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摘要：随着石油和煤炭的大量开采，不可再生能源的储量越来越少，能源问题位列世界众多焦点问题之首。特别是随着世界经济的发展、世界人口的剧增和人民生活水平的不断提高，世界能源需求量持续增大，由此导致能源枯竭、环境污染加重等问题日趋严重。在太阳能光伏电站中，通过对太阳能进行有效的利用，从而达到节约能源的目的。但是在太阳能光伏发电站中，设计问题是一个很重要的方面，如何将太阳能光伏电站进行合理的设计，并使太阳能光伏电池充分发挥其作用，是设计工作必须要重视的问题。文章通过对太阳能光伏电站的特点等进行分析，阐述影响其设计的主要因素，并根据实例对光伏电站的设计进一步的说明。
关键词：太阳能光伏电站；设计；影响因素
中图分类号：S611文献标识码： A
引言
近年来，人们对于燃烧化石燃料造成全球环境污染而导致气候变化的严重性已逐渐形成了共识，各国正在大力发展以太阳能为代表的可再生能源，太阳能光伏电站是利用光伏电池吸收太阳辐射能，将之直接转换为电能的发电设备。太阳辐射量的大小直接影响其发电效率。光伏发电作为太阳能工程体系中的一项重要技术，随着清洁能源的开发研究也在电力设计领域中发展起来。
一、光伏电站运行特点
（一）周期性、间歇性、随机性
光伏电站功率的波动完全依照太阳辐射强度的变化。从宏观来看，光伏电站每天出力具有周期性：日出后出力逐渐增强，中午时分达到高峰，然后出力逐渐减少，日落到日出之间出力为零；从微观来看，光伏电站出力随天气状况变化，阴雨天不发电，云层飘过出力会迅速减小，每天出力也并不一致，因此光伏电站出力具有间歇性和随机性。光伏电站的周期性为光伏电站的高效控制提供可能，光伏电站出力的间歇性和随机性易造成电压波动、闪变等电能质量问题，也会对电网稳定性等方面造成一定影响，故在大型并网光伏电站二次系统设计中要充分考虑这些因素。
（二）静止发电型
光伏电站没有旋转部件，属于静止发电型，设备不易损坏，运行维护相对简单，电气二次系统宜按无人值班光伏电站进行设计。
（三）场地偏远型
我国大型并网光伏电站多在西北、华北等日照资源丰富的荒漠和半荒漠地区，这些地区一般是地广人稀，环境恶劣，光伏电站宜按远程监控或集中监控方式设计。
二、太阳能光伏电站设计影响因素
（一）气象环境因素的确定
在进行太阳能光伏电站的设计时，应该重点考虑到气象环境的影响因素，对于建设时所需要的太阳能光伏思安站的气象环境设备，要确保其设备功能与环境的相符；对于会影响到太阳能光伏电站运行的特殊天气要进行严格的监控，以充分发挥气象环境的预报作用，从而保证太阳能光伏电站的稳定运行以及实现太阳能光伏电池的高效率运行。
（二）太阳能光伏电池最佳倾角的确定
要根据太阳能光伏电站的地理位置以及每天的辐照值绘制出太阳能光伏电池的光电转换曲线，通过对太阳的高度角的计算，从而对太阳能光伏电池倾角进行确定，然后运用计算机编程对太阳能光伏电池的倾角进行调节，使得太阳能光伏电池的光电转换效率大大的提高。
（三）太阳能光伏电池表面清洁频率的确定
在太阳能光伏电站设计初期，需要对太阳能光伏电池在环境中受到污染的情况进行必要的了解，确定太阳能光伏电池表面的污染物，尤其要注意大风天气以及沙尘暴和强对流天气对于太阳能光伏电池表面的影响，再依据当地的人工成本对太阳能光电池的清洁频率进行确定。比如在我国的北方，太阳能光伏电池清洁频率以7d为一个周期，在南方太阳能光伏电池的清洁周期可以延长到10～14d。
（四）太阳能光伏电站的经济性
最后，在进行太阳能光伏电站的设计过程中，要重点考虑到太阳能光伏电站的经济性，避免出现重复建设的问题的出现。在进行设计的时候，要有长远发展的眼光，将眼光着眼于区域经济的未来发展以及光伏企业的规模效应，对太阳能光伏电站的数量以及规模进行合理的确定。
三、太阳能光伏电站的设计要点
（一）光伏发电电池阵列单元的选择
光伏发电系统通过将大量的同规格、同特性的太阳能电池组件，经过若干电池组件串联成一串以达到逆变器额定输入电压，再将这样的若干串电池板并联达到系统预定的额定功率。在这过程中，由于设备的数量众多，未来使它们之间不会出现相互遮挡等情况，需要按照一定的间距来进行布置，使其构成一个方阵，称此方阵为光伏发电方阵。在光伏发电方阵中，由同特性、同规格的太阳能电池组件串联构成的一个回路就是一个基本的阵列单元。每个光伏发电方阵由预定功率的电池组件、逆变器和低压配电室等组成。若干个光伏发电方阵通过电气系统的连接共同组成一座光伏电站。
