太阳能光伏发电站系统设计及应用

孙厚财

中国石油工程建设有限公司青海分公司

摘要：本文主要介绍了青海油田光资源概况，太阳能光伏发电站的组成、类型及优势，太阳能光伏电站的电池板、蓄电池容量的计算等内容。

关键词：太阳能资源；太阳能光伏发电站；太阳能电池板计算；蓄电池计算；计算示例

引言

青海油田位于大西北柴达木盆地，属于高原油田，光能资源丰富；近些年青海油田大力推广小型化、橇装化设计，在一些边远地区无电网依托条件下，可采用小型太阳能光伏发电站为小型橇装站供电，比架设供电线路投资省，绿色无污染等诸多优点，小型太阳能光伏发电站在石油化工行业得到较好的应用。

1、青海油田光资源简介

青海油田位于青海省海西州柴达木盆地，地理坐标为东经90°55′,北纬38°17′。盆地内海拔2800m－3400m，日照充足，太阳辐射强，光质好，光能资源丰富，年日照时数3173.2小时，日照率72%，无霜期为90天。

青海油田处在我国的四个太阳辐射资源带最丰富的Ⅰ区，太阳年总辐射量690—750千焦/平方厘米，仅次于西藏拉萨，光能资源异常丰富，具有利用太阳能良好的自然条件。

2、太阳能光伏发电站简介

太阳能光伏电站是通过太阳能电池方阵将太阳能辐射能转换为电能的发电站称为太阳能光伏电站。太阳能光伏电站按照运行方式可分为独立太阳能光伏电站和并网太阳能光伏电站。

未与公共电网相联接独立供电的太阳能光伏电站称为离网光伏电站。主要应用于远离公共电网的无电地区和一些特殊场所。独立系统由太阳电池方阵、系统控制器、蓄电池组、直流/交流逆变器等组成。

与公共电网相联接且共同承担供电任务的太阳能光伏电站称为并网光伏电站，是当今世界太阳能光伏发电技术发展的主流趋势。

太阳能光伏发电主要优点有以下几点。

1）太阳能资源取之不尽，用之不竭，不受地区、海拔等要素的限制。

2）太阳能资源到处可得，可就近供电。不用长间隔保送，防止了长间隔输电线路所形成的电能损掉，还也节流了输电成本。

3）太阳能光伏发电的能量转换进程简略，是直接从光子到电子的转换，没有中心进程，光伏发电具有很高的理论发电效率，可达80%以上，技术开拓潜力大。

4）太阳能光伏发电自身不运用燃料，不排放包括温室气体和其他废气在内的任何物质，不污染空气，不发生噪声，不会蒙受能源危机或燃料市场不不变而形成的冲击，是真正绿色环保的新型可再生能源。

5）太阳能光伏发电进程无需冷却水，可以装置在没有水的荒凉沙漠上。

6）太阳能光伏发电无机械传动部件，操作、维护简略。根本上可完成无人值守，维护成本低。

7）太阳能光伏发电运用寿命长，晶体硅太阳能电池寿命可达20~35年。在光伏发电系统中，只需设计合理、造型恰当，蓄电池的寿命也可长达10~15年。

8）太阳能电池组件构造简略，体积小，分量轻，便于运输和装置。光伏发电系统建立周期短，而用依据用电负荷容量可大可小，便利灵敏，极易组合、扩容。对于用电负荷小的橇装型场站，其投资往往比架设供电线路投资省的多，具有明显优势。

3、太阳能光伏发电站系统计算

3.1太阳能电池板计算

一般采用负载用电量指标来计算所需要的太阳能电池板.

公式计算：太阳能电池发电量(kW.h)=负载日用电量(kW.h)/(电池板综合损失系数×蓄电池充电效率)

太阳能电池功率(kWp)=太阳能电池发电量(kW.h)/太阳能峰值小时系数（h）

注:太阳能电池板综合损失系数:80%；独立发电蓄电池效率80%；太阳能峰值小时系数可以查当地的气象资料:青海油田格尔木、花土沟地区约为5h。

太阳能电池板单板标称一般为DC17V或DC35V，对应12V\24V蓄电池的充电，电池板单板功率一般为10~200Wp。

根据以上计算的太阳能电池功率,通过并联方式来确定太阳能电池的个数。

如需要太阳能电池功率5kWp/220V时,采用DC17V,电池板额定输出功率为120Wp,需要16(串)×3(并)×120Wp,额定输出为5.76kWp.电池板个数为48块。

太阳能电池方阵设计

1）太阳能电池组件串联数Ns

太阳能电池组件按一定数目串联起来,就可获得所需要的工作电压,但是,太阳能电池组件的串联数必须适当。串联数太少,串联电压低于蓄电池浮充电压,方阵就不能对蓄电池充电。如果串联数太多使输出电压远高于浮充电压时,充电电流也不会有明显的增加。因此,只有当太阳能电池组件的串联电压等于合适的浮充电压时,才能达到最佳的充电状态。

计算方法如下:

注：P：设备功率；参照负载的实际容量，单位为瓦W。

TR：日工作小时数；

T：连阴雨天数；

fV：温度折算系数,一般在0℃以上取1,-10℃以上取1.1,-10℃以下取1.2；

fC：容量补偿系数；在蓄电池长期连续运行的过程中，会由于频繁的化学反应而产生少量的气体，从而导致电解液失水，减小蓄电池容量，为了保证10年后蓄电池容量仍然能够满足系统运行要求，因此可取值1.1。

fL：寿命折算系数（老化系数）；本值为系统长期运行后的自然损耗，为保证10年后寿命终期放电能力，寿命系数一般选择1.0~1.1；

fE：放电深度,一般铅酸蓄电池取0.75,碱性镍镉蓄电池取0.85；浅循环蓄电池取0.5，深度循环蓄电池取0.75。

fM：极板活化系数；蓄电池标称容量按10小时放电率标称，低于10小时放电率时，放电容量小于标称容量，大于10小时放电率时，放电容量大于标称容量。

UN：系统电压。

结束语：

太阳能光伏发电不消耗燃料、不受地域限制、规模大小随意、可以独立发电或并网发电、无噪声、无污染，建设周期短、不用架设输电线路、安全可靠、维护简便、可以无人值守、具有其它供电方式无可比拟的优点。

小型离网型太阳能光伏发电站已在青海油田采油采气井场、场站及路灯照明得到广泛应用，为了更好的顺应青海油田低碳经济、绿色环保的发展理念，将在集油阀组橇、注气阀组橇、油气处理橇、长输管道中间阀室等小型边远场站中推广使用太阳能光伏发电站。

参考文献：

[1]《太阳能光伏发电实用技术》王长贵.化学工业出版社环境?能源出版中心2009.