光伏发电项目设计方案Word文件下载.docx

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随着经济的发展、人口的增长以及社会生活水平的提高,未来世界能源消费量将持续快速增长,必将导致世界能源危机。

图1.1为中国与世界

主要常规一次能源的探明剩余储量图（以储/采比表示）,可见能源问题的严重性。

综上所述,化石能源的有限性和污染环境问题是制约社会经济持续发展和人们生活水平提高的两大主要因素,开发利用清洁的新能源和可再生能源已迫在眉捷,其中太阳能的开发和利用受到各国政府的广泛关注。

1.1.2太阳能资源

太阳能是经由太辐射直接传送到地球表面的能源。

太阳发出的能量大约只有二十二亿分之一能够到达地球的围,约为1730.0×

10³

亿千瓦。

经过大气的吸收和反射,到达地球表面的约占51％,大约为880×

而能够到达陆地表面的只有到达地球围辐射能量的既10％左右,约为170×

尽管如此,把这些能量利用起来,也是相当于目前全球消耗能量的3.5万倍。

这一组简单数据说明太阳能是巨量的。

我国的太阳能资源也相当丰富,绝大多数地区年平均日辐射量在4kw·

h/（㎡·

d）以上,最高达7kw·

h/（㎡·

d）与同

纬度的其他国家相比,和美国类似,比欧洲、日本优越得多。

全国有三分之二以上的面积年太阳辐射量高于1389kw·

h/㎡,日照时数大于小时,具有利用太阳能的良好条件。

太阳能的利用方式很多,主要有发电、热利用、动力利用、光化利用、生物利用，光—光利用等，有效的利用太阳能资源，也缓解我们不可生能源的利用。

1.2光伏发电的发展现状及前景

自1893年发现“光生伏打效应”和1954年第一块实用的光伏电池问世以来,因价格昂贵且光电转换效率低,光伏电池的早期应用主要局限于科学研究及军事、航空等特殊领域。

受20世纪70年代的石油危机和90年代的环境污染问题的影响,人们对能源和环境问题的认识不断提高,光伏发电越来越受到各国政府的重视,科研投入不断加大,鼓励和支持光伏产业发展的政策也不断出台。

1.2.1国外光伏发电现状及前景

以1997年美国的“百万太阳能光伏屋顶计划”为标志,日本及欧洲的德国、丹麦、英国和意大利等国也纷纷开始制定本国的可再生能源法案,掀起了大力发展光伏产业的高潮。

自年以来,全球光伏产业连续增长,世界光伏发电的高速发展主要表现在如下几个方面。

光伏电池产量持续增长。

世界太阳能电池历年产量如图1.2所示,多年来,光伏产业一直是世界增长速度最高和最稳定的领域之一,1996到2006年,光伏电池产量以年均增长率超40%的速度高速发展,产量从1996年的89MW增加到2006年的2521MW,增长了28倍。

生产规模不断扩大"

光伏产业的领军企业电池产量突飞猛进,且有越来越多的企事业已经提出了建设年产电池生产目标。

光伏市场飞速发展。

各国政府接连不断出台的政策激励了光伏产业发展,如2004年德国补贴法修订后,德国市场2005年装机容量便达到了837MW,占全球市场的57%,政府政策对光伏产业的激励可想而知。

新技术不断出现,电池效率不断提高"

随着自动化程度和生产技术水平的提高,电池效率由现在的水平（单晶硅16%~18%,多晶硅15%~17%）向更高水平（单晶硅18%~20%,多晶硅16%~18%）发展。

如SunPower公司采用最先进的生产工艺,制造的背接触电池已经率先到达了效率为20%的目标。

光伏电池、组件的成本不断降低。

光伏电池自诞生以来,其价格就不断下降,从1996年到2003年,组件整体价格下跌了25%,如图1.3所示。

然而近年来,随着产业飞速发展,多晶硅材料供不应求,价格飞涨,造成了组件价格反弹,但这只是暂时现象,一旦原材料供应得到缓解,光伏产品的价格必然再次进入下行轨道,预计到2010年,组件价格将降到2$/Wp（Wp为标准太照条件下太阳能电池输出功率,即:

