光伏发电系统设计及应用(收集5篇)
光伏发电系统设计及应用篇1
1分布式太阳能光伏发电原理及系统组成
太阳能光伏发电其基本工作原理[2～3]如图1所示，当太阳光照射到半导体材料组成的PN结时，一部分被反射，其余部分被PN结吸收，被吸收的辐射能有一部分变成热，另一部分以光子的形式与组成PN结的原子价电子碰撞，产生电子空穴对，在PN结势垒区内建电场Ei的作用下，将电子驱向N区，空穴驱向P区，使N区有过剩电子，P区有过剩空穴。在PN结附近形成与内建电场方向相反的光生电场Eph。光生电场除一部分抵消内建电场外，还使P层带正电，N层带负电，在N区和P区间的薄层产生光生电动势，即“光生伏打效应”。若分别在P型层和N型层焊上金属引线，接通负荷，在持续光照下，外电路就有电流通过，形成一个小的太阳能光伏电池单元，经过串并联组合构成光伏阵列，就会在太阳能作用下输出足够大的电能。本文所述分布式太阳能光伏发电系统是将分散在钢铁企业现有厂房屋顶，利用光电转换原理和相应的光电转换器进行发电，其输出为直流，通过控制逆变器变换成交流，并经过相位整合后采用低压并网方式并入交流电网，其组成如图2所示。梅钢光伏发电系统由光伏（太阳能电池）组件、智能型汇流箱、直流柜、并网逆变器、隔离变压器（升压变压器）、配电网络以及调度监控系统组成。在具体构成中，分布式光伏电源通过400V交流母线汇流后再经过0.4/10kV专用升压变接入该企业10kV的配电系统，梅钢分布式光伏发电系统构成如图3所示。
2钢铁企业分布式光伏发电系统
钢铁企业分布式发电系统是基于钢铁企业的现有地理环境、供配电系统、能源管理系统及通信网络等，因此钢铁企业光伏发电系统在决策阶段和方案制定阶段必须综合考虑钢铁企业周边供电网络现状及发展，兼顾节约资源、工程可行性以及电网安全方面要求，同时考虑到光伏系统发电规模及运行管理等因素。
2.1光伏发电系统概况梅钢分布式光伏发电系统总建设功率为20MWp，使用标准功率为245Wp的多晶硅组件81664块，实际安装功率为20007.68kW。系统多晶硅光伏组件分别铺设在屋顶坡度为三度的镀锌主厂房、酸轧主厂房、连退镀锡主厂房、热连轧车间等12个厂房屋顶上。按照厂区车间分布情况，设立7个接入点，分别接入10kV配电室母线，梅钢光伏发电系统电气一次接入如图4所示。
2.2系统保护配置2.2.110kV线路保护10kV线路在用户10kV侧配置1套线路方向过流保护器，光伏系统侧不配置，依靠用户侧线路保护切除线路故障。光伏系统线路发生短路故障时，线路保护器快速动作，瞬时跳开相应断路器，从而满足全线故障时快速切除故障要求。
2.2.2母线保护光伏系统侧为线变组接线，经升压变后直接输出，因此不配置母线保护。
2.2.3安全自动装置在光伏发电系统进线侧装设一套具备失压跳闸功能及检有压（同期）合闸功能的自动装置，实现频率电压异常紧急控制功能，跳开进线侧断路器。
2.2.4防孤岛保护电网失压时，光伏发电系统仍保持对失压电网中的某一部分线路继续供电的状态称为孤岛现象。非计划性孤岛效应的发生，可能危及线路维护人员和用户的生命安全，干扰电网的正常合闸，造成孤岛中的频率和电压失去控制。根据《分布式光伏发电接入配电网相关技术规定》要求，分布式光伏应具备防孤岛保护功能。光伏发电系统侧设防孤岛保护，采用具备防孤岛能力的逆变器。当电网断电时，逆变器迅速监测孤岛现象，关断逆变器，立即断开与电网连接，使光伏发电系统处于停止发电的状态。梅钢采用三相集中型逆变器，具备低电压闭锁及检有压自动并网功能。
2.2.5其他光伏发电系统逆变器还具备装置异常时能自动脱离系统的功能，能同时具备耐受电压异常及耐受系统频率异常的能力，能满足《国家电网公司光伏电站接入电网技术规定》中在电网电压或频率异常时的运行时间要求。
2.3电能质量分析本文从谐波、电压波动、电压不平衡度及直流分量等方面分析光伏电站对电网系统的影响。
2.3.1谐波太阳能光伏发电系统通过光伏组件将太阳能转化为直流电能，再通过并网型逆变器将直流电能转化为与电网同频率、同相位的正弦波电流，并入电网，在将直流电能经逆变转化为交流电能的过程中会产生谐波。梅钢的光伏发电系统各并网点接入的10kV母线相应的公共连接点为220kV变电站，距实际接入点较远，光伏发电系统与公用电网之间有2～4级变压器隔离，如图3所示，因此对公用电网的影响很小。梅钢的光伏发电系统与电力用户在同一场所，分7个接入点接入用户内部的10kV配电室，7个并网点的接入功率最小为1.309MW，最大为5.049MW，属于分布式光伏发电，所发电量由用户“自发自用，余电上网”。由于采用的逆变器各项指标合格，而光伏发电系统电能质量问题主要由光伏逆变器设备引起，因此该分布式光伏发电系统的电压偏差、谐波、闪变及电压波动、三相不平衡等电能质量指标均能满足GB/T12325、GB/T14549、GB/T12326、GB/T15543等电能质量国家标准的规定。
2.3.2电压波动及偏差太阳能光伏发电装置的实际输出功率随光照强度的变化而变化，白天光照强度最强时，发电装置输出功率最大，夜间无光照，输出功率基本为零。由于光伏发电系统仅影响接入点所在的用户变电站白天电压水平，一般不会恶化接入点的最大电压偏差，同时，光伏电站配置的逆变器具备无功功率调节及电压控制能力。因此，该钢铁企业光伏发电系统引起的电压偏差在标准允许范围内。
