光伏发电有关书籍

太阳电池及其应用

赵富鑫 魏彦章 主编

国防工业出版社

1985年2月第一版

内容简介

本书比较全面地介绍了太阳电池的原理、设计、制造、测试以及应用实例；同时介绍了国内外一些新型太阳电池的研究情况。可供具有高中以上文化程度的从事太阳电池研究、设计、制造及实际应用的各类工程技术人员阅读，也可供大专院校师生作为新能源方面的教学参考书。

序言

太阳电池，又称光伏电池，是一种可将太阳光能直接转换为电能的半导体器件。1954年第一个实用的硅太阳电池在美国贝尔实验室制成以后，不久即被人造卫星使用。迄今为止，翱翔于太空的成千个飞行器中，大多数都配备了太阳电池发电系统。1973年的能源危机，促进了太阳电池地面应用的发展。许多由太阳电池供电的航标灯、微波中继站、铁路信号标志、光电水泵等等已在世界各地运行，功率从几瓦到几万瓦不等。使用太阳电池电源供电的电视机、收音机、钟表、照明灯、小型计算器等，在输电困难的山区、牧区、沙漠地区已受到人们的欢迎。1981年世界太阳电池的年产量已高达6兆瓦。

为扩大太阳电池的应用，人们对太阳电池的材料、结构和工艺等各方面进行了大量的研究工作。除了单晶硅电池以外，已研制成功坤化镓电池、硫化镉电池、多晶硅电池、硅带电池、无定形电池、聚光电池、多结电池、光电化学电池等多种新型太阳电池。二十多年来，随着结构和工艺不断改进，单晶硅太阳电池的实际效率已增加三倍多（从6%增至20%），成本已有了大幅度的下降。当前，无论从成本或效率来讲，硅太阳电池都已日趋实用化。

我国从1958年开始研制硅太阳电池。我国自行设计制造的太阳电池电源已成功地应用于人造卫星、交通、邮电、农牧业、轻工业、通讯、气象及军事部门，并已远销国外。对于新型的太阳电池，我国也积极地进行了研究探索，在某些方面已可与国际水平相比。

这些年来，国内已出版过一些有关太阳电池的书籍，但还没有一本内容比较完整、能反映现代水平、并结合国内经验的专门书籍。即从国外来看，这方面的专着也不多。为了适应这一新兴学科的迅速发展，本书编者接受国家科委和电子工业部的委托，结合国内情况编写了这本比较系统的阐述太阳电池的原理、设计、制造及应用方面的书。

本书对太阳电池进行了一定的理论分析，具有一定的理论水平；又较丰富地介绍了制造、测试、应用等方面的技术，因而比较实用。可供从事太阳电池研制及实际应用的各类工程技术人员阅读，也可供本专业的培训班或大专院校师生作为教学参考书。

本书共分八章。第一章简要介绍太阳辐射能。第二章概述太阳电池的物理基础，从而比较系统地叙述了光生伏打效应的机理以及同质结、异质结、肖特基结太阳电池的工作原理。第三章是关于硅太阳电池制造工艺方面的叙述。结合国内实际生产及研究期刊，作了必要的述评。第四章介绍了太阳电池的标定及有关参数的测试。第五章叙述太阳电池发电系统的结构设计，包括方阵组合、蓄电池及电子线路。第六章介绍近几年正在研究发展的一些太阳电池，包括新材料和新结构的研究情况。第七章专门讨论聚光太阳电池及聚光系统。第八章较全面地介绍了太阳电池在我国的实际应用情况及所取得的经济效果。在后记中，简述了对太阳电池的展望。

本书由西安交通大学赵富鑫教授、天津电源研究所魏彦章副总工程师主编。第一章由西安交通大学秦蕙兰编写；第二章由西安交通大学崔容强编写；第三章由天津电源研究所包诞文编写；第四章由天津电源研究所于培诺编写；第五章由天津电源研究所唐军编写；第六章由天津电源研究所李金其编写；第七章由天津电源研究所胡宏勋、赵海滨编写；第八章由电子工业部电子技术推广应用研究所王长贵编写；昆明师范学院陈庭金为本书编写过若干部分。王长贵、张丞源、于培诺、李金其、崔容强还担任了全书编辑及校对工作。为本书提供过材料的同志有：郑彝益、张德群、周跃忠、由志德、赵秀田、李中全、刘生、徐抗、陈文俊等。在此，编者表示感谢。

