分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)研究

邵小雷

摘 要：本文基于對分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)基本概念與特點(diǎn)的分析，詳細(xì)研究了在分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中電氣設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題，對分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中包括光伏組件選擇、逆變器選型、組串連接、直流匯流箱、以及光伏直流電纜選型的電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)探討，望引起重視。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；分布式；電氣設(shè)計(jì)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.153

0 引言

目前經(jīng)濟(jì)社會中各個行業(yè)與領(lǐng)域廣泛使用并依賴于石油、煤炭等不可再生的能源。由于這些能源具有不可再生的特點(diǎn)，因此不符合能源應(yīng)用可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求，同時也加重了生態(tài)環(huán)境的負(fù)擔(dān)與壓力。在這一背景下，加大對清潔可再生能源的發(fā)展力度已成為踐行國家節(jié)能減排目標(biāo)的重要手段之一。其中，分布式光伏發(fā)電具有分散生產(chǎn)以及就地使用的特點(diǎn)，與我國實(shí)際情況相適應(yīng)，因此得到了大力的發(fā)展與推廣。

1 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)基本概述

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)是指通過對光伏組件的合理應(yīng)用，將具有清潔可再生特點(diǎn)的太陽能能源轉(zhuǎn)換為可供使用電能的一類分布式電源系統(tǒng)。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)多建設(shè)在用戶場地附近，運(yùn)行方式表現(xiàn)為用戶側(cè)自發(fā)、自用，多余電量上網(wǎng)，且具有在配電系統(tǒng)中調(diào)節(jié)平衡的特點(diǎn)。作為一類具有廣闊發(fā)展?jié)摿Φ陌l(fā)電方式以及能源應(yīng)用模式，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)遵循“就近發(fā)電就近并網(wǎng)、就近轉(zhuǎn)換、就近使用”的基本原則，一方面能夠有效促進(jìn)規(guī)模同等光伏電站發(fā)電量的提升，另一方面還有效解決了電能在遠(yuǎn)距離傳輸過程中存在的電能損耗問題。

目前成功應(yīng)用于實(shí)踐中的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)具有以下幾個方面的典型特點(diǎn)：第一是輸出功率相對較小，因此其對經(jīng)濟(jì)性的影響低，換言之小型分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的投資收益與大型系統(tǒng)是基本相當(dāng)?shù)?；第二是污染小，具有突出的環(huán)境保護(hù)效益。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)在發(fā)電運(yùn)行的過程中無明顯噪音，對周圍水及空氣所產(chǎn)生的污染?。坏谌强捎行Ь徑饩植坑玫鼐o張狀態(tài)；第四是可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電與用電的并存。

2 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn)

第一，在針對光伏組件的選型方面，光伏組件主要有以下幾種類型：非晶硅電池組件、單晶硅電池組件、多晶硅電池組件等。其中非晶硅電池組件成本價格低，外部環(huán)境對組件運(yùn)行影響不大，存在的問題是光電轉(zhuǎn)換效率偏低，國際先進(jìn)水平為10%左右，且不夠穩(wěn)定，常有轉(zhuǎn)換效率衰降的現(xiàn)象，所以尚未大量用于作大型太陽能電源；晶硅類電池組件由于制造技術(shù)成熟、產(chǎn)品性能穩(wěn)定、使用壽命長、光電轉(zhuǎn)化效率相對較高的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于大型并網(wǎng)光伏電站項(xiàng)目。

晶硅類電池又分為單晶硅電池組件和多晶硅電池組件。兩種組件最大的差別是單晶硅組件的光電轉(zhuǎn)化效率略高于多晶硅組件，也就是相同功率的電池組件，單晶硅組件的面積小于多晶硅組件的面積。兩種電池組件的電性能、壽命等重要指標(biāo)相差不大，執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)也相同，在工程實(shí)際應(yīng)用過程中，無論單晶硅還是多晶硅電池都可以選用。但單晶硅組件的價格比多晶硅組件的價格高10%左右。

