浅析并网型光伏发电站的设计与应用

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  摘要:在社会经济高速发展背景下,现如今的电力生产,已经无法满足人们的实际需求。再加上各种资源即将枯竭,环境污染严重,因此就可以将太阳能资源,作为电力发电的能源之一,充分发挥其灵活性、高效性、广泛性等优点,通过并网型光伏发电站的建造,从而满足人们的生活生产需求,实现新能源的充分利用,加快人类社会与经济的发展步伐。
  关键词:并网型;光伏发电站;设计
  引言:
  光伏发电,具有着环保、可持续、高效、低成本等优点,可以有效解决资源能源短缺的问题,满足人们的用电需求,促使社会经济获得可持续发展。
  一、光伏发电的特点与价值
  (一)特点
  光伏发电的特点,主要为:第一,分布广泛。光伏发电站不会受到气候、地域等因素影响,也不需要消耗石油、煤炭、天然气等资源,只要有光照的地方就可以建设光伏发电站,因此分布十分广泛,值得在我国全面推广。第二,清洁环保。在可持续发展理念下,各个行业都在探索环保、安全、绿色的生产方式。因此采用光伏发电,就可以充分利用太阳能这种零污染、零排放,绿色环保清洁能源,满足人们的用电需求。第三,储量丰富。太阳能资源非常丰富,使用年限较长。通过光伏发电,就可以实现太阳能资源的充分利用,又可以开发一种储量丰富、清洁环保的资源,用于电力生产。第四,能量分散。能量分散,为光伏发电的一大缺点,主要是因为太阳能的能量密度较低,需要大规模的能量装置,才能进行广泛收集与运用。因此在前期建设中,就需要消耗大量的资金成本,才能满足实际需求。第五,随机性大。这也是光伏发电的缺点之一,主要是因为太阳能会受到天气、地势等因素影响。比如地势较高的西藏、青海等地区,太阳能的热量就会较大。此外,夜间的太阳能热量,会远远低于白天;阴天的热量,也会低于晴天。因此具有着随机性、不稳定性因素,需要根据实际情况,进行合理设计与应用。
  (二)价值
  随着社会经济的高速发展,人们对于资源能源的需求在不断增加,很多资源能源都即将面临枯竭。如石油、天然气、煤炭等等,而这些都是人类生活生产的必备能源之一,如果面临枯竭,就会制约人类社会与经济的可持续发展。因此在新时期背景下,国家提倡使用清洁、环保、可持续利用的资源能源,从而满足正常的生活生产需求。比如潮汐能、地热能、太阳能等等,都是电力生产的有效资源能源之一。太阳能,作为一种绿色、环保、清洁能源,现如今已经受到了全世界的高度关注,对其开发与利用力度也在不断加大,有效实现了清洁电能、新型电能的生产。光伏发电,就是利用太阳能发电,将太阳能的热量吸收存储到蓄电池设备中,然后将其转化为电能,满足人们的用电需求。此外,光伏发电还可以降低成本费用,如前期建造费用、后期运维费用,具有着灵活高效的优点,值得广泛应用与推广。
  二、并网型光伏发电站的设计与应用
  (一)光伏方阵设计
  并网型光伏发电站,光伏方阵设计分为分块发电、集中并网两种,可以结合不同区域的实际情况,进行选择与应用。然而在实际应用中,还需要结合集电线路的电压等级,以及光伏子系统容量,进行对比分析。如果电压等级同为35KVA,1MWP的光伏子系统,比2MWP光伏子系统前期投资较高,但是占地面积小,后期维修成本低,较为灵活方便,故障影响较小,故选择1MWP的光伏子系统。而在设计中,还需要考虑太阳能电池组件的总功率、逆变器的额定输入功率、直流损耗、串联数量等,才能降低成本费用,获得最大的发电量[1]。因此可以将2台500KW的逆变器串联起来,并且充分考虑温度、光照、气候等因素影响,将各光伏组件中的电池性能参数保持一致,就可以提高发电站的可靠性。
  (二)光伏厂区布置