（二）光伏发电方阵容量的选择
采用光伏发电方阵布置方式，具有电池板布局整齐美观，厂区分区明确，设备编号和管理方便，运行和检修吹扫方便等优点。
（三）太阳能光伏方阵单元型式的确定
电池组件串联组数的确定主要依据其工作电压、开路电压、当地温度和瞬时辐射强度对开路电压、工作电压的影响来分析。
（四）太阳电池方阵安装方式的确定
太阳电池方阵的发电量与阳光入射强度有关，当光线与太阳电池方阵平面垂直时发电量最大，随着入射角的改变，发电量会明显下降。太阳能跟踪装置可以将太阳能板在可用的8h或更长的时间内保持方阵平面与太阳入射光垂直，将太阳能最大程度转化为电能。
四、案例分析
（一）工程概况
该电站建设于厂房屋顶上，工程使用屋顶面积约105000平方米。电站的发电系统关键电气设备由并网光伏逆变器、控制器、光伏防雷汇流箱、交直流配电柜及监控系统等组成。光伏组件支撑系统采用夹具夹持式金属支架，安装后整体载荷约为20kg/m2。屋顶的彩钢板厚度不小于0.8mm，屋顶坡度约5~10°，考虑到积雪和风压，承重需大于30kg/m2。组件支架的安装在屋顶彩钢板主梁上进行，需铺设木工板走道后再进行施工，以减少对屋面的影响。
（二）电站的构成及技术性能
1.太阳能电池方阵
本工程电池板采用中国电子科技集团公司的ZKX-250D-24多晶硅电池组件，电池片单体光电转换效率约17.3%。主要技术参数如下：
（1）组件设计特点
使用寿命长：抗老化EVA胶膜（乙烯-醋酸乙烯共聚物），高通光率低铁太阳能专用钢化玻璃，透光率和机械强度高；
安装简便：标配多功能接线盒，三路二极管连接盒，抗风、防雷、防水和防腐；
高品质保证：光学、机械、电理等模块测试及后期调整完善，产品ISO9001认证；
转换效率高：晶体硅太阳电池组件，电池片单体光电转换效率≥17.3%，组件整体光电转化效率≥15.37%；
边框坚固：阳极氧化优质铝合金密封边框。
（2）250W太阳电池组件技术参数
表1250W太阳电池组件技术参数
注：标准测试条件（STC）下—Am1.5、1000W/m2的辐照度、25℃的电池温度。
整个光伏系统工程由多晶硅光伏组件组成，预计安装40000块电池板，按照屋顶结构分成3个阵列，每个阵列由20块电池组件串联组成，每10个串组进汇流箱后接至配电房直流配电柜，在配电房经过250kW并网逆变器逆变成380V交流电后，就近接入用户侧10kV变压器的低电压端。每台250kW并网逆变器设1个直流配电单元。
2.直流－交流逆变器
选用中国电子科技集团公司SSI250K3G-B逆变器40台。其主要技术性能指标见表2。
表2逆变器参数
3.直流控制柜
并网光伏发电系统配置的直流防雷配电单元，安装在室内，主要是将汇流箱输出的直流电缆接入后进行汇流，再与并网逆变器连接，方便操作和维护。
主要性能特点如下：
250kW并网单元配置1个直流防雷配电单元；
直流防雷配电单元具有20路直流输入接口，可接20台汇流箱；
每路直流输入侧都配有可分断的直流断路器和防反二极管，其中断路器选用进口品牌；
直流母线输出侧都配置光伏专用防雷器，其额定电流≥15kA，最大电流≥30kA；
直流母线输出侧配置1000V直流电压显示表；
配电柜的尺寸（深×宽×高）：600×800×190000mm。
4.直流防雷汇流箱
汇流箱是光伏发电系统中的重要组成部分，其主要作用是按照一定的串、并联方式将光伏阵列连接到一起，以便对光伏阵列实施监控。设计中采用PM-12型号汇流箱。
结束语
太阳能发电是清洁、无污染的可再生能源，太阳能光伏发电是将太阳能转变成电能的过程。在整个运行过程中，不会产生大气、水、固体废弃物等方面的污染物，也不会产生大的噪声污染。随着光伏电站的相继开发，在这种趋势下光伏发电产业将成为又一重点发展产业，它不仅能够对新能源进行有效的利用，为地方开辟新的经济增长点，对拉动地方经济的发展，而且对于环境的保护亦有很大的作用，对于加快实现小康社会具有深远的意义。
参考文献：
[1]闫泓锦,郭福雁.屋顶太阳能光伏组件方阵的计算机辅助设计研究[J].现代建筑电气,2014,01:5-8+15.
