渔光互补光伏发电系统设计
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作者:徐立波
摘 要：设计了一个装机容量为26.5kW的渔光互补光伏发电系统，通过实地考察，项目点水质良好，太阳能资源丰富，鱼塘周围无遮挡，采光与通风都达到建设电站的要求，且鱼塘周围地势平坦，交通运输方便，确定了项目的可行性并进行渔光互补电站的详细设计，由于项目地选用的鱼塘面积有限，综合考虑到成本、发电量、收益等因素，经再三比较分析得出本项目适合性价比较高的并网光伏发电系统，并设计组件的分布排版，合理进行系统设备的选型，对设备清单进行统算，对电站的发电量进行评估，最后进行经济效益分析。
关键词：渔光互补;并网电站;倾斜角;效益分析
1 项目地地理气象分析
本项目地点定为安徽省明光市官山村七里塘，位于安徽省东北部，居江淮分水岭北侧，地处东经117.58°，北纬32.47°。本项目计划光伏电站装机容量26.5kW，占地面积251.8m2。
鱼塘整体水位随气候与季节的变化有关联，常年鱼塘水位落差较小，水态生长环境较好，适合多种鱼类和水生植物混合生长。鱼塘内主要养殖的水产品有鲫鱼、草鱼、泥鳅、龙虾等。根据附近建筑工程设计资料，地下水对混凝土结构没有腐蚀性;对钢筋混凝土结构中的钢筋结构没有腐蚀性;沿线土对钢筋混凝土无腐蚀性。鱼塘周围几乎无树木遮挡，通风条件良好，一年四季的采光都较好，十分符合电站的选址要求。项目地太阳能资源较为丰富，多年平均总辐射量约为5110MJ/m2，全年平均日照时数为2710小时，属于我国第三类太阳能资源中等类型区域，由此可见项目地有广阔的利用发展前景。
2 渔光互补系统的设计
由于项目地选用的鱼塘面积有限，无法做大规模电站，综合考虑到成本、发电量、收益等因素，经再三比较分析得出本项目适合性价比较高的有逆流并网光伏发电系统，有逆流并网光伏发电系统成本相对较低，而且完全能够满足本设计的需要。
并网光伏发电系统中，电池组件的串联匹配主要是通过依据所选逆变器的最大直流输入电压和所选逆变器的正常工作电压输入范围来确定。所匹配的电池组件串的最大工作范围不能超过逆变器的MPPT电压的输入范围[1]，组件串最大开路电压不能超过逆变器的最大直流输入电压。组件串的最大工作电压不仅会随着太阳能辐射强度的变化而变化，而且还会随着周边环境温度的高低实时变化着，因此，电池组件串的串联匹配要综合以下两个因素。
2.1 电池组件的温度系数
在25℃的标准条件下，电池组件的短路电流温度系数是+0.55%/℃，开路电压的温度系数是-0.34%/℃，也就是说环境温度高于25℃时，开路电压会降低，短路电流会增大，当环境温度低于25℃时，开路电压会升高，短路电流会降低。所以在进行组件串的匹配时，需要考虑到开路电压的温度系数，为防止环境温度过低，组串的开路电压比逆变器的直流输入电压要大。
2.2 组件串并联电压与逆变器的匹配及MPPT工作电压范围匹配
在并网系统容量的设计时，组件串的串联电压一定要小于电池组件能耐受的最大系統电压。与此同时，必须考虑系统所在地的最低环境温度。组件串在最低温度时的开路电压，必须小于所匹配的逆变器可接受的最大直流输入电压，并且都要留有10%左右的余量。计算公式如下：
经计算得出组件间距为2793.33mm，组件的空间间距为1283.58mm，考虑到鱼塘的总面积以及组件间的间距，设计光伏方阵的排列方式为20块组件进行一组串联，然后把串联好的组件并联起来，一共并联5组。
3 设备选型
单晶硅与多晶硅的效率相近，但是多晶硅成本较低，价格相对比较便宜。多晶硅光伏组件功率规格较多，而且产品应用较广泛，因此综合考虑组件效率、市场占有率、组件重量等多种因素后，本项目选用山西潞安规格为265W的多晶硅电池组件。对于逆变器的选择，参照以下指标进行判定：
（1）具有完善的保护电路，系统可靠性高;
（2）具有较宽的直流电压输入范围;
（3）液晶显示各种运行参数，人性化界面，可通过按键灵活设置各种运行的参数;
（4）具有电网保护装置，防孤岛保护功能等。
我国光伏市场目前主要有两种逆变器，分别是组串式小功率逆变器和集中式大功率逆变器[2]。通过对逆变器产品的认真考察后，本工程选用锦浪40kW的逆变器。本系统选用乐清华信的直流汇流箱，该直流汇流箱为6进1出，本项目采用5进1出的系统接入方式，将5路光伏阵列汇流成1路直流输出，每个40kW的逆变器需要配置直流汇流箱1台。水面类光伏阵列支架一般有架高式和漂浮式两种方式。光伏组件的支架设计应当牢固、耐用，与各个组件与部分连接紧密牢固，经过比较，架高式的支架系统初始投入资金较漂浮式的支架系统低，并且，该系统基本不用经常维护检修。而反观漂浮式支架系统，初始启动资金需求较高，后期维护困难且需要一定的维护成本，并不适用于项目地七里塘的水位较浅，水位变化较小的特征。综合考虑后本工程决定选用目前技术最为成熟、成本相对较低、应用相对广泛的固定架高式安装方式。大多数情况下，组件与组件之间的直流连接线缆其额定电流为各线缆中最大连续工作电流的1.25倍。本项目设计一串组件共由20块组件连接组成，组件到组件之间的直流连接线缆选取的总长度为25米，经计算，此时的电流为42.5A，电压为624V，然后根据线缆截面积的计算公式进行计算S=0.0176×10-6×25×42.5×1.25/0.02×624≈187mm2，综合考虑选用截面积为6mm2的直流线缆，需要此种规格的线缆5根25米长的直流线缆串联组件;组件与汇流箱之间需要5米长的同规格的直流线缆进行连接;汇流箱至逆变器之间同样选用10米长的同规格的直流线缆进行连接。本项目采用上海胜华电线电缆公司160米长的截面积为6平方毫米的直流线缆。
4 成本和效益分析
4.1 设备清单及价格
4.2 利用峰值日照时数计算年发电量
4.3 经济效益分析
经查询资料，国家发改委发布的《关于完善光伏发电上网电价机制的通知》可以了解到2019年安徽省滁州市收购并网的电价为0.45元/千瓦时，补贴价为0.1元/千瓦时。由已知计算年收益：
参考文献：
[1]李钟实.太阳能光伏发电系统设计施工与应用[M].人民邮电出版社，2012：199-200.
[2]刘继军.分布式光伏发电系统并网问题研究[J].电气开关，2014，52（02）：66-68.
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