人類社會到目前的發展和進步都是以能量消費的增長作為“燃料”的。縱觀人類社會的進化歷史, 從人類開始保存和利用火開始, 到今天的核聚變和水電風能等清潔能源的運用, 兩者都反映了人類發展過程中能源的不可或缺, 太陽能分布式光伏發電也是當下潮流之一。
分布式光伏發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計成功的關鍵。
現在利用太陽能發電, 給各個工廠、企業、寫字樓、住宅進行分布式供電, 已經非常成熟和普及, 舉例為園區內工廠提供電能, 由于廠區耗電量較大, 幾乎可全部自用, 故可采用自發自用余電上網的分布式發電模式, 分布式光伏發電項目建成后, 可有效緩解園區內工廠的部分的供電壓力, 有效緩解地方電網的供需矛盾, 優化系統電源結構, 減輕環保壓力, 促進地區經濟可持續發展, 為該地區的節能減排作出貢獻, 符合國家對分布式光伏發電的工作思路。
01
光伏發電近況
分布式光伏發電項目由光伏組件、并網逆變器、計量裝置及配電系統組成。太陽能能量通過光伏組件轉換為直流電力, 在通過并網逆變器將直流電轉換為電網同頻率、同相位的正弦波電流, 一部分給當地負載供電, 剩余電力饋入電網。在分布式光伏發電項目可行性研究和初步設計時, 光伏組件選型和逆變器配選是重要環節。
光伏組件由若干單體太陽電池串、并聯連接和嚴密封裝組成, 現在已由傳統多晶硅、單晶硅組件發電逐步發展衍生出薄膜發電、彩鋼瓦發電等方式, 硅材料光電轉換效率也不斷提高, 轉換效率在近五年內已由14%提升至20%以上, 預計未來硅材料電轉換效率還會進一步提升。另外, 光伏組件價格在大幅下降, 近五年內已由4元/Wp降至2元/Wp, 目前來看還有下降空間和趨勢。可以預見光伏發電即將步入平價上網時代, 分布式光伏舞臺會越來越大, 這對人類未來發展是十分有利的。
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16.5%～18%, 單晶硅太陽組件的轉換效率一般在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。目前國內主流廠商生產的晶體硅太陽能組件應用于大型并網光伏發電系統的, 其規格大多數均在270Wp到360Wp之間。國內生產的60片多晶硅電池組件以270Wp和275Wp為主流產品, 單晶硅電池組件以285Wp、290Wp、295Wp為主流產品;72片多晶硅電池組件以300Wp—310Wp為主流產品, 72片單晶硅電池組件以350Wp、360Wp為主流產品。根據實際項目經驗, 單晶硅組件單片發電效率較高, 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電項目, 均應選用組串式逆變器, 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
下面以實際應用案例進行說明如何進行光伏組件和逆變器配選分析和設計。
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分布式光伏發電項目, 屋頂總面積約為16000m2, 經現場勘查, 項目可有兩個并網點, 經過負荷分析光伏組件初步排列布陣設計, 初步判斷滿足各接入光伏容量600kWp, 共1200kWp, 光伏發電項目采用自發自用, 剩余部分上網模式運行。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。作為光伏發電系統中將直流電轉換為交流電的關鍵設備之一, 組件選型對于發電系統的轉換效率和可靠性具有重要作用。結合南方電網《光伏發電并網技術標準》的及其它相關規范的要求, 并根據光伏組件容量配選逆變器容量, 可以按照以下思路進行考慮:
(1) 配上逆變器后, 并網點的三相電壓不平衡度不超過《電能質量三相電壓允許不平衡度》規定的數值, 通常是1.3%。
(2) 工程選配的逆變器裝置輸出功率因數盡量接近1, 使配置的無功補償裝置能滿足電網對無功的要求, 提高電壓質量, 降低線損。
(3) 配上逆變器后, 并網時需在電壓偏差、頻率、諧波和功率因數方面滿足實用要求并符合標準。
(4) 逆變器產生的諧波電流的總諧波畸變率需控制在3%以內, 符合《電能質量公用電網諧波》的規定。
(5) 逆變器要求質保10年, 必須滿足系統抗PID性能, 同時應具備反向充電修復功能。
(6) 逆變器轉換效率越高, 則光伏發電系統的系統效率越高, 故在單臺額定容量相同時, 應選擇轉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, 這一效率更能反映逆變器的綜合效率特性。光伏發電系統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具備最大功率點跟蹤功能。
(10) 配上逆變器后, 項目整體經濟性較佳。
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, 進行項目全生命周期經濟測算對比, 以綜合考慮光伏組件和逆變器配選。本次經濟測算主要節省了支撐結構, 直流線纜與匯流箱, 光伏場區內的施工與安裝等, 進行逆變器選配。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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