限电条件下光伏方阵改造方案分析

赵 振 兴

(龙源(北京)太阳能技术有限公司，北京 100034)

限电条件下光伏方阵改造方案分析

赵 振 兴

(龙源(北京)太阳能技术有限公司，北京 100034)

以青海格尔木某光伏电站改造工程为例，对项目地太阳能资源及发电量进行了分析，提出了系统改造方案，对组件、逆变器进行了选型。在限电条件下，对改造前后发电量的变化进行了理论计算，得出了光伏电站限功率运行下损失的发电量比例。

限电，非晶硅，单晶硅，发电量计算

目前先期(2010年)投产的非晶硅组件的发电量比同期多晶硅组件的发电量低30%，非晶硅组件转换率低下，致使该发电系统长期无法满负荷工作，造成大量的资源浪费。同时，随着技术的进步，单晶硅的转换效率在不断提高，价格逐步下降，通过用单晶硅组件替代非晶硅组件可以充分的利用场地资源，提高发电效率，达到良好的经济效果。

1 太阳能资源分析及发电量计算

1)站址概述。电站场址距离格尔木市中心29 km，距离南侧的109国道约1.5 km～2 km，海拔约2 900 m～3 000 m，交通便利，具有良好的建设条件。电站生活、绿化、杂用水源利用已打的地下水井，地下水位约200 m。

2)项目地太阳能资源。青海海拔高，大气洁净，空气干燥，太阳的总辐射较大。全区年总辐射多在5 860 MJ/(m2·年)～7 540 MJ/(m2·年)之间，属于太阳能资源丰富区。青海省太阳能资源最好的地区为海西州三行委，二市，三县和玉树州西部，其次是海北州和海南州，最后是玉树州东部，西宁市，果洛州，黄南州和海东区。青海高原是我国日照时数的高值中心之一，全年平均日照时数在2 500 h～3 650 h之间，年均日照率达60%～80%。根据格尔木气象站测得的近15年数据，格尔木地区年均太阳辐射量为1 882.77 kW·h/m2。从图1可以看出，格尔木地区辐射资源最好的月份为5月～8月，均达到200 kW·h/m2以上；11月至次年2月辐射量较低，月均在110 kW·h/m2以下。

3)发电量计算。本次改造7号逆变器和8号逆变器采用340 Wp单晶硅组件，组件数量3 136块，容量1 066.24 kWp；9号逆变器利用原有非晶硅系统。根据PVsyst建模仿真，电站首年发电小时数1 796 h，20年平均年发电小时数为1 655 h。

2 电力系统改造方案

1)电站接入系统。本次改造利用原有的接入系统。

2)非晶硅方阵改造方案。本工程原使用非晶硅组件的装机容量1.5 MWp，共六个方阵，每个方阵250 kWp，每两个方阵接入一个500 kW的逆变器，共计三个逆变发电单元。每个光伏方阵支架共11排，其中每排由14个支架构成。本次计划改造两个光伏方阵中的1排～14排，拆除原有的非晶硅组件7 056块(352.8 kW)安装单晶硅组件(1 066.24 kW)。本逆变发电单元中1排～7排(533.12 kW)接入原7号逆变器，8排～14排(533.12 kW)接入原8号逆变器；原有15排～22排非晶硅组件(201.6 kW)接入9号逆变器用于补足此逆变单元的衰减。拆除后的非晶硅组件用于光伏蔬菜大棚的建设。

3)系统设计。本次改造工程光伏电池组件采用340 Wp单晶硅组件，安装方式采用固定式。本次改造接入原逆变器室内的2台500 kW逆变器，配3 136块组件，总计安装1 066.24 kWp。固定阵列每套支架安装16块组件，通过串联后达到逆变器最佳工作电压，由电缆连接至光伏防雷汇流箱进行汇流，光伏防雷汇流箱出线并联接至逆变器前直流汇流柜。逆变器输出至交流柜，汇流后经升压变升至35 kV送出。本次改造系统共计14排，每排由14个组串构成并入500 kW逆变器，共计224串光伏组件串并联而成，组件安装容量为1 066.24 kW。

4)组件选型。综合考虑制造技术、产品性能、使用寿命、光电转化效率、组件价格、能否量产等因素初步选定本工程太阳电池为单晶硅340 Wp太阳电池。在大型光伏并网电站的建设中，选择尺寸大、工作电压高和峰值功率高的组件，除了可以相对节约土地使用面积、基础施工量和支架用材以外，还可以减少大功率并网逆变器直流输入端的串联组件数量，从而减少直流电缆和组串汇流箱的数量。本次改造工程选用峰值功率为340 Wp的单晶硅电池组件。340 Wp电池组件效率为17.54%，10年内衰减率不大于10%，25年总衰减率不大于20%[1]。

5)逆变器的选型。本工程逆变器可利用原有的500 kW逆变器及其直流汇流柜。光伏并网逆变器是光伏电站的核心设备之一，其基本功能是将光伏电池组件输出的直流电转换为交流电；此外，它还有自动运行停止功能、最大功率跟踪控制功能、防孤岛运行功能等。

3 限电条件下发电量分析

理论分析：光伏方阵典型日发电功率随时间变化可以近似为正弦曲线。为了简化问题，可设改造前发电功率函数为y=sin(x)，峰值为1；改造后发电功率函数为y=1.5sin(x)，峰值为1.5。由于目前光电站限发功率为逆变器功率的92%，故改造前后限电功率值均为y=0.92，如图2所示。

1)不限电时：

2)改造前实际发电量：y0=0.92与y=sin(x)相交于两点，经计算，x为66.926°(弧度1.168)和113.074°(弧度1.973)。改造前由于限电，实际日发电量为y=0.92与y=sinx围合的区域面积。

3)改造后实际发电量：y0=0.92与y=1.5sin(x)相交于两点，经计算，x为37.831°(弧度0.66)和142.169°(弧度2.481)。改造后由于限电，实际日发电量为y=0.92与y=1.5sinx围合的区域面积(直线以下的面积)。

4)改造前后实际发电量的差值为以上2)，3)计算结果之差，即实际增发电量为2.095-1.957=0.138(图2中三条曲线围合区域之面积)。

限电情况下，实际增发电量与改造前实际发电量之比为：0.138/1.957=7.05%；

限电情况下，增加的发电能力损失掉的比例为：(3-2.095)/(3-2)=90.5%。

4 结语

1)非晶硅改造为单晶硅后，发电功率峰值提高约50%，逆变器、变压器及电缆等电气设备得到了充分利用；

2)光伏电站在限功率运行条件下，增加的发电能力90%以上被损失了；且增加发电能力50%时，增加发电量7.05%，即仅早晚多发一些电量。故方阵改造的收益主要取决于限电的情况，应尽量提高满发小时数，避免弃光造成的经济损失。

[1] GB 50797—2012,光伏发电站设计规范[S].

AnalysisofPVarrayrenovationundertheconditionofpowerrationing

ZhaoZhenxing

(Longyuan(Beijing)SolarEngineeringTechnologyCo.,Ltd,Beijing100034,China)

Taking the photovoltaic power plant renovation project (Golmud,Qinghai) as an example, solar energy resource and power generation are analyzed. The scheme of system improvement is put forward. Photovoltaic modules and inverter are selected. In the condition of power rationing, the change of power generation before and after the renovation is theoretically calculated. The loss of power generation under the limited power operation of the photovoltaic power station is obtained.

power rationing, amorphous silicon, monocrystalline silicon, power generation calculation

TM615

A

1009-6825(2017)26-0186-02

2017-07-04

赵振兴(1983- )，男，工程师