上海能辉科技股份有限公司 上海 200335
摘要：由于我国能源环境问题日益凸显，近而推动我国新能源产业的蓬勃发展。光伏发电是利用光生伏打效应，将太阳辐射资源转换成无污染的电力资源。在产业发展的同时，也存在诸多问题；如电站质量问题导致衰减率大于预期，发电系统功率因数不达标，设备选型不恰当导致电站存在安全隐患。面对这些挑战，对建设期的设备选型及故障排查显得尤为重要，文章亦在阐述光伏电气设备选型阶段需要关注的重点，使设备选型更加合理，并借助当前新兴技术，提高光伏发电对大数据分析的应用，通过大数据分析技术，能够提高电站的故障处理，提高电站综合系统效率，提高单位发电量。
关键词：光伏发电；设备选型；大数据分析；
当前我国环境污染日益严峻，不可再生能源的日益枯竭，我们面临环境保护与可持续发展双重考验。面对这些严峻的挑战。我国大力发展太阳能，风能等清洁可再生能源；亦在缓解我国对化石能源的依赖。逐步建立起可持续发展性社会。在行业发展趋势上看，光伏发电将快速进入“互联网+”的时代。
一、光伏发电的基本原理及发展现状
（1）电池光生伏打效应原理：太阳电池发电的原理是光生伏特效应。在半导体被光照射时，由光产生的载流子在不同位置具有不均性，由于PN结产生了内部载流子，从而产生电力，这种现象叫做光生伏特效应。
二、光伏发电系统的基本组成
光伏发电系统分为直流侧、交流侧。直流侧方面主要有光伏电池板，直流电缆，直流汇流箱，交流侧包含逆变器，交流动力电缆，还有箱变及开关站为主的电气设备，光伏发电系统中还包含通讯控制类的二次系统设备。
三、光伏电气设备选型
（1）光伏组件选型及注意事项：光伏组件是光伏电站最重要的部分。光伏组件是由钢化玻璃、EVA胶膜和太阳能电池片、背板、汇流条、接线盒，铝边框组成。对于光伏组件的设备选型，其核心要素就是验证电池片的良好性。组件应选用的硅片应为A级硅片为佳，不能掺杂冶金级硅料，少子寿命不低于2.5µs，电池片无机械损伤，所有使用的电池片不允许出现隐形裂纹和边角损伤。组件的钢化玻璃应采用低铁钢化绒面玻璃，透光率应高于90%。背板必须为双面含氟，至少三层复合结构，背板确认时应明确选用背板的透水率、黄变指数、相对热指数、局部击穿电压和抗拉强度。EL测试是组件在防隐裂方面起到红外探测的重要质量确认方式。组件电池在隐裂标准上，推荐其隐裂管控标准为：组件同一电池片只能有一条隐裂并且该隐裂长度不超过电池的五分之一，不允许存在贯穿隐裂，碎片、黑芯片、黑斑和局部短路。
（2）光伏汇流箱选型及注意事项：汇流箱的直流断路器额定电压不低于DC1000V（根据系统电压来定），根据使用环境和使用方式修正后的额定电流不低于200A（以16汇一的规格进行论述）断路器应具备速断（磁脱扣）和过流（热脱扣）保护功能，断路器磁脱扣电流不能大于5*In，DC1000V时的额定短路分断能力不能低于20KA。汇流箱中使用的直流断路器必须同时具备隔离功能。直流输入断路器必须预留至少20%的断路器调节容量，即直流输入断路器中热脱扣器调节到80%时（或者更低）的容量为直流输入断路器在全温度范围内的长期连续最大工作容量。
（3）光伏逆变器选型及注意事项：光伏逆变器是将光伏组件产生的直流电源转换为交流电源的重要电气设备，转换后的电源频率与并网侧的电网频率相同，光伏逆变器还具备跟踪最大功率点及孤岛保护功能。在设备选型阶段，其国内最大逆变效率≥98.7%，国外效率≥98.5%，额定功率下电流总谐波畸变率≤3%；交流输出三相电压的允许偏差不超过额定电压的±10%；与此，逆变器需具备PID防护功能。逆变器功率因数必须满足供电部门相关技术要求。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在电能质量上：逆变器向交流负载提供电能的质量应受控，应保证逆变器交流侧所有电能质量符合相关标准要求。
