試論分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)

劉逸帆

摘要：分布式光伏發(fā)電是新興的一種能源開發(fā)手段，對解決不可再生資源浪費(fèi)、緩解我國能源短缺問題、提升我國社會經(jīng)濟(jì)收益、推動綠色節(jié)能創(chuàng)新建設(shè)具有重要現(xiàn)實(shí)意義。本文以分布式發(fā)電系統(tǒng)的概述為切入點(diǎn)，對分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)進(jìn)行了探索，重點(diǎn)對組件連接電氣設(shè)計(jì)、光伏直流電纜選型、并網(wǎng)逆變器選型、直流匯流箱設(shè)計(jì)以及防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了闡述.以期為關(guān)注這一話題的人提供參考。

關(guān)鍵詞：分布式光伏發(fā)電；發(fā)電系統(tǒng)；電氣設(shè)計(jì)

引言：分布式光伏發(fā)電是在執(zhí)行科學(xué)發(fā)展觀、市場經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型、科學(xué)技術(shù)研發(fā)、生態(tài)平衡建設(shè)與自然資源保護(hù)的基礎(chǔ)上，得以提出并應(yīng)用的一種新興能源開發(fā)方式。分布式光伏發(fā)電以其具有的生態(tài)清潔性、污染小、發(fā)電效率高、電損耗少、網(wǎng)絡(luò)化管理等特點(diǎn)，在我國城市化建設(shè)與資源利用中得到廣泛認(rèn)可與應(yīng)用。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)在一定程度上緩解了我國能源短缺問題，提升了社會經(jīng)濟(jì)收益，有效推動了我國科學(xué)、可持續(xù)發(fā)展建設(shè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

1分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)概述

1.1分布式光伏發(fā)電內(nèi)涵

近年來，隨著人們對能源利用與研發(fā)的重視，我國對自然可再生資源的利用取得了一定的成效，分布式光伏發(fā)電就是在此發(fā)展背景下得以產(chǎn)生的一種分布式發(fā)電系統(tǒng)。分布式光伏發(fā)電主要是指通過利用光伏組件將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的一種能源開發(fā)手段Ⅲ。分布式光伏發(fā)電有效實(shí)現(xiàn)了能源的綜合利用，具有廣泛的發(fā)展空間與應(yīng)用前景。實(shí)踐證明，應(yīng)用分布式光伏發(fā)電有效的提升了光伏發(fā)電站的發(fā)電量，并在一定程度上減少了電能的損耗。

1.2分布式光伏發(fā)電特點(diǎn)

由分布式光伏發(fā)電內(nèi)涵可知，分布式光伏發(fā)電具有污染小、空氣清潔性、發(fā)電輸出功率小、環(huán)保效益高、土地資源利用少、余電上網(wǎng)、電能損耗小等特點(diǎn)。

1.3分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)是基于分布式光伏發(fā)電特點(diǎn)以及目標(biāo)的基礎(chǔ)上，利用一定科學(xué)技術(shù)手段得以形成的能源利用與及開發(fā)系統(tǒng)模式。由于分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)倡導(dǎo)就近并網(wǎng)、就近發(fā)電、就近轉(zhuǎn)換、就近使用設(shè)計(jì)原則，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的電氣設(shè)計(jì)主要包括“組件連接電氣設(shè)計(jì)、光伏電纜選型、并網(wǎng)逆變器選型、直流匯流箱設(shè)計(jì)以及防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)”。

2分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)主要是對基本設(shè)備、監(jiān)控裝置、環(huán)境監(jiān)裝置等的選用與設(shè)計(jì)（光伏電池組件、直流匯流箱、并網(wǎng)逆變器、光伏方陣支架、防雷設(shè)備等）。與此同時，電氣設(shè)計(jì)是在遵循運(yùn)行規(guī)律（光照-太陽能轉(zhuǎn)換-電能輸入配電柜-電能供給-余電上網(wǎng)）的基礎(chǔ)上，進(jìn)行具體設(shè)計(jì)與實(shí)踐的。

