基本介紹
- 中文名：光伏單元
- 外文名：Solar Power Unit
- 全稱：光伏發電單元
- 屬性：光伏電站組分
- 組成部分：光伏陣列、蓄電池組和控制器
- 作用：光伏發電
發展背景,系統組成,工作原理,最佳化設計,採用正方形布置格局,逆變小室居中布置,採用 1 MW 裝機規模,光伏組件容量超配,維護方式,
發展背景
太陽能光伏電站按照運行方式可分為獨立太陽能光伏電站和併網太陽能光伏電站。未與公共電網相聯接,獨立供電的太陽能光伏電站稱為獨立光伏電站,主要套用於遠離公共電網的無電地區和一些特殊場所,如為邊遠偏僻農村、牧區、海島、高原、沙漠的農牧漁民提供照明、看電視、聽廣播等基本的生活用電,為通信中繼站、沿海與內河航標、輸油輸氣管道陰極保護、氣象電站、公路道班以及邊防哨所等特殊處所提供電源;與公共電網相聯接且共同承擔供電任務的太陽能光伏電站稱為併網光伏電站。它是太陽能光伏發電進入大規模商業化發電階段、成為電力工業組成部分的重要發展方向,是當今世界太陽能光伏發電技術發展的主流趨勢。
光伏電站通常由若干個光伏發電單元組成，每個光伏發電單元配置一座箱式逆變器及一座箱式變壓器。在實際工程中，一個光伏發電單元的光伏裝機容量沒有定式，可按照 500 k Wp、1 MWp、2 MWp等規模來設計。MWp級光伏發電單元採用矩形布置，同時將箱式逆變器及變壓器布置於場區主幹道兩側的方案的優越性已經在工程實例中得到印證。
系統組成
太陽能光伏電站包含多個太陽能光伏發電單元,將發出的電能集中逆變供用戶使用。每個太陽能光伏發電單元主要由太陽能光伏陣列、蓄電池組和控制器組成。
太陽能光伏發電單元主要結構示意圖
太陽能光伏發電單元主要結構示意圖太陽能光伏陣列由個太陽能電池組件組成,用支架固定支撐,支架起到固定太陽能電池組件的作用。
蓄電池組是太陽能光伏電站的貯能裝置。太陽能光伏電站中的蓄電池作為儲能裝置,是監控系統的後備電源,也為照明、通信和設備維護提供了必要的電源保障。正確的選用蓄電池非常關鍵,其基本要求是:低自放電,長壽命,少維護,高充電效率,價格低,便於運輸。
工作原理
太陽能光伏陣列中的光伏電池是利用半導體光伏效應製成的一種能將太陽輻射能直接轉換為電能的轉換器件，它是光伏單元的工作核心。1954年貝爾實驗室用單晶矽材料製成了第一隻具有實用價值的太陽能光伏電池。經過發展,太陽能光伏電池在材料、結構、性能及套用等方面得到了長足的進步。目前太陽能電池主要分為矽太陽能電池和化合物太陽能電池。
太陽能電池工作原理的基礎是半導體PN結的光生伏打效應，即當物體受到光照時，物體內的電荷分布狀態發生變化而產生電動勢和電流的一種效應。矽的外層電子受到太陽光輻射時成為自由電子，同時在它原來的地方留出一個空位即半導體中的“空穴”。由於電子和空穴的擴散，在結合的P, N半導體的交界面處即PN結的兩邊形成內建電場，又稱勢壘電場。當太陽光照射PN結時，在勢壘電場的作用下，電子被驅向N型區，空穴被驅向P型區，從而使N型區有過剩的電子，P型區有過剩的空穴，形成了光生電場。在N型區與P型區之間的薄層產生了電動勢，即光生伏打電動勢，接通外電路時便有電能輸出。
太陽能電池組件由若干片能獨立作為電源最小單元的太陽能電池單體組合而成,太陽能光伏陣列由若干個太陽能電池組件經過串聯、並聯構成,按照所需的電壓、電流,把太陽能電池組件按一定的方式聯接,可以是串聯、並聯或者串並相間的混聯。
最佳化設計
採用正方形布置格局
根據現場場地條件，可將光伏發電單元布置成矩形、圓形甚至不規則形狀。在面積一定的條件下，圓形的周長最短，正方形次之。布置成圓形時，光伏發電單元中的電纜布線可能比矩形的布置用量少，但是從實際工程角度考慮，圓形布置的光伏發電單元施工不便，且相鄰光伏發電單元之間的空地都被浪費。因此，光伏發電單元應儘量布置成規則的正方形格局。
逆變小室居中布置
逆變小室可布置在光伏發電單元幾何中心，稱為居中布置，或布置在光伏發電單元外圍，稱為靠邊布置。按照居中布置形式，在逆變小室旁建設通道至主幹道。按照靠邊布置的光伏發電單元中，逆變小室可直接布置在主幹道旁，減少了道路建設成本。
採用 1 MW 裝機規模
每個光伏發電單元的光伏組件裝機容量沒有典型設計方案，根據逆變小室儘可能布置在光伏發電單元幾何中心的原則，設計 500 k W、2 MW 和 3 MW 規模的發電單元和 1 MW 布置類似，區別僅在於容量越大的光伏發電單元占地面積更大，匯流箱相對而言更分散。綜合考慮對成本、發電量的影響採用 1 MW 裝機規模是一個較為典型的設計。
光伏組件容量超配
光伏電站中光伏組件和逆變器的典型配置是使二者功率匹配，即每 500 kWp 的光伏裝機容量配置一台500 kW 的逆變器。但從實際運行狀況分析，受實際運行條件、光伏資源條件的限制，1 MWp 裝機容量的光伏組件無法達到1 MW 的額定輸出功率，因此，逆變器絕大部分時間在小於額定功率的情況下運行。如光伏資源越差的地區，光伏組件的輸出功率越小，逆變器實際使用的容量越低。查閱逆變器的說明書可知，光伏逆變器的輸入功率允許大於其額定功率。此外，根據逆變器的效率曲線分析，光伏逆變器的輸出功率在超過 50%以後，其效率變化很小，基本穩定在同一個值，即在安全情況下增加逆變器輸入端的光伏組件裝機容量，不會降低逆變器的工作效率。因此，每台逆變器可接入大於其額定功率的光伏組件，即使光伏組件因為效率的限制達不到額定功率，逆變器的總輸出功率也大於只配置 500 kWp 光伏組件時的輸出功率，且不會損壞逆變器。
維護方式
光伏發電單元的維護目前主要依靠人工維護的方式。工作人員的日常維護工作是每日測量並記錄不同時間內系統的工作參數,測量記錄內容有:日期、記錄時間、天氣狀況、環境溫度、子方陣電流、電壓、記錄人等。電站巡檢工作由專業技術人員定期進行,在巡檢過程中要全面檢查電站各設備的運行情況和運行現狀,並測量相關參數。並仔細查看電站操作人員對日維護、月維護記錄情況,對記錄數據進行分析,及時指導操作人員對電站進行必要的維護工作。由電站的工作人員定期清理太陽能光伏陣列採光面上的灰塵和積雪,在少雨且風沙較大的地區,清洗時先用清水沖洗,然後用乾淨的柔軟布將水跡擦乾,保持光伏陣列採光面的清潔。
