光伏電站組串式與集中式系統(tǒng)效益分析

王建章

【摘 要】本文通過分析對(duì)比組串式與集中式這兩種應(yīng)用較為廣泛的光伏電站系統(tǒng)方案，通過理論上與實(shí)際上的案例結(jié)合的方法分析它們的安全性方面的差異、電站收益方面的差異等內(nèi)容進(jìn)行綜合的，整體上的分析。

【關(guān)鍵詞】組串；集中；線損；收益

建立一個(gè)光伏電站后，電站能否長(zhǎng)期可靠地運(yùn)行直接影響到投資人的收益度，在長(zhǎng)約20年的投資回報(bào)期間內(nèi)，為了降低產(chǎn)品故障率、提高光伏發(fā)電的收益。目前我們國(guó)內(nèi)的光伏電站運(yùn)維質(zhì)量、可靠性常常很低，而逆變器作為光伏電站的核心組件，它的安全、可靠性成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)。

組串式光伏發(fā)電系統(tǒng)，它的光伏組件以串聯(lián)的方式串聯(lián)后以并聯(lián)的方式接入組串式逆變器，組串式逆變器防護(hù)等級(jí)較高。

集中式發(fā)電系統(tǒng)，它的光伏組件串聯(lián)后以并聯(lián)的方式接入常規(guī)直流匯流箱后再進(jìn)入箱式逆變器。光伏電站以組串式和集中式布局時(shí)其異同主要有如下幾點(diǎn)：

1 系統(tǒng)發(fā)電性能

最大功率點(diǎn)MPPT對(duì)系統(tǒng)發(fā)電量的影響， 21KW共有140個(gè)MPPT，集中式510KW共有5個(gè)MPPT，電壓范圍組串式在160-800V，集中式在400-800V，由于天氣變化造成的陰影、山地間的不平整而產(chǎn)生的陰影得出，光伏組串式的發(fā)電量稍稍高于集中式的發(fā)電量，價(jià)格比較組串式高于光伏集中式。

2 線損對(duì)比

光伏發(fā)電站選擇與敷設(shè)電纜時(shí)，都應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電力電纜設(shè)計(jì)規(guī)范） 的規(guī)定，電纜的截面應(yīng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較后來確定選擇。

（1）敷設(shè)于山溝、盒槽中的電纜應(yīng)選用C 大類阻然的電纜。

（2）組件之間及組件跟匯流箱間的電纜應(yīng)有防曝曬措施及固緊方面的措施。

（3）電纜的敷設(shè)一般用直接埋填、電纜挖溝、電纜用的橋架、電纜明暗線槽等方法。用于動(dòng)力方面的電纜和控制方面的電纜建議采用分開排列方式。

（4）電纜的通道溝不應(yīng)作為排水的通路。

（5）進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸電能時(shí)，網(wǎng)絡(luò)間的電纜建議采用光導(dǎo)纖維電纜。

光伏組件的陣列間的電纜截面一般為4平米的專用光纖電纜線。防雷的匯流箱至配電柜的電纜截面選擇宜按照電壓降不超過5%進(jìn)行選擇。

3 光伏組串式與光伏集中式的失配結(jié)果

導(dǎo)致光伏組件失配的基本原因主要有發(fā)下幾點(diǎn)：

（1）光伏組件個(gè)體之間的差異性。

（2）組件在安裝過程中造成了參數(shù)之間的變化，例如搬運(yùn)組件時(shí)的方法不恰當(dāng)造成了光伏內(nèi)部的隱裂。

（3）電站投入運(yùn)行后由于遮擋陰影造成了組件輸出電壓性能差異。

（4）每個(gè)組件的不對(duì)稱性能上的衰減。

通常，光伏電站組件不匹配的主要原因并非單晶等光伏組件本身，往往是由于陰影遮擋、安裝的方向與方位角。由于電站安裝于地面，山地之間有高差、還有云層多少、周圍樹木等等方面的影響，從而使得同一個(gè)電站的每一塊、每一串、甚至每一個(gè)單元的組件性能都不相匹配，所以光伏組串方式的逆變器發(fā)電量可提高。

4 它們的安全性能比較

光伏電站中運(yùn)行中可能引發(fā)火災(zāi)、對(duì)運(yùn)維人員的人身安全產(chǎn)生一些風(fēng)險(xiǎn)威脅。最大差異就是直流電纜和交流電纜的距離不同，交流輸電與直流輸電在安全性上有明現(xiàn)的差異。

集中式方案，直流匯流箱連接到直流配電柜這段電流電壓可達(dá)400-600V，當(dāng)組件的電線纜通過線扣槽進(jìn)行匯集時(shí)，容易發(fā)生線與線間的短路故障。采用組串方式只有并聯(lián)的2串間可能會(huì)發(fā)生短路，組合機(jī)率數(shù)為4，集中式的一臺(tái)直流匯流箱的16路線纜都可能會(huì)發(fā)生短路方面故障，組合機(jī)率數(shù)為32，因此集中式組件線間直接發(fā)生短路故障的概率要比光伏組串式的故障機(jī)率要高很多。短路故障出現(xiàn)時(shí)若不能及時(shí)排除，可能會(huì)引起電流的反充。