2.1光伏直流電纜選型

光伏直流電纜的選用，是分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)中的重要組成部分。光伏直流電纜的選用，應(yīng)根據(jù)光伏發(fā)電設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用環(huán)境以及電氣設(shè)計(jì)的具體需求進(jìn)行科學(xué)與規(guī)范的選用。目前，最為常用的光伏直流電纜設(shè)備為無鹵PV1-F類型電纜，該電纜設(shè)備主要運(yùn)用于組件間跳線以及電流匯流的鏈接。此外，在電氣設(shè)計(jì)過程中，對光伏直流電纜選型時也需對溫度進(jìn)行考慮，當(dāng)發(fā)電廠溫度高于六十?dāng)z氏度時，則需對分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中電纜的載流量進(jìn)行調(diào)控與修整。

2.2并網(wǎng)逆變器選型

在分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)過程中，對并網(wǎng)逆變器的選用，首先需要對分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際裝機(jī)容量以及發(fā)電機(jī)發(fā)電輸出功率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，并根據(jù)其實(shí)際需求量選擇合理的逆變器。其次，對布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的直流電壓、直流輸入接線的接口數(shù)量、發(fā)電功率因數(shù)、額定輸出電壓參數(shù)、MPPT數(shù)量以及它的電壓應(yīng)用數(shù)值進(jìn)行整合、分析與歸納，從而對逆變器進(jìn)行科學(xué)選擇。

2.3組件連接電氣設(shè)計(jì)

在分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)過程中，其組串連接電氣設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)，需遵照先串聯(lián)后并聯(lián)的原則進(jìn)行具體方案設(shè)計(jì)與實(shí)踐。

2.4直流匯流箱設(shè)計(jì)

直流匯流箱主要作用是將分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中經(jīng)由光伏組件電源輸出的各直流電流進(jìn)行匯流處理，并將其接入到逆轉(zhuǎn)器中。因此，在分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)中，直流匯流箱設(shè)計(jì)具有重要意義。由于斷路器是直流匯流箱中的重要組成元件，因此，應(yīng)注重對斷路器進(jìn)行準(zhǔn)確與合理選用與設(shè)計(jì)。例如，對于直流斷路器的設(shè)計(jì)，應(yīng)在基于直流斷路器的額定電壓、額定功率以及額定電流的基礎(chǔ)上，進(jìn)行設(shè)計(jì)與調(diào)整；對于交流斷路器的設(shè)計(jì)，可采用多級串聯(lián)形式進(jìn)行設(shè)計(jì)，用以保證其應(yīng)用的穩(wěn)定性與科學(xué)性，避免直流回路短路以及電能高損耗現(xiàn)象的產(chǎn)生。

2.5防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)是針對分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測的重要電氣設(shè)計(jì)內(nèi)容。由于分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)常處于暴露環(huán)境中，因此，受自然環(huán)境因素的影響較大。雷電不僅是自然界中破壞力強(qiáng)、威脅性大災(zāi)害，也是對分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)威脅性較強(qiáng)的一種影響因素。對此，在電氣設(shè)計(jì)與方案實(shí)施過程中，應(yīng)注重防雷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。目前，最常采用的保護(hù)措施主要是與屋頂建筑、周邊防雷系統(tǒng)相復(fù)合的防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在電氣設(shè)計(jì)過程中，可預(yù)先對光伏發(fā)電系統(tǒng)各環(huán)節(jié)組件以及組件支架的金屬材料進(jìn)行電連，在電位連接后在進(jìn)行防雷接地系統(tǒng)連接，用以降低雷電對分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的損失。

結(jié)論：總而言之，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)作為一種新興的能源研發(fā)手段，有效實(shí)現(xiàn)了太陽能資源的利用，具有廣闊的發(fā)展空間與應(yīng)用前景。在分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的電氣射進(jìn)中光伏直流電纜選型、并網(wǎng)逆變器選型、組件連接電氣設(shè)計(jì)、直流匯流箱設(shè)計(jì)、防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)化發(fā)展，對實(shí)現(xiàn)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的創(chuàng)新與改革具有重要影響作用。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的建設(shè)已成為新時期我國重要的建設(shè)內(nèi)容之一，為我國電力企業(yè)的發(fā)展指明了方向。