绿色能源项目地面光伏并网发电站提质增效研究

摘要：地面光伏发电有效利用太阳能生产能源，具有可再生、无污染特点。但是，光伏发电项目建设中，却存在电站盲目设计问题，能源利用率降低，无法发挥光伏发电效益，需制订电站提质增效方案。为了解决这一问题，对某集中式200"MWp地面光伏并网发电站进行深入研究，从其系统结构，多角度、多方面进行探究，并制订提质增效方案，将其用于实际，以期为相关工作者提供参考。

关键词：绿色能源""地面光伏发电""并网发电站""提质增效

Research"on"Quality"Improvement"and"Efficiency"Enhancement"of"Ground"Photovoltaic"Grid"Connected"Power"Stations"in"Green"Energy"Projects

LIU"Houqiang

SPIC"Shandong"Ecological"Energy"Co.，"Ltd.，Ji’nan，"Shandong"Province，"250003"China

Abstract："Ground"photovoltaic"power"generation"effectively"uses"solar"energy"to"produce"energy，"with"renewable，"pollution-free"characteristics."However，"in"the"construction"of"photovoltaic"power"generation"projects，"there"are"problems"with"blind"design"of"power"stations，"reduced"energy"utilization"rate，"inability"to"fully"utilize"the"benefits"of"photovoltaic"power"generation，"it"is"necessary"to"formulate"plans"to"improve"the"quality"and"efficiency"of"power"stations."In"order"to"solve"this"problem，"an"in-depth"study"was"conducted"on"a"centralized"200"MWp"ground"photovoltaic"grid-connected"power"station，"exploring"its"system"structure"from"multiple"perspectives"and"aspects，"and"formulating"a"quality"improvement"and"efficiency"enhancement"plan，"which"will"be"used"in"practice，"in"order"to"provide"reference"for"related"workers.

Key"Words："Green"energy;"Ground"photovoltaic"power"generation;"Grid"connected"power"stations;"Quality"improvement"and"efficiency"enhancement

我国以绿色、清洁作为能源发展目标，加快调整能源结构，提高绿色能源利用率，获得显著成效，特别是光伏发电爆发式增长，截至2023年末，发电量达到5"841.50"亿kW·h，同比增长36.7%。而地面光伏并网电站利用太阳能电池光伏效应，转换太阳辐射为电能，经并网逆变器将直流电转化为交流电，接入公共网络，发展较为迅速。为进一步提高地面光伏并网发电效率与质量，对其深入研究具有积极现实意义。

1"地面光伏并网发电系统概述

地面光伏并网发电借助光生伏特效应生成电能，以滤波器、逆变器、变压器等电气设备，将电能输送至电网，可缓解地区电力紧张，保证供电系统稳定，促进发电系统升级优化[1]。地面光伏与公共电网是否有连接点是区分其离网或并网的重要方式。而并网还可细分为分布式与集中式两种，以集中式200"MWp地面光伏并网发电系统为例，整体结构如图1所示。

2地面光伏并网发电站提质增效方案

2.1优选太阳能电池组件

太阳能电池材料制造工艺不断发展，涌现诸多太阳能组件。为实现提质增效，应选择恰当电池组件，考虑自身功率与发电效率的同时，顾及电站安装难度、周围环境、运维条件等，保证电池组件使用寿命长、安装便利[2]。根据太阳能电池市场化产品，不同电池类型特点见表1。

2.2优选光伏阵列运行模式

现有光伏阵列运行分为自动跟踪、倾角季度调节、固定式这3种[3]。其中，自动跟踪式分为双轴与单重模式，前者可实现纵向、横向旋转，实时改变倾角与方位角；后者仅东西旋转，自东向西跟踪太阳轨迹。倾角季节调节随四季变化转换光伏阵列，应用较少，不予考虑；固定式安装光伏阵列倾角不变，恒定接收太阳辐射量。根据以往绿色能源项目建设数据，对比光伏阵列1"MWp不同运行方式效益，见表2。

跟踪式光伏阵列发电量较高，建设与运维成本却较大，且清理难度高，多用于小规模示范，提供运行数据。而固定式光伏阵列初始投资低、维护工作量小，基本免维护[4]。该项目综合投资成本、运维成本、施工难度，选择固定式光伏阵列安装模式。并且，根据实际负载确定最佳倾角，保证不同月份接受太阳辐射量均衡性，选用PVsyst软件录入气象数据、站址位置等，计算最佳倾角38°，确定总辐射量。