（4）高压部分设备选型及注意事项：对于高压侧开关柜中的保护主要是断路器选型是否合理合规，继电保护是否有效覆盖及整个系统可靠运行。对于GIS是气体绝缘金属封闭开关设备，GIS采用的是绝缘性能和灭弧性能优异的六氟化硫（SF6）气体作为绝缘和灭弧介质，并将所有的高压电器元件密封在接地金属筒中。GIS最重要的注意事项是设备的清理。对于消弧线圈的使用，主要是用于电力系统中灭弧的作用。而在实际设备提资选型中，对于消弧线圈的参数的选定一定要根据电网实际运行情况，进行设计，需要对项目所在地的电网运行进行实测，避免因电网自身的电能质量问题导致消弧线圈投运不上。
四、电站设计参数的计算与选定
（1）伏阵列最佳倾角计算：光伏阵列的倾角选择是关乎电站发电量的重要设计参数，首先选择项目所在地最近的气象站数据进行太阳能资源的分析，再利用其PVSYSTS等软件进行各个倾角数据分析和对比，软件可以对每个季节的辐射量和倾角下辐射得到的多少，来判断哪个倾角值是最佳倾角。
（2）组串块数计算：光伏组串的块数是根据组件的开路电压、工作电压、系统电压、并网逆变器的输入电压及项目地理气候历史高温，历史低温所决定的。组串块数设计过多，将导致组串电压超过额定的系统电压，导致直流侧设备及电缆被高压击穿，烧毁的可能。组串块数过少，会导致逆变器启动晚，导致发电量的减少。
（3）方阵间距计算：阵列倾角确定后，要注意南北向前后阵列间要留出合理的间距，前后间距为：冬至日上午9：00到下午3：00，太阳电池组件之间南北方向无阴影遮挡。计算公式如下：
D=Lcosβ＋sinβ×（0.707tanφ＋0.4338）/（0.707-0.4338tanφ）
式中：φ为当地纬度；β为组件安装倾角，D不遮挡间距。
五、电站系统数据采集及大数据分析利用
当下电站的发电情况主要还是通过采集设备端的电能运行数据，并将数据处理后呈现在电脑监控系统软件上，以便电站管理人员的分析判断管理。但实际运行中还是存在故障排查困难导致电站发电量降低。对光伏组串进行的监测，通常由直流汇流箱中加数据采集模块，采集其汇流箱母排上的电压、组串支路电流等信息通过RS485通讯接口向上传递。当前互联网技术飞速发展，大数据分析广泛应用，光伏发电数据若能够利用其大数据技术进行故障分析，那么对光伏电站的运维管理，发电量的提升上将带来很好的裨益。首先将光伏系统的交流侧，直流侧所有采集数据进行存储，精确到每列光伏组串数据，数据包括其汇流箱状态、断路器状态，包括各个并网柜，高低压开关柜运行状态，也包括箱变，逆变器，运行情况进行各环节的采样，主要为电流，电压，频率等电气参数，按照总平面布置图进行数字建模，完后结合光功率预测进行发电量模拟测算。后再与市政供电部门进行数据联网，现成电网的调度。针对组件异常筛查的方式，主要手段是测量组串的电流电压值及红外成像筛查，这样检修排查方式缓慢，成本投入很多，若能够利用其大数据分析功能，对每串光伏进行历史发电数据与现有数据进行竖向对比，相邻组串再进行横向对比，将快速比较出当前电站中，那一串光伏发电存在异常，相比较其过去，当前组件的运行是否向下运行的趋势。对于大数据的应用，还可以应用到项目地辐射量的评估中，这样就可以对新建电站进行太阳能资源方面的经济评估。
结论：通过对光伏电站的设备选型及大数据等新兴技术的利用，以往电站存在安全隐患，包括因设备故障导致电站发电量降低，电站检修排查困难等将会得到有效的改观。光伏发电不仅要定位好产业发展方向，还要深入融合新科技创新发展，才能把握百尺竿头更进一步的时代契机。
参考文献：
[1]奎明玮，柴向春.太阳能光伏发电应用的现状及发展[J].中国新通信，2018
[2]李伟.太阳能光伏发电技术应用现状及未来发展趋势研究[J].江苏科技信息，2018
论文作者:邓凯
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第11期
论文发表时间:2019/5/23
标签：光伏论文; 电站论文; 逆变器论文; 组件论文; 电压论文; 倾角论文; 断路器论文; 《建筑模拟》2019年第11期论文;