摘要：随着经济的不断发展和科学技术的飞速进步，我国越来越重视新能源领域的发展。光伏发电是具有环保属性的一种可再生能源发电形式，在近年来得到了越来越广泛的应用。目前，光伏发电不仅在工厂、企业中得到了广泛的应用，有的家庭用户也使用了微型分布式光伏发电来进行节能发电。因此，光伏发电系统的设计不但可以为工厂、企业的生产节约成本，同时还与人民群众的生活息息相关。基于此，本文主要对太阳能光伏发电设计进行了简要的分析，希望可以为相关工作人员提供一定参考。
关键词：太阳能；光伏发电；设计
引言
目前，将大电网与以新能源为主的分布式电网相结合，被世界许多能源和电力专家公认是节省投资、降低能耗、提高电力系统稳定性和灵活性的主要方式，在用电负荷较大的地区削平用电高峰是21世纪电力工业的发展方向。
1光伏发电系统概述
1.1组成
典型的光伏发电系统有离网和并网两种，离网型主要由光伏阵列、充放电控制器、储能装备或逆变器、负载等组成。光照射到光伏阵列上，光能转变成电能，光伏阵列的输出电流由于受环境影响，因此是不稳定的，需要经过DC-DC转换器将其转变成稳定的电流后，才能加载到蓄电池上，对蓄电池充电，蓄电池再对负载供电。如果是并网型，则不需要蓄电池，而是通过并网逆变器，将直流电流转换成交流电流，并到电网上进行出售。目前国家多鼓励并网分布式光伏电站的发展，用户侧并网从而降低用电负荷。
1.2工作原理
光伏发电系统的工作原理指的是采取了光生伏打，并通过利用太阳光对于一些特殊的物质进行了照射，使内部的部分粒子吸收到了相应的光子，进而通过移动，产生了一定的电势能，进而就把光能转化成了电势能。太阳能发电系统包括以下几个方面：①并网发电系统，它指的是通过标准接口与公用电网所进行的一种连接，感觉就像是一个小型的发电站，辐射能转变成了高压直流电，然后通过逆变器向电网输出了交流电。②独立式的发电系统，是把所接收到的多余电能通过充电器存储于蓄电池的内部，需要时蓄电池放电。
2太阳能光伏发电并网发电设计要点
2.1设备配置及选型
太阳能光伏发电系统工程中需要进行选型的设备有光伏阵列、控制器、并网逆变器，此外，还要进行防雷接地设计。①由于太阳能资源是一种低密度的平面能源，要布置大规模的太阳能电池阵列来采集太阳能辐射能量。在选择光伏阵列时，需注意当串联时，要为每个组件并接旁路二极管，而采用并联时需要在每一条并联线路串接阻塞二极管，同时还要考虑组件互连接线最短的原则，最后还要严格防止存在着性能变坏的电池组件接入到太阳能电池方阵之内。②在对控制器的确定时，需要综合考虑到系统功率、方阵路数、电压、蓄电池组数以及并网要求确定的控制器类型等等。③由于我国目前所使用的负载大多数均为交流负载，供应直流电力的光伏电源很难作为商品进入市场，所以光伏发出的电力最终应转化为交流实现并网运行。光伏并网逆变器就是太阳能光伏电池发出的电通过这种逆变器变为电网需要的交流电。
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2.2系统的具体设计
对光伏系统的具体设计主要包括对光伏子系统、光伏组件、接线箱、光伏方阵以及储能系统的设计等，具体来说：
2.2.1光伏子系统设计
光伏子系统的设计主要包括光伏组件、支撑结构、基础、内部电气连接、防护设施及接地等内容；
2.2.2光伏组件设计
在对光伏组件设计中，需要根据太阳能电池组件的总功率等因素来对太阳能电池组件串联数（N≤Vdcmax/Voc×（1+（t-25）×Kv））进行确定，其相关的公式分别如下所示：计算公式：
INT（Vdcmin/Vmp）≤N≤INT（Vdcmax/Voc）
式中：Vdcmax—逆变器输入直流侧最大电压（V）；Vdcmin—逆变器输入直流侧最小电压（V）；Voc—电池组件的开路电压（V）；Vmp—电池组件的最佳工作电压（V）；N—电池组件串联数（N取整）。
2.2.3接线箱设计
并网光伏发电系统的接线箱一般处于光伏阵列的输出端，在其输入端是对各组件的子方阵进行连接，输出端则连接控制器，通常情况下具有防反冲和防雷击的功能。
2.2.4光伏阵列设计
对光伏阵列的设计主要包括仿真倾角的计算和设计、方位角选择、方阵间距计算和设计、支架设计以及连接电缆的选择等等。
2.2.5储能子系统设计
在储能子系统的设计中，蓄电池与功率调节器的设计是关键所在。以蓄电池设计为例：尤其需要注意的是选择合格的蓄电池，并出具相应的质检报告，而且蓄电池的工作环境温度应该保持在5~30℃之间，而且还要观察蓄电池的外形是否存在变形、裂纹以及漏液等缺陷。然后根据下列公式计算蓄电池的总容量：
C=1×[K1I1+K2（I2-I1）KN（IN-IN-1）]/L
式中：C—250C的额定放电率换算容量（AH）、UXL电池是10HR容量。L—对因维护系数、使用年数、使用条件的变化而引起的容量变化而使用的修正值。一般L值采用0.8。K—由放电时间T、电池的最低使用温度、允许的最低电压而决定的容量换算时间。I—放电电流。
2.3系统能效分析
2.3.1年发电量分析
以某项目为例，装机容量为100kWp，年均发电量120MWh，运行寿命25年，衰减不大于20%，25年累计发电量约为2400MWh。采光顶光伏发电系统年发电量：该系统装机容量100kWp，年均发电量110MWh，运行寿命25年，衰减不大于20%，25年累计发电量约为2200MWh，系统平均效率85%以上。
2.3.2系统费效比分析
若总计投入约100万元人民币安装100kWp光伏电站。根据现有国家补贴政策，每发电1度享受国家0.42元补贴，享受25年。考虑系统的生命期衰减等因素，在项目生命周期内（25年），系统共计可发电2400MWh，获得补贴费，100万元，同时所发电能均被自身消耗，以工商业用电电价1元/度为例，将节约240万元，投资收益远大于现有市面理财产品，且稳定可靠。
结束语
综上所述，目前，太阳能是重要可再生能源，在各行各业中都得到了广泛的应用，在资源能源需求越来越多的今天，光伏发电系统的出现，它不但降低了能耗与资源，对人们生存环境起到了保护的作用，同时也正在走进千家万户，降低人们的生活成本，改善社会的能源结构。光伏发电系统对于解决当前能源短缺和环境污染两个世界性的问题同样重要。随着科技的发展，光伏发电的成本降低，从2000年15元/Wp，到现在3元/Wp，低至原1/5。未来在储能方面石墨烯有着广阔的市场前景，一旦用于市场将会引发能源行业的革命。而我国目前在光伏发电系统的理论研究与实践应用方面还处于中级阶段，虽然产量居于世界之首，但核心技术，理论基础性研究依旧落后。因此，我们要对光伏发电系统并网系统设计不断进行研究，进而促进了社会的不断发展。
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论文作者:李昕
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/10
标签：光伏论文; 系统论文; 蓄电池论文; 太阳能论文; 组件论文; 阵列论文; 逆变器论文; 《电力设备》2017年第34期论文;