限于编写时间及编者水平，难免有不是错误，敬希读者指正为感。

编 者

目录

符号表·································

太阳辐射能·····················

§1.1 太阳的结构和太阳辐射能的来源

§1.2 大气层外的太阳辐射光谱（AM 0）

§1.3 地球表面上的太阳辐射光谱（AM1，AM1.5，AM2）

§1.4 日照量的计算和测量

§1.5 太阳能的特点

§1.6 世界和我国太阳能资源的分布情况

太阳电池原理···················

§2.1 太阳电池的分类

§2.2 太阳电池的物理基础

§2.3 太阳电池材料的光学性质

§2.4 同质结太阳电池

§2.5 肖特基结太阳电池

§2.6 异质结太阳电池

硅太阳电池工艺·················

§3.1 硅材料的选择

§3.2 硅片的表面准备

§3.3 制结

§3.4 除去背结

§3.5 制作上下电极

§3.6 腐蚀周边

§3.7 蒸镀减反射膜

太阳电池的标定和测量···········

§4.1 太阳电池的标定

§4.2 复现

§4.3 光谱响应的测量

§4.4 太阳电池伏安曲线及串联电阻的测量

§4.5 基区少子扩散长度和寿命的测量

太阳电池发电系统··············

§5.1 概述

§5.2 太阳电池组件

§5.3 太阳电池组件的封装材料

§5.4 太阳电池组件的制造工艺过程

§5.5 蓄电池

§5.6 太阳电池发电系统的设计

§5.7 太阳电池方阵/蓄电池电源系统的测量

其它太阳电池···················

§6.1 硫化镉薄膜太阳电池

§6.2 多晶硅太阳电池

§6.3 带（片）状硅和薄膜硅太阳电池

§6.4 多结太阳电池

§6.5 导体—绝缘体—半导体太阳电池

§6.6 无定形硅太阳电池

§6.7 光电化学电池

聚光太阳电池和聚光系统··········

§7.1 聚光硅太阳电池

§7.2 各种聚光太阳电池

§7.3 太阳聚光器

§7.4 太阳跟踪装置

太阳电池的实际应用············

§8.1 卫星电源和空间电站

§8.2 航标灯电源

§8.3 铁路信号灯电源

§8.4 农牧业设备电源

§8.5 广播、电视、通信设备电源

§8.6 太阳电池的其它应用

§8.7 使用、维护和保养

附录································

附录1 太阳辐射能量光谱分布数据····

附录2 一些重要太阳电池材料的特性······

附录3 硅掺杂浓度和电阻率的关系········

附录4 太阳电池的分类及其主要参数·······

后记··································

随着光伏发电的大规模利用， 退役和废旧光伏组件的回收利用 成为越来越突出问题，同时也为行业带来了巨大的新商机。如今，这一新兴产业已经处于爆发的前夕。

一、组件回收——必要性与紧迫性并存

随着全球环境恶化和能源危机的日益加剧，碳达峰、碳中和已成为全球的共识，光伏新能源作为各国实现气候目标的重要途径之一，装机容量更是快速增长。

2021年，全球新增光伏装机量达到183GW，同比增长30％以上。据BNEF彭博新能源财经预计，到2030年这一数字将增加到334GW。我国作为光伏产业发展最成熟的国家，光伏发电累计装机容量已超过200GW，预计2030年新增装机水平将达到105GW～128GW。

未来光伏发电的装机规模，无疑将由“GW时代”跨越至“TW时代”。

但与此同时，光伏发电的大规模应用，却不可避免地衍生出了废旧光伏组件的回收问题。

据国际能源机构一组预测数据显示，2030年，全球光伏组件回收将达800万吨左右，迎来回收大潮。2050年，全球则会有将近8000万吨的光伏组件进入回收阶段。

其中， 中国将在2030年面临需要回收达150万吨的光伏组件，在2050年将达到约2000万吨，是埃菲尔铁塔重量的2000倍。

如此大量的废旧光伏组件如果处理不当，给环境、社会带来不良影响无疑将不可小觑。

但如果处理得当，则不仅可以助力资源的循环再利用，缓解资源短缺，还能够培育新兴产业，创造更多就业价值，同时真正实现光伏全生命周期的绿色发展，促进光伏产业的可持续发展。