2.3.3电压不平衡度及直流分量经论证三相光伏逆变器交流输出电压存在不平衡，其负序电压不平衡度为0.1%，但仍然能够满足《电能质量三相电压不平衡度》规定的“接于公共连接点的每个用户引起该点负序电压不平衡允许值一般为1.3%，短时不超过2.6%”的要求。由于该钢铁企业光伏发电系统逆变器输出升压后接入电网，通过升压变压器低压侧三角形绕组将直流分量隔离（如图4所示），故直流分量不会被送到电网，因此，也能够满足《国家电网公司光伏电站接入电网技术规定》中关于直流分量的相关要求。
2.4调度自动化根据《地区电网调度自动化设计技术规程》、《国家电网公司光伏电站接入电网技术规定》以及《江苏光伏电站接入系统导则（2010年版）》等有关文件，该钢铁企业在调度系统接口、光伏电站远动设备、通道要求及附属设备选择等方面对调度自动化进行设计。
2.4.1调度关系及调度管理该钢铁企业光伏发电系统以7回10kV线路接入用户变10kV配电室高压间隔，并纳入本市供电公司调度控制中心调度运行管理，上传信息主要包括并网设备状态、并网点电压、电流、有功功率、无功功率和发电量，调度控制中心实时监视光伏发电系统运行状况。光伏发电关口计量点设置在光伏电站为10kV的出线侧。
2.4.2远动系统本市供电公司调度系统连接企业光伏发电监测系统的远动信息。企业光伏发电控制中心采用GPRS数传终端，通过RS232连接远动服务器的数据上传端口，为电厂与调度之间提供一个无线数据传输通道，该通讯规约采用IEC60870-5-101。省电力公司通过移动APN专网接收光伏站实时信息，并将数据通过逻辑强隔离装置发送至省公司信息内网数据库，FTP服务器定时生成数据接口E文件，南京地调EMS系统从省公司信息内网FTP机上获取光伏站端实时数据，并通过电力反向安全隔离装置发送到一区EMS系统。梅钢光伏发电调度自动化系统配置如图5所示。
2.5光伏年发电计算
2.5.1发电转换效率分析并网光伏发电系统的能量损失主要有光伏阵列能量损失、逆变器能量损失、交流并网能量损失等三部分。该钢铁企业光伏发电系统由于场地地形复杂，直流电缆损耗大，取85%计算；依据逆变器参数，考虑光伏发电大部分时间非满载运行，取95%计算；由于逆变器与升压变布置在一起，并网能量损耗较小，取97%计算。
2.5.2发电量计算根据太阳辐射能量、光伏系统组件总功率和总效率等数据，考虑不同电池组件效率随着时间存在衰减的实际状况，该钢铁企业20MWp并网光伏发电系统25年发电期间的每年发电量计算为：（1）25年总发电利用小时数为23021h，总发电量约为46042万kW•h；（2）25年年平均利用小时数为920.85h，年均发电量为1841.69万kW•h。
3经济效益分析
太阳能的广泛利用可以减少一次能源（如煤、石油、天然气）的利用，在全球环境污染问题越来越严重的情况下，充分利用可再生资源发电，可以在提供电源的同时，不产生烟尘、SO2、温室气体、废水等污染物，不会因项目开发造成自然界不可恢复的破坏，有利于环境的保护，是一种绿色可再生的清洁能源。光伏发电系统建设符合国家可持续发展规划，有利于社会发展，能带来良好的社会效益和经济效益。以梅钢分布式光伏发电系统为例，光伏发电系统的投入运行后每年可为电网提供约1841.69万kW•h电量，与相同发电量的火电厂相比，相当于每年可节约标煤0.636万（t以平均发电标煤煤耗为346g/kW•h计），每年可以减少二氧化硫排放量约54t，二氧化碳约16663.3t，氮氧化物47.06t，同时还可节约大量水资源。因此，大力开发太阳能资源，发展钢铁企业分布式光伏发电，不但可节约宝贵的一次能源，还可以避免由于火力发电厂建设造成的环境污染。随着国家能源战略的实施，发展光伏发电将成为实现能源、经济、社会可持续发展的重要途径。
4结语
光伏发电系统设计及应用篇2
关键词：光伏发电系统；防雷设计；防雷器
Abstract:withtherapiddevelopmentofourcountrysolarpower,(pv)powersystemoflightningprotectiondesignhasbecomeChina'ssolarphotovoltaicpowergenerationtheimportantcontent.Asisknowntoall,lightninglightvcomponentfunctionwouldcausethelightbackdiodebreakdownandcomponentsbetweenPNjunctionbreakdown,heavythendamagecontrollerandinverterorac,dcloadequipmentandperipheryconnectionequipment.Therefore,inordertoensurethatsolarphotovoltaicpowergenerationsystemofsafe,reliable,andhavetobesolved,lightningprotectionproblems.Thispaper,fromtheoptimization(pv)powersystemstructuredesignandlightningprotectiondevicedesignandinstallationofthetwoaspectsexpoundshowtodo(pv)powersystemoflightningprotectiondesign.