式（1）中，是光伏阵列太阳辐射量；是年均水平面辐射量。该项目总辐射量5"991.83"MJ/m2，满足项目提质增效要求。

2.3"优选电池组件支架间距

地面光伏阵列排布中，相邻支架存在高差，加上早晚、障碍物阴影遮挡，需计算阴影系数，如图2所示。

伴随不同时间、季节、维度变化，障碍物阴影也随之变化，可计算不同方向阴影长度如下。

式（2）、式（3）中：是太阳时角；是地理维度；是太阳赤纬角。该项目将经纬度数据输入其中，确定障碍物阴影存在正午小、早晚大的特电，考虑9：00-15：00太阳辐射强烈，以此作为光伏阵列不被遮挡的目标布置支架间距，确定组件斜面高度3.98"m，垂直高度2.46"m，支架间距10.65"m。项目按照地形条件场地分区，针对性布置支架间距，如图3所示。并将组件横向排列，减少光伏支架数量的同时，便于后期清理。

2.4优选方阵接线方式

2.4.1方阵汇流箱

地面光伏支路系统组件串之间、直流配电柜与汇流箱、汇流箱与组件串之间均连接专用光伏电缆。项目每台逆变器连接组件串115个，采取8路直流汇集电缆接入直流配电柜，性能要求如下：（1）户外壁挂安装，满足“三防”要求；（2）输入回路配置专业高压直流熔丝，无回路间影响，可达到DC1000V耐压值；（3）可接入电池组件串16路，额定每路电流20"A；（4）输出母线负极、正极对地，及正负极配有高压防雷器；（5）实时监测输出母线电压、进线电流幅值，及防雷器、直流断路器状态。

2.4.2逆变器室

地面光伏阵列每个子阵设置2台逆变器，按照就地逆变升压原则，每个子方阵布置逆变器室，安装升压变与逆变器。项目阵列区域布置逆变器室40座。

2.4.3汇集子阵单元

光伏逆变器出口电压通过箱式升压变压器达到10"kV，与10"kV集电线路并联连接，汇集至开关室。每8个光伏子阵均经1回10"kV集电线路，额定汇集容量10.10"MW，5条可汇集50.50"MW容量，符合设计容量要求。

2.5优化并联接入

地面光伏并网中，根据地方电力供需与负荷发展要求，结合公共电网条件，确定光伏发电汇集后，接入周围220"kV变电站，采取发电上网并网模式，发电100%并网[5]。为提高发电站效率，采取以下优化方式。

第一，无功补偿。太阳能电池板功率因数约0.99，可看作纯有功输出。尽管逆变器自身能够调节功率因数，却受限于输出电流幅值，需设置无功补偿方能实现最大化发电效率。该项目根据就地平衡原则，站内配置无功补偿装置，设定20"%新能源场站装机容量，在10"kV侧安装±10"MVarSVG可调式无功补偿装置。

第二，滤波电感。光伏并网中滤波电感十分重要，对系统动态响应性、直流电压稳定性具有直接影响，应兼顾电流与电容稳定要求。

3"地面光伏并网发电站提质增效效果

3.1"发电效益

地面光伏并网电站受风速、温度、光照度等影响，根据提质增效方案进行建设，对其节能减排效果及建设可行性进行分析。该项目按照系统损耗修正系数，确定系统总效率80%。并利用PVsyst软件预测年发电量，计算首年发电量6"657.6"万kW·h。而太阳能电池效率逐年递减，按照25年使用寿命，以每年0.8"%衰减效率计算，确定25年年均电量6"056.0"万kW·h。

3.2"环境效益

发电站建成后，首年发电量6"657.6"万kW·h，计算额定发电量上网时间1"331"h，25年年均电量6"056.0"万kW·h，上网1"211"h，可节约2.02万t标准煤，减少4"9792"t二氧化碳排放量，1"496"t二氧化硫排放量，750"t氮氧化物排放量。

4"结论

综上所述，提高地面光伏并网发电站工作效率，能够提高光伏电站效益，有助于绿色能源发展，落实节能减排。因此，在地面光伏电站建设中，应当结合实际情况，从光伏阵列运行模式、电池组件支架间距、方阵接线方式、并联接入这几方面出发，确定提质增效方案，有效提高光伏电站年均发电量达到6"657.6"万kW·h，获得良好效果。

参考文献

[1]周茜，周桃元.省域地面光伏开发潜力综合评估模型及应用[J].电力科学与工程，2024，40（6）：28-38.

[2]王韶纤，贺广零，胡海罗，等.高性能单晶硅光伏组件选型研究[J].太阳能，2022（9）：36-47.

[3]陈忱，方海，陈祥喜，等.太阳能光伏支撑结构的研究进展与应用[J].南京工业大学学报（自然科学版），2022，44（4）：365-372.

[4]杜鹤源，郝国强，李庆来，等.低纬度下双面光伏发电增益分析研究[J].上海节能，2022（3）：297-303.

[5]陈瑶，石俊奎.水面光伏发电系统的性能与季节变化关系研究[J].科技创新与应用，2021，11（21）：56-58.