组件回收必要性与紧迫性并存，但当前组件回收工作仍然面临着诸多挑战。

二、组件回收目前面临的难点有哪些？

1、非法遗弃和非法倾倒

安装在建筑物屋顶上的分布式光伏电站，往往会随着建筑物的拆除而废弃。在土地上搭建的地面电站则可能随着土地租赁到期被拆掉，如果业主无法支付或准备回收处理的费用，那么废弃的组件很可能会被放置在原处，或者被非法倾倒在其他土地上。

2、有害物质泄漏和扩散的潜在威胁

实际上，大多数废弃光伏电池板件的归宿是被当做废品卖到废品回收站。

我们知道，根据电池板的类型，太阳能电池板含有铅、硒和镉等有害物质。当电池板被卖到废品回收站后，很少有人知道其中有这么多有害物质，也就很少会进行适当的废弃处理。

3、处理场所短缺

以日本为例，自2012年日本引入FIT（可再生能源固定价格收购）制度开始，光伏发电装机规模明显扩大且扩大速度持续提升。按照光伏组件25年的生命周期来计算，预计会在2040年左右进入密集报废期，每年约产生80万吨的废弃光伏电池板。如果把这些电池板铺开， 面积相当于182个天安门广场， 高峰期可能导致回收处理场所的暂时短缺。

4、技术难点

目前已有的成熟光伏组件回收处理技术主要有三种，包括 物理分离、有机溶剂溶解法、热处理与化学方法相结合。

①物理分离法

物理分离法是指将组件经破碎、金属剥离、湿法冶金分离等步骤来回收金属。实验表明此方法仅可获得17.4%金属回收率。

②有机溶剂溶解法

有机溶剂溶解法是指选择几种有机溶剂浸泡去除背板的晶硅电池片，用有机溶剂溶解封装材料EVA，使玻璃与电池片分离，此方法可以获取整块完整的电池片。

③热处理与化学方法相结合法

热处理与化学方法相结合法是指把去除背板的电池板放在管式炉或者马弗炉中，将封装材料EVA去除干净，得到纯净的电池片，再使用化学方法把电池片表面的减反射层、银浆和铝去除，得到纯净的硅片。

以上方法中，无机酸和有机酸溶解只针对EVA的去除和分离，未考虑到边框的拆除和硅晶片再利用，且剩下的废液也难处理；而物理分离法也不够完善，未能分离各单一的组分。同时，对含氟背板的回收问题，也是一个难点。我国光伏退役回收工作的重要参与者、带头人，中国科学院电工研究所高级工程师吕芳表示：“过去90%的光伏组件背板是含氟背板，不能烧、埋，否则会带来不可逆的环境污染，对人体也有重大危害。”

光伏组件的回收处理方法仍有待探索。

5、高成本

无锡尚德总裁何双权曾发文指出，目前很大一部分组件建于偏僻的西北地区或位于屋顶之上，增加了运输成本，同时需要购置专门的回收设备与相关材料，加上技术尚不成熟，投资消耗较大，回收物质的纯度却不高，以及尚未形成大规模的操作形式，因此 光伏组件回收成本仍高。

高成本仍是光伏组件回收市场难以回避的一个“门槛”。

三、光伏组件回收正呈产业化趋势

尽管光伏组件回收还面临着诸多棘手难题，但光伏的飞速发展和大规模应用，正为这一新兴产业的诞生和发展不断添火。

过去数年，韩国、日本和来自欧盟的一些国家在光伏组件回收产业化问题上一直积极布局。

欧盟于2014年正式将光伏组件纳入“报废电子电气设备指令”，还通过“PV CYCLE”和“CERES CYCLE”回收组织负责处理废旧光伏组件。2017年，又进一步颁布了针对光伏组件回收的欧盟标准，并建设了化学法示范线和物理法/化学法综合示范线。

