分布式光伏发电系统的电气设计研究赵清彬

分布式光伏发电系统的电气设计研究赵清彬

赵清彬

（青岛西海岸发展集团山东青岛266000）

摘要：在当前经济发展的过程中，我国对能源的重视程度在不但提升，再生能源的利用成为一项重点工作，光伏发电成为当前电力能源中一项重要的能源供给，本文就其电气设计方案进行阐述。

关键词：光伏发电；电气设计；方案优化

1.前言

光伏发电系统在工业用电中有着十分广泛的使用，作为一种再生能源在设计的过程中要考虑地形、气候等外界条件的变化保证电力的稳定供应。

2.光伏发电电气系统设计内容

光伏发电系统是将太阳能辐射能转化为可用电能的解决系统，一般而言有并网光伏系统、独立光伏系统和智能微网光伏系统。在新农村进一步推行的今天，光伏发电电气系统设计，必须充分到偏远农村、高原沙漠、村庄和单独家庭等影响要素。按照建设部《建筑工程设计文件编制深度规定》的有关规定，电气设计应该包括光伏电气系统设计说明、光伏电气系统图、光伏电池排列及连线图、部件深化图和设备安装布置图。而具体到实际的设计应用上，如民用建筑光伏系统，则包含光伏方阵、逆变器、储能装置和充放电控制器组成，在设计时，还需要充分考虑到是否为交流负荷供电。

光伏发电电气系统设计需要与建筑原有或规划的电气设计相互协调，避免出现相互干扰和故障。在满足建筑整体电气设计的要求基础上，对电气设计进行优化和提高，是光伏发电电气系统设计的主要目标。加上光伏发电拥有自身的特点和局限性，因此，在光伏发电电气系统设计时，要充分考虑到建设地点的地理信息、天文信息和气候信息，根据这些信息，选择合适的光伏组件，设计光伏方阵的朝向、布局、间距等。在选择装机容量之后，再按照参数设计光伏组串，计算光伏系统的发电量。

在光伏方阵设计上，要充分考虑当地的地理、气候和太阳能资源，这些是光伏方阵设计的基础和前提。，光伏组件的最佳倾角为偏离正南方向正负20度，而当方位角不为正南方向时，通常将光伏组件水平安装。此外，大于10度的倾角，有利于防止组件表面积水、积雪和积尘，保证光伏组件的正常运作。

在逆变器设计上，在光伏方阵朝向、间距统一的光伏系统中采用集中逆变方式，而在光伏方阵朝向、间距具有差异性或部分会被阴影遮挡时，采用分散逆变方式。前者具有安装便捷、维护方便、初始成本较低、输出电能质量和效率较高的优点，但是整个系统对于故障的预防效果较差，一旦出现故障，整个系统都将受到影响，停止工作。后者能够减少电能在输出过程中的损耗，便于控制和维护，在部分出现故障时，整个系统仍可以正常运作。

3.分布式光伏发电系统设计

分布式光伏发电系统设计需考虑以下3个方面，即光伏方阵、光伏组件和光伏发电系统。设计师在设计光伏方阵时，不仅需考虑建筑效果，还需考虑光伏方阵的受光条件，即在追求板块颜色和大小搭配的同时还要设计合理的方阵朝向及角度。针对光伏组件设计，设计师需注意2个方面，即电池片型号的选择和布局。对于光伏发电系统设计，设计师则必须从系统的每个组成部分入手，全面考虑控制器、电池等各个因素，同时应重视布线、防雷、安装等环节。除此之外，分布式光伏发电系统的设计还必须考虑建筑设计。

3.1分布式光伏发电系统设计应考虑因素

3.1.1时间季节

在理想情况下，分布式光伏发电系统的产能随着太阳辐射的增强而逐渐提高，正午时达到最高，随后随着太阳辐射的减弱产能便逐渐下降。另外，对于国内而言，夏季的太阳辐射明显强于冬季，因此分布式光伏发电系统夏天的产能同样高于冬季。

3.1.2天气状况

天气状况也是影响分布式光伏发电系统的一大因素，每当阴天或下雨时，太阳辐射显著降低，分布式光伏发电系统的产能自然下降。因此，天气情况给分布式光伏发电系统造成了不确定性。

