浅析太阳能光伏发电系统研究

王金学

深圳市维业装饰集团股份有限公司广东深圳518000

【摘要】根据太阳能光伏发电系统是否与公共电网相连接，可以将太阳能光伏发电分为独立型和并网型两大类太阳能光伏发电系统。这两种发电系统有其各自的特点和应用的范围，在分析其特点的基础上对太阳能光伏发电建设过程中需要注意的要点进行分析，对于确保太阳能光伏发电的建设质量有着极为重要的意义。本文将在分析太阳能电站组成的基础上对独立型太阳能光伏发电站的设计要点及建设过程中注意事项进行分析阐述。

【关键词】太阳能光伏发电；清洁能源；独立；建设；影响作用

0、前言

当今世界化学燃料造成的环境污染一直在加剧，环境越来越恶劣，发展利用可再生能源是当今世界必走的能源之路，只有这样才能最大限度的降低环境污染，从而保卫我们生存的地球。光是一种清洁、可再生能源，并且太阳能资源在我国广泛分布。由于我国是一个能源消耗大国，并且人口分布极不合理，因此发展太阳能光伏发电系统对于我国的可持续发展、保持能源供给的独立性和安全性，以及分散人口地区居民用电具有重要意义。

光伏发电是一种清洁能源，是利用太阳能来发电的一种技术。光伏发电具有如下优点[1]：

1、太阳能资源是随处可得的一种资源，利用太阳能发电可以就近发电、就近供电。沙漠地区属于太阳能资源丰富地区，有利于太阳能发电。

2、光伏发电本身不需要燃料，对于电网无法到达的地区降低后期运行期间的燃料及运输成本。

3、太阳能发电结构简单，便于运输及安装，而且根据用电负荷的容量可大可小，极易组合、扩容，方便灵活。

鉴于以上光伏发电系统的优点，在偏远地区采用此方式供电，将降低其运行期间的成本，但因为光伏发电受天气影响较大，若负载全部由光伏所发的电提供电能，晚间和阴雨天的时间将导致光伏发电供应不足，因此根据负用电载情况合理选择设计光伏发电系统容量和蓄电池容量，在日照好的情况下由光伏发电系统提供电源供给正常的负载用电，同时多余电能向蓄电池充电；在供电不足的情况下由蓄电池进行供电，可以有效的克服太阳能发电不稳定的特点，同时解决偏远地区用电困难。

1.太阳能光伏发电站的分类及组成

太阳能光伏发电站根据其是否与公共电网相连接可以分为独立型和并网型两大类。采用何种太阳能光伏发电系统的类型需要在参考供电需求的基础上进行选择，选择最为合理的太阳能光伏发电站系统。

一个完整的光伏发电系统除了光伏方阵外还需要如下平衡部件：逆变器、电缆、蓄电池、控制器、交流配电柜、防雷装置、变压器等，根据不同类型的光伏发电系统，选择相应的平衡部件。

光伏发电系统根据其是否与公共电网相连接可以分为独立型和并网型两大类。采用何种太阳能光伏发电系统的类型需要在参考供电需求的基础上进行选择，选择最为合理的太阳能光伏发电站系统。

独立型光伏发电系统利用太阳能电池板在有光照的情况下将太阳能转换为电能，通过太阳能充放电控制器给负载供电，同时给蓄电池充电；在阴天气或者无光照时，通过太阳能充放电控制器由蓄电池组给直流负载供电，同时蓄电池还要直接给独立逆变器供电，通过独立逆变器逆变成交流电，给交流负载供电，工作原理如图1.1所示：

并网光伏发电系统是由光伏电池方阵、并网逆变器组成，不经过蓄电池储能，通过并网逆变器直接将电能输入公共电网，工作原理如图1.2所示。并网太阳能光伏发电系统是由光伏电池方阵并网逆变器组成，不经过蓄电池储能，通过并网逆变器直接将电能输入公共电网，工作原理如图所示。