2018年， 法国建立了世界首个光伏组件回收工厂 ，对光伏组件材料的回收利用率超95%；

2021年，澳大利亚正式批准Clive Fleming成立澳洲首家光伏组件回收工厂Claiming PV，尚德、阿特斯、英利、韩华等公司参与技术支持；

在国内，光伏组件回收发展起步于“十二五”规划，依托于科技部“863”课题计划，经历了长达10年的实验室研究，在技术上可与国外并驾齐驱。

2019年4月，国家科技部的国家重点研发计划可再生能源和氢能技术重点专项“成套技术和装备项目”开始实施，英利集团、晶科能源等13家光伏企业联手中国科学院等众多科研院所，针对光伏组件的回收技术、关键装备研制、回收处理示范线、回收标准体系和监管机制，积极展开探索。

同时，自2017年起，国家电投集团黄河上游水电开发有限责任公司（以下简称“黄河公司”）还率先自主开展光伏组件环保处理、回收的关键技术和装备的研究。截止2021年12月底， 黄河公司已建成我国首条组件回收中试线 ，闭环形成多晶硅、硅片、电池、组件、支架、光伏电站规划设计及建设、运行维护、检测评价及组件回收的垂直一体化光伏全产业链。

三、亟待更多力量的加入

中国科学院电工研究所高级工程师、中国绿色供应链联盟光伏专委会秘书长吕芳表示：“未来，光伏组件回收将成为光伏产业链的新产业增长点，必然会有人进入，不管是资本方还是工业界等都会进入。”而当前国内光伏组件回收技术正是需要“百花齐放”。

期待未来随着更多力量的加入，如何低成本地实现光伏废弃组件的回收利用和无害化处理等一系列问题，都能够得到逐一破解，真正实现光伏全生命周期的绿色发展，实现光伏产业的可持续发展。

1.1项目简介及选址

本项目电站选址地位于湖南省湘潭市雨湖区的响塘学校屋顶上，经过去现场实地的了解和勘测后，此学习周围无森林无高大树木，附近也无任何其他房屋，距离其最近的房屋也有数十米的距离，该屋顶无女儿墙无其他建造物，是一个平面的屋顶，其屋长为43米，宽为32米。

本项目将在此学校屋顶上建造一个100kw的并网型光伏电站，实施全额上网措施。选址卫星图如图1-1所示，选址平面图如图1-2所示。

图1-1 选址地卫星图

图1-2 选址平面图

1.2 项目位置及气象情况

经过百度地图的计算，得出了此地经纬度为：北纬27.96，东经为112.83，是属于亚热带温湿气候区，典型的冬冷夏热气温，年降雨量充足达1450毫米，最高气温为夏季的41.8度，最低气温为冬季的-12.1度，年均气温17度。该项目所在地最高海拔为793米，最低海拔达30.7米，总的平均海拔为48.2米。该地年总辐射量经过PVsyst软件的计算后，得出了1116.6的值，不是特别高，属于第三类资源区，但建设一个电站也不是特别亏。湘潭市地理位置图如图1-3所示。

图1-3湘潭市地理位置

图1-4年均总辐射值

1.3项目设计依据

本项目设计依据如下：

《光伏发电站设计规范》GB50794-2012

《电力工程电缆设计规范》GB50217-1994

《光伏系统并网技术要求》GB/T19939-2005

《建筑太阳能光伏系统设计与安装》10J908-5

《光伏发电站接入电力系统技术规范》GB/T19964-2012

《光伏发电站接入电力系统设计规范》GB/T5086-2013

《光伏(PV)系统电网接口特性》GB/T20046-2006

《电能质量公用电网谐波》GB/T14549-19933

《电能质量三相电压允许不平衡度》GB/T15543-1995

《晶体硅光伏方阵I-V特性的现场测量》GB/T18210-2000

二、电站系统设计

2.1组件选型

组件是电站中造价最高的设备，投资一个电站几乎一半的钱是砸这组件上去了，为此我们选择的组件一定要是最适合本电站的，不管是组件效率还是组件的其他参数在同功率组件下都应该保持最佳，这样才不会亏本。