[2]韩守亮.浅谈20kWp离网光伏电站方案设计[J].中国高新技术企业,2014,05:23-24.
[3]杨静涛,贾晖杰,吕国东.并网光伏电站发電量影响因素分析[J].太阳能,2013,17:40-42+45.
关键词：太阳能光伏电站；设计；影响因素
中图分类号：S611文献标识码： A
引言
近年来，人们对于燃烧化石燃料造成全球环境污染而导致气候变化的严重性已逐渐形成了共识，各国正在大力发展以太阳能为代表的可再生能源，太阳能光伏电站是利用光伏电池吸收太阳辐射能，将之直接转换为电能的发电设备。太阳辐射量的大小直接影响其发电效率。光伏发电作为太阳能工程体系中的一项重要技术，随着清洁能源的开发研究也在电力设计领域中发展起来。
一、光伏电站运行特点
（一）周期性、间歇性、随机性
光伏电站功率的波动完全依照太阳辐射强度的变化。从宏观来看，光伏电站每天出力具有周期性：日出后出力逐渐增强，中午时分达到高峰，然后出力逐渐减少，日落到日出之间出力为零；从微观来看，光伏电站出力随天气状况变化，阴雨天不发电，云层飘过出力会迅速减小，每天出力也并不一致，因此光伏电站出力具有间歇性和随机性。光伏电站的周期性为光伏电站的高效控制提供可能，光伏电站出力的间歇性和随机性易造成电压波动、闪变等电能质量问题，也会对电网稳定性等方面造成一定影响，故在大型并网光伏电站二次系统设计中要充分考虑这些因素。
（二）静止发电型
光伏电站没有旋转部件，属于静止发电型，设备不易损坏，运行维护相对简单，电气二次系统宜按无人值班光伏电站进行设计。
（三）场地偏远型
我国大型并网光伏电站多在西北、华北等日照资源丰富的荒漠和半荒漠地区，这些地区一般是地广人稀，环境恶劣，光伏电站宜按远程监控或集中监控方式设计。
二、太阳能光伏电站设计影响因素
（一）气象环境因素的确定
在进行太阳能光伏电站的设计时，应该重点考虑到气象环境的影响因素，对于建设时所需要的太阳能光伏思安站的气象环境设备，要确保其设备功能与环境的相符；对于会影响到太阳能光伏电站运行的特殊天气要进行严格的监控，以充分发挥气象环境的预报作用，从而保证太阳能光伏电站的稳定运行以及实现太阳能光伏电池的高效率运行。
（二）太阳能光伏电池最佳倾角的确定
要根据太阳能光伏电站的地理位置以及每天的辐照值绘制出太阳能光伏电池的光电转换曲线，通过对太阳的高度角的计算，从而对太阳能光伏电池倾角进行确定，然后运用计算机编程对太阳能光伏电池的倾角进行调节，使得太阳能光伏电池的光电转换效率大大的提高。
（三）太阳能光伏电池表面清洁频率的确定
在太阳能光伏电站设计初期，需要对太阳能光伏电池在环境中受到污染的情况进行必要的了解，确定太阳能光伏电池表面的污染物，尤其要注意大风天气以及沙尘暴和强对流天气对于太阳能光伏电池表面的影响，再依据当地的人工成本对太阳能光电池的清洁频率进行确定。比如在我国的北方，太阳能光伏电池清洁频率以7d为一个周期，在南方太阳能光伏电池的清洁周期可以延长到10～14d。
（四）太阳能光伏电站的经济性
最后，在进行太阳能光伏电站的设计过程中，要重点考虑到太阳能光伏电站的经济性，避免出现重复建设的问题的出现。在进行设计的时候，要有长远发展的眼光，将眼光着眼于区域经济的未来发展以及光伏企业的规模效应，对太阳能光伏电站的数量以及规模进行合理的确定。
三、太阳能光伏电站的设计要点
（一）光伏发电电池阵列单元的选择
光伏发电系统通过将大量的同规格、同特性的太阳能电池组件，经过若干电池组件串联成一串以达到逆变器额定输入电压，再将这样的若干串电池板并联达到系统预定的额定功率。在这过程中，由于设备的数量众多，未来使它们之间不会出现相互遮挡等情况，需要按照一定的间距来进行布置，使其构成一个方阵，称此方阵为光伏发电方阵。在光伏发电方阵中，由同特性、同规格的太阳能电池组件串联构成的一个回路就是一个基本的阵列单元。每个光伏发电方阵由预定功率的电池组件、逆变器和低压配电室等组成。若干个光伏发电方阵通过电气系统的连接共同组成一座光伏电站。
（二）光伏发电方阵容量的选择
采用光伏发电方阵布置方式，具有电池板布局整齐美观，厂区分区明确，设备编号和管理方便，运行和检修吹扫方便等优点。