3独立型太阳能光伏发电系统设计要点

太阳能光伏发电系统在设计时主要集中在太阳能光伏发电系统的容量和太阳能光伏发电系统中的电力电子设备的选型以及附属设施的设计与计算等两个方面。其中对于容量的设计主要针对的是太阳能光伏发电系统中的电池组件和蓄电池的容量进行的，其重点是要确保蓄电池所贮存的电量能够满足工作所需。对于太阳能光伏发电系统中的系统部件的选型与配置要确保所选型的设备与太阳能光伏发电系统的容量设计相匹配，从而确保太阳能光伏发电系统能够正常工作。

3.1蓄电池容量计算

蓄电池容量的计算与当地的连续阴雨天数相关根据光伏发电站设计规范，蓄电池容量计算公式：

蓄电池容量（Ah）=负载用电量（Wh）×连续阴雨天数×蓄电池放电效率修正系数/系统工作电压（Vdc）/蓄电池充放电深度/系统效率。

蓄电池充放电深度一般为50%~80%之间;蓄电池放电修正系数一般取1.05；系统效率一般为70%~80%；蓄电池容量计算中负载用电量一般选择冬季最大日用电量。

3.2太阳能组件容量设计

太阳能组件容量设计的原则是系统每日发电量能够满足所带负载的用电需要，根据倾斜面上日均辐射总量计算所需的组件容量的公式如下：

组件安装容量（W）=安全系数×负载用电量（wh）/倾斜面日均辐射量总量（kWh/m²）/系统效率。

其中系统效率是考虑电池衰减、充放电、逆变器等效率后得到的系数，一般为70%~80%，安全系数为根据环境因素、有无后备电源、有无人值守等因素确定，一般为1.1~1.3之间。

4.独立型太阳能光伏发电系统设计步骤

独立型太阳能光伏发电系统容量设计时首先要列出独立型太阳能光伏发电系统的负载确定独立型太阳能光伏发电系统的负载大小及耗电情况。

其次获取当地的维度和日照数据，通过计算倾斜面辐射量及太阳能支架倾角获取最基本的设计环境输入条件。目前，光伏发电系统的设计软件有RETScreen、PVsyst、PV*SOL、上海电学院设计软件等，在计算辐射量方面选择RETScreen软件进行计算。

在此基础上对独立型太阳能光伏发电系统的光伏组件和蓄电池容量进行选择。而后通过计算独立型太阳能光伏发电系统的方阵电流，确定独立型太阳能光伏发电系统的最佳电流，而后确定独立型太阳能光伏发电系统的电池的方阵电压，最后确定独立型太阳能光伏发电系统组件的功率。

在设计独立型太阳能光伏发电系统组件方阵的功率时可以根据串联增压、并联整流的原理来完成对于独立型太阳能光伏发电系统太阳能组件方阵的设计。

5独立型太阳能光伏发电系统安装顺序及要点

5.1独立型太阳能光伏发电系统的建设顺序

独立型太阳能光伏发电系统的建设顺序如图5.1。

5.2独立型太阳能光伏发电系统支架基础施工

独立型太阳能光伏发电系统电池方阵基座应当使用混凝土浇筑而成，对于混凝土基座的离地高度和水平偏差需要符合设计要求规范，电池方阵基座选用地脚螺栓进行固定，埋设与外漏需符合设计规范要求，在完成地脚螺栓的混凝土浇筑固定后需要养护至少5天以上确保其凝固强度后才能完成对于独立型太阳能光伏发电系统机架的安装。

