分布式光伏发电系统电气设计要点

分布式光伏发电系统电气设计要点

张敏1邹鑫2

（1中节能宁夏太阳能发电有限公司宁夏石嘴山753600；2中节能平罗光伏农业科技有限公司宁夏省石嘴山753400）

摘要：分布式光伏发电在我国未来市场具有广阔的发展前景，其具有发电功率低、稳定性强的优点，有利于就近并网用于配电侧的分布接入。其可再生能源综合利用方式不仅可以提高同规模光伏电站的发电量，更可以解决电力在长途运输中升压损耗的问题。本文就分布式光伏发电系统的电气设计要点进行简要探讨，仅供参考。

关键词：分布式；光伏发电系统；电气设计

一般来说，分布式光伏发电主要在执行科学发展观、市场经济转型、科学技术研发的基础上，得以提出并应用的新兴能源开发方式。分布式光伏发电主要是以其具有的生态清洁性、发电效率高、污染小、电损耗少等特点，在我国城市化建设与资源利用中得到广泛认可与应用。分布式光伏发电系统在一定程度上缓解了我国能源短缺问题，能够有效提升社会经济收益，有效推动我国科学、可持续发展建设目标的实现。下文就分布式光伏发电系统的电气设计方面进行简要分析。

1分布式光伏发电系统的概述分析

1.1分布式光伏发电的内涵分析

随着经济不断发展，人们对能源利用与研发的重视度越来越高，我国对自然可再生资源的利用也取得了一定的成效，而分布式光伏发电机由此发展背景下得以产生。分布式光伏发电主要通过利用光伏组件将太阳能转换为电能的一种能源开发手段。分布式光伏发电能够有效实现相关能源的综合利用，具有广泛的发展空间与应用前景。而实践证明，应用分布式光伏发电，能够有效的提升光伏发电站的发电量，并在一定程度上减少电能的损耗。

1.2分布式光伏发电的特点

由上述分布式光伏发电内涵可知，分布式光伏发电具有污染小、发电输出功率小、空气清洁性、土地资源利用少、环保效益高、余电上网、电能损耗小等特点。

2分布式光伏发电系统电气设计要点

2.1光伏组件类型

图1是目前市面上存在的光伏组件类型，包括晶硅电池组件和薄膜电池组件两个大类别，下文主要分析的是晶硅电池组件。晶硅电池组件主要包括非晶硅电池组件、单晶硅电池组件、多晶硅电池组件等类别，其中成本造价最低的是非晶硅电池组件，受到外界客观环境的影响也较小，但是存在光能源转化电能效率较低的问题，因此在制作大型的太阳能电源时，非晶硅电池组件的应用较少。

单晶硅和多晶硅电池组件统称为晶硅电池组件。晶硅类的电池组件制作工艺已经较为成熟，相应产品实际使用过程中的性能更加稳定，对于光能源转化和利用的效率也较高，且使用的寿命和年限也不短，因此，被广泛地应用与大型的分布式光伏发电系统之中。同时，将单晶硅与多晶硅电池组件更加细化的进行分析，单晶硅电池组件的光能源转化成电能的效率要高于多晶硅电池组件，换句话说，设定功率相同的两组电池组件，使用单晶硅比使用多晶硅所需的面积要小，且在价格方面。单晶硅电池组件要比多晶硅电池组件的价格要高百分之十左右。其他方面，包括电池组件的转化和使用性能、使用年限等指标则相差不大，因此在实际使用过程中，并没有对单晶硅和多晶硅电池组件进行专门的区分和制定不同的执行标准。

2.2逆变器设备选型

在进行逆变器设备选型时，要结合整个分布式光伏发电系统的装机容量等参数与指标进行，保障选择的逆变器输出功率能够与发电系统保持一致。同时，还要考虑发电系统最大直流电压、MPPT数量、MPPT电压区间、额定输出电压参数、直流输入接线端口数量以及功率因素等内容，尽可能地避免这些技术参数对整个光伏发电系统带来的负面影响。比如说，在选择直流输入接线端口的具体设定数量时，应当考虑和结合组串并联的具体路数，而在选择电池组串的具体数量时，又应当考虑最大支流电压和MPPT电压区间对发电系统的影响，而在确定MPPT具体数量时，还应当结合发电系统内部光伏电池组件的朝向进行。