Keywords:photovoltaicpowergenerationsystem;Lightningprotectiondesign;Lightningprotectiondevice
中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：
当前，人类对雷电只能采取相应的预防性措施，变被动引雷为主动引雷以减少雷电带来的灾害。我国大部分楼层建筑多采用避雷带和避雷针等防雷措施。现行光伏发电系统防雷是以传统防雷为基础，通过强化防雷系统结构和装置的选型而实现。防雷问题业已成为光伏发电系统使用的重要问题，而解决此问题的最好方法即在光伏发电系统设计过程中设计可靠防雷装置，最大限度的降低雷电对光伏发电系统的破坏。
一、太阳能光伏发电系统设备雷电防护
太阳能发电是通过转换装置把太阳辐射转换成电能。太阳能光伏发电系统雷电电磁脉冲干扰的入侵对太阳能光伏发电系统设备的影响，主要由以下几个方面造成：①直击雷，太阳能电池板大多都是安装在室外屋顶或是空旷的地方，所以雷电很可能直接击中太阳能电池板，造成设备的损坏，从而无法发电；②传导雷，远处的雷电闪击，由于电磁脉冲空间传播的缘故，会在太阳能电池板与控制器或者是逆变器、控制器到直流负载、逆变器到电源分配电盘以及配电盘到交流负载等的供电线路上产生浪涌过电压，损坏电气设备。
太阳能光伏发电系统直击雷防护太阳能光伏发电设备外部防雷系统的作用是提供直击雷电流泄放通道，使雷电不会直接击中太阳能电池板。外部防雷系统包括三部分：接闪器、引下线和接地地网。太阳能发电系统必须有相对完善的外部防雷措施，以保证在室外的太阳能电池板不被直接雷击损坏。
二、优化光伏发电系统结构设计
太阳能光伏发电系统避雷监控系统主要应防止直击雷、雷电感应及雷电波侵入[2]。因此，可针对不同的雷电危害方式采取相应防雷措施和防护方案。
对直击雷的防护包括对太阳电池阵列和光伏电站建筑的防护。对户外的光伏电池阵列进行有效防护，首先要正确计算光伏电池阵列年预计雷击次数，然后利用滚球法计算出需要避雷的范围，防雷设备主要采用避雷针。应避免将光伏电站建在易发生和易遭受雷击的位置，尽量避免避雷针的投影落在太阳能光伏组件上，使其能够更合理地避免直击雷对光伏组件的影响。
太阳能光伏电站在进行防雷设计时，必须采取有效措施，防止雷电感应和雷电波侵人。考虑用避雷器和可靠接地系统等对雷电感应和雷电波侵人进行防护。控制器和逆变器一般采用全户内型，为使光伏电池组件、控制器和逆变器在受到直击雷和感应雷时能有可靠的保护，在光伏电池组件支架、控制器和逆变器的非导电体的屋顶上装设环形避雷带作为防雷保护，并且避雷带设有数个独立引下线。
雷电波侵入的主要途径是架空导线和光伏阵列到机房的引入线。因此，对避雷方案进行改进，可以采取多级防护措施对太阳能光伏发电系统进行保护。在太阳电池方阵接线箱内安装防雷模块；保持太阳电池方阵接线箱与控制柜间距小于lOm；在控制器、逆变器内安装防雷元器件，使其具有防雷保护功能；在交流输出端，传统的低压阀式避雷器的做法，可改用更加灵敏、安全、方便的浪涌保护器即防雷模块；防雷器件全部安装于防雨防尘的电源箱内，固定在架空出线杆上，防止雷电波由输电线路进入机房，这样就可以很好地对雷电波侵入进行有效防护。
三、防雷器的设计与安装
防雷器又称过电压保护器，用于电源线防护的防雷器称为电源防雷器。鉴于雷电致损特点，雷电防护尤其在防雷改进中，基于防雷器防护方案是最简单经济的雷电防护解决方案。防雷器的主要作用是瞬态现象时将其两端的电位保持一致或限制在一个范围内，转移有源导体上多余能量。
在光伏发电系统防雷模块或防雷器设计中，建立电源设备的保护系统，以便既能够吸收放电产生的长时间高幅脉冲，又能够达到低剩余电压水平。在总配电箱或子配电箱内安装的过电压保护器采用大功率压敏电阻模块作为保护元件。设备保护防雷器内采用的是压敏电阻和充气式过电压防雷器的组合线路。大功率电路中的压敏电阻必须按照各种国家和国际标准不断地对其温度情况，即漏电流的流动情况进行检验。因此，光伏供电系统保护用压敏电阻一般都配有温度保险管或热熔断器。
交流电源防雷模块采用复合对称电路，共模、差模全保护，L,N可以任意接，安全性高，压敏电阻短路失效后能与电路脱离，一般不会引起火灾。可以安装在三相四线交流电源，单相二线电源的输入或者输出端以及适配电室、配电柜、开关柜、交直流配电控制系统和其他各种重要设备、容易遭遇受雷击的设备中，以保护设备电源系统免受雷击过电压造成的损害。直流电源防雷器可以安装在直流电源的正、负极之间及正极(或负极)与地之间，可以防止电源线之间和电源线与地之间的雷电过电压和瞬态电压对设备造成的损坏。具体电路见下图1所示[3]。
图1防雷器部分电路示意图
四、结语
在太阳能光伏并网离网的各种发电系统中，不仅需要考虑对直击雷的防护，还需要考虑对非直接雷击(雷电感应和雷电波)的防护。与此同时，不仅要知道雷击的次数，还要知道每次雷击的强度以及整个防雷系统内各个避雷装置的工作损坏情况。因此，完善的雷电防护系统，对于保护太阳能光伏发电系统的设备和人身安全至关重要。在今后的设计中，我们应该充分考虑太阳能发电系统的雷电防护方案、光伏发电设备安装地点的选择，尽量避开雷电多发区域的设备安装，完善各项设计指标，确保太阳能光伏发电系统的正常工作，达到使其有效和安全运行的目的。
参考文献：
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[2]周天沛.全自动光伏发电装置的设计[J].自动化技术与应用,2011,(01).
