳能光伏发电有更加广阔的发展，提高系统发电效率、降低生产成本，改善我国的能源利用结构，保护自然环境，光伏发电技术必将有更加广阔的发展前景。因此设计光伏发电项目要考虑系统结构模块布局，以电池板、控制器、蓄电池等为核心部分，从软硬件系统操控方面优化配置，设计更加安全、高效、稳定的光伏发电系统，以推动我国光伏产业的发展。
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