盧建麗　趙　迪..內蒙古新聞出版廣電局84臺　內蒙古　呼和浩特市　00050

淺談太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在841臺應用的可行性

盧建麗1趙迪2
1.2.內蒙古新聞出版廣電局841臺內蒙古呼和浩特市010050

【摘要】太陽能是一種清潔的可再生能源，取之不盡，用之不竭。目前對太陽能的利用越來越廣泛，其中光伏發(fā)電技術不僅得到政府的大力支持而且發(fā)展前景廣闊。841廣播電視綜合發(fā)射臺承擔著24套廣播電視節(jié)目發(fā)射任務，因此臺里用電量非常大且費用高昂。本文主要分析并網(wǎng)光伏發(fā)電技術在我臺應用的可行性，及其產生的經(jīng)濟和社會效益。

【關鍵詞】太陽能廣播電視發(fā)射臺光伏技術

1　研究背景

能源是能夠向人類提供能量的自然資源，也是人類從事生產和社會活動的基礎。進入21世紀，人類社會面臨著日益嚴峻的能源危機。傳統(tǒng)能源（包括煤、石油、天然氣）不僅數(shù)量有限，而且已造成嚴重的生態(tài)失衡和環(huán)境污染。

在所有可再生能源來源中，太陽能最具解決全球能源危機的潛力。太陽能是一種清潔的可再生能源，取之不盡，用之不竭，分布最廣泛，獲取最容易。通常意義的太陽能利用，指的是對直接投射到地球表面的太陽輻射能的利用，包括太陽能熱利用和太陽能光伏發(fā)電。我國屬太陽能資源豐富的國家之一，全國總面積2/3以上地區(qū)年日照時數(shù)大于2000小時，陸地面積每年接受的太陽輻射能約等于數(shù)萬個三峽工程發(fā)電量的總和。正因為太陽能具有這么多優(yōu)點，對它的開發(fā)機利用必然會對社會發(fā)展產生重大的影響。在太陽能的有效利用當中，大陽能光電利用是近些年來發(fā)展最快，最具活力的研究領域，是其中最受矚目的項目之一。

2　并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)

2.1太陽電池原理

太陽電池是一種將太陽輻射能直接轉換為電能的固態(tài)電子器件。其基本原理為：太陽輻射中的光子打入半導體中，產生可自由移動的電子和空穴。由于P-N結具有由N指向P的內建電場，它使帶一種電荷的粒子加速通過，而將另一種帶電粒子反射回去。于是，N型半導體外側有負電荷積累，P型半導體外側有正電荷積累。當與外負載連接時，電子將從N型外側流出，經(jīng)過外電路返回到P型外側，并與P側的正電荷重新結合，同時對外輸出電功。

2.2并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)關鍵設備和技術

光伏發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)構成和負載種類可分為獨立運行系統(tǒng)和并網(wǎng)運行系統(tǒng)。獨立光伏系統(tǒng)是不與電站發(fā)生任何關系的閉合系統(tǒng)。它需要配備儲能裝置，費用高昂。并網(wǎng)型光伏系統(tǒng)根據(jù)是否允許通過供電區(qū)變壓器向主電網(wǎng)饋電，分為可逆流與不可逆流并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)?？赡媪飨到y(tǒng)，是在光伏系統(tǒng)產生剩余電力時將電能送入電網(wǎng)，當系統(tǒng)電力不夠時，則由電網(wǎng)供電。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)省掉蓄電池，可比獨立太陽能光伏系統(tǒng)的建設投資可減少達35%～45%。它以電網(wǎng)為儲能裝置，所發(fā)電能饋入電網(wǎng)，同時省掉蓄電池避免了蓄電池的二次污染，并可提高系統(tǒng)的平均無故障時間。

并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成，如圖1所示。它主要由太陽電池方陣、并網(wǎng)逆變器、控制器等部分組成。

圖1　光網(wǎng)光狀發(fā)電圖

（1）太陽電池方陣

太陽電池單體是用于光電轉換的最小單元，一般不能單獨作為電源使用。將太陽電池單體進行串聯(lián)并封裝后，就成為太陽電池組件，是可以作為電源使用的最小單元。太陽電池組件再經(jīng)過串并聯(lián)裝在支架上，就構成了太陽電池方陣，可以滿足負載所要求的輸出功率。太陽電池方陣是并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的主要部件。

