摘要：以某企业车间厂房为研究对象，根据企业实际情况提出光伏发电系统的总体方案，并以此为基础进行设备的优化选型，明确设备的安装方式，利用PVsyst软件对光伏发电系统进行仿真模拟，对比不同安装方式下光伏发电系统的发电效率。将系统应用于企业的生产过程中，对实际应用经济性进行分析。

关键词：光伏发电，设备选型，发电效率，经济性

0 引言

光伏发电系统作为绿色环保型电能生产模式在全球范围内得到大力推广，我国各地也在积极推动光伏发电系统的建设。但从目前来看，由于地理环境、气候等因素的影响，光伏发电系统的设计和应用依旧存在着一些问题需要解决^[1]。因此，如何提高光伏发电系统的可靠性和稳定性也是推动清洁型能源发展的关键所在。

1 光伏发电系统方案设计

1.1 工程概况

某企业所在地太阳能资源丰富，每年平均日照时间能够达到1730h左右，并且企业所在区域周边并无大型建筑物遮挡。随着工业园区环保局节能项目规划，某企业也在节能改造项目范围内。经过现场调研，该企业内部四个车间为钢筋混凝土结构，顶部可以增设光伏发电系统，由于部分车间顶部在加固过程中会与内部加工设备产生冲突，从而无法实现安装，经过核算可加固安装区域面积能够达到64816m2。

1.2 光伏系统技术方案

综合考虑企业用电量情况，结合光伏发电安装位置，本次光伏系统设计容量为17.15MWp，选用290Wp的电池组件，共计59133块，每23块组件串联在一条线路上，共计2571串。整个光伏发电系统箱式变压器共计设置8台，每台变压器与40台串式逆变器、6台交流汇流箱连接，为了后期光伏发电系统更好地运维工作，整个系统采用分段连接、逐级汇流的连接方式。整个系统以厂区供电优先，其余电能并入电网，并网方式采用分块发电、集中并网方案，以2回10kV线路接入厂区进线侧。

2 光伏发电系统的设计

2.1 主要硬件选型与设计

本次光伏发电系统选用单晶硅光伏电池，该种类型电池太阳能转换效率约为17.5%～18.5%。根据某企业车间顶部时间情况，结合不同功率下光伏组件的转换效率，可以选用285～310W的组件，经过对市场调研，其中290W光伏组件价格更为合理，并且也有利于后期装备维护。该组件最大功率为290W，组件效率为17.7%，尺寸为1650mm×991mm×40mm，该组件具有良好的弱光发电效果，在-40～80℃的环境中能够正常使用^[2]；逆变器选用50kW组串式逆变器，该逆变器MPPT电压范围在240～900V之间，并且产生的电流总谐波畸变率小于3%，能够满足并网电能质量要求。为了提高并网质量，本次设计采用两阶段多功能逆变器设计，具体设计拓扑结构如图1所示。变压器选择GZB-12干式双绕组变压器，该变压器额定容量为2000/1600kVA，运行操控灵活，后期维护保养简单^[3]。

图中i_H为两级有功电流；i_L为单极有功电流；i_X为注入的电流；i_LX为企业负载电流；i_SX为电网侧电流。

如图1所示，前端DC-DC级以Boost变换器为主，后端DC-DC级以DDP转换器为主，转换器是三相六开关形式，在运行过充中，通过双向开关将直接功率流引入不同的开关管段。在直流侧，光伏阵列有两台电流流出路径。两阶段多功能逆变器与负载并联，从而能够对电能质量以及有功功率进行多功能控制。

2.2光伏倾角设计

目前，光伏发电系统电池组件安装方式主要分为固定安装、单轴跟踪式安装以及双轴跟踪式安装。其中固定安装方式发电效率较低，但安装成本低，并且后期维护工作简单，故障较小^[4]。根据项目所在地实际情况，以及后期维护的便利性和成本，本次选用固定式安装方式。由于固定式安装后光伏电池组件便无法改变角度，因此需要提前对光伏组件的倾角进行设计。在车间建设过充中，为了便于排水，屋顶倾角为4°。利用PVsyst软件进行仿真模拟计算，18°为最优倾角，该倾角下发电效率最大，经过统计分析，将光伏组件信息数据以及逆变器情况等代入软件当中进行模拟，结果如图2、图3所示。

