某6MW屋頂光伏發(fā)電站建設實踐研究

摘要：以廣州某6 MW屋頂光伏發(fā)電站建設項目為例，分析了該項目建設的可行性，提出了該屋頂變電站的具體建設方案，包括光伏組件選型、逆變器容量及連接方式選擇、光伏方陣設計等，為廣州地區(qū)屋頂中型光伏發(fā)電站的建設提供了參考。

關鍵詞：光伏發(fā)電站;光伏組件;逆變器;光伏方陣

1 建設屋頂光伏發(fā)電站的可行性分析

1.1? ? 太陽能資源充足

某6 MW屋頂光伏發(fā)電站項目坐落于廣州市從化區(qū)，地處北緯23°32′，東經113°34′，從化全年日照時數(shù)達1 673～1 718 h，通過檢索NASA數(shù)據庫可知，該地區(qū)22年來的太陽總輻射平均值為4 857 MJ/m2，太陽能資源豐富，可滿足光伏組件、逆變器等相關設備的運行要求。

1.2? ? 工程地質條件允許

該項目按國家標準《建筑工程抗震設防分類標準》（GB 50223—2008）以及《建筑物抗震設計規(guī)范》（GB 50011—2010）等要求，進行抗震設計。場地地殼基本穩(wěn)定，適合工程建設。

1.3? ? 當?shù)仉娏W絡發(fā)達，負荷需求穩(wěn)步增長，光伏并網無憂

廣州2020年全社會用電量達到1 250億kWh，“十三五”期間用電量年均增長5.0%，最大負荷將達到2 460萬kW，“十三五”期間負荷年均增長率為5.1%。

廣東省政府網站公布的《廣東省人民政府辦公廳關于促進光伏產業(yè)健康發(fā)展的實施意見》指出：“到2020年，我省光伏制造業(yè)持續(xù)穩(wěn)健發(fā)展，產業(yè)技術水平和自主創(chuàng)新能力位居全國前列，分布式光伏發(fā)電應用得到有效拓展。全省光伏發(fā)電總裝機容量爭取2020年達到400萬kW?！?/p>

1.4? ? 屋頂資源豐富

該項目可利用的屋頂面積合計57 338 m2，屋面多采用彩鋼板制作，為光伏組件的安裝提供了便利。

2 建設方案的確定

2.1? ? 光伏組件選型

當前市場上可供選擇的光伏組件有單晶硅太陽電池、多晶硅太陽電池、非晶硅太陽電池、多元化合物太陽電池，其中多元化合物太陽電池尚未得到工業(yè)化生產，很少采用。常見的光伏組件性能對比如表1所示。

組件功率越大，系統(tǒng)效率越高，且大功率組件安裝更快速、簡便，減少了設備的安裝材料、系統(tǒng)連線費用，降低了線損。因此，光伏組件的選型優(yōu)先考慮效率高的大功率光伏組件，本項目綜合考慮屋面荷載以及投資費用，選用305 Wp的單晶硅光伏組件。

2.2? ? 逆變器容量及連接方式選擇

當前逆變器主要有集中式逆變器和組串式逆變器兩種。

集中式逆變器：設備功率在50～630 kW，一般為500 kW和630 kW，功率器件采用大電流IGBT，系統(tǒng)拓撲結構采用DC-AC電力電子器件變換全橋逆變、工頻隔離變壓器的方式。

組串式逆變器：功率一般不大于50 kW，功率開關管采用小電流的MOSFET拓撲結構采用DC-DC-BOOST升壓和DC-AC全橋逆變兩級電力電子器件變換。組串式逆變器和集中式逆變器比較如表2所示。

根據目前的逆變器技術水平及市場價格，綜合考慮可靠性、實用性、靈活性等要求，結合本項目的裝機容量及設備運輸條件，決定選用50 kW組串式逆變器和500 kW集中式逆變器相結合的方式。