（2）并網(wǎng)逆變器

并網(wǎng)逆變器主要由逆變器和并網(wǎng)保護器組成。逆變器是將直流電變化成交流電的設備；并網(wǎng)保護器主要用于頻率上下波動、過欠電壓和電網(wǎng)停電等的監(jiān)測。監(jiān)測發(fā)現(xiàn)問題，及時停止逆變器運轉，把光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)斷開，以確保安全。

確保上網(wǎng)電能符合國家電能質量標準的規(guī)定，是并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)在技術上是否合格的基本要求。因此選擇的逆變器要配置高性能的濾波電路，從而保證逆變器高質量的交流輸出，符合國家電能質量標準的規(guī)定，對電網(wǎng)不會造成污染。

（3）控制器和測量設備

控制器管理光伏發(fā)電系統(tǒng)的運行。具有如下功能：信號檢測；設備保護；故障診斷定位；運行狀態(tài)指示。對于大型光伏電站，需要配備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和微機監(jiān)控系統(tǒng)，測量太陽輻射能，環(huán)境溫度，充、放電電量等。

（4）最大功率點跟蹤（MPPT）技術

太陽電池的輸出隨太陽輻照度和太陽電池方陣表面溫度而變動，因此需要跟蹤太陽電池方陣的工作點并進行控制，使方陣始終處于最大輸出。這就要采用最大功率點跟蹤（MPPT）技術：每隔一定時間讓并網(wǎng)逆變器的直流工作電壓變動一次，測定此時太陽電池輸出功率，并同上次進行比較，使并網(wǎng)逆變器的直流電壓始終沿功率變大的方向變化。

圖2　所示為MPPT控制原理示意圖

3　841臺建設光伏電站可行性分析

3.1呼和浩特太陽能資源及841臺情況

內蒙古自治區(qū)太陽能資源較為豐富，太陽能年總輻射量在1342～1948KWh/m2之間，年日照時數(shù)在2600～3400h之間，是全國高值地區(qū)之一。其中，居首府的呼和浩特市（北緯40.8°，東經(jīng)111.7°，海拔1065米）年太陽總輻射量為6241.19MJ/m2，屬于太陽能穩(wěn)定地區(qū)。841廣播電視綜合發(fā)射臺位于呼和浩特西南方向，海拔1024米，占地128畝。目前共有17部發(fā)射機，全年播出時間116841小時，播出總功率達到74萬KW。

3.2光伏電站容量確定及費用

841臺每天用電總量5370多度，其中機房用電占比將近95%，剩余電量為生活區(qū)所用。因為機房用電要保證廣播電視節(jié)目安全不間斷播出，因此如果通過光伏電站供電，那么還應保留一路不屬于同一供電網(wǎng)絡電源作為備用電源。目前841臺不僅有兩路外電還配有UPS及柴油發(fā)電機組，在突發(fā)狀況停電時，可保證電源供給。綜合分析我臺用電情況，建設并網(wǎng)型光伏電站較為合適。如果建設并網(wǎng)發(fā)電站，白天可以通過光伏電站發(fā)電，剩余電量儲存電網(wǎng)中，夜間則由儲存于電網(wǎng)中的電供電。

呼和浩特市傾斜面年太陽總輻射量為6947.56MJ/m2，年峰值日照小時數(shù)為1929h。L（年發(fā)電量）=W（裝機容量）*H（年峰值日照小時數(shù)）*η（光伏系統(tǒng)效率），并網(wǎng)光伏電站效率為80%～85%。我臺年用電量為196萬度，如果η 為0.8，則所需裝機容量為1.27MW。如果我臺所有電量通過光伏電站供電，不僅裝機容量大費用高昂，而且占地面積也達不到要求。綜合分析造價及占地面積，選擇裝機容量1.134MW，如表1所示。

表1　不同裝機容量用電情況及費用

目前，發(fā)改委頒布《國家發(fā)改委關于發(fā)揮價格杠桿作用促進光伏產業(yè)健康發(fā)展的通知》正式確定了地面電站及分布式電站的補貼電價，分布式項目按全電量補貼，標準為0.42元/度。從上述表格看出，建設光伏電站后，考慮政府補貼后，每年臺里電費創(chuàng)收41萬元。

