，即利用太阳能光伏电池的光伏效应将太阳能转换为电能。太阳能发电与传统能源发电相比具有以下优势发电原理先进没有中间过程和机械运动，直接从光子到电子转换，发电形式简洁。太阳能资源的储量无限性和地域分布特性。太阳能发电没有燃烧过程，不污染环境，绿色环保。由于太阳能光伏发电目前的成本较高，其大规模推广应用还存在定困难，但是，从长期来看，随着技术的进步，以及其它能源利用形式的逐渐饱和，到年前后，太阳能将成为能源使用的主流形式，具有无法估量的发展潜力。太阳能光伏发电分为独立型离网型发电系统和并网型发电系统。并网型发电系统与公共电网直接连接，它是光伏发电进入大规模商业化的重要方向，它又可分为分散式小型并网光伏系统并入低压配电网，光伏与建筑或景观结合。以下简称户用并网系统。集中式大型并网光伏系统并入高压输电网，荒漠戈壁大型光伏电站。在集中式并网光伏电站，太阳能光伏电池组件通过光伏效应产生直流电，经过并网逆变器将直流电转换成交流电，再进行升压后直接连接到电网，来满足电力负荷用电要求和调度中心调配。目前,太阳能光伏主要应用于边远无电地区生活用电家庭屋顶并网发电系统光伏水泵太阳能无人值守微波中继站等。随着技术的发展，太阳能光伏并网发电系统将成为太阳能利用的主要形式。并网光伏电站符合国家可再生能源发展规划和能源产业的发展方向，能有效改善地区电源点结构，增加可再生能源比例，同时华北电力大学专业硕士学位论文可以带动相关产业配套体系的发展。本课题主要对大型并网光伏电站发电系统的设计进行应用研究，研究成果对于并网光伏电站设计有定的指导作用。国内外研究动态国外研究现状在国外，太阳能光伏发电已经由补充能源过渡到替代能源，并逐渐由独立光伏发电系统发展为并网光伏发电系统。目前，美国参议院能源委员会已经投票赞成美国做太阳能屋顶计划。发达国家非常注重发展光伏产业。截止年欧洲装机容量达到，约占据全球光伏发电总量的。日本和美国紧随其后。中国光伏产业发展迅速，正逐步开始扮演重要角色。国内研究现状我国太阳能发电产业起步较晚，直到上世纪年代中期才进入稳定发展时期。特别在“光明工程”和“送电到乡”工程等项目及世界太阳能发电市场的有力拉动下，尤其是可再生能源中长期发展规划以及“太阳能屋顶计划”“金太阳工程”的出台，我国的光伏发电产业获得了迅猛发展。自从年我国的太阳能电池产量超过欧洲和日本后，至今直保持着世界第。国家要求每个省传统能源和可再生能源必须保持定的比例。相比其他可再生能源，光伏发电仍处于早期阶段的开发和利用。相对于其它再生能源，太阳能光伏发电的开发利用才刚刚起步。因此，大力发展光伏发电，将有效地改善能源结构，增加可再生能源的比例，优化电力系统电源结构，对实现地区经济的可持续发展，具有重要作用。年，在国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见及系列配套政策支持下，光伏发电快速发展。年新增光伏发电装机容量万千瓦，其中光伏电站万千瓦，分布式光伏万千瓦。光伏电站累计装机容量排名前三的省份分别为甘肃省青海省和新疆自治区，分别达到万千瓦万千瓦和万千瓦。本文的主要工作并网光伏电站拟建在甘肃省金昌市境内，工程主要任务是并网发电，建成后供甘肃电网。规划站址位于甘肃省金昌市区以西，距市区约，西距金华北电力大学专业硕士学位论文昌民用机场约，交通便利，站址海拔高度。此地区太阳辐射强度大，光照时间长，其累年平均太阳总辐射量为，累年平均日照数为。按照太阳能资源评估标准，本工程站址区域属于太阳能“资源较丰富”地区，是太阳能资源利用条件较佳的地区。本工程规划建设规模为，本期工程容量为。本课题要研究或解决的问题介绍太阳能电池发电原理应用。