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摘 要： 结合我国光伏发电技术的发展和需要，拟在陕西省榆林市设计建设一座90MW的太阳能光伏并网电站，对电站的场址选择及电站设计中的诸多问题进行探讨。建成之后，不仅可为世界闻名的敦煌石窟旅游区提供充足的电力，而且给古丝绸之路增添新的旅游景点。
关键词： 光伏并网；太阳能；电站；逆变器
中图分类号：TM461 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0820108－01
0 引言
我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，能源将近76%由煤炭供给，这种过度依赖化石燃料的能源结构已经造成了很大的环境、经济和社会负面影响。
目前的太阳能光伏发电技术已经成熟，其使用寿命已经达到25-30年，要使光伏发电成为战略替代能源电力技术，必须搞大型并网光伏发电系统。从资源量以及太阳能产品的发展趋势来看，在陕西省开发太阳能兆瓦级发电项目，将改变能源结构，有利于增加可再生能源的比例，同时太阳能发电不受地域限制，所发电力稳定，可与水电互补，优化系统电源结构，没有任何污染，减轻环保压力。
1 选址说明
目前，榆林市年太阳辐射达5500-6000MJ/m2，年平均日照时数2620-2830小时，是全国太阳能资源的富集区之一，开发利用潜力巨大。
场址条件：场址距35kV变电站1.2km。日照辐射量为6882.1MJ/m2，日照小时数2776.7h，年平均风速2.7m/s，最大阵风风速20.7m/s，沙尘天数6.8d/y，平均气温8.3ºC。场地开阔、平坦，扩容空间大。这里风向稳定，破坏性风速出现几率小；土地面积广阔，地势平坦，交通方便，工程条件好；电网条件优越，有利于电向外输送。
2 太阳能电池阵列设计
2.1 太阳能光伏组件选型
现在常用的太阳电池主要有单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅电池以及薄膜电池，各种电池的特点如下表。参照各种太阳能电池的性价比，项目中采用多晶硅太阳能光伏组件。
考虑到本项目对太阳能电池的要求：单晶硅组件效率不低于15%，多晶硅组件效率不低于14%，非晶硅薄膜组件效率不低于6%。选用BYD 275P6-36型光伏组件，该组件采用具有转化效率较高、成本相对较低的多晶硅材料制作，且组件的效率高于14%的特点。BYD 275P6-36型光伏组件的技术参数如表2。
2.2 并网光伏系统效率计算
并网光伏发电系统的总效率由光伏阵列的效率η1、逆变器效率η2、交流并网η3三部分组成。光伏阵列在能量转换过程中的损失包括：组件的匹配损失、表面尘埃遮挡损失、不可利用的太阳辐射损失、温度影响、最大功率点跟踪精度、及直流线路损失等，取光伏阵列效率为85%；取逆变器效率97%；交流并网效率主要是升压变压器的效率，取95%。于是系统总效率为：η＝η1×η2×η3＝85%×97%×95%=78%。
2.3 倾斜面光伏阵列表面的太阳能辐射量计算
榆林地区年太阳辐射达5500-6000MJ/m2，日均峰值时间约4.46h，项目的年预期发电量为1269.76万度。太阳能光伏阵列安装倾角为41°。
3 太阳能光伏方阵直流防雷汇流箱设计
太阳能光伏发电组件是露天设备，必须考虑防雷设施。按照单个100kW光伏阵列配置1台光伏方阵防雷汇流箱，500KW并网逆变器需配置5个汇流箱，本项目90MW光伏并网发电系统共配置900台光伏方阵防雷汇流箱。其特点为同时可接入22路太阳电池串列；熔断器的耐压值不小于DC1000V；配有光伏专用高压防雷器，正极负极都具备防雷功能；采用正负极分别串联的四极断路器提高直流耐压值，可承受的直流电压值不小于DC1000V。
4 太阳能光伏组件清洗方案
由于本项目场址地区风沙较大，太阳能组件的蒙尘对太阳能的利用效率有较大的影响，会导致电站发电量不足，组件数量增多，成本也随之增多，不利于电站的建设。对太阳能光伏组件的清洗，可提高组件的太阳能利用率，增大组件的效率，增大电站发电量，减少投资成本。考虑到电站建设的投资成本和当地的人利资源，本方案采用人工除尘。
5 太阳能光伏并网逆变器的选择
