分布式光伏发电系统电气设计分析

分布式光伏发电系统电气设计分析

汪靖杰

广东中京国际建筑设计研究院有限公司

摘要：分布式光伏发电系统最明显的特征是用户与发电系统之间距离较近，在此基础上，输电网络的数量减少，依托光伏阵列便能实现能源的转换，建筑表层温度也可随之降低。基于此，文章将对分布式光伏发电系统电气设计要点进行针对性分析，以期为相关单位提供参考。

关键词：分布式；光伏发电系统；电气设计

一、分布式光伏发电系统特点

1.装机容量相对较小

小型光伏发电系统的投资收益率和大型的大抵相同，而分布式光伏发电项目的规模大都小于传统光伏电站，但分布式光伏发电设备的大小对发电效率的影响并不不明显，因此其经济价值是有保证的。

2.环保效益凸显

分布式光伏发电系统在发电过程中，无污染性的化学物质产生并且无噪音，不会对空气和水产生危害。

3.充当应急电源

分布式光伏发电系统能量密度相对较低，由于安装光伏组件的建筑屋顶面积有限，它只能在短时间内缓解小面积的用电问题，无法解决大容量的电能缺口问题。

4.发电用电并存

分布式光伏发电系统一般直接接入配网系统，能够发电用电同时进行。

二、分布式光伏发电系统电气设计要点

1.光伏组件的选型

现阶段，市面上常见的光伏组件分为非晶硅电池组件、多晶硅电池组件和单晶硅电池组件三大类型。其中，晶硅类电池组件（多晶硅电池组件和单晶硅电池组件）制造技术工艺极为成熟、产品性能相对稳定、使用年限较长、光电转化效率较高，在各类大型并网光伏电站项目中得到广泛应用。非晶硅电池组件虽然价格低廉，但光电转换效率过低、运行缺乏稳定性，应用尚未成熟。在晶硅电池组件中，多晶硅和单晶硅两种电池组件的最大差异在于单晶硅电池组件的光电转换效率更高，而且功率相同时，多晶硅电池组件的面积会大于单晶硅电池组件的面积。虽然二者的性能和使用年限等指标并不存在过大差异，执行标准也基本相同，但单晶硅电池组件的价格略高于多晶硅电池组件。在选择晶硅电池组件时，选用根据实际需求进行选择。

2.逆变器设备的选型

在分布式光伏发电系统运行过程中，并网逆变器主要承担着系统的DC/AC转换任务，除此之外，其还需对包括振动频率、电压和简谐波等在内的多个指标的转换进行科学管理。总的来说，逆变器发挥着连接光伏方阵与分布式光伏发电系统的重要作用。在分布式光伏发电系统电气设计过程中，逆变器设备的选型至关重要。在选择逆变器设备时，相关人员必须综合考量分布式光伏发电系统的装机容量，确保所选择的逆变器设备的功率与装机容量保持协调一致。与此同时，选型人员还需分析大直流电压、MPPT电压区间、MPPT数量、额定输出电压、输出功率和直流输入接线端口数量等因素对分布式光伏发电系统电气运行所造成的影响。在确定直流输入接线端口数量时，必须参考组串并联具体路数；在选择组件组串数量时，要针对性分析最大直流电压和MPPT电压区间等因素。目前，我国电器市场常见的逆变器包括集散型逆变器、集中型逆变器和组串型逆变器。一般情况下，集散型逆变器的功率通常为2500kW，体积较大；集中型逆变器的功率大多保持在1250～3125kW之间，此类逆变器不仅体积较大，而且其与立式安装法的适配程度更高；相比于集散型逆变器和集中型逆变器，组串型逆变器的功率较低，一般不会超出320kW，而且体积较小，安装时可通过壁挂法安装，其对模块化设计方案进行了有效应用，能够防止组串不同模块之间产生的互相干扰和遮蔽问题，也可进一步降低逆变器和最优工作点不匹配的可能性。因此，优先选用组串型逆变器，其在搬运和安装过程中不会耗费过多的人力资源，施工步骤也相对简单。