3.1.3系统效率

系统效率是影响分布式光伏发电系统产能的关键因素。太阳能电池组件、逆变器、变压器等组成部分的效率直接影响系统的发电效率，因此设计系统时，必须全面考虑可能影响系统效率的所有因素，以便设计出高效率的分布式光伏发电系统。

3.2电气设计

光伏组件的选择是系统电气设计的重要方面，鉴于对电池组件工艺水平及转换率的综合考虑，为保证系统发电的可靠性，晶硅电池组件是最好的选择。关于逆变器的选择，设计师要视系统装机容量而定，所选择的逆变器必须与输出功率一致。电气设计中组串连接的基本原则是“先串联、后并联”。

3.3防雷设计

防雷接地设计是分布式光伏发电系统设计的一个重要方面。太阳能电池阵列由大面积金属构成，其极易形成雷电感应，因此对发电系统进行防雷设计必不可少。接闪系统由避雷针构成，建筑物充当引下线及接地系统的角色，由此构成雷电防护系统。有效的防雷设计不仅能避免因雷击而导致的系统损坏，还能保证工作人员的人身安全。

4.光伏发电系统电气设计方案分析

4.1设备的选择

4.1.1逆变器

逆变器指的是通过晶闸管对于不同导通时间所进行的控制，并把直流电变成了交流电。根据电源的属性，可把逆变器分为电压型及电流型；依据激磁方式，又可分成自动型与他动型；依据波形的方式，又能把逆变器分成方波逆变器以及正弦波逆变器。电压型逆变器电路如图1所示进行了分析。但在实际进行操作的过程中，可以为光伏发电系统中交流、直流转变成了能量通道，而且并联了逆变桥和二极管，逆变器线路回路在过电流保护装置及电压保护器中进行设置，并通过直流负荷对开关进行一定的操控。还要设置一套自启的开关系统，白天可以自己打开，晚上就能够自己进行关闭。加之电容量极大，所以要选取合适的逆变器进行控制。

图1电卫长类型的三相桥式逆变电路

4.1.2太阳能光伏组件

它指的是通过不同的电池所形成的组合体，在串联光伏片状态下，形成了电池板，它们具有不同规格。

4.1.3箱变智能有监控装置

具有箱变模拟量的采集、通讯等方面的功能，还能够与传统自动化监控系统的通信管理机、光纤交换机的功能相融合，负责接入或者传输数据通信，进而能够实现设备通讯信息的集中与传输功能，然后通过光纤接入到自动化的监控中，并有效实现了光伏电站的远程管理与监控工作，进而满足了智能化以及没有人值守的模式。此装置的安装是在低压开关柜内进行了，除了具备通讯管理机功能以外，还起到了测控与保护的功能。箱变装置的有效应用，大大减少了通讯管理机与光纤交换机的数量，进而提升了集成度，简化了监控设备的配置，进而大大降低造价及运行成本。

4.2对光伏发电系统进行监控

通过选取分层分布的形式，在设计时，要设置一套监测元件及其管理设备。

4.2.1对于现场的运行情况进行实时监测，其内容主要包括电流、电压及其温度。在检测过程当中，数字通讯及其监控设备之间关联起来，进而实现了实时性的操作监控。

4.2.2要安装监控设备。还要对电流与电压适应的检测元件进行设置，此外，还要设置一套防雷装置，实时进行监测。

4.3光伏发电一次系统设计

光伏发电站一次系统是根据电站的类型而确定的。对于那些中小型的光伏电站来说，并网电压的等级是非常低的，常常是10kV或者0.4kV，所以，一般情况下，仅设置一级的升压变压器。对于那些大型的光伏电站来说，安装的容量非常大、光伏的阵列分布也比较广，若运用一级升压的方式，势必会给成功率带来很大的损耗，进而也大大减少了效率。因此，在大型的光伏电站当中，常常会采取两级升压方式进行。而交流系统大都采取的是10kV或35kV电压等级的配电，设置升压站完成要与光伏电站系统进行并网。

5.结束语

综上所述，在当前电力发展的过程中要不断提升光伏发电的利用效率，满足清洁能源的需要。

参考文献

[1]廖东进，黄观吉.离网光伏发电系统优化设计探索[[J].科技创新与应用，2016(02):140-142.

[2]明瑞，周少武.20MW光伏发电系统与电气一次设计[J].湖南工业大学学报，2016(02):26-31.