2.3? ? 結合屋頂資源現(xiàn)狀進行設計

該項目企業(yè)的分揀車間1、分揀車間2、配送倉庫1、配送倉庫2為彩鋼瓦屋面，且屋面結構形式一致，屋面方位角為2°，屋面傾角4°，光伏組件與屋面方位角一致且沿屋面傾斜角安裝。停車場新建光伏車棚方位角為0°，車棚傾斜角設計為3°，利用光伏組件作為車棚的天面。輪胎堆場新建鋼結構廠房方位角為0°，屋面傾斜角設計為3°，光伏組件沿屋面傾角安裝。該項目基本配置如表3所示。

2.4? ? 光伏方陣設計

2.4.1? ? 光伏組件的串/并聯(lián)設計

設計原則：

（1）光伏組件串聯(lián)形成的組串、輸出端電壓的變化范圍必須與逆變器的輸入電壓范圍相符。

（2）并聯(lián)連接的全部光伏組件串的總功率應大于逆變器的額定功率。

（3）光伏組件組串后，最高輸出電壓不允許超過光伏組件自身要求的最高允許系統(tǒng)電壓。

2.4.2? ? 光伏組件串的串聯(lián)數(shù)計算

在光伏方陣中，同一光伏組件串中各光伏組件的電性能參數(shù)宜保持一致，光伏組件串的串聯(lián)數(shù)應按下列公式計算：

式中：Kv為組件的開路電壓溫度系數(shù);K′ v為組件的工作電壓溫度系數(shù);N為組件的串聯(lián)數(shù)（N取整數(shù)）;t為組件工作條件下的極限低溫（℃）;t′為組件工作條件下的極限高溫（℃）;Vdcmax為逆變器允許的最大直流輸入電壓（V）;Vmpptmax為逆變器MPPT電壓最大值（V）;Vmpptmin為逆變器MPPT電壓最小值（V）;Voc為組件的開路電壓（V）;Vpm為組件的工作電壓（V）。

本項目采用的是單晶硅光伏組件，采用24塊組件串聯(lián)。

2.4.3? ? 光伏組件串的并聯(lián)路數(shù)計算

根據逆變器容量及光伏組件串的容量確定并聯(lián)數(shù)。光伏組件串的并聯(lián)個數(shù)計算公式如下：

式中：Np為組件串并聯(lián)個數(shù);Po為系統(tǒng)輸出總功率（Wp）;Pm為單個組件最大輸出功率（Wp）;Ns為組件串聯(lián)個數(shù)。

本項目每臺50 kW逆變器取7路或8路輸入，每臺500 kW逆變器取15路或16路輸入。

2.4.4? ? 光伏陣列的間距計算

固定式布置的光伏方陣，在冬至日當天09：00—15：00太陽不被遮擋的間距可根據以下公式計算：

式中：L為陣列傾斜面長度;D為兩列陣列之間的距離;β為陣列傾角;？準為當?shù)鼐暥取?/p>

根據《廣州市太陽能光伏發(fā)電建筑應用設計導則》，彩鋼板屋面由于荷載的原因不設帶傾角的支架，直接平鋪在屋面上，不存在光伏電池組件相互遮擋的問題。彩鋼板屋面固定支架光伏組件方陣實施效果如圖1所示。

3 結語

本文介紹的某6 MW屋頂光伏發(fā)電站建設項目，緩解了日趨緊張的電力供需矛盾，改善了電網結構，能夠利用當?shù)氐淖匀粷崈裟茉礊槠髽I(yè)用戶的生產運行提供有力的幫助，促進當?shù)亟洕€(wěn)定發(fā)展，在光伏發(fā)電行業(yè)起到示范和推動作用，具有較好的社會效益和經濟效益。

[參考文獻]

[1] 郭生全.光伏發(fā)電站系統(tǒng)的優(yōu)化設計建設探討[J].智能城市，2019（6）：58-59.

[2] 王歡歡，姚蕾，田聰聰.影響光伏電站經濟性收益的主要因素分析[J].通訊世界，2018（3）：337-338.

[3] 劉江.建筑屋頂太陽能光伏發(fā)電項目的分析研究[J].能源與節(jié)能，2014（6）：85-86.

[4] 張湉，呂丹，何懼.某光伏電站總圖設計及布置探討[J].太陽能，2014（10）：24-26.

收稿日期：2020-07-24

作者簡介：李春松（1970—），男，湖南瀏陽人，工程師，從事發(fā)電廠、變電站的電氣設計工作。