光伏发电系统设计及应用篇3
近几年来，我国光伏产业经历了高速发展期。特别是在2007年，我国光伏产业呈现出爆发式增长，使得我国一跃成为全球第一大生产国；而且，高纯多晶硅技术以及其他许多关键生产技术装备的研发和国产化工作也取得令人鼓舞的进展。
但是，2007年以来，我国光伏产业也集中爆发了一系列相互关联、引起高度关注甚至激烈争议的问题，主要包括：不协调的产业链结构、绝大部分产品出口国外的市场格局、生产过程导致的国内高能耗和四氯化硅环境污染、全球技术和市场竞争加剧下的产业风险和可持续发展能力、光伏发电的商业化前景和时间表等。这些都是当前广受热议的焦点问题，也是推动我国光伏产业发展和太阳能利用的重大问题。
二、国内外光伏产业的最新进展和发展趋势
(一)我国光伏产业的最新进展
近几年来，我国光伏产业经历了爆发式增长，已基本形成了涵盖多晶硅材料、铸锭、拉单晶、电池片、封装、平衡部件、系统集成、光伏应用产品和专用设备制造的较完整产业链。产业链各个环节的专用设备和专用材料的国产化加快，许多设备完全实现了国产化并有部分出口。截止到2007年底，全国太阳能电池和组件的生产能力分别达到2.9GWp和3.8GWp，当年产量分别比2006年增长148％和138％，达到1.1GWp和1.7GWp，均占世界总产量的27％以上，使我国成为全球第一大太阳能电池和组件生产国。2007年我国光伏产业的销售收入也增加到1000亿元，从业人员达到8万人以上。
特别是多年持续严重制约我国光伏产业发展的高纯多晶硅制造技术，在这两年内实现了重大技术突破。在科技部和国家发展改革委等有关部门支持下，2007年新光硅业、洛阳中硅、江苏中能等3个企业分别建成了千吨级高纯硅生产线，使得全年高纯硅产量大幅增加到1130吨。2008年，随着江苏中能二期和重庆大全的各自1500吨多晶硅工程的建成投产，预计国内超纯多晶硅的全年产量将超过4000吨。而且，重庆大全和江苏中能公司实现了还原尾气回收利用技术和多晶硅还原炉制造技术的重大突破；据介绍，综合能耗已降到150-180kWh/kg(使得成本降低到约50美元／kg)，显著低于其他国内同类企业的250-300kWh/kg，主要物料的综合回收率也超过98％。最近，江苏中能等一些国内企业还在积极准备开发引进流化床法、硅烷法等新型高纯硅生产技术，可望使高纯多晶硅生产的综合电耗降至2050kWh/kg，成本降至15-25美元／kg。据不完全统计，目前全国至少有33家高纯硅生产企业的一期工程产能总计约为4.4万吨(规划总产能高达8.8万吨)，如果这些项目能顺利建成投产，预计我国2010年的多晶硅产量将超过3万吨，将从根本上缓解高纯硅材料的供需紧张的矛盾。
随着我国光伏产业的迅速发展壮大，不少地方和企业近年来积极建设MWp级并网光伏系统(主要是建筑屋顶光伏系统)。据不完全统计，截止到2008年5月，全国已建和在建11个MWp级并网光伏系统，大部分预计在2009年建成。一些光伏设备制造企业还积极探寻建设更大规模光伏发电站的机会；江苏等省份还提出制定“万个太阳能屋顶计划”。我国第十届中国太阳能光伏会议的《常州宣言》提出了非常积极的目标，力争在2015年前使光伏发电成本下降到1.5元／kWh，在10年内使光伏发电量占到全国总发电量的1％，这意味着大约500亿kWh的年发电量和超过4000万kW的装机量。
(二)国际光伏产业的进展和发展前景
在国际上，光伏发电产业得到了许多国家的持续政策扶持，光伏发电的成本也随着太阳能电池技术进步、硅原料和组件供需形势逐步缓解而快速下降，使光伏发电成为增长速度最快、初步实现规模化发展的可再生能源发电技术。
日本2008年恢复了中断两年的居民屋顶并网光伏发电系统的投资补贴政策。美国目前30多个州都实施屋顶并网光伏发电净电量计量法政策；美国联邦政府2008年又延长了光伏投资税减免政策。德国继续对光伏发电实行为期20年的固定电价，2008年平均上网电价为45.7欧分，kWh。
国内外光伏产业界已开始描绘以居民销售电价和峰谷电价为临界点的并网光伏发电商业化时间表。德意志银行预计多晶硅太阳能电池技术的发电成本最低可降到$0.1/kWh以下(约合0.7元人民币，kWh)，乐观估计大约在2015-2016年左右可降到$0.15/kWh(约合1元人民币／kWh)，使得光伏发电将于2010-2013年期间首先在日本、德国、西班牙等实行较高平均零售电价的国家开始商业化发展。
在扶持政策和发展前景激励下，2002年以来，全球光伏发电装机年均增长率超过40％。2007年全球新增装机量同比增长62％，当年统计安装量为2.83GWp，累计总装机容量大约为12GWp。据有关预测或展望，未来数年全球光伏市场将以大约60％的速度增长，2023年累计装机将达到200GWp，绝大部分为并网光伏发电。
值得注意的是，2007年以来愈演愈烈的金融危机乃至可能的经济危机，预计会减弱全球光伏发电市场增长速度，并影响光伏设备制造业的发展。主要原因包括：一是全球金融危机普遍增加融资难度，而资金密集型的光伏产业也不能独善其身；二是国际能源价格(以油价为代表)的大幅回落将扭转各国销售电价持续增长的趋势，从而延迟光伏发电实现电网平价(gridparity)的时间点；三是各国在金融危机和财政能力影响下，其今后的光伏产业补贴政策将存在一定的不确定性。
三、我国推动光伏产业发展和市场应用的障碍和挑战