  光伏厂区的布置,将直接影响着并网型光伏发电站的效率。因此需要先从光伏电池组件的布置进行设计分析,且光伏电池组件列阵间距,应当综合考虑太阳入射角、太阳光照、前排与后排的高度差等,才能保障发电量最佳。接下来确定逆变器、箱变的位置与高度,且需要将这些设备组件,都安装在分站房内部,做好监管工作,才能充分发挥其价值[2]。为了减少逆变器对光伏组件的遮挡,需要将其高度控制在3以下,左右两侧根据电池板进行调整。然后为电缆的型号、规格选择,应当严格遵循相应的规范标准,选择高质量、耐火阻燃、防腐绝缘电缆,才能降低后期维护费用,延长使用寿命。电缆布设之后,需要定期进行维护检修,且定期更换,保障电缆安全平稳运行。
  (三)升压站配置
  升压站,是为了保障光伏发电站的平稳运行,从而进行电压等级的调整。在升压站母线接线中,应当根据安装容量、规划容量等进行设计。如果安装容量小于30MW,需要选择单母线接线;如果大于30MW,可以选择单母线接线或单母线分段接线。升压站主变压器的选择,需要优先选择自冷式、低损耗变压器,然后选择载调压变压器。在升压站配置中,还要联合电容器、避雷针,选择直接接地方式。
  (四)光伏列阵运行方式
  光伏列阵运行方式,分为固定支架和光角跟踪两种。固定支架就是将太阳能光伏板固定在某一个角度,而光角跟踪,会随着太阳入射的变化而发生移动,以保障太阳入射的辐射度始终最大。在并网型光伏发电站的设计与应用中,需要考虑各种影响因素,然后选择最佳的光伏列阵运行方式。比如年发电量、自动化程度、使用年限、成本费用、气候因素等等,然后在適宜的地区,选择最佳的运行方式。一般情况下,固定方式的发电量为100%,而光角跟踪高达120%左右。然而光角跟踪的成本费用较高,后期维护难度大,但是具有着自动调节的功能,可适应于各种气候环境。如果为大规模的发电站,可以应用固定方式;如果为小规模以及试验研究,可以选择光角跟踪。
  (五)太阳能电池选择
  低成本、转换率高,是太阳能电池种类选择的首要考虑因素。此外,还要结合当地的光照情况、使用年限、安装简易度进行合理选择,才能满足并网型光伏发电站的实际需求。目前,市场上常见的太阳能电池有单晶硅、多晶硅、非晶硅薄膜、聚光光伏等,且已经实现了广泛应用[3]。这些太阳能电池的使用年限都在25年左右,但是转换率较高的只有聚光光伏电池,且成本都相对较高。然后由于聚光光伏只适合直射光分量较大地区,因此应用较少,其他的较为常见,对于光照情况要求不高。如果为小规模的发电站,或者处于试验研究阶段,可以选择聚光光伏电池;如果为大规模的发电站,就可以选择其他三种。
  (六)直流汇流系统选择
  太阳能电池列阵的汇流箱选择,需要根据发电站的实际情况,选择相应的逆变器,且每一台逆变器需要配置六个汇流箱。汇流箱需要单设熔断器保护设施,且耐压值为1000V;每回路设有二极管防反流保护功能,做好避雷防护。而直流柜属于二级汇流设备,需要通过直流母线接入并网逆变器中。
  结语:
  综上所述,本文从光伏发电的基本内容出发,详细分析了其特点与价值,并且对并网型光伏发电站的设计与应用,展开了详细深入的分析,希望为后续的实际工作,提供坚实可靠的理论依据。那么在今后的发电站设计中,就可以从光伏方阵、光伏厂区、升压站、光伏列阵运行、太阳能电池、直流汇流系统等方面,进行深入研究与分析,从而制定合理的应用方案,充分发挥光伏发电的价值。
  参考文献:
  [1]陈世明.光伏发电站系统设计与应用[J].科技风,2019(17):50-51.
  [2]智睿. 并网型光伏发电站的设计与应用研究[D].华北电力大学(北京),2019.
  [3]邝坚文,黄永基.分布式光伏发电站的设计及智能监控系统的应用[J].机电工程技术,2019,43(04):148-151.
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