摘要
ABSTRACT: In this project, some optimization ideas and methods will be studied. Through determine the optimization voltage and optimization current to solve out the best number of modules for series and parallel. The key of this aim of the report is the method and process of design. KEY WORD: PV module lay out , optimization, benefits 摘要： 本文是针对大型光伏发电站光伏组件阵列布置的一种优化设计。通过选定逆变器的最佳电压和电流的工作范围进而确定光伏组件的最佳串并联个数范围，最后通过计算和比较分析从中找出最优的一组串并联的个数。论文的研究主要针对组件布置的优化过程和方法，其比较方法对以后的关于光伏阵列的布置设计起到一定的指导意义。 关键词：光伏，优化，收益 . 1 引言 1.1 概述 到 2050年全世界人口大概要达到 100亿，按照每人每年 GDP增长 1.6%, GDP单位能耗按照每年减少 1％，则能源需求装机将是大约 30-60TW，届时主要要靠可再生能源来解决。可是，世界上潜在水能资源 4.6TW，经济可开采资源只有 0.9TW；风能实际可开发资源 2-4TW；生物质能 3TW（加起来总共 8TW）。只有太阳能是唯一能够保证人类未来需求的能量来源，其潜在资源 120000TW，实际可开采资源高达 600TW。 1.2 光伏组件和逆变器的选型 本文将以朝阳市 10MW的光伏电站作为研究对象，光伏组件选用某公司生产的 YL240P-29b电池板，电池板峰值功率为 240W，之所以选择 240W型号的电池板，主要是因为此型号板子比较适合应用在大型光发电站，稳定性好。太阳能电池板主要技术如下表 : 表 1 太阳能电池板技术参数 Module type YL240P-29b Power output 240W Module efficiency 14.7% Vmpp 29.5V Impp 8.14A Voc 36.5V Isc 8.65A Temperature coefficient of Pmax γ (%/oC) -0.45 Temperature coefficient of β voc(%/oC) -0.36 Temperature coefficient of αIsc(%/oC) 0.06 光伏逆变器选用 AEG 公司 500KW 逆变器，其特点有 a. 发电连接箱的设计灵活高效，甚至通过选件设备可独立切换它们以使其灵活编组。两个单元可形成一种“伙伴模式”（高效的主 / 从功能） .b. 最大化的功率点跟踪设计满足了最新的要求，实现了在晴天和阴天的不同条件下快速响应、动态变化。再加上可靠的运行 / 休眠探测，保证昼夜切换自动完成。光伏逆变器的主要技术参数如下表 : 表 2 光伏逆变器技术参数 Inverter type AEG 500 Power range 250KW—700KW Power range MPPT 500KW—580KW DC voltage range 400V—1000V DC voltage range MPPT 500V—820V MAX DC current 1060A Efficiency Euro 98.15%
1.3 组件串并联个数的优化设计 1.3.1 组件串联个数范围的确定 根据朝阳市气象数据库，当地年平均气温 8.8℃，极端最高温度 43.3℃，极端最低温度 -34.4℃，气候特征为冬季寒冷、夏季炎热。光伏组件运行的极限最高与最低的环境温度为 43.3℃与 -34.4℃，与 STC25℃温度偏移的度数分别是 59.4℃和 18.3℃。 组件的串联个数一定要被选择在串联时环路内电压不能高于逆变器直流侧的输入电压，否则会烧毁逆变器。因此另一个限定三个限定条件组件的串联个数被选择在 18,19,20,21其中的一项。 1.3.2 组件串并联个数的优化比较： 阵列容量选择 500kW单元阵列容量的组件串并联容量基本单元，对以上 4个个数分别进行逆变器允许范围的校验 : 1.3.3对各个串并电池组件进行评估： 表 3 组件串并联个数计算比较 从上表可以看出当组件串联个数在 18至 21之间时，组件都可以工作在限值条件范围之内，所以都符合，仅仅组件在 18串 120并的情况下， STC下的短路电流和极热环境温度下的最大输出电流非常接近于逆变器的最大允许输入电流 1060A，故不宜采用此方案。 表 4 四种连接方式的输入电压下的逆变器效率损耗和功率损耗 图 1 四种连接方式的导线功率损耗与逆变器功率损耗综合比较分析图 从图中我们可以看到，随着组件串联个数的增加并联个数的减少导线的损耗呈下降趋势（蓝色），但是逆变器的转换功率损耗呈上升趋势（红色），两项综合起来呈上升趋势（绿色），所以理论上的结论为在逆变器输入最佳工作电压范围之内，最终的优化结果为 20串 105并的连接方式，组件的摆放为竖向两排放置。 2 结论 本文提出了光伏场区内光伏方阵设计的一些理论依据和优化方法，可以通过该方法对光伏方阵的场内设计提供了相关参考依据。 参 考 文 献 [1] Ryan Mayfield. Photovoltaic Design & Installation for DUMMIES [M].America. Wiley Publishing,Inc. 2012. [2] JOHN A.DUFFIE ,WILLIAMA A.BECKMAN.SOLAR ENGINEERING OF THERMAL PROCESSES Second Edition[M]. Wiley Publishing,Inc. 1980.
出版日期
2020年01月14日（中国期刊网平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）