虽然我国光伏产业近年来实现了长足进步，但也存在不容忽视的技术、环境和市场风险；近期推动国内光伏市场应用也面临成本高、上网难、缺乏经验等障碍。
(一)国内光伏技术仍存在总体水平不高、内在竞争力不强和短期环境风险
由于我国光伏产业发展历史短、基础研究工作薄弱，目前我国光伏技术总体水平仍然不高，太阳能电池及组件的效率和质量水平仍然普遍低于世界先进水平，在新型高效的太阳能电池和高纯硅生产技术的研究开发方面也落后于欧美日发达国家，许多装备主要依赖国外引进。因此，目前我国太阳能光伏产业仍主要依靠市场驱动而非技术驱动，缺乏强大的内在竞争力。特别是目前国内大多数高纯多晶硅企业仍面临物料闭路循环和废液废气污染物回收处理等方面的技术瓶颈，存在四氯化硅副产品的环境污染风险，成为我国高纯硅行业发展的重大制约因素。
(二)产业和市场发展不平衡，不利于产业持续稳定发展和节能减排
过去几年内，我国光伏产业界抓住欧美国家光伏市场的快速增长的机遇，利用国内人力和资源成本较低的比较优势，实现了迅速起步与发展壮大。但业界普遍预测，由于近年全球光伏产业的产能迅速扩张以及金融危机影响，未来两年内世界光伏组件和高纯硅材料市场将呈现供过于求的趋势，使光伏产业面临大规模洗牌。
最近我国光伏企业已普遍停止扩产、削减产量。在这个洗牌过程中，利润率最高的环节也将逐渐转向下游的光伏发电运营业，使得出售光伏电力比出售光伏组件和系统具有更长远稳定的回报，这也是传统光伏产业界(光伏设备制造业)日益重视、极力呼吁启动国内光伏市场的根本原因。但是，我国光伏市场的发展却滞后于国内光伏产业和国际光伏市场，2007年我国新增光伏发电装机量为20MWp，仅为当年国内太阳能电池产量的2％和全球总新增装机量的0.71％，其中并网光伏发电装机仅为2MWp。因此，目前这种产业和市场格局意味着我国光伏产业面临日益突出的市场风险。而广受争论的光伏产业的高能耗问题，其实质问题也在于产业和市场发展不平衡，即取决于国内光伏产业链建设和国内外市场的选择。相关研究已达成基本一致的结论，目前多晶硅太阳能光伏发电系统的生产过程所耗能量的回收期只有两到三年。但是，如果在国内生产高纯硅料及硅棒／锭和硅片(占光伏系统生产总能耗的70％-80％)、在国外应用光伏发电系统，则光伏产业对我国而言即是高能耗的出口加工业。
(三)光伏产业在近中期仍缺乏足够经济竞争力，有赖于政府政策扶持
并网光伏发电的初投资目前大约为5-6万元／kW，预期上网电价3-5元／kWh，离网光伏系统的投资和供电成本更高，需依赖优惠的价格和财税政策扶持。最近数十年全球光伏市场的重心随着各国光伏市场政策的变化而先后从美国(1996年以前)转移到日本(1996-2002年)和欧盟(2002年以来)，即充分反映了全球光伏市场的需求主要是由扶持政策推动的。目前我国还未制定比较系统完善的光伏发电经济激励政策，全国已建成的100多个并网光伏发电项目中只有2个项目在2008年6月经国家发展改革委准予享受4元／kWh的优惠上网电价，有待于加快制定必要适度的财政补贴和优惠上网电价扶持政策。
(四)有待于制定落实光伏发电上网的具体政策措施
由于光伏发电系统增加了不可调度的电力装机，目前的技术标准也没有关于无功补偿以及电网调度等问题的相应标准和管理规程，使得电力部门不愿接受光伏发电上网。我国已建成的光伏并网发电示范项目都处于试验性并网状态，不允许光伏电力通过电力变压器向高压电网(10kV)反送电，只允许在低压侧(380V/220V)自发自用。因此，目前我国还缺乏真正的光伏发电上网项目和充分的经验。
四、关于我国光伏产业发展道路的探讨
为应对根据我国光伏产业面临的挑战，切实建立符合国情的产业发展道路和政策措施，我国需要正确处理产业、技术和市场的关系，解决以下三个主要问题。
(一)如何增强国内光伏产业的技术水平和持续发展能力
产业发展从根本上取决于技术驱动(竞争力增强)和市场拉动。虽然不少业内人士呼吁立即启动国内规模化并网光伏发电市场以支撑我国光伏产业，但目前的高成本使得大规模发展光伏发电目前仍难以承受。而且，如果我国在当前启动大规模光伏市场和补贴，必将立刻扭转光伏市场的回落趋势，推高光伏发电成本。另一方面，国际光伏市场仍保持增长态势，仍为国内光伏产业提供了必要的支撑。鉴于此，近期仍要努力通过技术进步、健全产业链、巩固开拓国际市场、建设国内示范项目来进一步降低成本、增强产业的持续发展能力。在产业链中，太阳能电池和组件制造业符合我国的人力资源优势和扩大就业政策导向，仍是应首要鼓励发展的环节。自主化生产高纯硅是中国光伏产业降低价格的必由条件，但必须重点支持清洁高效、低成本的高纯硅生产技术的研发和产业化。
(二)近中期国内光伏市场应确立的主要发展方向
由于欧、美、日等国家早已实现电力普遍化服务，其太阳能光伏的推广应用在上世纪90年代就瞄准了并网光伏系统(主要是屋顶并网光伏系统)，并于近年来加快大规模应用，包括大规模地面并网光伏电站。而我国目前还有大约100万无电户需要在2023年以前采用光伏和风光互补发电系统解决用电问题，潜在市场容量为200-1000MWp(1GWp)，应成为近中期首要考虑、予以扶持的光伏市场。虽然某些企业认为必须依靠并网光伏发电而非离网发电来支撑光伏产业发展，但其实质问题在于只有并网光伏发电才能使得光伏企业进入下游市场并实现稳定售电收入，故而光伏企业十分热衷于并网光伏发电。不过，从政府的公共服务责任和有限财政资源来看，我国近期光伏发电的首要方向仍然是面向无电区的电力建设，同时可根据相关科技攻关和前期产业化工作要求建设一批并网光伏系统／电站，为启动大规模并网光伏发电市场做好技术性准备。