完成。以下简称大型并网系统。本工程属于大型并网系统，由发电单元部分及输变电单元部分组成，其中太阳能电池组件方阵及逆变器构成发电单元部分。太阳能电池组件选择太阳能电池组件的选择应根据行业发展趋势技术成熟度运行可靠度，综合考虑场址周围的自然环境建筑场地条件交通状况，选择低成本，生产工艺较简单，可批量生产具有发展潜力发电能力较大的太阳能电池组件。并结合太阳辐射量气候特征场地面积等因素，通过技术经济比较确定综合指标最佳的太阳能电池组件。太阳能电池组件的选择按其材料的不同，太阳能电池可分为晶体硅太阳能电池薄膜太阳能电池和聚光太阳能电池三种类型。晶体硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池；薄膜太阳能电池分为非晶硅薄膜太阳能电池碲化镉太阳能电池铜铟镓硒薄膜太阳能电池。由于聚光太阳能组件尚未被大规模的商业利用，本文不做过多介绍，结合目前国内太阳能电池市场的产业现状和产能情况，以下介绍常用的晶体硅薄膜太阳能电池。表太阳能电池性能比较表种类电池类型实验室效率商用效率使用寿命特点应用范围华北电力大学专业硕士学位论文晶体硅电池单晶硅年效率高技术成熟中央发电系统独立电源民用市场多晶硅年效率较高技术成熟中央发电系统独立电源民用市场薄膜电池非晶硅年弱光效应较好成本低民用消费品市场中央发电系统碲化镉年弱光效应好成本低民用市场铜铟镓硒年弱光效应好成本低民用市场少数独立电源单晶硅太阳电池单晶硅太阳电池开发最快，技术成熟。产品得到了广泛应用。单晶硅太阳电池以纯度的单晶硅棒为原料。与其它太阳电池相比，性能稳定，光电转换效率高，其商业化的电池效率为。如图所示。图单晶硅太阳电池和组件多晶硅太阳电池多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，多晶硅片是由大量不同大小不同取向的晶粒构成，在这些晶粒里的光电转换机制与单晶硅电池完全相同。多晶硅太阳能电池的效率要比单晶硅降低不少，其商业化的电池效率为。多晶硅太阳能电池的使用寿命也较短。如图所示。华北电力大学专业硕士学位论文图多晶硅太阳电池和组件非晶硅薄膜太阳电池图非晶硅薄膜光伏组件非晶硅薄膜太阳能电池主要成分为种非晶硅化合物，其制作成本低，适用于大规模商业生产。但其转换效率低，寿命短，其大规模的商业应用受到了限制。晶体硅太阳能电池制造技术成熟产品性能稳定光电转化效率相对较高使用寿命长，已广泛应用于大型并网光伏电站项目。单晶硅组件的光电转化效率略高于多晶硅组件，也就是相同功率的电池组件，单晶硅组件的功率大于多晶硅组件的功率。两种电池组件的电性能寿命等重要指标相差不大，执行的标准也相同，在工程实际应用过程中，无论单晶硅还是多晶硅电池都可以选用。单晶硅组件与多晶硅组件参数对比表如下。华北电力大学专业硕士学位论文表单晶硅组件与多晶硅组件参数对比表序号名称单位多晶硅单晶硅太阳电池组件尺寸结构太阳电池组件重量下的标称参数峰值功率开路电压短路电流工作电压工作电流太阳电池组件温度系数峰值功率温度系数开路电压温度系数短路电流温度系数最大系统电压工作温度范围功率误差范围表面最大承压电池组件转换效率电池组件单位面积功率年功率衰降年功率衰降通过以上参数对比可以看出目前国内多晶硅组件已与单晶硅组件在参数上差异不大，但多晶硅组件的价格比单晶硅组件的价格略低左右。非晶硅薄膜太阳电池在国内生产规模不大，具有光电转化效率低及稳定性差的缺点，其在大规模并网光伏电站的应用受到定的限制，并且其在高原地带少有使用的工程实例。而铜铟硒电池则由于原材料剧毒或原材料稀缺性，工艺及制备条件极为苛刻，产业化进程不是很快，在国内还处于技术起步阶段。