欧洲委员会定义的101标准,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）以下。

近几年,在德国和日本等极为优惠的经济政策激励下,国际光伏发电市场需求强劲,其前景已被越来越多的国家政府和金融机构所认识。

与其他发电方式相比,目前的光伏发电成本还很高,政府的激励政策是其发展的主要动因,日本和德国是其主要的市场。

许多国家和地区也都制定了光伏发电计划：

如到2010年,美国计划累计装机容量达4.6GW（含“百万屋顶计划”）；

欧盟计划累计装机容量达6.7GW（《可再生能源白皮书》）,其中3.7GW安装在欧洲部,3GW用于出口日本;

计划累计装机容量达5GW（NEDO日本新计划）；

预计其他发展中国家安装1.8GW（估计约10%）,世界总累计安装18GW。

到22世纪中叶,光伏发电成为人类的基础能源之一。

1.2.2国光伏发电现状及前景

中国于年开始研究太阳电池，20世纪70年代起步发展光伏发电产业,90年代中期进入稳步发展时期。

近年来,中国太阳电池产量逐年稳步增加,到2005年底,其总产量超过250MW。

中国光伏发电市场的发展历程为：

90年代初期,光伏发电主要应用在部队通信和工业领域,包括微波中继站、卫星通信地面站、程控交换机、水闸和石油管道的阴极保护系统等；

从1995年开始主要应用在特殊领域和边远地区,逐步建立了示型的光伏发电应用系统,建成各种规模的光伏电站40多座,推广应用家用光伏电源系统约15万套；

为了弥补国的技术空白,中国科学技术部于1996年11月下达了“1-5KW级并网逆变/控制一体化机”,“九五”国家重点科技攻关项目;

2000年以后,中国的光伏技术已步入大规模并网发电阶段,开始建造100kWp级的光伏并网示系统,2008年“绿色奥运”部分用电也将会由太阳能发电提供。

特别是2006年实施的《中华人民国可再生能源法》极促进了我国光伏市场和光伏产业的发展,2006年底我国的光伏系统装机容量已达到了85MW,预计到2020年将达到1.8GW（见图1.4所示）。

由于在电网覆盖的地区,光伏发电应用成本太高,目前没有竞争力,只有少许示性的并网光伏发电系统,科学家预测未来8～10年太阳能发电的成本将比较传统的火力发电低,成为主要的发电方式。

目前我国光伏发电产业的应用领域及份额如图1.5所示

1.3光伏并网发电系统概述

光伏并网发电系统一般由光伏阵列、变流器、控制器和负载电网等构成,如图1.6所示。

光伏阵列是由许多个光伏模块组成,它将采集到的太阳能转换成电能,该电能易受日照强度、环境温度、负载情况等因素影响,其质量和性能都不稳定,需要使用电力电子变流器将其进行适当的转换,变成适合直接并网的交流电供给工频电网；

