摘要：本文通过太阳能资源分析、光伏系统方案设计及计算等方面全面介绍某220kV综合能源站利用站内建筑屋顶、储能装置集装箱和车棚顶空间铺设分布式光伏发电装置。该综合能源站总装机容量约为600kWp，经过光伏变流器转换为DC750V，接入微电网DC750V母线，站内预留远期园区分布式光伏（5MWp）接入的接口。
关键词：智慧能源；光伏选型；布置
1 太阳能资源分析
1.1 全国太阳能资源分析
按照日照辐射强度我国分为四类地区：一类地区（最丰富带）全年辐射量在6300MJ/m2以上。二类地区（很丰富带）全年辐射量在5040～6300MJ/m2。三类地区（较丰富带）全年辐射量在3780～5040MJ/m2。四类地区（一般带）全年辐射量在3780MJ/m2以下。一、二、三类地区，年辐射量不小于3780MJ/m2，是我国太阳能资源丰富或较丰富的地区，面积较大，约占全国总面积的2／3以上，具有利用太阳能的良好条件。
1.2 项目所在地太阳能资源分析
湖南株洲平均年总辐射在4391.28MJ/m2以上，属我国第三类太阳能资源丰富区域，太阳能资源尚可，具备光伏电站建设的光照资源条件。
株洲属亚热带季风性湿润气候，四季分明，雨量充沛、光热充足，风向冬季多西北风，夏季多正南风，无霜期在286天以上，年平均气温16°C至18°C，年均日照1588-1321小时。
1.3 站区气象条件影响分析
本研究选用光伏组件的工作温度范围为-40℃～85℃。正常情况下，光伏组件的实际工作温度可保持在环境温度加30℃的水平。本文场区的多年平均气温15.6℃，多年极端最高气温38.9℃，多年月极端最低气温-21.3℃。因此，按本文场区极端气温数据校核，本项目光伏组件的工作温度可控制在允许范围内。
2 光伏系统方案设计研究与分析
本文初步方案规划：采用410W高效半片单晶硅光伏组件1464块，装机容量为600kWp。每18块1串，采用7进1直流汇流箱汇流后分别接入2台200kW+4台50k光伏变流器，经过光伏变流器转换为DC750V直流电，最终接入微网DC750V母线。
2.1 光伏方阵设计
2.1.1 组件安装倾角设计
本文的组件固定在屋顶水泥支架上。综合考虑安装难度、屋顶风荷载问题结合形式等方面，本文选用平铺方式安装光伏组件，组件平铺（5°左右）。
2.1.2 组件串、并联设计
2.1.2.1 光伏方阵的串联设计
本文选用的并网光伏变流器功率为200kW/50kW，其最大方阵开路电压为1000V，直流输入电压范围650V～800V。假定每一个光伏方阵的串联组件数为S，最大串联数为Smax，最少串联数为Smin。
本文选用410W型单晶硅组件，其组件开路电压为50.12V，工作电压为41.76V，电压温度系数-0.3%/K，可知：
S=Udcmax÷Voc÷［1+〔-10-25〕×-0.3%］= 1000÷50.12÷［1+〔-10-25〕×-0.3%］=18.05（块）（当地近年极端最低温度）
本文每台光伏变流器考虑选用18块410W晶体硅光伏组件串联。
2.1.2.1 光伏方阵的并联设计
晶体硅组件峰值功率为410W，假定可以并联的支路数为N，则：
18块410W晶体硅组件串联功率为410W×18＝7380W。
考虑并网光伏变流器的最大直流输入允许过载，本文单台200kW光伏变流器最大直流输入功率为220kW：
并联支路最大数N=220kW /7.38kW ≈29.8。
本项目并联支路最大数N取28。光伏方阵通过组件串、并联得到，光伏组件的串联必须满足并网光伏变流器的直流输入电压要求，光伏组件并联必须满足并网光伏变流器输入功率的要求。
2.2 组件敷设方案
2.2.1 组件敷设原则