(三)我国应制定光伏产业和国内市场应用扶持政策
按照前述的光伏产业政策目标和国内市场应用方向的相关思路，我国在当前和近期仍要坚持并加强相关科技、财税、外贸优惠扶持政策，以进一步提高核心技术能力、完善产业链条、扩大中游电池组件产业能力及国际市场份额。另外，根据国内无电区电力建设和并网光伏发电示范项目建设的需求，予以必要适度的财政补贴和优惠上网电价支持。鉴于我国还没有并网光伏发电的充分经验和可靠成本评估，也缺乏相近电价的支撑，而且地区差别较大，故而难以立即制定颁布统一的固定电价，而需要通过招标等途径探索相关经验，积累必要数据。
五、结论和建议
我国的光伏产业通过持续开展技术研发和市场化运作，迅速建立了基本完整的产业链，使我国一跃成为世界太阳能电池和组件生产大国，为我国加快开发利用太阳能资源初步奠定了坚实基础。但是，光伏发电价格仍然高昂，我国光伏产业仍未完全摆脱“低水平扩张的出口依赖型产业”特征。为此，我国在近期宜制定实施以“提高技术和产业持续发展能力、促进经济发展和增加就业、提供国内电力普遍服务”为中心目标的产业发展战略和政策，近期应抓紧开展如下工作。
(一)大力加强先进技术的研发和产业化，扶持“技术推动型”的光伏设备制造业
要重点研发清洁高效、低成本、新型的高纯硅和太阳能电池生产技术，近期重点支持企业逐步完善改良西门子法，开展流化床法、硅烷法、冶金法等新兴高纯硅生产技术研发和产业化工作。应支持技术领先的企业扩大产能，建立国家光伏技术研发和产品检测中心。要加强相关科技、财税、外贸优惠等扶持政策，鼓励支持发展符合我国的人力资源优势和扩大就业政策导向的太阳能电池和组件制造业，巩固和扩大国际市场份额。
(二)稳步开拓“离网和并网并行，不同阶段各有侧重”的国内光伏应用市场
在近期(估计2015年前)，应在难以延伸电网或建设水电站的无电地区加快建设光伏电站和推广户用光伏系统，另外根据技术研发和项目示范工作需要建设一批集中并网的大型建筑屋顶光伏系统、分散并网的居民屋顶并网光伏系统及新型太阳能建筑一体化光伏系统。在中期(估计2015年左右)，随着无电区电力建设接近尾声和光伏发电成本趋近销售电价，首先扩大建筑屋顶和建筑一体化并网光伏市场，并稳步建设地面并网光伏系统。在长期(预计2023年以后)，随着光伏发电成本接近常规发电成本，全面扩大各类并网光伏市场。
为此，近期应研究制定用户侧低压端光伏系统的发电上网和电量监控技术规程，制定颁布针对工商业和居民的“净用电量计费”管理办法，制定实施投资补贴和税收优惠政策；制定大型地面并网光伏电站示范项目的实施投资经营主体和上网电价的招标办法等。在中期(2015年左右)，随着经验和成本数据的积累再引入建立“控制总量规模的固定电价制度”，为在2023年后全面实施固定电价制度做准备。
光伏发电系统设计及应用篇4
【关键词】光伏电站；并网；系统设计
能够直接和电网并网输送电能的光伏发电系统叫做并网型光伏电站，不向电网供电的叫离网型光伏电站。光伏电站可以带蓄电池和不带蓄电池等方式系统，带蓄电池的储能方式并网发电系统可调度性更强，能够根据需求接入或者退出电网，也可以用作电网故障时的备用电源，是一种清洁的可再生能源，研究大型光伏电站系统设计，对进一步提高光伏电站的效率和综合建设效益有着重要意义。
一、总体方案
（一）光伏阵列运行方式
光伏组件的发电量主要和光伏阵列入射角有关，通过研究自动跟踪系统自动调整阵列的入射角度，可以更好的利用光照资源，提高发电效率。
跟踪系统有单轴和双轴之分，单轴跟踪系统可进一步分为平单轴和斜单轴，选择跟踪系统结构形式要综合考虑光伏电站所在区域气候条件，选择抗风性能强、维护方便、可靠稳定且性价比高的结构类型。相比之下，双轴跟踪系统的发电量最高，比固定支架多出36%，斜单轴方案增加发电量31%，平单轴发电量增加量为18%。然而双轴跟踪系统占用更大的面积，建设与维护成本高，稳定性较差。斜单轴系统的占地面积和双轴跟踪系统基本相当，但是发电量增加却很小，由于带倾角，建设与维护成本也偏高。平单轴跟踪支架的占地面积增加较小，但是发电量增加较显著，作为一种多点支撑方案，稳定性高于发电效率更高的其他两种形式，经过经济性论证，认为选用平单轴方案比较合理。
（二）电站直流系统
光伏并网电站是单元系统叠加形成的，对单元系统的优化是电站优化的基础措施。
1、光伏组件组串
光伏组件输出电压变化应该在逆变器输入电压范围之内，并且输出功率应该尽量接近逆变器的最大功率点（MPPT），从而增大系统效率。
2、辐照情况
根据太阳能辐射情况，确定并联光伏组串总功率和逆变器额定功率之间的比值，接近1：1比较理想。
3、最高输出电压
光伏组串的最大输出电压不能超过光伏组件电压范围的高限值。
（三）总图
1、功能分区和布局
为了提高光伏电站场地资源，将西、北侧光照条件相对不良区域作为发展用地，安装合适的支架，提高光照利用率，南面采用不同的支架，更好的利用资源。
2、方阵区和内部通道