綜合對當(dāng)前光伏電池組件技術(shù)水平，工藝成熟度，以及轉(zhuǎn)換效率等因素的考慮，應(yīng)當(dāng)優(yōu)選選用大功率晶硅電池組件，以確保光伏發(fā)電系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

第二，在有關(guān)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變器設(shè)備的選型方面，工作人員需參考整個分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的裝機(jī)容量，選擇輸出功率與其基本一致的逆變器設(shè)備。除此以外，在逆變器的選型中還需要綜合考慮最大直流電壓、MPPT數(shù)量、MPPT電壓區(qū)間、額定輸出電壓參數(shù)、直流輸入接線端口數(shù)量、以及功率因素等相關(guān)技術(shù)參數(shù)對分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)電氣運(yùn)行的影響。例如，在對直流輸入接線端口數(shù)量的選型上需參考組串并聯(lián)具體路數(shù)，在對組件組串?dāng)?shù)量的選擇上，則應(yīng)當(dāng)考慮最大支流電壓以及MPPT電壓區(qū)間的影響，而在對MPPT數(shù)量的選型上還應(yīng)當(dāng)考慮系統(tǒng)內(nèi)部光伏組件的具體朝向情況。

以上計(jì)算式中，“”為光伏組件所對應(yīng)開路電壓溫度系數(shù)取值，“”為光伏組件工作電壓溫度系數(shù)取值，“”為逆變器允許最大直流輸入電壓取值，“”為正常工作條件下光伏組件最低溫度取值，“”為正常工作條件下光伏組件最高溫度取值，“”為逆變器MPPT電壓最小取值，“”為逆變器MPPT電壓最大取值，“”為光伏組件開路電壓取值，“”為光伏組件工作電壓取值。

第四，在有關(guān)直流匯流箱的電氣設(shè)計(jì)中，匯流箱的基本功能使將光伏組件所輸出多路直流電源進(jìn)行匯流處理，然后連接至逆變器中。作為直流匯流箱中最關(guān)鍵的電器元件之一，主斷路器額定工作電壓應(yīng)當(dāng)大于或等于回路工作電壓最高值，同時額定電流應(yīng)當(dāng)大于或等于回路工作電流最高值。一般情況下，直流回路的斷路器采用直流斷路器。如果在直流回路中使用交流斷路器，可以考慮采用二極或三級串聯(lián)的辦法。

第五，在針對光伏直流電纜的選型方面，需根據(jù)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)所處的特殊環(huán)境條件設(shè)計(jì)光伏設(shè)備專用無鹵PV1-F電纜，支持組件間匯流連接以及跳線功能。特別需要注意的一點(diǎn)是：在分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境溫度≥60℃的情況下，需對載流量進(jìn)行合理修正。

3 結(jié)束語

光伏發(fā)電是目前廣泛應(yīng)用的節(jié)能減排技術(shù)手段之一，可應(yīng)用清潔可再生的太陽能支持電能需求，在治理環(huán)境污染問題，降低GDP能耗等方面均具有非常確切的價值。其中，對電氣系統(tǒng)及關(guān)鍵設(shè)備的電氣設(shè)計(jì)水平將直接影響整個分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行效能。以上研究中簡要分析了分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的定義與特點(diǎn)，進(jìn)而從逆變器選型、組串連接、直流匯流箱及光伏直流電纜選型這幾個方面入手，對電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行探討與分析，望能夠引起相關(guān)人員的重視及關(guān)注，以促進(jìn)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)電氣性能的提升、完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]沈輝，曾祖勤.太陽能光伏發(fā)電技術(shù)[J].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005（08）.

[2]劉興杰，郭棟，王凱龍等.基于電氣外特性的光伏發(fā)電系統(tǒng)模型等效方法[J].電工技術(shù)學(xué)報，2014，29（10）：231-238，265.