光伏发电站设计优化研究

王亚梅

中能建建筑集团有限公司，安徽合肥 232000

摘要：文章通过对光伏发电站不同设计方案的比选，提出了经济性较好的设计方案，有利于降低光伏EPC工程的工程造价。

关键词：光伏电站 、EPC工程、设计方案比选、设计优化

一、引言

近年国家大力促进光伏、风力等新能源工程建设，我公司参与的光伏工程，建设模式以EPC（设计、采购、施工总承包）工程总承包为主。EPC工程，把设计优化工作做好，方可得到理想的工程建设收益。本项目设计优化研究，基于土耳其胡努特鲁50MW光伏电站开展，旨在寻找出光伏发电设计中优化方案，对EPC工程建设的经济性提供技术支持。

工程建设源头是设计，进行方案比选，采用最经济、合理的设计方案，是决定工程总造价的关键因素。土耳其胡努特鲁50MW光伏发电项目是我公司承担的EPC工程项目，我公司自主设计，在组件布置、支架布置、逆变器选择等方面进行了多方案比选。

1、光伏组件布置

光伏组件是将光能转化为电能的核心元件。光伏组件长宽比接近2：1，接线盒位于组件的背面。接线盒的正、负极出线端子在组件背面的位置有单侧、两侧及中间位置这三种布置方式，以布置在中间位置为常见。单个组件首先串联成组件串，串联数量与组件参数、逆变器参数、当地气象条件等因素有关，一般为18~30块/串。

组件竖装时，正、负极连接距离近，接线盒出线为标准长度（标准长度一般0.6m~0.8m)即可。组件横装时，正、负极连接距离较远，通常应≥ 1.4m。为减少组件连接电缆长度，计算出的组件串的串联数量，一般取偶数，将组件串分成两行布置。双排布置的转头处及引出端需加延长线，中间组件之间正负极连接，可利用组件自带线缆连接。

组件布置时，根据接线盒位置，减少延长线及MC4连接插件数量。土耳其光伏项目组件，接线盒位于中间位置，每个组件串有26块组件，按2行13列排布，最大程度减少了延长线及MC4连接插件数量。

2、光伏组件支架设计比选

光伏组件支架方式主要有固定式、跟踪式、固定可调式三种。特点如下：

1）固定式为常用安装方式，其优点是支架系统简单，安装方便，布置紧凑，节约场地；缺点是不能对太阳能资源充分利用。

  2）跟踪式支架，能提高组件对太阳能资源利用效率，需要增加机械跟踪设备、感光仪器等，由于风载影响，对土建基础的承载要求很高，增加工程造价。

固定倾角可调式支架可提高发电量，且系统较为简单，价格适中。固定倾角可调式支架结构形式简单，结构稳定性好，兼顾了固定式支架与跟踪式支架的优点，缺点是调整角度时，需增加人力，对人员的技术水平也有要求。

胡努特鲁项目的光伏支架，我们进行了固定式与固定可调式两种安装式的比较。组件安装支架拟采用固定30度倾角、固定可调（10度、30度、50度）倾角两种方式。两种安装方式比较如下：

组件选用Smart公司540Wp组件，每26块组成一串，每组支架上布置2排13列共26块组件，每组支架上布置的组件竖向长4590mm，横向长14,969 mm(相邻组件之间留出20mm散热空间)。为防止组件前排对后排的阳光遮挡，前后排之间需离出一定距离。经计算，固定30度支架的前后排距离为9.8米，固定可调支架在50度时前后排距离最大为11.88米。固定支架在平整地块可每组成排安装，而可调支架两侧为了留出调整时人员进出空间，每组支架左右侧需留出1米距离。10000m2地块，采用固定支架，组件安装容量为957kWp； 采用固定可调支架，组件安装容量为733kWp。

固定倾角支架安装后无需调整，可调支架每年调整四次。3-4 月按 30°倾角、5-7 月按 10°倾角、8-9 月按 30°倾角、10月-次年 2 月按 50°倾角。每组支架有5个支架，调整重量达710kg，调整时，需6~8人，同时改变5个支架结构的角度，保证支架同时同角度转动。如操作不当，造成单个支架不同步，可能引起组件变形损坏。

固定支架与可调支架基础均采用灌注桩形式。结构受力计算时，支架倾角为50度时，立柱的内力较倾角为30度时大。固定支架采用直径300灌注桩，可调支架采用直径350灌注桩。桩材料成本增加。

每组可调支架比固定支架增加5支调整杆，价格增高。固定可调支架在 10°～50°范围内按季节进行倾角调节，年调整次数 4 次，倾斜面辐射量相比水平面辐射量增加约 18.1%。倾角可调布置方案与最佳倾角30度固定式布置方案相比，全年发电量提高约 4.5%。每串组件固定支架布置占地146.7m2，每组支架上安装26块计算，每块容量为540Wp，按平均年利用小时数1613.1h计算，每串固定组件年发电量为22648kwh。固定可调支架布置占地191.6m2，每串可调倾角组件年发电量为23,667kwh。折算到每串的占地面积后，固定倾角组件年发电量为154.38 kwh/m2，固定可调支架组件年发电量为123.52 kwh/m

2。

固定支架国内及土耳其均可制作。可调支架，经调研，目前土耳其未见有制作厂家，需从国内采购。

经以上占地面积、支架制作成本、土建成本、发电量、运维方式及采购情况多方面比较，选择采用固定支架。

3、光伏逆变器选择

逆变器是将光伏组件所发出的直流电转化为交流电的核心设备。土耳其项目光伏安装容量50MW，交网电压为6kV，需采用箱式变压器进行升压。逆变器有组串式逆变器、集中式逆变器两种，集中型逆变器，其 MPPT 数量很少。MPPT，即Maximum Power Point Tracking的简称，中文为“最大功率点跟踪”，即：逆变器根据外界不同的环境温度、光照强度等特性来调节光伏阵列的输出功率，使得光伏阵列始终输出最大功率。在地形起伏、组件效率衰减、组件朝向不一致等因素造成光伏组件出力有较大差异时，组件中的一个太阳电池的电参数明显不同于组件中其它的太阳电池时，就发生了组件中的失配。出现失配损失问题的光伏组件，会由于短板效应影响整体的发电效率。如果失配的组件串，接入独立的MPPT，则可减少失配的影响。组串式逆变器每兆瓦光伏单元 MPPT 跟踪路数远大于集中式逆变方案，尤其适合于地形复杂，地表条件有差别的地面光伏项目。而且组串式逆变器体积小，一般重量不足 100kg，基本不需要专门起重工具就能进行快速安装，可直接固定安装于光伏组件支架上，免去了集中式逆变箱房的选址、基础建设工作，降低了施工难度，保障了施工进度。

土耳其光伏项目，主要为山地，地面有不同坡度、不同标高，选择了225kW组串式逆变器，它有12路MPPT，每路MPPT可接入2个组件串，可根据不同地形条件，在直流侧可灵活接入相应的MPPT，可减少失配，有利于提高发电量。

二、结束语

本文主要依托土耳其胡努特鲁50MW光伏发电项目设计经验，进行了多方案比选，寻找出较优方案。

三、参考文献

1、GB50797-2012《光伏发电站设计规范》.北京 中国计划出版社  2012；

2、NB/T 10115-2018《光伏支架结构设计规程》.北京，中国电力出版社 2018

3、NB/T 32004-2018《光伏并网逆变器技术规范》，北京，中国电力出版社 2018

4、《组串式逆变器产品手册》深圳 禾望电气股份有限公司  2022