目前市面上經(jīng)常使用的太陽能電池板有單晶硅、多晶硅和非晶硅薄膜太陽電池。硅系列太陽能電池中，單晶硅太陽能電池轉換效率最高，技術也最為成熟，但成本太高且工藝復雜。多晶硅太陽電池成本遠低于單晶硅電池，而效率高于非晶硅薄膜電池，無光致衰減效應。由于多晶硅轉換效率高，壽命長，性價比高，因此選擇多晶硅太陽能電池。多晶硅太陽能電池板常用的有250WP，255WP，260WP。255板子長*寬*高是1650×992×50mm，重量為19.5kg，面積約為1.64平米。1.134MW的裝機容量需板子數(shù)4447塊。太陽電池板的總面積7293平米。太陽電池組件排列布局需保證彼此不遮光且無障礙物的影響。光伏電站優(yōu)化布局，占地面積約為10000平米。我臺無障礙無陰影的剩余空地面積滿足用地面積要求。

費用包括組件：4.3元/W（255W），逆變器：0.3元/W，施工：0.5元/W和輔材：2.32元/W（包括防雷接地、電線電纜、匯流箱、連接器等）。整體按照7.42元/W計算，則總費用約為840萬元。費用占比最大的主要是電池板、逆變器及支架。后期的維護包括清洗、監(jiān)控管理及檢修等，每年維護費用大約20～30萬。按照目前我臺的用電量，不僅每年節(jié)省100多萬元電費，同時國家每年補貼70多萬，將近6年時間就可以收回全部投資成本。

3.3建設光伏發(fā)電站產生的經(jīng)濟效益和社會效益

光伏電站不消耗化石能源、無污染物排放、運行成本低、操作簡單。它是有利于生態(tài)環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的綠色電站。目前我臺每年用電量超過196萬度（0.639元/度），費用至少125萬元。如果我臺建設太陽能光伏電站，那么每年可節(jié)約不少事業(yè)經(jīng)費。這也是廣播電視發(fā)射臺管理及運行模式的創(chuàng)新。它在節(jié)支增收的基礎上產生了很好的社會效益，具有典型的節(jié)能減排示范效應。按年發(fā)電量175萬度的光伏電站考慮，它可為電網(wǎng)節(jié)約標準煤630噸，同時減少污染排放二氧化碳（C02）1744噸、二氧化硫（S02）53噸、氮氧化物（NOX）26噸。

3.4影響發(fā)電效率因素分析

組件表面塵積影響組件接收到的太陽輻射量，降低發(fā)電功率及總發(fā)電量。內蒙古自西向東分布有多個沙漠和沙地，是各路冷空氣東移南下的必經(jīng)之地。而冷空氣過境時帶來的大風，則為沙塵天氣的形成提供了動力條件。呼和浩特沙塵天氣主要發(fā)生在每年3月至5月。我臺西側緊挨水泥廠，雖有土山隔離，但秋冬季西北風仍會把大量灰塵刮進臺里。因此，太陽電池組件應安裝于我臺東南方空曠之處，減少塵積對太陽能電池板發(fā)電效率的影響并定期清洗組件表面。

結束語

當前，發(fā)展和使用清潔的可再生能源已成為國際社會的共識。我國政府不僅號召全社會大力提高能源利用效率、節(jié)約資源，而且對新能源的開發(fā)利用加大了支持力度。隨著光伏技術的不斷進步及太陽電池組件性能的不斷提高，光伏發(fā)電必將成為重要的發(fā)電技術。光伏發(fā)電技術如果科學合理地應用到廣播電視發(fā)射臺，必將得到經(jīng)濟效益和社會效益的雙豐收，為實現(xiàn)經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展做出更大貢獻。

審稿人：嚴志剛內蒙古新聞出版廣電局包頭廣播發(fā)射中心臺正高級工程師

責任編輯：王學敏

【中圖分類號】G222

【文獻標識碼】C

【文章編號】2096-0751（2016）01-0027-04

作者簡介：盧建麗內蒙古新聞出版廣電局841臺工程師趙迪內蒙古新聞出版廣電局841臺工程師