控制器是用于控制变流器,主要实现并网波形跟踪、最大功率点跟踪以及孤岛效应预防等控制功能。

根据其是否有储能环节,光伏并网发电系统可以分为不可调度式和可调度式两大类。

1.3.1可调度式和不可调度式光伏并网发电系统比较

可调度式并网发电系统具备储能环节,兼有不间断电源和有源滤波器的功能,有利于电网调峰，储能环节通常使用蓄电池组或者燃料电池组,其容量可根据实际需要进行配置。

与不可调度式并网发电系统相比,它在功能上有一定的扩展和提高,主要包括：

在光照强度不够（阴天、夜晚等）或者电网断电时,可用作不间断电源向本地重要负载供电。

大容量的可调度式光伏并网发电系统,可根据电网运行情况控制光伏系统功率输出,实现一定的电网调峰功能。

可作为有源功率调节器用于提高电网终端的电能质量。

储能环节可为光伏阵列提供能量补充,减少了光伏阵列因光照强度变化对系统运行的影响,提高系统的工作可靠性。

系统控制除了变流器控制外,还包括储能环节的充放电控制,根据系统功能要求进行储能环节的能量管理。

在功能上,可调度式光伏并网发电系统虽具有以上优点,但由于增加了储能环节,也为其带来了明显的缺陷,这些缺陷是阻碍并限制其在光伏系统中广泛应用的关键因素,主要包括：

作为储能环节的蓄电池或燃料电池,与系统其它部件相比其使用寿命较短,需要定期更换,这将增加系统成本,同时加大了系统的维护工作。

系统增加了储能环节,造成了系统体积及重量的增加,从而导致系统的集成度低、安装及调试的不便、加大了系统的复杂程度。

总结上述分析,可调度式和不可调度式光伏并网发电系统综合指标比较如表1一2所示.

1.3.2光伏发电系统并网标准

当前影响光伏并网系统结构的国际标准主要是IEC61727（国际统一标准）、EN61000-3-2（现行的欧洲标准）和（IEEE标准）。

它们对电压和频率异常围、电流谐波、功率因数、接地要求、孤岛检测等各项指标都有详细明确的规定,这些指标直接影响光伏并网系统结构的选择表1-3列出了上述标准的主要指标比较，从该表中可见,欧洲标准EN的指标要求相对于IEEE和IEC标准更低,如对电流谐波的不同要求就影响着电力电子开关器件（晶闸管、IGBT、MOSFET）的选择。

IEEE和IEC严格限制了并网系统输入电网的电流直流分量,电网中过大的直流分量会导致设备变压器饱和,因此,IEEE规定直流分量小于输出电流的0.5%,IEC规定为1.0%。

显然,具有工频变压器结构的并网系统可以隔离直流分量流入电网,而具有高频变压器或没有变压器的并网系统则很难处理直流分量问题。

另外NE690（美国国际电气协会标准）。

对于光伏并网系统中光伏阵列的接地问题做了严格规定：

如果光伏阵列输出电压高于50V等级,则光伏阵列必须实接地。

所以,对于光伏阵列要求接地的情况,大量无变压器结构（transformerless）的并网系统无法选用。

根据对以上各种光伏并网标准的分析结果,论文选用带工频隔离变压器结构的光伏并网系统进行研究。

1.3.3光伏并网发电系统结构

由于光伏阵列的输出电压与系统功率有关,为了更好的发挥光伏阵列的效能,需要根据其输出电压、系统功率和并网标准选择适当的光伏发电系统结构。

目前,光伏并网发电系统常用的结构主要有集中式逆变器结构（CentralizedInverters）、串型逆变器结构（StringInverters）、集成式逆变器结构（ModuleIntegratedInverter）、和多重串逆变器结构（Multi-StringInverters）四种,其结构原理分别如图1.7、图1.8、图1.9和图1.10所示。

其中集中式结构主要

用于大型光伏电站,后三种逆变器结构则广泛应用于分布式光伏并网发电系统中。

注意,本小节中的逆变器结构是指光伏阵列与逆变器的组合方式,而不是指可实现DC-AC转换的逆变器电路。

对一下四种光伏并网发电系统在结构、应用围和特性等方面进行比较,结果如表1-4所示,每种结构都有其优缺点。

集中式逆变器结构适用于光伏电站等功率等级较大的场合,但由于其受光伏阵列构成方式的限制,该结构对光伏器件的利用率最差,并且不能容错。

其余三种结构则可广泛用于分布式光伏发电系统,其中集成式逆变器结构把光伏模块串联输入,同时尽量采用模块化设计,减少了中间环节,对光伏器件的利用效率最高,但其不易扩充,单位功率生产成本也高；

串型逆变器结构对光伏器件的利用率较集成式结构低,输出功率介于集成式和多重串结构之间；

多