光伏发电系统的技术路线

离网发电系统的主要构成与并网系统相仿，但 增加了储能环节。因为太阳能发电具有波 动性大的 特点，为保ｉ正用户用电的便利性和持续性，需要对太 阳能所发电力进行存储， 它广泛应用于不方便电力 输送的地区和零散应用的地点，如边远乡村、通信信 号中继、路 灯等。 并网光伏发电系统根据应用的不同场合又可以 划分为光电建筑一体化应用和荒漠电 站两大类，根 据光伏电站的特点，需要采用不同的光伏电池阵列 技术。光伏电站的外在特 征是光伏电池阵列，它占 据了宽广的空ｌ＇日Ｊ，其排布方式从技术上影响了发电 电量， 从效果卜影响ｒ视觉感受，是光伏电站的没计 重点之一。
本文由 zhaowen926 贡献 pdf 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。 ２０１０年１２门筇６期 光伏发ｆ乜系统的技术路线——郭大，Ｊ ２３? 矿毒毒ｋ 一工一一艺～ ；｝下一一能一、．争．∥ 光伏发电系统的技术路线 郭大力 （中国恩菲工程技术有限公司，北京１０００３８） 【摘 要］ 介绍了太阳能发电的发展趋势及其市场适应能力，分析了光电建筑一体化中 幕墙电池元件和柔性电池 元件的适应场合，论述了荒漠电站中阵列布置方式和布置方案的选用。 【关键词］ 太 阳能发电；光电建筑一体化；荒漠电站 【文献标识码】Ａ ［文章编号］ｌ００８—５１２ ２（２０１０）０６一００２３一０４ ［中图分类号】ＴＫ５ｌ ＴｅｃｈＩｌｉｃａｌ Ａｐｐｒｏａｃｈ ｏｆ ＰｈｏｔｏＶｏｌｔａｉｃ Ｐｏｗｅ ｒ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ＧＵＯ Ｄａ．Ｉｉ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌ ｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ ａｎｄ ａｄａｐｔｉｖｅ ｆｈｃｕｌｔｙ ｉｎ ｍａｒｋｅｔ ｏｆ ｓｏｌａｒ ｐｏｗｅｒ ｇｅｎ— ｅｒａｔｉｏｎ，ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ａｄ ａｐｔｉｖｅ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｅｌＩ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｉｎ ｏｎ ｔｈｅ ｃｕｒｔａｉｎ ｗａｌｌ ａｎｄ ｎｅｘｉｂｌｅ ｃｅｌｌ ｃｏｍｐｏｎｅ ｎｔ ａｒｅａ． ＢｌＰＶ，ａｎｄ ｄｉ８ｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ ｌａｙｏｕｔ ｓｔｙＩｅ ａｎｄ ｓ ｃｈｅｍｅ ｏｆ ａｒｒａｙ ｉｎ ｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ ｉｎ ｄｅｓｅｎ ａｒｅａ １（ｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｏｌａｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｐｏｗｅｒ；ＢＩＰＶ；ｐ ｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ ｉｎ ｄｅ８ｅｎ １ 概述 太阳能发电是今后清洁能源的代表，近年来发 展速度极快。截止２００８年，世界光伏发电行业最近 １０年平均年增长率为４８．１ ％，最近５年年平均增长 率为６０．２％，呈加速发展趋势（见图表１）。未来全 球装机总 鞋也会快速发展，各国均在为发展自己的 清洁能源体系不断在技术、政策等方面努力探索着。 太阳能发电具有极佳的市场适应能力，针对不 同的应用场合有许多种形态，大到彻地连天的 大型 荒漠电站，小到计算器上的一小片电池，针对各种不 同的场合，需要不同的太阳能技 术。 目的太陬Ｉ能光伏电站系统主要有两大类，即并 网光伏发电系统和离网光伏发电系统， 此外还有多 能匾补混合发电系统。 并网发电系统的主要系统构成是：光伏电池－＋ 【收稿日期］２０ｌｏ一０３—２５ 【１乍者简介］郭入力（１９６９一）．男．安徽