2.3组串连接部分的电气设计

组串连接部分的电气设计应当按照以下思路进行：分布式光伏发电系统中，进行电池组件方阵的连接时应当按照先串联、后并联的原则进行操作和设计。基本原理如下：串联的组件连接方式能够明确发电系统所需的工作电压，然后根据确定的工作电压，利用并联连接方式，最终确定发电系统所需的工作电流具体数值。同时，在分布式光伏发电系统内的组件阵列中，应当保持统一组串中的各个单一组件的相关电气性能参数基本一致，组串串联数的计算公式和过程如下：

以上计算式中，KV为光伏组件所对应开路电压温度系数取值，为光伏组件工作电压温度系数取值，Vdcmax为逆变器允许最大直流输入电压取值，t为正常工作条件下光伏组件最低温度取值，t’为正常工作条件下光伏组件最高温度取值，VMPPTmin为逆变器MPPT电压最小取值，VMPPTmax为逆变器MPPT电压最大取值，Vox为光伏组件开路电压取值，Vpm为光伏组件工作电压取值。

2.4汇流箱的电气设计

汇流箱是分布式光伏发电系统的主要部件之一，又名光伏发电汇流箱、光伏防雷汇流箱等等。汇流箱主要起到减少光伏电池整列和逆变器之间连线的作用，可以通过汇流箱实现串联光伏电池的并联接入，然后再通过控制器、直流和交流配电柜、光伏逆变器等设备配套形成完整的分布式光伏发电系统。同时，汇流箱有交流汇流箱和直流汇流箱之分，交流汇流箱更加适用于分布式光伏发电系统，能够实现先逆变、再汇流的发电过程。目前，汇流箱已经发展到了第三代，分别对一、二、三代汇流箱进行分析，第一代汇流箱只有汇流和防雷的功能，第二代汇流箱在保持第一代汇流箱功能的基础上，实现了对每一路电流电压，以及箱内温度和湿度的监测，而第三代汇流箱除了具备传统汇流箱的优点之外，还可以进行数据采集、无线数据传输以及失效报警等功能。

2.5光伏直流电缆的选型

在进行光伏直流电缆的选型工作时，应当根据发电系统的实际地理环境条件确定电缆类型，可以采用专用无卤PV1-F型电缆，既能够完成各组件间的电流汇流工作，还具备跳线功能。同时，还要注意客观环境因素对发电系统正常运行的影响。当环境温度等于或高于60℃时，需要修正电缆的载流量，保障发电系统正常工作和电能的正常传输过程。

2.6防雷系统设计

防雷系统设计主要针对分布式光伏发电系统环境监测的重要电气设计内容。由于分布式光伏发电系统常处于暴露环境中，因此，受自然环境因素的影响较大。雷电不仅是自然界中破坏力强、威胁性大灾害，也是对分布式光伏发电系统威胁性较强的一种影响因素。因此，在电气设计与方案实施过程中，应注重防雷系统的设计。目前来说，常采用的保护措施主要是与屋顶建筑、周边防雷系统相复合的防雷系统设计，在电气设计过程中，从而能够预先对光伏发电系统各环节组件及组件支架的金属材料进行电连，在电位连接后在进行防雷接地系统连接，用以降低雷电对分布式光伏发电系统的损失。

结语

综上所述，分布式光伏发电系统作为新时期的一种新兴的能源研发手段，能够有效实现太阳能资源的综合利用，并且具有广阔的发展空间与应用前景。在分布式光伏发电系统的电气射进中实现逆变器选型，组串连接，直流汇流箱以及电缆选型等方面的优化发展，从而有利于实现分布式光伏发电系统的创新与改革。而分布式光伏发电系统的建设已逐步成为新时期我国发电系统建设的重要内容之一，为我国电力企业的发展贡献了一定力量。

参考文献

[1]刘兴杰，郭栋，王凯龙等.基于电气外特性的光伏发电系统模型等效方法[J].电工技术学报，2014，29（10）.

[2]杨中华，分布式并网光伏发电系统设计[J].机电信息，2014，33.

作者简介

张敏（1987.10-），女，宁夏石嘴山市惠农区人，华北水利水电学院电气工程与自动化学士，工程师，单位：中节能宁夏太阳能发电有限公司，研究方向：电气工程及其自动化