光伏组件形成矩形光伏阵列，区块之间设置内部通道，以不遮挡和检修方便为宜。设计阶段要注意确保南北向阵列内所有组件都在相同轴线上，两列光伏之间的距离要确保冬至日跟踪系统-60°-+60°范围内，全部光伏组件的有效日照时间至少有6h，而整个阵列的方位角应该控制在0°。根据场地纬度和自然坡度计算系统东向西轴心距离，南北向轴心距离的确定要兼顾东西方向消防、检修以及电缆通道。为了提高电缆敷设的标准性，采用电缆沟的电缆敷设方式，将逆变器设置在方阵道路两旁位置，方便运输已检修，隔一行光伏组件布置一条东西向电缆支沟，用于放置汇流箱，南北向组件电缆从电池背板经镀锌钢管引入支沟接入汇流箱。南北向电缆支沟经过逆变器室下，垂直连通东西方向电缆支沟，尽量减少低压直流电缆和高压交流电缆之间的用量。
3、道路
光伏阵列为矩形阵列，内设内部通道，区域内有道路连通，形成环路。
4、排水
场地内如果有自然坡度，可充分利用其排水。
5、围栏
围墙工程有厂区和升压站围栏两部分，均设置2.0m铁艺围栏。
（四）高压部分
光伏电站主要设备包括断路器、隔离开关、接地刀闸、电压互感器、电流互感器、母线、避雷器等设备，将光伏区的电能汇总后经送电线路送至电网，除此之外，升压变压器系统、接线柜接线以及无功补偿装置SVG和电缆分接箱等设备也属于高压部分。例如30MWp地面光伏电站，1MW光伏发电单元可升至10kV/35kV，手拉手（π型连接）后汇集到一根高压线兰，到达高压室高压柜内，汇总后经送出线路送至对端变电站内，进而并网发电。
二、光伏发电组件
光伏发电组件主要由光伏阵列、防雷汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、箱变等设备组成。
（一）光伏系统
1、组串、阵列
光伏阵列是一系列光伏组件通过串并联组成的阵列，几个光伏组件串联成组串，根据昼间最低温度以及并网逆变器最大方阵开路电压确定串联组件数量。适宜光伏发电的区域往往光照强烈空气稀薄，最佳倾斜面条件符合光伏组件标准测试条件，瞬时照射强度超过1000w/m2，组件温度不超过25℃。光伏组件总容量需要根据场地实际工作条件确定，不能过大，避免逆变器出现过载停运的情况。为了方便后期运行维护工作，光伏阵列为20x2布局方案，呈南北向，240w组件每20个组成一个光伏串，组件之间的连线采用交叉跳线的方式，正负极在同一端出现，减小电缆总长度，为了降低组件串联导致的电压损失，保证汇流箱与直流柜进出线组件温度超过环境温度，光伏阵列的开路电压不能超过880v。除此之外，光伏组件的组串需要考虑组件的电流分档，要求相同组串内的组件峰值相同。
2、汇流箱、直流柜
汇流箱的核心功能是直流一次汇流，同时还有防雷、防反接等其他功能，由输入输出端子、熔断器、二极管、断路器、浪涌保护装置等元器件组成，主要有16进1出和8进1出两种型号。直流柜是汇流箱的上级设备，用于直流二次汇流。直流柜内有输入输出端子、输入断路器、电压电流表、断路器等元器件，要求输入断路器全部选择900v/200A规格，保护进线和内部设备。直流柜的7路输入中，6路是16进接线，另外1路是8路进线。
3、逆变器、箱变
逆变器的作用是将直流电转换成交流电，同时具备过流和自动开关供能、防孤岛运行等，为系统正常运行及故障提供可靠保障。箱变是将逆变成的交流生至所需的高压，并为光伏厂区二次侧供电，箱变内分为高压室、变压器室和低压室等，是光伏重要设备。
（二）二次系统
1、整体方案
结合光伏电站的实际情况，二次系统应该选择无人值守、远程监控和集中监控的方式，节省运维需要的人力资源。但是集中控制对二次系统运行的稳定性和可靠性提出了更高的要求，远程监控要具有所有现场监控具备的功能，而且设计方案应该在技术经济条件可行的情况下满足光伏电站自动化与冗余需求。
因此光伏电站应该选用智能型光伏汇流箱，在实现汇流功能同时还能够对组件串电流、电压、防雷和短路设备的运行状态实施监控，并具有直流保护和逆流保护功能，借助通信接口能够方便的上传采集到的状态数据。逆变器柜同时还有过流保护功能，监测直流电流与母线电压，就地显示相关监控信息或者通过通信接口上传，是整个光伏矩阵的核心设备，为了提高逆变器柜的可靠性，可在设备内配置母线绝缘监测元件，实时了解设备绝缘与接地情况。
2、保护与自动化系统
采用箱式变压器，在变压器高压侧安装负荷开关与插入式全范围熔断器，提供过负荷保护与短路保护，变压器内设置压力释放保护，低压侧安装对应低压断路器，避免箱变过电流、过电压。
逆变器同样需要配置必要的过电压、过电流、过电频保护，同时额外增加防孤岛效应保护以及低电压穿越和有功功率控制功能。过电频保护可集成在母线侧，但是两种方案孰优孰劣尚有争议。
3、二次系统电源
汇流箱、环境监测、通信等系统功能都依赖外部电源，逆变器可由光伏系统供电。选择在线不间断交流电作为独立供电电源，并且设置UPS蓄电池，事故停电之后可供电2h，根据负荷需求选择合适的UPS自用电系统，通过通信接口连接到通信测控屏，上传设备信息。
4、辅助系统
光伏电站场地往往比较偏远，无人值班，所以有必要在光伏电站设置必要的视频监控系统和安全防护系统，使用摄像仪、红外探头以及电子围栏对光伏电站站内设备进行监控，记录场区侵入情况，为事后分析提供必要的监控资料。
结语
现阶段，光伏电站发电成本仍然高于传统发电形式，所以国内大规模光伏电站建设工作相对滞后，容量偏小，但是随着光伏发电技术、设备、工艺的发展和成熟，光伏发电成本将逐渐下降，发电效率逐渐提高，光伏发电将在国家电力供应中占据越来越大的份额。
参考文献
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[2]方廷，郝毅，田俊文，刘峰.大型并网光伏电站二次系统设计及新方法应用[J].可再生能源，2014（06）.
