光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與簡易計(jì)算方法

　　光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算涉及的影響因素較多，不僅與光伏電站所在地區(qū)的光照條件、地理位置、氣侯條件、空氣質(zhì)量有關(guān)，也與電器負(fù)荷功率、用電時(shí)間有關(guān)，還與需要確保供電的陰雨天數(shù)有關(guān)，其它尚與光伏組件的朝向、傾角、表面清潔度、環(huán)境溫度等等因素有關(guān)。而這些因素中，例如光照條件、氣候、電器用電狀況等主要因素均極不穩(wěn)定，因此嚴(yán)格地講，離網(wǎng)光伏電站要十分嚴(yán)格地保持光伏發(fā)電量與用電量之間的始終平衡是不可能的。

　　并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)簡單，這不僅是因?yàn)殡x網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)不需要蓄電池和充電控制器，且其供電對象是較穩(wěn)定的電網(wǎng)。故毋須考慮發(fā)電量與用電量之間的平衡，也不需要考慮負(fù)載的電阻、電感特性。通常只需根據(jù)光伏組件總功率計(jì)算其發(fā)電量。反之，根據(jù)需要的發(fā)電量設(shè)計(jì)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)置。

　　下面先介紹并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)及光伏組件方陣計(jì)算：

　　一、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算

　?。ㄒ唬?設(shè)計(jì)依椐：

　　1) 光伏發(fā)電系統(tǒng)所在地理位置(緯度) ；

　　2) 當(dāng)?shù)啬昶骄廨椛淞浚?/p>

　　3) 需要年發(fā)電量或光伏組件總功率或投資規(guī)?；蛘嫉孛娣e等；

　　4) 并網(wǎng)電網(wǎng)電壓，相數(shù)；

　?。ǘ?并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算

　　1) 發(fā)電量或組件總功率計(jì)算：

　　年平均每天發(fā)電量g=Pm×h1×y×η (kwh) 或

　　g= Pm×F(M J/m2 ) ×y×η/3.6×365×1 (kwh) 或

　　g= Pm×F(kwh/m2 ) ×y×η/365 (kwh)

　　平均年發(fā)電量G=g×365 (kwh)

　　2) 并網(wǎng)逆變器選用：

　　并網(wǎng)逆變器的選用主要根據(jù)下列要求：

　　a) 逆變器額定功率=0.85-1.2Pm；

　　b) 逆變器最大輸入直流電壓>光伏方陣空載電壓；

　　c) 逆變器最輸入直流電壓范圍>光伏方陣最小電壓；

　　d) 逆變器最大輸入直流電流>光伏方陣短路電流；

　　e) 逆變器額定輸入直流電壓=光伏方陣最大功率電壓；

　　f) 額定輸出電壓=電網(wǎng)額定電壓；

　　g) 額定頻率=電網(wǎng)頻率；

　　h) 相數(shù)=電網(wǎng)相數(shù)；

　　并網(wǎng)逆變器的輸出波形畸變、頻率誤差等應(yīng)滿足并網(wǎng)技術(shù)要求。此外，必須具有短路、過壓、欠壓保護(hù)和防孤島效應(yīng)等功能。