（３）双轴跟踪系统。也是效率最高的跟踪系 统，其阳光利『｛ｊ率较水平面提升町以 达到５６％，发 电能力强，用地更大。 ２．２方案选用 不同阵列布臀方式的特点使之具有 不同的适用 范ｆ嗣，在设计中需要根搬小｜Ｉｊ】场地条件、资金条件、 组件类型乃至优 惠和税收政策等等进行选Ｊｆｊ。
２．２．１ 固定式阵列（１冬｜４） 固定式阵列在『ｆｊ地和支架制作费用卜较有优 势，｜Ｉｉ】时由于其没彳ｊ．转动部 件，可靠忭极高，可基本 实现免维护，与光伏电池通常２５年的使川寿命作常 围５单轴水平跟踪阵列 万方数据 ２６? 有色冶金节能 口工艺节能 架系统，通常单个阵列较小，采用聚光电池时需要精 确的控制系统和高效高可靠性的动 力系统支持，其 制作费用通常为５．０—６．０元／ｗ，制作费用最高，需 要较大型的混 凝土基础，适合环境保护要求较低的 沙漠地区采用（图８）。它适合采用品硅电池、低倍 聚光电池和高倍聚光电池等所有电 池类型，适应能 力最强，特别是高倍聚光电池，只能采用双轴跟踪阵 列，由于高倍聚光电 池采用菲涅尔透镜等玻璃材料 或大型反光镜取代电池成为光伏阵列主体，电池体 积极小。 如５００倍高倍聚光电池，其光伏电池需要 将电池面积的５００倍范围内的阳光进行汇集， 大大 提升了阳光的能量密度，电池效率从一般晶硅电池 组件的１４％～１７％提升到３０ ％以上甚至达到 ４２．７％，发电能力大大提高，虽然电池本体价格最 高，但折算到整个 光伏阵列上还是拥有较强的价格 竞争优势，其缺点是，Ｅ产厂家较少，难以进行挑选。 图６单轴极轴跟踪阵列 图７双轴跟踪阵列 图８聚光电池阵列 ３ 结论 综上所述，光电建筑一体化项目较适合采用晶 定优势的情况下，还可以使用高倍聚光电池双轴跟 踪系统，以增加发电培。 在用地条 件相对宽松，有一定技术支持力的地 区，同时电价较为优惠的情况下，采用单轴跟踪系统 具 有较好的竞争力。 而Ｊ｛ｊ地条件相对苛刻，缺乏及时技术支持的地 区，特别是由于光资 源优秀而在电价上较为严格的 情况下，使用固定式阵列将在经济性、可靠性上具有 优势。 硅电池的位置是屋面，经济住好，造刑限制较多。 幕墙和大跨度摩面以及造型变化较多 的场合适合 采用非品电池组件，利于建筑设计采用，便于施工。 荒漠电站在用地较为宽松、 技术支持性较好的 地区，特别足在电价上政府支持力度较大的区域，可 以采用双轴跟踪系 统，如果在经济性比较后具有一 万方数据
２光电建筑一体化 光电建筑一体化足光伏发电系统的一个重要组 成部分，在土地资源较为紧张，特别足荒 漠资源较为 紧张的地区，建筑屋顶是提供光伏用地的霞要资源， 如欧洲、日本、美国等均 有专门针对建筑屋顶的“十 万犀顶”、“百万尾顶”等鼓励计划，大大推动ｒ这峰 冈家的光 电建筑一体化模式的发展。屋顶电站规模 通常较小，特别是小住宅屋顶电站以５～１５ ｋ ｗ为 主，公建屋顶面积较大，规模也较大，如卜海虹桥枢 纽屋顶电站就有６．６８ Ｍｗ的 规模（图２），比小型荒 漠电站规模更大。 图３幕墙电池元件的应用 非６６硅幕墙发电单元支持更为灵活的设计，其 幕墒造型类似镀膜玻璃，透明度可选， 颜色叮选，因 此，由建筑设计师进行选用。此外，非晶硅电池还具 有一些品硅电池所不ｊ 乓备的特点和优势，如优异的 弱光发电性，可以在叮能有遮挡的部位应用（品硅 电池阵列 不能进行局部遮挡，遮挡会造成整个电池 串不能发电，如果电路设计不当甚至会烧毁电池）， 从而使建筑设计更加自由灵活。它的主要弱点足发 电效率较低，面积大而发电量较小。 因 此，在建筑透明天棚设计时，选用晶硅电池幕 墙较为有利，可以充分利用屋顶面积，有较好 的发电 能力，同时避免了遮挡造成的电气专业问题。而在 建筑立面幕墙没计巾采用非晶硅 太阳能电池较为有 利，它既不会被窗框的遮挡所闲扰，也不会因为大面 积采用而影响室内 的视线，即使在阴影区使用也可 以有一定的发电效益，与其他形式的幕墙衔接也较
合肥入，硕卜。 圈Ｉ 光伏发电装机总量增长迅速 蝥嚣器皇苗轰謦嚣ｉ．譬篙’２００９年为建筑师?２００９年童今 为光伏事业ｊ｝Ｉ；
ｌｉ任【二程师。 万方数据 也ｘ”’咒”’‘臼盯～ｕ ｒ’不。Ｌ。，弋¨ｕ’Ｊ儿：１０ ＩｔＩ瓜１１ｌＩＩ匕 逆
变器。变压器。电网系统。其｜到逆变器，由逆变器将直流电 变成交流电最终输送到电网，并通过