组件的类型有很多，以不同的材料来说，组件又分为了晶硅组件、薄膜组件，在电站中使用最多的便是晶硅型组件，而晶硅型组件又分为单晶硅和多晶硅，它们都是市场上十分热门的组价。

单晶硅的效率比多晶硅高了很多，其使用寿命时间也长了不少，但价格方面却比多晶硅高了很多，但考虑到平价上网的时代，单晶硅的价格远远不如过去那样昂贵，所以本电站选取的组件为单晶型组件。

表2-1伏组件对比表

组件品牌及型号

晶科

Swan Bifacial 400 72H

晶科

Swan Bifacial 405 72H

晶澳

JAM72S10 400MR

最大功率(Pmax)

400Wp

405Wp

400Wp

最佳工作电压(Vmp)

41V

41.2V

41.33V

组件转换效率(%)

19.54%

19.78%

19.9%

最佳工作电流(Imp)

9.76A

9.83A

9.68A

开路电压(Voc)

48.8V

49V

49.58V

短路电流(Isc)

10.24A

10.3A

10.33A

工作温度范围(℃)

-40℃~+85℃

-40℃~+85℃

-40℃~+85℃

最大系统电压

1000/1500V DC(IEC/UL)

1000/1500VDC(IEC/UL)

1000/1500VDC (IEC)

最大额定熔丝电流

20A

20A

20A

输出功率公差

0~+5W

0~+5W

0~+3%

最大功率(Pmax)的温度系数

-0.350%/℃

-0.35%/℃

-0.35%/℃

开路电压(Voc)的温度系数

-0.290%/℃

-0.29%/℃

-0.272%/℃

短路电流(Isc)的温度系数

0.048%/℃

0.048%/℃

0.044%/℃

名义电池工作温度(NOCT)

45±2℃

45±2℃

45±2℃

组件尺寸：长*宽*厚（mm）

2031*1008*30mm

2031*1008*30mm

2015*996*40mm

电池片数

72

72

72

第一款组件晶科Swan Bifacial 400 72H和第二款组件晶科Swan Bifacial 405 72H的型号牌子都一样，除功率和其效率有点差距之外，其他的参数基本一样，但其第二款组件晶科Swan Bifacial 405 72H组件的效率高，相同尺寸不同效率下，选择第二款组件更好。

第三款组件晶澳JAM72S10 400MR是3款组件里效率最高的组件，比第一款和第二款分别高了0.37%和0.12%，并且尺寸和部分温度系数也是3款里面最小的，开路电压和工作电压以及短路电流等参数也是3款组件中最高的，从数据上来看，第三款组件晶澳JAM72S10 400MR是3款里最棒的组件。

综合上面的分析，本项目最终选择第3款组件晶澳JAM72S10 400MR作为本项目的组件使用型号。组件图如图2-1所示。

图2-1 组件图

2.2最佳倾斜角和方位角设计

本电站建造在平面屋顶上，该屋顶无任何的倾角，由于组件是依靠着太阳光发电，但每时每刻太阳都是在运动着，为此便会与组件形成一个角度，该角度影响着组件的发电量，对于采取固定支架安装方式的电站来说，选择一个最合适的角度能够让电站发电量达到最高，因此最佳倾角这个概念便被引出了。

对于本电站而言，根据其PVsyst软件的计算后，得出了湘潭最佳倾角为18度时，方位为0度时，电站一年下来的发电量能够达到最高。PVsyst最佳方位角、倾斜角模拟图如图2-2所示。

图2-2 PVsyst最佳方位角、倾斜角模拟图

2.3组件排布方式

本项目选址地屋顶长43米，宽为29米，采取横向排布方式无法摆下其电站中的整个阵列，因此本项目组件方式采取竖向排布，中间间距20mm。如图2-3所示。

图2-3 组件排列方式

2.4组件间距设计

太阳照射到一个物体上时，由于该物体遮住了光，使得光不能直射到地上时，该物体便会产生一个阴影投射到地上，而电站中的组件也类似于此，前一个组件因光产生的阴影投射到另一个组件上时，被照射的组件便会受到影响，进而影响整个电站，这对于电站来说是一个严重的问题，因此在设计其组件之间的间距时，一定要保证阴影的距离不会触及组件。