由图3可知，在光伏组件倾角为4°时，发电系统年发电量为14151MW·h，光伏发电系统能量转换效率为85.3%；由图4可知，当光伏组件倾角为18°时，系统年发电量为14457MW·h，此种状态下能量转换效率为85.4%。虽然倾角在18°时发电效率相对较高，但实际提高效果并不明显。经过核算，以18°倾角为准的安装成本为138元（包含材料费、人工费、机械费、管理费等），而以4°倾角为准的安装成本为76元，并且安装倾角为18°时，计划工期需要推迟两个月，后期的运维难度也有所提升。综合分析，本次设计光伏倾角设置为4°，与屋顶平行。

2.3 监控通讯系统设计

本次光伏发电系统采用PRS-7000一体化监控方案，光伏系统的监控信息均传入监控中心进行统一管理。在具体设计当中，以1.6MW逆变升压单元为线进行监控单元划分，将整个系统划分为若干个区域，不同区域内的监控单元组成监控环网结构。逆变器通信选用MBUS通信技术，场站通信选用4GLTE无线通讯技术，该种通信方式能够有效提高通信效率和可靠性，并且也能够降低通信线路的敷设成本^[5]。在实际运转过充中，逆变器在输出IV曲线后能够通过MBUS通信技术和4GLTE无线通讯技术将信息实时传递中控系统中，中控系统根据管理系统算法以及数据分析能够对发电系统组件实际情况进行诊断，从而实现对设备的远程监控，及时发现故障。

3 实际应用效果

某企业在2019年4月完成了光伏发电项目的建设，经过一年运行，光伏发电系统出现一次故障，为强风气候下有3块光伏电池组件损坏。经过统计，本年度发电量为1384.6万kW·h，其中企业自行消纳电量为705.1万kW·h，其中679.5万kW·h并入电网。该企业所在地工业电价为0.73元/kW·h，并网补偿费用为0.32元/kW·h，经过计算，全年能够为企业创造701.5×0.73+679.5×0.32≈729.5万元收益。光伏系统寿命为25年，由于光伏电池组件清洁度、电控组件老化影响，每年发电量会下降约1%左右。经过计算，光伏发电系统整个生命周期中能够产生电量为30288.1万W·h，企业在不扩产的情况下25a内所消耗电量为17627.5万kW·h，并网电量为12660.6万kW·h，光伏发电系统每年运维费用约为20万元，因此光伏发电系统在整个生命周期中能够为企业创造16243.19万元收益。整个系统初期投资约为8953万元，因此整个项目收益7290.19万元，收益可观。

4 结论

1）对某企业概况进行分析，结合地方太阳辐射情况，对光伏系统技术整体方案进行设计。

2）对光伏发电系统硬件进行选型设计，明确逆变器拓扑结构，并利用PVsyst软件进行仿真模拟计算，确定光伏倾角在4°时综合效益最高。同时根据现场情况基于MBUS通信技术和4GLTE无线通讯技术进行监控通讯系统设计，明确不同信号的传输方式。

3）将光伏发电系统应用在某企业当中，经过核算，整个生命周期中能够产生30288.1万W·h电能，综合考虑初期项目投资以及后期系统运维费用，整个项目能够创造7290.19万元收益，并且节能环保效益更加明显。

参考文献

[1]邹政.太阳能光伏电站在水泥厂节能减排中的应用[J].水泥技术，2024（2）：78-81.

[2]李春菊，胡海伟，龚立峰.光伏电子工程技能大赛项目设计与实施[J].工业控制计算机，2024，37（3）：152-154.

[3]路小娟，白建聪，范多进，等.风光热储互补发电系统容量配置技术研究[J].热力发电，2024，53（3）：51-58.

[4]陈建国，郑拓，郝俊毅，等.新能源发电接入下储能系统双层优化模型[J].中南民族大学学报（自然科学版），2024，43（2）：245-251.

[5]高平.分布式光伏发电系统断路器的选型方案浅析[J].电气时代，2024（3）：49-51.

作者简介：孙浩远（1993—），男，河南尉氏人，本科，毕业于兰州工业学院，工程师，研究方向为光伏发电。