分布式光伏发电设计及安装分析

分布式光伏发电设计及安装分析

李维军 ,吴旭日,王令恒

上海宝冶集团有限公司  200941

摘要：分布式光伏发电是指在客户位置附近建设的一种光伏电站，以自生耗与用户侧剩余功率联接的方式运行，具有对配电网进行平衡与调节的特征。太阳能既是一种洁净、环保的能源，又有取之不尽用之不竭的优点。而且，由于太阳能可以大面积照射，使得分布式光伏发电不受地域限制，可以与建筑相结合。此外，分布式光伏发电具有安装简便、不占用非建筑用地、不污染环境等优点，它的一个根本原理就是从发电站到客户的短程距离，通过这种方式，既节约了费用，又减少了输送损失，从而提高能源利用率。因此，分布式光伏发电具有巨大的应用潜力和发展前景。

关键词：分布式光伏发电；设计；安装

引言

分布式光伏发电的一个突出特征就是发电系统距离客户很近，而且它的发电系统通常都位于客户所在地或者靠近客户的地方，这一新颖的“就地发电”和“就地利用”方法，可以有效减少输电网络的架设，降低输电损失。分布式光伏发电不但可以实现能源的转化，而且可以有效降低建筑表层的温度，使得整个发电系统与建筑融为一体。所以，分布式光伏发电得到了迅速发展。

1分布式光伏发电概述

早期，我国分布式发电仅仅是把锅炉的余热用来发电，然后把它送到邻近的客户那里，这样就可以提高原有系统的能源利用率。而近几年来，分布式发电是指利用太阳能、风能等新能源进行发电，并将发电系统设置在接近负荷中心的地方。太阳能不仅清洁环保，数量也无限，而且因为太阳能可以大面积的照射，使得分布式光伏发电不受地域限制，可以与建筑等有机结合[1]。此外，分布式光伏发电具有安装简便、不占用非建筑用地、运行时对环境污染小等优点，是一种高效的太阳能利用技术，它的发电地离用电地很近，不需要设置变电站和配电站，因而可以有效降低传输过程中的损耗，节约发电成本，提高生产效率。此外，由于分布式发电的运作模式，使得用电之间的关系更为密切，方便用电者能够自主地进行用电管理。同时，由于分布式光伏发电的高可靠性，使得其可以向公网不能覆盖的边远地区供电。因此，利用分布式光伏发电进行能源转化具有很大的潜力。分布式光伏发电有如下特征：①输出功率低，对经济效益的影响很小，与大规模发电系统比较，投资回报率几乎没有差别。②分布式光伏发电是一种清洁环保的电力，对环境的不利影响很小，在系统运行中，既能减少污染物的排放，又能减少大气、水体的污染，而且噪音也很小。③能够有效地解决“用电难”问题。④以科学有效的方式实现产、用电共存。

2分布式光伏发电系统设计应考虑因素

2.1天气状况

天气状况对分布式光伏发电的性能有很大影响，在多云或多雨情况下，分布式光伏发电系统的性能会明显下降。所以，气象条件对分布式光伏发电系统的影响不可忽视。

2.2系统效率

系统效率是决定分布式光伏发电容量大小的一个重要因素。太阳能电池模块、逆变器、变压器等部件的效率对整个系统发电效率有很大影响，所以，在进行系统设计的时候，一定要对影响系统效率的各种因素进行综合考虑，才能设计出高效的分布式光伏发电系统。

2.3电气设计

在进行系统电气设计的过程中，对光伏模块的合理选择是一个很重要问题，从整体上来看，要确保系统发电的可靠性，晶硅电池模块是最佳的选择。同时，在选用逆变电源时，应根据系统的安装容量来确定，选用电源应与电源的输出功率相匹配。在电路设计中，“先串联，后并联”是一条基本原理[2]。

2.4防雷设计

在分布式光伏发电系统中，防雷接地是系统设计的关键。由于太阳能电池的大面积金属结构，在其表面很容易产生雷电，所以需要对其进行相应的防雷设计。一个行之有效的防雷设计，不但可以防止雷电对设备造成的破坏，而且可以保障工作人员的生命安全。

3分布式光伏发电控制系统结构设计及安装

3.1ＰＬＣ设计

DPS的控制方式可分为手动和自动两种。在手动方式下，转动/按动旋钮，光伏模块就会开始移动，释放此把手后，光伏模块立即停止移动。在自动方式下，当按下特定方向上的按钮时，电池将以设定的转速起动，直到极限位置为止，电池将以相反方向运行，如此循环。在分布式光伏发电的控制系统中，设计向东、向西、向南、向北四个方向的旋钮，可以控制光伏模块按需向特定的方向转动。在手动方式下，按下旋钮，光伏模块就会根据需要开始转动。在松开旋钮之后（或者到达限位位置），就会停止转动。在自动模式下，太阳能电池模块能够模仿太阳能电池的工作原理，持续向某一特定的方向移动，直到到达某一特定的方向极限，在停止时间为T秒之后，向相反的方向移动。DPS控制系统的软件流程是：先对系统进行调试，然后进行系统自检。如果系统在自检时出现故障，系统会自动向监测平台发送故障信息，并在故障排除后，才会重新启动。因此，在软件设计方面，加入自动修复/重置的功能，以确保在突发事件下能够继续工作。