本项目组件敷设遵循避开阴影、最佳角度、方便安全维护、面积最大利用等原则，综合考虑铺设方案。
2.5 发电量估算
2.5.1 系统效率分析
建设在开阔地的并网光伏电站基本没有朝向损失，影响电站总效率的关键因素主要是系统效率，系统效率主要考虑的因素有光伏变流器的效率损失、变压器的效率损失，灰尘及雨雪遮挡损失、光伏组件串并联不匹配损失、交直流部分线路损失、其它杂项损失。
2.5.2 发电量估算
本文的光伏组件平铺安装，倾斜面全年日照辐射总量约1080MJ/m2，折合标准日照条件（1000W/m2）下日照峰值小时数为1133小时。
本次光伏电站发电量采用以下公式计算：
L=W×H×η
式中：L——并网光伏电站年发电量；W——并网光伏电站装机容量；H——年峰值日照小时数；η——光伏电站系统总效率；其中峰值小时数H采用公式：H=Ih/IO计算，式中，Ih——倾斜面年总太阳能辐射量，kW•h/㎡。IO——标准太阳辐射强度，1000W/㎡（电池组件标准测试条件）
根据太阳能资源分析数据得知确定的倾角，斜面的太阳辐射量为1133kWh/m²。
本项目峰值小时数H=（1.133MWh/㎡）/（1000W/㎡）=1133h。
根据太阳电池厂家提供的组件衰减参数，单晶硅太阳电池组件第1年总衰减比例2.5%，以后每年0.7%衰减。
首年发电量L1=600kWp×1133h×80%×97.5%=53.02万kW.h
3 分布式光伏在某220kV智慧能源站中的应用
3.1 光伏发电站电气主接线
共安装1464块光伏组件，每18块光伏组件串联为一个光伏组件串，将光伏发电单元的光伏组件串平均分配接入2台200kW+4台50kW光伏变流器，最终转换为DC750V直流电接入微网直流母线。
3.2 主要设备的选择与布置
1）光伏组件选型
光伏组件的功率规格较多，从5Wp到420Wp国内均有生产厂商生产，且产品应用也较为广泛。本文系统容量为600kWp，可用地面积有限，优先选用单位面积容量大的光伏组件，以减少占地面积，降低光伏组件安装量。
综合考虑组件效率、技术成熟性、市场占有率，本文推荐采用410W单晶硅光伏组件。
2）光伏阵列运行方式选择
本文为利用现有建筑屋顶安装光伏组件的项目，为充分利用有限的屋顶资源，光伏组件全部采用平铺方式安装。
3）直流汇流箱
本文根据各子系统单元容量大小，选用7进1汇流箱，汇流箱就近安装在光伏支架上。
4）光伏变流器
光伏变流器选型主要对光伏变流器输入直流电压的范围、光伏变流器输出效率、最大功率点跟踪、可靠性和可恢复性几个指标进行比较，另外，主要技术指标还有：额定容量，额定输入电压，电流，电压调整率等。整个光伏系统采用若干组光伏变流器，每个光伏变流器具有自动最大功率跟踪功能，并能够随着光伏组件接受的功率，以最经济的方式自动识别并投入。
3.3 本站光伏装机容量统计
本文拟安装容量分布如下表：
表3 14-1 光伏装机容量统计
4 结论
本文结合湖南株洲丰富的太阳能资源，开发0.6MW光伏项目，共安装1464块410Wp单晶硅光伏组件，预计运营期内平均年上网电量预计为48.23万kWh。该光伏项目直连DC750V母线，作为充电站的主要电源，提高利用效率，充分落实了本站能源综合、低碳利用的概念。
参考文献：
[1]GB-50797-2012 光伏发电站设计规范；
作者简介：
王春亮，硕士研究生，工程师，从事变电设计研究。
钱凌寒，大学本科，助理工程师，从事变电设计研究。
吴越，大学本科，助理工程师，从事变电设计研究。
论文作者:王春亮,钱凌寒,吴越
论文发表刊物:《基层建设》2019年第26期
论文发表时间:2019/12/17
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