本项目太阳能光伏并网发电系统设计为18个5MW的光伏并网发电单元，单个5MW单元由5个1MW单元构成，每个1MW并网发电单元需要2台功率为500KW的逆变器，整个系统配置180台此种型号的光伏并网逆变器，组成90MW并网发电系统。选用额定容量为500KW的性能可靠、效率高、可进行多机并联的逆变器。
6 系统组成方案原理框图
榆林市90MW的太阳能光伏并网发电系统，采用分块发电、集中并网方案，将系统分成18个5MW的光伏并网发电组，每个发电组分别经过光伏组件——逆变器后输出380V交流电，接入5个低压配电柜，通过汇流母排接入0.4/110kV升压站，最终以110kV线路接入电力系统。本工程共由18个升压站，最终有2条110kV出线。图2所示为每个1MW单元拓扑图。按照5个1MW的光伏并网发电单元进行设计，并且每个1MW发电单元采用2台500KW并网逆变器的方案。图3所示则为每个5MW单元拓扑图。每个光伏并网发电单元的电池组件采用串并联的方式组成多个太阳能电池阵列，太阳能电池阵列输入光伏方阵防雷汇流箱后接入直流配电柜，然后经光伏并网逆变器和交流防雷配电柜并入0.4KV/110KV变压配电装置。
7 环境影响评价
太阳能光伏发电厂永久占地较小，不会改变当地的动植被分布，不会对当地的生态环境产生明显的影响。太阳能光伏发电是一种清洁能源，本身没有废气排放，光伏发电本身不需要消耗水资源，也没有污水排放，没有噪声产生。电场选址位于沙漠戈壁之中，周边5km范围内几乎没有大型单位和通信设施，场地上空无微波类信号传输通道，电场设备运行对通信和电视信号不会电磁影响。光伏电场的建设既不会对周围环境产生负面影响，还可减少大气污染，改善当地的生态环境，有利于环境和资源保护。不仅可为世界闻名的敦煌石窟旅游区提供充足的电力，而且给古丝绸之路增添了新的旅游景点。
参考文献：
[1]陈祥，“十五”期间我国将加快能源结构调整[J].中国信息建设，2001年，第30期：6-8.
[2]白生菊，青海10kWp光伏并网电站系统介绍及效益描述[J].中国建设动态，阳光能源，2001年，第1期：45-47.
[3]季杰、蒋勇刚，MW级光伏并网电站关键技术研究[J].装备机械，2009年，第3期：28-32.
[4]陈祥，大型光伏并网电站科研规划的探讨[J].太阳能，2010年7月：8-12.
关键词： 光伏并网；太阳能；电站；逆变器
中图分类号：TM461 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0820108－01
0 引言
我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，能源将近76%由煤炭供给，这种过度依赖化石燃料的能源结构已经造成了很大的环境、经济和社会负面影响。
目前的太阳能光伏发电技术已经成熟，其使用寿命已经达到25-30年，要使光伏发电成为战略替代能源电力技术，必须搞大型并网光伏发电系统。从资源量以及太阳能产品的发展趋势来看，在陕西省开发太阳能兆瓦级发电项目，将改变能源结构，有利于增加可再生能源的比例，同时太阳能发电不受地域限制，所发电力稳定，可与水电互补，优化系统电源结构，没有任何污染，减轻环保压力。
1 选址说明
目前，榆林市年太阳辐射达5500-6000MJ/m2，年平均日照时数2620-2830小时，是全国太阳能资源的富集区之一，开发利用潜力巨大。
场址条件：场址距35kV变电站1.2km。日照辐射量为6882.1MJ/m2，日照小时数2776.7h，年平均风速2.7m/s，最大阵风风速20.7m/s，沙尘天数6.8d/y，平均气温8.3ºC。场地开阔、平坦，扩容空间大。这里风向稳定，破坏性风速出现几率小；土地面积广阔，地势平坦，交通方便，工程条件好；电网条件优越，有利于电向外输送。
2 太阳能电池阵列设计
2.1 太阳能光伏组件选型
现在常用的太阳电池主要有单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅电池以及薄膜电池，各种电池的特点如下表。参照各种太阳能电池的性价比，项目中采用多晶硅太阳能光伏组件。