通过上面对比，结合本工程实际情况，考虑到减少组件数量，安装工作量，占地以及降低系统损耗等方面因素，推荐全部选用多晶硅电池组件。华北电力大学专业硕士学位论文峰值功率的选择标准测试条件下组件峰值功率是表征太阳能电池组件性能的基本参数，多晶硅太阳能电池组件的功率规格从都得到了广泛应用。由于本工程装机容量达到，占地面积广，组件用量及安装量大。为减少占地面积和安装量，优先选用单位面积功率大的电池组件。采用不同功率的多晶硅电池组件组成的方阵进行用量比较，见表。表方阵不同功率电池组件用量比较参数方案方案二方案三组件峰值功率串联数量块方阵并联数量串方阵组件数量块由上表比较可知光伏阵列选用组件和的组件数量较少，有利于减少占地和安装工程量，施工进度可以得到很大提升。同时，组件之间的连接点减少，降低了故障几率和电缆用量，从而整体降低系统损耗。目前国内主流厂商生产的应用于大型并网光伏发电系统的多晶硅太阳能组件，其规格大多数在至之间，在这个区间范围内，市场占有率比较高的几家厂商所生产的多晶硅太阳能组件规格尤以到之间居多。综合考虑技术成熟性，组件效率，市场占有率，本光伏电站推荐选用的多晶硅太阳能光伏组件。选用的光伏组件参数见表。表所选电池组件的技术参数及性能型号峰值功率开路电压短路电流工作电压工作电流峰值功率温度系数开路电压温度系数短路电流温度系数年功率衰降年功率衰降安装尺寸华北电力大学专业硕士学位论文重量光伏阵列运行方式电池阵列运行方式电池阵列的运行方式分类不同的安装角度光伏组件接受的太阳光辐射量不同，从而发出的电量也不同。光伏组件的安装支架首先起到支撑和固定作用，然后还要使光伏组件在特定的时间以特定的角度对准太阳，最大限度的利用太阳光发电。光伏组件的安装方式主要有固定式单轴跟踪和双轴跟踪。固定式固定式安装技术成熟，成本较低，应用也最为广泛。太阳能电池支架采用光伏电站建设地最佳倾角。固定式安装的主要缺点时不能有效跟踪，不能充分利用太阳能，光伏组件的发电量具有时间分布特性。如图所示。图固定式安装单轴跟踪单轴跟踪系统可分为水平单轴跟踪不同倾角单轴跟踪最佳倾角跟踪；水平单轴跟踪只需要调整太阳电池方阵主轴旋转角，从而准确跟踪太阳的时角，并不跟踪太阳赤纬角，仅适用于低纬度地区。不同最佳倾角单轴跟踪，根据当地纬度决定倾角的角度。采用水平单轴跟踪可提高发电量左右，采用极轴单轴跟踪可提高发电量左右。极轴单轴跟踪的支架较水平单轴跟踪的支架成本高，抗风性差，水平单轴跟踪的方式得到了更广泛的应用，如图所示。华北电力大学专业硕士学位论文图水平单轴跟踪系统图极轴单轴跟踪系统双轴跟踪双轴跟踪光伏阵列沿着方位角和倾角两个方向运动，能够同时跟踪太阳的方位角与高度角的变化，理论上可以完全跟踪太阳的运行轨迹以实现入射角为零。可以最大限度的提高太阳电池对太阳光的利用率。如图所示。华北电力大学专业硕士学位论文图双轴跟踪系统双轴跟踪作为太阳能光伏发电系统安装方式，这种系统与固定式安装方式相比较，可以提高至少的发电量，并且其可靠性达年之久。电池阵列的运行方式比较自动跟踪式电池阵列，能对太阳光进行有效跟踪，最大限度的接收太阳能辐射，从而提高转换效率，增加发电量。经初步计算，水平单轴跟踪方式，系统理论发电量可提高与固定式比较；若采用斜单轴跟踪方式，系统理论发电量可提高与固定式比较；若采用双轴跟踪方式，系统理论发电量可提高与固定式比较。而在工程实际中，自动跟踪式的效率要比理论值小的多，主要受到太阳能电池组件间的相互投射阴影，跟踪支架运行难于同步的影响。通过对已运行光伏电站的调研，采用斜单轴跟踪方式，系统实际发电量比固定式可提高左右，采用双轴跟踪方式，系