图2-4间距图

在公式2-1中：

L是阵列倾斜面长度（4050mm）

D是阵列之间间距

β是阵列倾斜角(18°）

为当地纬度（27.96°）

把以上数值代入公式后计算得：

2-5组件计算图

根据结果，当电站中的子方阵间距大于2119mm时，子方阵与子方阵便不会受到影响。

图2-6方阵间距图

2.5逆变器选型

逆变器是电站中其转换电流的设备，十分的重要，而逆变器的种类比较多，对于本项目电站来说，选择组串式逆变器最佳，因此本项目选择了3款市场上热卖的组串式逆变器。

表2-2 逆变器参数对比表

逆变器品牌及型号

华为

SUN2000-100KTL-C1

华为

SUN2000-110KTL-C1

固德威

HT 100K

最大输入功率

100Kw

110Kw

150Kw

中国效率

98.1%

98.1%

98.1%

最大直流输入电压（V）

1100V

1100V

1100V

各MPPT最大输入电流（A）

26A

26A

28.5A

MPPT电压范围（V）

200 V ~ 1000 V

200 V ~ 1000 V

200V ~ 1000V

额定输入电压（V）

600V

600V

600V

MPPT数量/输入路数

10/20

10/20

10/2

额定输出功率（KW）

100K W

110K W

100K W

最大视在功率

110000 VA

121000 VA

110000 VA

最大有功功率 (cosφ=1)

110KW

121K W

110KW

额定输出电压

3 × 220 V/380 V, 3 × 230 V/400 V, 3W+N+PE

3 × 220 V/380 V, 3 × 230 V/400 V, 3W+N+PE

380, 3L/N/PE 或 3L/PE

输出电压频率

50 Hz，60Hz

50 Hz，60Hz

50 Hz

最大输出电流（A）

168.8A

185.7 A

167A

功率因数

0.8 超前—0.8 滞后

0.8超前—0.8滞后

0.99 （0.8超前—0.8滞后）

最大总谐波失真

＜3%

＜3%

<3%

输入直流开关

支持

支持

支持

防孤岛保护

支持

支持

支持

输出过流保护

支持

支持

支持

输入反接保护

支持

支持

支持

组串故障检测

支持

支持

支持

直流浪涌保护

Type II

Class II

具备

交流浪涌保护

Type II

Class II

具备

绝缘阻抗检测

支持

支持

支持

残余电流监测

支持

支持

支持

尺寸（宽 x 高 x 厚）

1,035 x 700 x 365 mm

1,035 x 700 x 365 mm

1005*676*340

重量（kg）

85kg

85kg

93.5kg

工作温度（°C）

-25°C~60°C

-25°C~60°C

-25~60℃

3款逆变器的功率均在100kw以上，其效率也都是一模一样，均只有98.1%，其额定输出电压也都为600V，对于本电站来说，这3款逆变器都能使用，但可惜本电站只会从中选择一个最合适的品牌。

第一款逆变器华为SUN2000-100KTL-C1和第二款逆变器华为SUN2000-110KTL-C1是同种类同型号，但不同功率的逆变器，这两款逆变器大部分数据都一模一样，但第二款逆变器功率比第一款逆变器功率高了10k，比本电站的容量也高了10k，并且价格了略微高了那么点，选用第一款逆变器不仅省钱而且还不会造成功率闲置无处使用，最大发挥逆变器的作用，因此第1款比第2款逆变器好。

第三款逆变器是固德威HT 100K，它的最大输入功率高达150kw，明明是一个100kw的逆变器，但其输入功率却不同我们往常见的逆变器一样，它居然还高了50k，如果选用这款逆变器，那么阵列输入的功率超过100都能承受。虽然最大输入功率很恐怖，但其他参数正常，对比第一款逆变器，仅只是部分参数略微差了点，总体是几乎没什么太大的差别。