（三）太阳能光伏方阵单元型式的确定
电池组件串联组数的确定主要依据其工作电压、开路电压、当地温度和瞬时辐射强度对开路电压、工作电压的影响来分析。
（四）太阳电池方阵安装方式的确定
太阳电池方阵的发电量与阳光入射强度有关，当光线与太阳电池方阵平面垂直时发电量最大，随着入射角的改变，发电量会明显下降。太阳能跟踪装置可以将太阳能板在可用的8h或更长的时间内保持方阵平面与太阳入射光垂直，将太阳能最大程度转化为电能。
四、案例分析
（一）工程概况
该电站建设于厂房屋顶上，工程使用屋顶面积约105000平方米。电站的发电系统关键电气设备由并网光伏逆变器、控制器、光伏防雷汇流箱、交直流配电柜及监控系统等组成。光伏组件支撑系统采用夹具夹持式金属支架，安装后整体载荷约为20kg/m2。屋顶的彩钢板厚度不小于0.8mm，屋顶坡度约5~10°，考虑到积雪和风压，承重需大于30kg/m2。组件支架的安装在屋顶彩钢板主梁上进行，需铺设木工板走道后再进行施工，以减少对屋面的影响。
（二）电站的构成及技术性能
1.太阳能电池方阵
本工程电池板采用中国电子科技集团公司的ZKX-250D-24多晶硅电池组件，电池片单体光电转换效率约17.3%。主要技术参数如下：
（1）组件设计特点
使用寿命长：抗老化EVA胶膜（乙烯-醋酸乙烯共聚物），高通光率低铁太阳能专用钢化玻璃，透光率和机械强度高；
安装简便：标配多功能接线盒，三路二极管连接盒，抗风、防雷、防水和防腐；
高品质保证：光学、机械、电理等模块测试及后期调整完善，产品ISO9001认证；
转换效率高：晶体硅太阳电池组件，电池片单体光电转换效率≥17.3%，组件整体光电转化效率≥15.37%；
边框坚固：阳极氧化优质铝合金密封边框。
（2）250W太阳电池组件技术参数
表1250W太阳电池组件技术参数
注：标准测试条件（STC）下—Am1.5、1000W/m2的辐照度、25℃的电池温度。
整个光伏系统工程由多晶硅光伏组件组成，预计安装40000块电池板，按照屋顶结构分成3个阵列，每个阵列由20块电池组件串联组成，每10个串组进汇流箱后接至配电房直流配电柜，在配电房经过250kW并网逆变器逆变成380V交流电后，就近接入用户侧10kV变压器的低电压端。每台250kW并网逆变器设1个直流配电单元。
2.直流－交流逆变器
选用中国电子科技集团公司SSI250K3G-B逆变器40台。其主要技术性能指标见表2。
表2逆变器参数
3.直流控制柜
并网光伏发电系统配置的直流防雷配电单元，安装在室内，主要是将汇流箱输出的直流电缆接入后进行汇流，再与并网逆变器连接，方便操作和维护。
主要性能特点如下：
250kW并网单元配置1个直流防雷配电单元；
直流防雷配电单元具有20路直流输入接口，可接20台汇流箱；
每路直流输入侧都配有可分断的直流断路器和防反二极管，其中断路器选用进口品牌；
直流母线输出侧都配置光伏专用防雷器，其额定电流≥15kA，最大电流≥30kA；
直流母线输出侧配置1000V直流电压显示表；
配电柜的尺寸（深×宽×高）：600×800×190000mm。
4.直流防雷汇流箱
汇流箱是光伏发电系统中的重要组成部分，其主要作用是按照一定的串、并联方式将光伏阵列连接到一起，以便对光伏阵列实施监控。设计中采用PM-12型号汇流箱。
结束语
太阳能发电是清洁、无污染的可再生能源，太阳能光伏发电是将太阳能转变成电能的过程。在整个运行过程中，不会产生大气、水、固体废弃物等方面的污染物，也不会产生大的噪声污染。随着光伏电站的相继开发，在这种趋势下光伏发电产业将成为又一重点发展产业，它不仅能够对新能源进行有效的利用，为地方开辟新的经济增长点，对拉动地方经济的发展，而且对于环境的保护亦有很大的作用，对于加快实现小康社会具有深远的意义。
参考文献：
[1]闫泓锦,郭福雁.屋顶太阳能光伏组件方阵的计算机辅助设计研究[J].现代建筑电气,2014,01:5-8+15.
[2]韩守亮.浅谈20kWp离网光伏电站方案设计[J].中国高新技术企业,2014,05:23-24.
[3]杨静涛,贾晖杰,吕国东.并网光伏电站发電量影响因素分析[J].太阳能,2013,17:40-42+45.