3.光伏方阵的设计

在当下运行的分布式光伏发电系统中，相对常见的建筑载体是水泥材质屋顶和彩钢化屋顶。相比于彩钢化屋顶，水泥材质屋顶具有更强的负载能力，在合理调节阵型倾斜角和间距的基础上，光伏发电系统能在此类载体上发挥最大应用价值，为建筑提供更丰富、优质的电力。但需注意的是，水泥材质屋顶的使用大多依托于多种附件的帮助，在实践阶段，其可被利用的面积远远小于彩钢化屋顶。因此，现阶段，在彩钢化屋顶进行平行铺设的分布式光伏发电形式相对常见。随着分布式光伏发电系统组件温度的上升，开路电压会减小，若组件温度下降，开路电压会上升。为了让逆变器充分适应极端的工作环境，设计人员在设计光伏方阵时，必须全面考量区域内的极限温度，并在此基础上明确最优的串联元件数量和元件电压值。

4.并网方式的设计

在设计分布式光伏发电系统的并网方式时，相关人员必须充分了解行业规定，全面考量电压等级和电能质量。目前，常见的分布式光伏发电站分为大型、中型和小型三大类型。小型光伏发电站所接入的电网多为0.4kV的低压型电网，中型光伏发电站所接入的电网多为10～35kV的电网，大型光伏电站所接入电网的等级大多超出110kV。相关单位在正式明确并网电压等级时，必须深入了解电网的实际情况，并依托经济辩证等方式对其进行合理分析。若高低两种等级的电压都与光伏发电站具有适配度，则低电压接入方式应为光伏发电站的首选，这样不仅能充分保障分布式光伏发电系统的运行效率，同时还能节省经济成本的投入。

三、电气设计

1.直流电缆选型

现阶段子光伏发电系统的建设过程中，对于电缆的选择一直都是一个十分重要的环节，也是直接决定发电质量的关键所在。现阶段在光伏直流电缆的选择过程中，要结合起使用的环境，以及全面结合起实际的应用环节，这样就可以对其实现针对性的选择。在现阶段常用的一些光伏直流电缆设备当中，往往采用的是PV1-F类型的电缆，这样的电缆可以在使用过程中，形成高效率、高质量的设计效果。另外，在电气设计的过程中，对于光伏直流电缆的选型，以及对温度方面也要进行综合性的考量，这样才可以最大程度上保障光伏发电系统的稳定运行。现阶段在电气设计环节，对于光伏的直流电缆选择中，也需要对其温度进行综合性的考量，这是由于发电厂温度高于60℃之后，就会需要对其系统当中的载流量，进行有针对性地调整，以此满足相应的建设需求。

2.防雷系统设计

当下系统的防雷设计，一直都是电力系统的重要建设环节，基于一个良好的建设方式下，需要全面提升电力系统的安全性。在进行防雷系统的设计过程中，首先要对分布式光伏发电系统进行有针对性地分析。在现阶段光伏发电系统的建设过程中，基本上都会受到自然环境的影响，其中雷电是一种十分强大的自然灾害，在日常分布式发电系统的设计的过程中，就需要对其进行有针对性地预警处理。伴随着当下信息技术的发展，可以在发电系统当中，安装雷击预警系统，以此形成较强的设计效果，全面提升防雷设计的合理性，这样既可以最大程度上实现对系统的实时检测分析，并充分的保障电力系统可以形成较强的运行安全性。另外，在现阶段电力系统的运行工程中，往往需要对不同的组件以及材料进行质量性的评估，通过一个科学合理的设计方式，全面提升设计的合理性，这样就可以最大程度上保障设计的合理性和质量性，保障分布式发电系统可以稳定的运行下去，生产出更多的电力能源，持续性的为用户进行电力资源的输送。

参考文献：

[1]雷显国.分布式光伏发电系统就地并网对配电网继电保护的影响研究[J].粘接，2021，46（5）：159-163.

[2]刘胜佳.分布式光伏发电系统的设计与性能分析[J].科技与创新,2016,20.