3.2监控平台设计

分布式光伏发电控制系统监控平台设计由三部分构成，分别是监控界面、数据界面以及辅助界面。PLC控制器通过RS485通讯方式向力控组态软件传输系统工作的全部数据，并将其映射到控制器的地址上，该系统的主要功能有：通过用户名+密码的方式登陆，实现对系统运行历史数据的实时查看和查询，并对某些参数进行动态曲线的变化趋势分析，对系统数据进行输出。其中，监控界面由运行控制、逆变器与负荷监测、报警及参数设定几个子界面组成，该软件能实时显示各种输入和输出数据，如横向/纵向分界线按钮，方向按钮，光照，温度/光照/斜率感应器的数值等

[3]。数据界面分为用户管理和口令修改、历史数据查询、报告和打印四大子接口，实现对各参数历史数据的实时显示和打印操作。其中，用户管理和口令修改实现了对用户资料的添加、删除和修改，以及对用户使用权限的设定。

3.3分布式光伏发电安装注意事项

（1）因为部件的串联数目很多，因此，其开路电压很高，已经超出了安全电压的范围，在连接电缆时，为了避免高压和电流的出现，可以用不透明物质将部件全部覆盖起来，之后才能进行电缆连接。（2）使用授权的隔热设备。（3）在干燥状态下实施，并保证所用的工具也是干燥状态。（4）总成主要是安装在室外，存在着被闪电击中的风险，因此，地线必须与总成机架相连。（5）如果支持框是用金属制成，则支持框的表面应该经过镀层，以保证它的导电性。同时，地线还必须与金属材质支架有良好的连接。（6）在总成机架的中间位置，设有两个特别为接地电缆而打成的孔洞。（7）组装体的接地电阻不能超过4欧姆。（8）太阳能电池板幕墙施工质量必须符合《玻璃幕墙工程质量检验标准》的有关要求。同时，在《建筑幕墙》中，安装误差必须符合有关要求。

4分布式光伏发电的相应措施

4.1分布式光伏并网技术条件

4.1.1穿透率

穿透率是反映分布式光伏发电在电力系统中所占比例的一个重要指标。穿透率越高，其过电压现象就会越严重，根据美国能源部的调查，穿透率一般不会超过配网总容量的15%。由于我国公网中出现了大量分布式光伏发电系统，其穿透率对电网的影响日益显著，因此，需要确保高穿透率分布式光伏发电与电网之间的兼容性，并兼顾对电网设施的保护。所以，为最大限度降低高穿透率给电网带来的冲击，在今后的分布式光伏发电系统设计中，应该采取如下措施：（1）发展分布式光伏发电综合系统，并支持并网之间的通讯协议。（2）研发高集成度的变流器/控制器硬件。（3）研究提高分布式光伏发电穿透率的直流配电网架构。（4）发展先进的通讯与控制技术。

4.1.2逆功率

逆功率是指分布式光伏发电接入低压电网后，在极低的负载下，将通过配变将电力反向输送到中压电网，该情形下，配电网因配变及线路阻抗而产生的电压显著上升。分布式光伏发电通常不允许经中压输电线路向配变箱内输送电能，在一定条件下，逆向供电是绝对禁止的。因此，为避免由于逆功率产生而引起配电网的电压上升，应采取的主要措施包括：（1）在配变压器的二次侧安装逆功率检测与控制设备中，当发生逆功率时，会自动切断分布式光伏发电系统的连接。（2）安装可动态调节电源的逆变器。（3）如有需要，应增加储存能源或增加机动负载。

4.2输送能力的限制

太阳能电池板接入问题已成为制约分布式光伏发电发展的主要因素。尽管我国太阳能资源十分丰富，但是受限于优势资源区与负荷中心之间距离的问题，无论是西部的集中式发展，还是东部的分散发展，都面临着接入困难问题。输送能力的限制是制约我国分布式光伏发电接入电网的重要因素[4]。从整体上来看，我国太阳能资源非常丰富，超过半数的地区光伏发电年等效利用时间都在1400个小时以上，然而，太阳能资源丰富的地区大多位于西部和中部，远离国家的负荷中心，因此，解决分布式光伏发电输送能力问题的核心是要打通西部向东部电力短缺地区的输电网，具体包括：（1）建设“西电东送”。（2）建设“北、中、南”三条输电网，拓宽输电网覆盖范围，提升输电网容量。

结束语

总之，煤，石油以及其它资源都是不可再生资源。分布式光伏发电是一种极具竞争优势的发电方式，可以达到可持续发展的目的。因此，在利用可再生能源的同时，也可在附近进行分布式光伏发电设计及安装，从而节约成本，降低传输损失，提高发电效率。所以，如何设计出一套科学、合理的分布式光伏发电系统就显得非常重要。

参考文献

[1]王晅. 分布式光伏发电控制系统设计[J]. 河南科技,2023,42(03):45-48.

[2]华天豪. 基于PLC的分布式光伏发电系统的设计[J]. 光源与照明,2022,(12):100-102.

[3]王超博. 分布式光伏发电设计及安装分析[J]. 现代工业经济和信息化,2022,12(10):27-28.

[4]朱海燕. PLC分布式光伏发电控制系统的具体设计方案[J]. 中国高新科技,2022,(10):38-39.