5 逆變器的轉(zhuǎn)換效率

逆變器是將光伏組件產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換成交流電的裝置，逆變器轉(zhuǎn)換效率的高低將最終影響能夠并網(wǎng)的電量多少。逆變器設(shè)備，在所有光伏組件效率η一定的狀況下，如何來增加逆變器的轉(zhuǎn)換效率η是提升發(fā)電量的關(guān)鍵。當(dāng)前不同廠家的逆變器轉(zhuǎn)換效率η都達(dá)到了80%發(fā)上的水平。實(shí)際電站運(yùn)行效率測(cè)試結(jié)果表明：在不同負(fù)荷等級(jí)情況之下，組串式逆變器比集中式逆變器轉(zhuǎn)換效率高2%。同時(shí)，當(dāng)光伏組串工作電壓升高，逆變器逆變的轉(zhuǎn)換效率η也隨之而升高；集中式逆變器隨著組串電壓升高，效率反而會(huì)出現(xiàn)下降。

6 運(yùn)維效率對(duì)發(fā)電量的影響

一個(gè)光伏電站建成之后，高效率的是保證及提高光伏電站的發(fā)電量關(guān)鍵。運(yùn)行維護(hù)的難易程度和工作量大小也關(guān)系到電站運(yùn)行階段成績(jī)、公司人員及新設(shè)備的再投入等等。當(dāng)前不少光伏電站在方案設(shè)計(jì)初始階段，往往考慮得較多的是如何提升發(fā)電量，同時(shí)降低電站的投資建設(shè)成本，以至于對(duì)電站后期的運(yùn)維工作考慮不足。但是光伏電站往往是一個(gè)較系統(tǒng)的工程，運(yùn)維工作貫穿光伏電站20年的整個(gè)運(yùn)行周期。對(duì)于光伏集中式的方案，理論計(jì)算上采用的智能匯流箱可以檢測(cè)到每一串的正常工作電流I及并聯(lián)工作電壓U；但實(shí)際工作中，匯流箱電流檢測(cè)精度低以及通信上的不可信，導(dǎo)致與實(shí)際上報(bào)的發(fā)電數(shù)據(jù)量存在很大的差異，在光伏組件的組串出現(xiàn)故障時(shí)，我們很難準(zhǔn)確判斷事故點(diǎn)。多數(shù)情況下，對(duì)于集中式方案的光伏組件的組串巡檢與運(yùn)維，可能依賴人工嚴(yán)重。運(yùn)維的工作量很大、成本又高、效率可能又低。運(yùn)維人員不可能在第一時(shí)間就發(fā)現(xiàn)度處理好，大多數(shù)的故障處于不可知、不可控的狀態(tài)。對(duì)電站而言，此類故障不僅會(huì)損失發(fā)電總量，而且會(huì)危及光伏電站的運(yùn)行安全性。相比而言，組串式光伏采用的逆變器其精度較高，基本上是集中式光伏發(fā)電的5倍以上，還能檢測(cè)到每一串電池板的電壓U、電流I，對(duì)組串進(jìn)行智能的P-V、I-V的曲線進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描，能可靠的監(jiān)測(cè)到每一個(gè)組串的運(yùn)行狀態(tài)，幫助工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理故障。琮可通過大數(shù)據(jù)云分析，主動(dòng)預(yù)知判斷出故障，做到運(yùn)維真正的智能化，但這是以精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)源為基礎(chǔ)得出的。

總之，在地面電站建設(shè)中我們采用光伏組串式或光伏集中式應(yīng)根據(jù)前面的數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇，若單從安全方面考慮，光伏組串式的輸出電壓U、輸出電流I是小于集中方式的；單從成本方面考慮，組串式的成本比光伏集中式的要多，；單從后期收益考慮，組串式發(fā)電量相對(duì)要高于集中式的。我們?cè)诖笮偷牡孛婀夥娬镜慕ㄔO(shè)過程中，采用組串式方案不僅會(huì)帶來發(fā)電量的增大，還能有效解決光伏電站交付后運(yùn)維中長(zhǎng)期存在的不利因素。在建設(shè)光伏電站的總體投資中，設(shè)計(jì)者不僅公要考慮的是電站的初始投資成本，還需要放眼未來，關(guān)注運(yùn)行維護(hù)的總體成本，這樣才是處于不敗地位的佼佼者光伏電站。光伏組串式建設(shè)方案，相比采用集中式的逆變器布局，它能為一個(gè)光伏電站獲得長(zhǎng)期穩(wěn)定的收益提供有效保證，是我們未來建設(shè)光伏電站的一個(gè)總體發(fā)展方向。

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