在独立型太阳能光伏发电系统太阳能支架安装时需要注意：（1）对于独立型太阳能光伏发电系统方阵机架的方位角和倾斜角需要满足设计要求。（2）在安装独立型太阳能光伏发电系统的机架时，要注意需要将底部的水平度控制在3mm/m的范围内，当水平度超出允许范围内时应当使用垫铁进行调平。（3）独立型太阳能光伏发电系统机架的固定部分表面应尽可能使其平整避免其对电池片造成损坏。（4）对于独立型太阳能光伏发电系统机架的固定部分应加装防松垫片提高其连接的可靠性。（5）对于独立型太阳能光伏发电系统中带有对日跟踪装置的太阳能电池方阵，应对跟踪装置进行定期的检查，确保其向日性能。（6）对于独立型太阳能光伏发电系统机架与地面的角度可以固定也可以根据季节的变化进行相应的调整，以使得太阳能面板能够极可能的增大太阳光的接受面积和光照时间，提高独立型太阳能光伏发电系统的发电效率。

5.3独立型太阳能光伏发电系统太阳能组件安装要点

在进行独立型太阳能光伏发电系统太阳能组件的安装时要注意：（1）在对独立型太阳能光伏发电系统太阳能组件进行安装时首先需要对照每一组件的参数对其进行测量检查，确保其参数符合使用要求，测量出太阳能组件的开路电压和短路电流。（2）对于工作参数相近的太阳能组件需要安装在同一方阵中以提高独立型太阳能光伏发电系统的方阵的发电效率。（3）在太阳能面板等的安装过程中应当避免磕碰，避免太阳能面板等遭到损坏。（4）对于太阳能面板与固定机架配合不紧密的需要使用铁片等对其进行垫平，提高两者之间连接的紧密度。（5）在对太阳能面板进行安装时需要使用太阳能面板边框上的预制安装进行连接，使用螺丝进行连接时要注意连接的紧密度，并注意按照使用的标准事先做好放松工作。（6）太阳能组件在安装到机架上时的位置应当尽可能的品质，同时安装在机架上的太阳能组件与机架之间的空隙应大于8mm以上，以提高太阳能组件的散热能力。（7）对于太阳能面板的接线盒等需要防雨、防霜等的保护，避免淋雨等造成损坏。

5.4太阳能光伏发电系统线缆连接要点

在进行太阳能光伏发电系统连接线缆的布设时要注意遵循先室外后室内、先简单后复杂的原则进行。同时在线缆布设时还需要注意：（1）在墙和支架的锐角边缘布设电缆时要注意做好对于线缆的保护。（2）在电缆布设时要注意线缆的走向和固定，同时还需要注意线缆布设的松紧度要适中。（3）在线缆的接头处要注意做好保护，防止接头处出现氧化或是脱落影响线缆的连接效果。（4）同一电路的馈线和回线应当尽可能的绞合在一起，避免线缆的电磁干扰对线缆造成的影响。

5.5做好对于太阳能光伏发电系统的防雷防护

在太阳能光伏发电系统的安装中要注意做好对于太阳能光伏发电系统的防雷接地，避雷针的接地线缆应当与太阳能光伏发电系统的支架之间保持一定的距离。对于太阳能光伏发电系统的防雷防护可以采用安装避雷针或是避雷线两种防雷方式，保护太阳能光伏发电系统的安全。

6、结束语

综上所述，太阳能的发展与利用是现今乃至今后一段时间能源发展的重点，本文在分析太阳能光伏系统组成及特点的基础上对太阳能光伏系统的设计及安装要点进行了分析阐述。

参考文献

[1]薛太林，王长柱，安慧仙.户用太阳能光伏发电系统的设计与研究[J].电力学报，2009，24（6）：474-477.

[2]李康彦.北京南站太阳能光伏发电系统设计探讨[J].建筑电气，2008，27（11）：8-17.

[3]王渡，龚淼，陈德珍.垃圾填埋场封场后的太阳能光伏发电的应用和系统设计[J].太阳能学报，2013，33（1）：56-61.

[4]王勇，阮洁.城镇化建设中光伏发电系统的应用[J].智能建筑电气技术，2014，03：7-11.