　　二、光伏組件方陣設(shè)計(jì)：

　　(一) 光伏組件水平傾角設(shè)計(jì)：

　　光伏組件水平傾角的設(shè)計(jì)主要取決于光伏發(fā)電系統(tǒng)所處緯度和對一年四季發(fā)電量分配的要求。

　　1) 對于一年四季發(fā)電量要求基本均衡的情況，可以按以下方式選擇組件傾角：

　　光伏發(fā)電系統(tǒng)所處緯度

　　光伏組件水平傾角

　　緯度0°--- 25°

　　傾角等于緯度

　　緯度26°--- 40°

　　傾角等于緯度加5°∽10°

　　緯度 41°----55°

　　傾角等于緯度加10°∽15°

　　緯度>55° 

　　傾角等于緯度加15°∽20°

　　2)在我國大部分地區(qū)通?？梢圆捎盟诰暥燃?°的組件水平傾角。

　　對于要求冬季發(fā)電量較多情況，可以采用所在緯度加11°的組件水平傾角。

　　對于要求夏季發(fā)電量較多情況，可以采用所在緯度減11°的組件水平傾角。

　　(二)光伏方陣傾角與朝向?qū)Πl(fā)電量的影響：

　　光伏方陣傾角與朝向?qū)Πl(fā)電量有很大影響，一般光伏方陣應(yīng)面向正南方(北半球) ，合理的傾角在前面巳論述。

　　但在有些場合，組件的傾角和朝向不一定理想。這就會對光伏方陣的對發(fā)電量的產(chǎn)生明顯的影響。下圖是光伏方陣傾角與朝向?qū)Πl(fā)電量影響的大致關(guān)系圖。

　　(三) 光伏方陣前后兩排間距或與前方遮擋物之間的間距設(shè)計(jì)：

　　光伏方陣前后間距或與前方遮擋物之間的間距如果不合理設(shè)計(jì)，則會影響光伏系統(tǒng)的發(fā)電量，尤其在冬季。

　　光伏方陣前后間距或與前方遮擋物之間的間距的設(shè)計(jì)與光伏系統(tǒng)所在緯度、前排方陣或遮擋物高度有關(guān)。

　　設(shè)D-------為前后間距；

　　Φ------為光伏系統(tǒng)所處緯度(北半球?yàn)檎?，南半球?yàn)樨?fù))；

　　H-------為后排光伏組件底邊至前排遮擋物上邊的垂直高度；

　　D=0.707H/tan〔arc sin(0.648cosΦ—0.399sinΦ) 〕

　　舉例：設(shè)Φ=32°

　　D=0.707H/tan〔arc sin(0.648cos32°—0.399sinΦ32°) 〕

　　=0.707H/tan〔arc sin(0.648×0.848—0.399×0.529) 〕

　　=0.707H/tan〔arc sin(0.549—0.211)= 0.707H/tan〔arc sin0.338〕

　　=0.707H/tan18.6°=0.707H/0.336=2.1H

　　(四) 光伏方陣總功率與占地面積的關(guān)系：

　　光伏方陣總功率與占地面積的關(guān)系取決于光伏組件的安裝方式、光伏組件種類(晶體硅或薄膜電池)及其光伏組件光電轉(zhuǎn)換效率。組件安裝方式可分為兩種：

　　1) 復(fù)蓋型：如復(fù)蓋在坡屋面或平屋面或墻面上的安裝方式。這種方式能安裝的光伏方陣總功率較多。根椐組件不同光電轉(zhuǎn)換率，大致如下：

　　a) 晶體硅組件(光電轉(zhuǎn)換率15-17%)：130—145WP/m2；

　　b) 薄膜電池(光電轉(zhuǎn)換率5-7%)：43-60 WP/m2

　　2) 鋸齒型：在平屋頂或平地上安裝傾斜光伏組件方式。這種安裝方式，有利于提高光伏方陣的發(fā)電量。但從前面所述，為防止前排遮擋后排，前后排之間必須有一定間距。這種間距隨著光伏發(fā)電系統(tǒng)所在緯度的增大而增加。對于我國大部分地區(qū)而言，每平方米能安裝的組件功率僅為復(fù)蓋型的一半。即

　　a) 晶體硅組件(光電轉(zhuǎn)換率15-17%)：65—72WP/m2；

　　b) 薄膜電池(光電轉(zhuǎn)換率5-7%)：22-30WP/m2；

　　有了上列各項(xiàng)數(shù)椐，就可以計(jì)算不同組件安裝方式情況下，光伏組件總功率所需安裝面積。反之，巳知面積，可以計(jì)算能安裝的最大光伏方陣總功。