考虑到本项目对太阳能电池的要求：单晶硅组件效率不低于15%，多晶硅组件效率不低于14%，非晶硅薄膜组件效率不低于6%。选用BYD 275P6-36型光伏组件，该组件采用具有转化效率较高、成本相对较低的多晶硅材料制作，且组件的效率高于14%的特点。BYD 275P6-36型光伏组件的技术参数如表2。
2.2 并网光伏系统效率计算
并网光伏发电系统的总效率由光伏阵列的效率η1、逆变器效率η2、交流并网η3三部分组成。光伏阵列在能量转换过程中的损失包括：组件的匹配损失、表面尘埃遮挡损失、不可利用的太阳辐射损失、温度影响、最大功率点跟踪精度、及直流线路损失等，取光伏阵列效率为85%；取逆变器效率97%；交流并网效率主要是升压变压器的效率，取95%。于是系统总效率为：η＝η1×η2×η3＝85%×97%×95%=78%。
2.3 倾斜面光伏阵列表面的太阳能辐射量计算
榆林地区年太阳辐射达5500-6000MJ/m2，日均峰值时间约4.46h，项目的年预期发电量为1269.76万度。太阳能光伏阵列安装倾角为41°。
3 太阳能光伏方阵直流防雷汇流箱设计
太阳能光伏发电组件是露天设备，必须考虑防雷设施。按照单个100kW光伏阵列配置1台光伏方阵防雷汇流箱，500KW并网逆变器需配置5个汇流箱，本项目90MW光伏并网发电系统共配置900台光伏方阵防雷汇流箱。其特点为同时可接入22路太阳电池串列；熔断器的耐压值不小于DC1000V；配有光伏专用高压防雷器，正极负极都具备防雷功能；采用正负极分别串联的四极断路器提高直流耐压值，可承受的直流电压值不小于DC1000V。
4 太阳能光伏组件清洗方案
由于本项目场址地区风沙较大，太阳能组件的蒙尘对太阳能的利用效率有较大的影响，会导致电站发电量不足，组件数量增多，成本也随之增多，不利于电站的建设。对太阳能光伏组件的清洗，可提高组件的太阳能利用率，增大组件的效率，增大电站发电量，减少投资成本。考虑到电站建设的投资成本和当地的人利资源，本方案采用人工除尘。
5 太阳能光伏并网逆变器的选择
本项目太阳能光伏并网发电系统设计为18个5MW的光伏并网发电单元，单个5MW单元由5个1MW单元构成，每个1MW并网发电单元需要2台功率为500KW的逆变器，整个系统配置180台此种型号的光伏并网逆变器，组成90MW并网发电系统。选用额定容量为500KW的性能可靠、效率高、可进行多机并联的逆变器。
6 系统组成方案原理框图
榆林市90MW的太阳能光伏并网发电系统，采用分块发电、集中并网方案，将系统分成18个5MW的光伏并网发电组，每个发电组分别经过光伏组件——逆变器后输出380V交流电，接入5个低压配电柜，通过汇流母排接入0.4/110kV升压站，最终以110kV线路接入电力系统。本工程共由18个升压站，最终有2条110kV出线。图2所示为每个1MW单元拓扑图。按照5个1MW的光伏并网发电单元进行设计，并且每个1MW发电单元采用2台500KW并网逆变器的方案。图3所示则为每个5MW单元拓扑图。每个光伏并网发电单元的电池组件采用串并联的方式组成多个太阳能电池阵列，太阳能电池阵列输入光伏方阵防雷汇流箱后接入直流配电柜，然后经光伏并网逆变器和交流防雷配电柜并入0.4KV/110KV变压配电装置。
7 环境影响评价
太阳能光伏发电厂永久占地较小，不会改变当地的动植被分布，不会对当地的生态环境产生明显的影响。太阳能光伏发电是一种清洁能源，本身没有废气排放，光伏发电本身不需要消耗水资源，也没有污水排放，没有噪声产生。电场选址位于沙漠戈壁之中，周边5km范围内几乎没有大型单位和通信设施，场地上空无微波类信号传输通道，电场设备运行对通信和电视信号不会电磁影响。光伏电场的建设既不会对周围环境产生负面影响，还可减少大气污染，改善当地的生态环境，有利于环境和资源保护。不仅可为世界闻名的敦煌石窟旅游区提供充足的电力，而且给古丝绸之路增添了新的旅游景点。
参考文献：
[1]陈祥，“十五”期间我国将加快能源结构调整[J].中国信息建设，2001年，第30期：6-8.
[2]白生菊，青海10kWp光伏并网电站系统介绍及效益描述[J].中国建设动态，阳光能源，2001年，第1期：45-47.
[3]季杰、蒋勇刚，MW级光伏并网电站关键技术研究[J].装备机械，2009年，第3期：28-32.
[4]陈祥，大型光伏并网电站科研规划的探讨[J].太阳能，2010年7月：8-12.