摘要：本文以浙江某地区火力发电厂为例，设计了一套小型并网光伏发电系统。结合当地地理位置、气象状况，对该系统的组件选型、光伏阵列布置、发电量计算、影响发电量因素等方面做出设计优化。通过运用专业的光伏系统软件PVsyst对设计方案进行建模仿真，最终对仿真结果进行总结分析，对今后燃煤电厂引入屋顶光伏有一定借鉴意义。
关键词：并网光伏发电系统；PVsyst；仿真建模；最佳倾角
0引言
随着人类社会的不断发展，不可再生能源被不断的消耗，同时环境污染问题始终困扰着我们。为迎合可持续发展战略，可再生能源必将成为人类未来能源结构中的主要能源。在众多的可再生能源中，太阳能作为一种清洁的可再生能源，有着巨大的发展前景。就目前的一些火力电厂，可利用电厂空闲区域逐步引入屋顶光伏项目，在节能减排的同时，推动光伏发展。
1系统参数设定
1.1环境参数
本文设计的并网光伏发电系统安装场所为浙江某地区火力发电厂。通过查询得到该地的地理位置为北纬30.75°、东经120.55°，处于东八区，海拔4m。
1.2装机容量
本文设计的屋顶光伏电站装机容量为500kWp。
2并网发电系统设计计算
2.1环境参数分析
通过光伏软件PVsyst自带的气象数据库，可以得到安装场所相关的气象数据。
环境温度及风速是影响光伏组件光电转换效率的重要因素。在其他气象条件相同情况下，环境温度越高，光电转换效率越低；风速越高，光伏组件温度越低，因而光电转换效率越高。因此通过PVsyst软件的气象数据库得到该地的各月平均气温及风速数据。
2.2光伏组件选型
光伏电池是光伏系统中实现光电转换的基本单元，若干光伏电池组成了光伏组件。本次设计选用型号为TSM-240PDG5的多晶硅光伏组件。
2.3逆变器选型
本次设计的光伏系统容量为500kWp，选用型号为SG500MX-M的集中式逆变器。
PVsyst中可以得到该逆变器的效率曲线。在逆变器出力达到10%左右时效率可达到98%以上，最高效率点出现在逆变器负载为300kW左右，这样的特性可以适应光伏系统大部分情况下不能满载发电的情况。
2.4光伏阵列的布置
2.4.1光伏组串与逆变器的配合
由于温度系数会对光伏组件的工作效率产生影响，即光伏组件随着温度的升高，开路电压降低；反之，随着温度降低，开路电压升高。因此，若要保证逆变器能正常的连续运行，在计算电池板串联电压时需考虑当地气候条件下的极限温度进行计算，以此得出串联个数。
光伏方阵中，同一光伏组件串中各光伏组件的电性能参考数保持一致，光伏组件串的串联数量可按公式计算。
KV——组件开路电压温度系数；
K’V——组件开路电压温度系数；
N——组件串联数量；
t——组件工作条件下的极限低温；
t’——组件工作条件下的极限高温；
Vdcmax——逆变器允许的最大质量输入电压；
Vmpptmax——逆变器MPPT电压最大值；
Vmpptmin——逆变器MPPT电压最小值；
Voc——组件开路电压；
Vm——组件峰值功率电压；
本文中所选SG500MX-M逆变器的最大允许输入电压Vdcmax为1000V，输入MPP电压范围为460～850V。TSM-240PDG5多晶硅光伏组件的开路电压Voc为37.30V，最佳工作电压Vm为29.90V，开路电压温度KV，K’V为-0.304%/K，组件工作条件下的极限低温t为-6℃、极限高温t’为60℃。
根据公式计算得：
即每个串联组件的个数N≤24.2，且17.2≤N≤25.7。
在取N值时考虑部分因素，组串串联级数影响电缆用量，综合模拟设计本文N值取22。
2.4.2倾角与方位角的选择