本项目根据上述的分析和对其逆变器的需求，最终选择了固德威HT 100K型逆变器为本电站逆变器。

2.6光伏阵列布置设计

2.6.1串并联设计

图2-7串并联计算

公式2-3、2-4中：

Kv——光伏组件的开路电压温度系数-0.00272

K——光伏组件的工作电压系数-0.0035

t/——光伏组件工作环境极限高温（℃)60

Vpm——光伏组件的工作电压（V）41.33

VMPPTmax——逆变器MPPT电压最大值（V）1000

VMPPTmin——逆变器MPPT电压最小值（V）200

Voc——光伏组件开路电压（V）49.58

N——光伏组件串联数（取整）

t——光伏组件工作环境极端低温（℃）-12.7

——逆变器允许的最大直流输入电压（V）1100

把以上数值代入公式中计算可得：

5.5≤N≤21

经计算，本电站最终选取20块组件为一阵列。如图2-6组件串并联设计图。

图2-8组件串并联设计图

2.6.2项目方阵排布

据2.6.1的结果，每一个阵列共有20块组件，单块组件的功率是400w，一个阵列便是8kw，而本电站的总容量为100kw，总计是需要13个阵列。本电站建设地屋顶长43米，宽为32米，可以完整的摆放电站中的所有子方阵。如图2-9所示。

图2-9项目方阵排布图

2.7基础与支架设计

2.7.1水泥墩设计

本电站所建地点是公办学校，属于公共建筑，如果使用其打孔安装方式，便有可能使得其屋顶因时间长久而漏水，一旦漏水便需要进行维修，这也是得花费一些金钱，又因是学校，开工去维修可能将使部分学生要做停课处理，因此为了避免这个麻烦，本电站还是选择最常见的水泥墩来做基础设计。

考虑到学校有许多的学生，突然出现了事故，作为电站建设者肯定会有责任，因此为了避免组件出现任何事故，特地将水泥墩设计为一个正方形，其长宽高都为500mm，这样的重量大大降低了事故的发生率。如图2-10水泥墩设计图和2-11电站整体水泥墩设计所示。

图2-10水泥墩设计

图2-11电站整体水泥墩设计图

2.7.2支架设计

都已经把基础设计水泥墩做好了，那么接下来则是考虑水泥墩上的支撑设备支架，对于支架的设计最重要的一点就是在选材上，一般电站中的支架会持续使用到电站报废为止，使用时间长达二十多年三十多年甚至更久，对此支架的选型便是十分的重要，其使用寿命必须得长，抗腐蚀能力强。如图2-12支架设计图所示。

图2-12支架设计图

2.8配电箱选型

配电箱在光伏电站里又分为直流配电箱和交流配电箱，对于本电站来说，是选择其交流配电箱。配电箱的容量是根据其逆变器的容量选择，必定不能小于其逆变器的容量，否则可能会出现配电箱过压的情况，然后给电站造成事故危险。

配电箱具备配电、汇电、护电等多种功能，是本电站必须要又的设备，经过配电箱型号的对比，本电站最终选择了昌松100kw光伏交流逆变器。

表2-3配电箱参数

项目名称

昌松100kw光伏交流配电箱

项目型号

100kw交流配电箱

额定功率

100KW

额定电流

780A

额定频率

50Hz

海拔高度

2500m

环境温度

-25~55℃

环境湿度

2%~95％，无凝霜

2.9电缆选配

电站分为两类电，一类是直流电，必须使用直流电缆运输；一类是交流电，必须使用交流电缆运输，切记不可以乱搭配使用，否则将会造成电缆出线问题，电站设备出现问题。

直流电缆选型一般都是选择PV1-F-1*4mm²光伏专用直流电缆

交流电缆：

P：逆变器功率100KW

U：交流电电压380V

COSΦ：功率因数0.8

=

=190A

=0.035Ω

=976W

线损率：976/100000=0.9%<2%，符合光伏电缆设计要求。

据其计算结果和下图电缆参数表，本电站最终选择ZRC-YJV22 7Omm2交流电缆。如图2-13电缆参数图所示。

图2-13 电缆参数图

2.10防雷接地设计

防雷接地是绝大多数光伏电站都必须要做的，目的就是防止雷击破幻电站，损坏人民的生命以及财产，特别是对于本电站而言，建设点是在学校，而学校不仅人多而且易燃物也多，一旦雷击劈到电站上，给电站造成了任何事故，都有可能把整个学校给毁了，为此本电站一定需要做好防雷接地设计。