电网输送到用 户。 目前，在光伏建筑一体化形式的发电单元选择 上主要有两种形式的电池元件：幕墙玻璃
电池元件 和柔性电池元件。 幕墙电池元件的发电体有品硅电池片和非晶硅 电池两种模式， 晶硅电池的优势在于发电效率高、制 作Ｉ：艺成熟，它的主要视觉形态农现手段较少，一般 采用分块留缝的方式排列，阵型简单，序列感强烈， 其电池部位透光率为０，留缝部化为１ ００％，室内光 线较为生硬，遮光率随留缝宽度不同而变，一般透光 率为３５％～６０％。 为避免窗框对电池的遮挡，多采 用隐框式玻璃幕墙的做法，优化电池的光环境。
２．２．３单轴极轴跟踪阵列（图６） 与水平跟踪阵列复杂性相当，支架较水平跟踪 系统 有所增加，其制作费用通常为３．０—４．５元／ｗ， 单轴极轴跟踪阵列较适合采用的光伏 电池种类包括 晶硅电池和低倍聚光电池，低倍聚光电池可以用镜 面部分取代光伏电池，可 较大幅度节约电池成本。 ２．２．４双轴跟踪阵列（图７） 双轴跟踪阵列采用了所有阵列 中最为复杂的支
图２ 建筑光伏一体化Ｉ ＢｌＰＶ Ｊ 容易。 此外，ＢＩＰＶ电池还有一种主要类型就是柔性电 池，它采用薄不锈钢板或其 他柔性材料作为基板，在 其表面制作的光伏材料与基层共同作用成为一种较 为柔软的太阳 能电池，它的适应能力极强，可在其背 面复合自粘性材料，使其便捷的粘贴到任何光滑硬 质 的表面，如大型建筑屋顶。 由于现代社会对建筑空间的需求中，很多时候 光电建筑一体化包含ＢＩＰＶ、ＢＡＰＶ两个主要建 设模式，其中ＢＩＰＶ也叮称之为 建筑集成光伏。采用 带有光伏发电功能的建筑材料建设光伏电站，它可 以是建筑的幕墙、 遮阳、顶棚，也可以是建筑的防水、 装饰等等。ＢＡＰＶ则主要指采用普通光伏电池直接 应 用到建筑之上。在建筑形体允许的情况下，ＢＡＰＶ 具有造价相对低廉、系统可靠性较高的 优点。 万方数据 ２０１０年１２ Ｊ１筇６期 光伏发ｌ乜系统的技术路线——郭人力 ２５? 都，黯要大制宅间才能满足，其屋面平憋宽广没有遮 挡，便于建设光伏电站，但大删空｜’ 订Ｊ的建设对ｉｌｃ埴要 求极为严格，普通晶硅电池霞最较大，ｊ｝ｊ于砸嘶鼻６限 较大， 柔性非晶硅电池的采Ｊｆｊｊ乓有先天的优势，茕屋 轻、施工简便、对造型没有任何影响的 特点，使柔性 电池在建筑领域特别是较大规模的光电建筑一体化 项目中得到广泛应用。 ２ 匹配，其制作费川通常为０．８一１．２冗／ｗ。ｆ１ Ｉｊ｛『【闷 外很多电站使Ｊ｝】 小喇钢桩毖础，施工时ＩｌｌＪ短，还Ｉ｜『以 在服务期结束后轻松启出转移，具彳ｆ极他 的环境友 好性。固定式支架较适合采用的光伏电池种类主要 是晶硅电池，其技术成熟，生 产厂家众多，供货难度 较小，产品规格系列化程度高，可挑选余地大。 荒漠电站 荒漠电站主要是大型光伏电站，ＦＩ前以５—１０ Ｍｗ规模居多，大型化趋势已显现，２００９年尚德电 力签约的青海海西州乌兰县电站 规模就达到５ ０００ Ｍｗ，占地约１００ ｋｍ２，由于规模庞大、落地布阵，因 此多采用模块化设计思想， 与光电建筑一体化的设 计规律完全不同。 阵列设计是荒漠电站设计的重点，需要从光资源 配置、投资与回报、土地资源等多个角度来进行设计。 ２．１阵列布置方式 光伏阵列的布 置方式是阵列设计的基础，目前 国际ｌ司内主要采用的阵列方式主要有以下几种： （１） 固定式阵列。通常使用与纬度相当的倾角 面向太阳，兼顾冬季和夏季的阳光。其效率比水平 布 置１４％增加，占地较多，但阳光利用充分。缺点是 难以充分利用上午和下午较为倾斜 的阳光，对夏至 和冬至与倾角有一定偏差的阳光利用也不太允分。 （２）单轴跟踪系统。 每日根据阳光方位角进行 调整，阳光利用更为充分，包括单轴水平跟踪系统和 单轴极轴跟 踪系统两种。据相关数据显示，其阳光 利用率比水平面提升分别叮以达到４０％和５ｌ％。 单轴极轴跟踪系统发电能力较同定倾角阵列发 电能力增加２５％一３２％，不利之处在于土 地需求大 大增加。 图４同定式阵列 ２．２．２单轴水平跟踪阵列（图５） 较固定式阵列稍复杂，用地较固定式电站增加 不 超过２０％，其制作费用通常为２．５—３．５元／ｗ，能 满足光伏电池通常２５年的使用 寿命，其支架需要更 为稳定的基础，所以使』｝ｊ混凝土基础的时候较多，施 工周期相对较 长，使用后的环境恢复也较困难。该 阵列较适合采ｊ｝；ｉ的光伏电池种类同样是晶硅电池。