用PVsyst软件模拟得到太阳能采集板的倾角和板上光照采集量的关系为，从0°到22°太阳板光照采集量随倾角度数的增加而增加，之后从26°开始下降。22°-26°为采集量的峰值，1319kwh/m2。综合考虑，我们选择倾角24°，方位角0°，正南朝向作为其放置位置。
2.4.3光伏方阵间距计算
方阵场安装地的选择应避免阴影影响，各阵列间应有足够间距，一般要求在冬至影子最长时，两排光伏阵列之间的距离要保证上午9点到下午3点之间前排不对后排造成遮挡。
计算公式如下：
光伏电池方阵间距或可能遮挡物与方阵底边的垂直距离应不小于：
D=cosA×H/tan[sin-1（sinφsinδ+cosφcosδcosω）]
式中：D——遮挡物与阵列的间距，m；
H——遮挡物与可能被遮挡组件底边的高度差，m；
φ——当地纬度，deg；
δ——太阳赤纬角，deg；
A——太阳方位角，deg；
ω——时角，deg。
根据计算可得D=3.63m，取方阵间距为4m。
确定间距后，利用PVsyst建立光伏方阵的三维模型，设置方阵前后排的间距“Pitch”为4m。
光伏方阵模型建立后，利用“Shadow Amitation”对其进行阴影仿真，设置仿真日期为冬至日12月22日。通过仿真可以得到阴影的动态图以及在阴影遮挡的情况下发电量损失的比例。
2.5发电量计算
本次仿真的天气气候资料主要是当地1900全年的气候，经过软件计算，出现此次光伏发电系统的仿真结果。
从仿真的结果数据我们可以得到系统的主要参数如下：
一年发电量为580MWh；一年每千光伏发电1098kWh；阵列面积与发电量的斜率大约为0.838；光伏系统电池组阵列损失量是每天每千光伏损失0.54kWh；整个光伏系统损失为每天每千光伏0.04kWh。
3影响系统发电量的因素
3.1不同倾角的影响
在太阳能光伏发电中，由于倾角的不同影响太阳能的利用效率，因此通常将采光面倾斜放置。对于并网光伏发电系统而言，最佳倾角的概念通常是指能在全年中得到最大的太阳辐射量的角度。
3.2阴影遮挡的影响
光伏系统的阴影遮挡可以分为两类，一类是远方遮挡，主要指远方的山脉等大型遮挡物对整个光伏场所产生阴影遮挡，特点是遮挡具有一致性，即光伏场或者完全被遮挡，或者完全不被遮挡。通常遮挡物距光伏场距离超过光伏场本身直径10倍以上时，考虑远方遮挡。第二类是近处遮挡，特点是近处的遮挡物在某些特定的时间段对光伏场的某些光伏组件产生遮挡。包括光伏方阵自身的阴影遮挡和场区其他建筑物等对光伏方阵产生的遮挡。
图1仿真结果
4结论
本文是在PVsyst软件下，以装机容量500kWp为例，依据当地气候条件，计算、分析选择光伏组件及逆变器等，设计出最佳的火力发电厂利用厂内空闲地区的并网光伏系统。详细分析了影响发电量的重要因素，并取两种最常见的阴影现象进行模型仿真，模拟阴影效果对光伏系统发电量的影响。
在实现良好的环境、社会效益和一定的经济效益的同时，利用太阳能资源发电，可实现地区电力的可持续发展，是当地电力能源结构调整的需要，且符合现行国家政策和技术发展方向。火力发电厂利用厂内空闲地区的并网光伏系统建设不仅符合改善生态、保护环境的要求，还可以达到减排效果。
参考文献
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[3]吴永忠，邹立珺.光伏电站太阳能电池阵列间距的计算[J].新能源及工艺.
作者简介
俞丹馨（1992－），女，杭州，电气设计。
论文作者:俞丹馨,王君莹
论文发表刊物:《电力设备》2018年第26期
论文发表时间:2019/1/16
标签：光伏论文; 遮挡论文; 组件论文; 逆变器论文; 电压论文; 系统论文; 倾角论文; 《电力设备》2018年第26期论文;