本电站防雷方式采取常用的避雷针进行避雷，接地则是为电站中各个设备接地端做好接地连接。

图2-14防雷接地设计图

2.11电气系统设计及图纸

本电站装机总容量为100kw，由260块光伏组件组成，形成了13个阵列，每个阵列20块组件，然后连接至逆变器，逆变器变电后接入配电箱，最后再连接国家电网。

图2-15电气系统设计图

三、电站成本与收益

3.1电站项目设备清单

根据当地市场的物价，预估出了一个本电站预计投资表。

表3-1设备清单表

序号

设备

型号

单位

数量

单价

（元）

价格

（万元）

1

组件

晶澳JAM72S10 400MR

块

260

1.77

18.4

2

逆变器

固德威HT 100K

台

1

3.3w

3.3

3

直流电缆

PV1-F-1*4mm²

米

1500

5.2

0.78

4

交流电缆

ZRC-YJV22 70mm2

米

100

72

0.72

5

支架

＼

套

39

556

2.17

6

水泥墩

500*500*500mm

个

78

250

1.95

7

配电箱

昌松100kw光伏交流配电箱

台

1

1.3w

1.3

8

运输费

＼

总

18

1000

1.8

9

其他

＼

＼

＼

＼

4.15

10

人工费

＼

＼

＼

＼

7

合计：41.57万元

3.2电站年发电量计算

本电站总容量为100kw，而电站选址地的年总辐射量为1116.6，首先发电量便达到了89328度电。

（式3-1）

Q=100*1116.6*0.8=89328度

Q——电站首年发电量

W——本项目电站总容量（85KW）

T——许昌市年日照小时数（1258.2H）

——系统综合效率（0.8）

任何设备一旦使用，便就开始慢慢磨损了，其效率也是一年比一年差，即便是光伏组件也不例外。组件首年使用一年后，为了适应其环境，自身的效率瞬间就降低2.5%，而后的每年则是降低0.7%，将至80%左右时，光伏组件也是已经运行了25年。

表3-2电站发电量

发电年数

功率衰减

年末功率

年发电量(kWh)

累计发电量(kWh)

第1年

2.5%

97.50%

89328.000

89328.000

第2年

0.7%

96.80%

87094.800

176422.800

第3年

0.7%

96.10%

86469.504

262892.304

第4年

0.7%

95.40%

85844.208

348736.512

第5年

0.7%

94.70%

85218.912

433955.424

第6年

0.7%

94.00%

84593.616

518549.040

第7年

0.7%

93.30%

83968.320

602517.360

第8年

0.7%

92.60%

83343.024

685860.384

第9年

0.7%

91.90%

82717.728

768578.112

第10年

0.7%

91.20%

82092.432

850670.544

第11年

0.7%

90.50%

81467.136

932137.680

第12年

0.7%

89.80%

80841.840

1012979.520

第13年

0.7%

89.10%

80216.544

1093196.064

第14年

0.7%

88.40%

79591.248

1172787.312

第15年

0.7%

87.70%

78965.952

1251753.264

第16年

0.7%

87.00%

78340.656

1330093.920

第17年

0.7%

86.30%

77715.360

1407809.280

第18年

0.7%

85.60%

77090.064

1484899.344

第19年

0.7%

84.90%

76464.768

1561364.112

第20年

0.7%

84.20%

75839.472

1637203.584

第21年

0.7%

83.50%

75214.176

1712417.760

第22年

0.7%

82.80%

74588.880

1787006.640

第23年

0.7%

82.10%

73963.584

1860970.224

第24年

0.7%

81.40%

73338.288

1934308.512

第25年

0.7%

80.70%

72712.992

2007021.504

3.3电站预估收益计算

根据湖南省的标准电价，我们电站发的每度电能够有0.45元收入，持续运行25年后，将会获得2007021.504*0.45=903159元，也就是90多万，减去我们为电站投资的41.57万，我们25年内能够获得大约50万的纯利润收入

参考文献

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[4]余茂全,张磊.基于PVSYST的光伏发电系统仿真研究[J].安徽水利水电职业技术学院学报,2019,19(02):35-39.

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