[3]朱守让，王伟，汤海宁，陈斌，张滔.大型光伏电站巨量控制点操作模式设计与应用[J].电力系统自动化，2014（14）.
[4]张斌.大型太阳能光伏电站并网逆变系统研究[D].山东大学，2013.
光伏发电系统设计及应用篇5
【关键词】并网；卷烟工业；太阳辐射强度；光伏发电系统
1.引言
21世纪，在环境污染与资源匮乏的双重压力下，人们不断地寻找一种清洁的可再生能源来取代传统的化石燃料，而太阳能由于其总储存量大、容易获取、使用过程无污染等特点引起了各行各业的重视。虽然地球上接收太阳辐射的总能量大，但是分布面积广泛，能流密度较低。因此，在有限的厂区空间内，设计一套适用于中小型卷烟厂的光伏发电系统，用以提供整个厂区照明所需的能源，既响应了国家节能降耗的要求，又能够降低生产成本，具有广阔的应用前景。
2.并网光伏发电系统应用于卷烟工业的可行性分析
新世纪以来，我国卷烟工业经历了工商分离改革，并引入了市场竞争机制，烟草工业在逐渐发展的同时承担着越来越多的社会责任。提高产品质量、降低生产成本、减少能源消耗、打造绿色工厂是每个卷烟厂增强企业竞争力的必然选择。
对于太阳能电池来说，太阳能峰值功率WP是在标准条件下[1]：辐射强度1000W/m2，大气质量AM1.5，电池温度25℃条件下，太阳能电池的输出功率。（这个条件大约和我们平时晴天中午前后的太阳光照条件差不多）按广州地区的光照条件，折算成标准光照时间大约为4小时。以广东某年产量40万大箱的卷烟厂为例，厂区每年总耗电量约为900万千瓦时，而照明部分能耗约占厂区综合总能耗的12%，约110万千瓦时。若以一年365天计算，考虑到实际运营中的云层移动遮阳、污渍影响、系统意外损坏、人工操作不当等情况，对理想系统取0.8的总效率系数，计算出满足该厂区照明需求的并网光伏发电系统的功率为：
1.10×109/（4×365×0.8）=0.942×106W
即设计一套功率为1Mw的太阳能并网光伏发电系统，即能提供整个厂区照明所需的能源。并网光伏发电系统的使用寿命较长，一般都在15至25年左右[2]，且运行维护费用较低，能够降低卷烟厂的生产成本，同时也能有效减少由能源消耗带来二氧化碳等废气的排放，具有明显的社会效益和经济效益。
3、1Mw并网光伏发电系统的设计
3.1并网光伏发电系统的原理
典型的太阳能光伏发电系统一般由四个部分构成[3]：（1）光伏阵列；（2）逆变器；（3）储能系统；（4）控制系统。考虑到光伏发电系统的发电量根据季节和天气的变化会出现较大差异，因此，将光伏发电系统与区域公共电网相连接，组成并网光伏发电系统。当光伏发电系统发出的电能充裕时，可将剩余电能馈入储能系统，也可向交流电网供电；当储能系统电力不足时，可由公共电网向负载供电，以保证生产的正常运行。
3.2并网光伏发电系统的布局设计
光伏电池是组成光伏发电系统的最小单位，本文设计使用235w的多晶硅光伏组件，该组件的外形尺寸为1638mm×982mm×40mm（长×宽×厚），以16块多晶硅光伏组件为一组光伏阵列，正南朝向并按40°倾斜角进行安装。
3.2.1太阳高度角
另一方面，卷烟厂各月份的生产任务有所不同，因此各月份的照明能耗并非固定值。因此，取近三年各月份照明能耗的平均值作为参考值，将并网光伏发电系统单月预计发电量（4256块235w多晶硅光伏组件，光电转换效率取18%，系统总效率系数取0.8）与卷烟厂月平均耗电量对比如下：
卷烟厂全年照明耗电总量约为1119300Kw・h，而1Mw并网光伏发电系统全年总发电量预计约为1238600Kw・h。从总量上看，本文设计的光伏发电系统能够满足厂区全年照明所需电能；从单月数值来看，光伏发电系统发电量小于当月照明用电量的月份为1月、2月、3月、4月和12月，最大差值仅为25100千瓦时，基本能达到设计要求。
4.结论
本文设计的1Mw并网光伏发电系统可安装于卷烟厂联合工房楼顶，且在发电总能力上能够满足年产量40万大箱卷烟厂厂区范围内的照明用电。预计年发电量约为120万千瓦时，可节约标准煤约147.5吨，同时减少二氧化碳排放量约386.5吨，节能减排效果明显，具有良好应用前景。
参考文献
[1]孟昭渊.太阳能电池在照明灯具上的应用[J].光源与照明，2003，（4）：21-24.
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[3]赵春江，杨金焕，陈中华等.太阳能光伏发电应用的现状及发展[J].节能技术，2007，25（5）：461-465.
[4]董霞威，庞春，苏国梁.光伏并网电站光伏组件安装倾角的选择设计[J].中国电力，2010，43（12）：70-73.
