分布式光伏發電系統的電氣設計研究

邵小雷

摘 要：本文基于對分布式光伏發電系統基本概念與特點的分析，詳細研究了在分布式光伏發電系統中電氣設計的關鍵問題，對分布式光伏發電系統中包括光伏組件選擇、逆變器選型、組串連接、直流匯流箱、以及光伏直流電纜選型的電氣設計要點進行了總結探討，望引起重視。

關鍵詞：光伏發電；分布式；電氣設計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.153

0 引言

目前經濟社會中各個行業與領域廣泛使用并依賴于石油、煤炭等不可再生的能源。由于這些能源具有不可再生的特點，因此不符合能源應用可持續發展的戰略要求，同時也加重了生態環境的負擔與壓力。在這一背景下，加大對清潔可再生能源的發展力度已成為踐行國家節能減排目標的重要手段之一。其中，分布式光伏發電具有分散生產以及就地使用的特點，與我國實際情況相適應，因此得到了大力的發展與推廣。

1 分布式光伏發電系統基本概述

分布式光伏發電系統是指通過對光伏組件的合理應用，將具有清潔可再生特點的太陽能能源轉換為可供使用電能的一類分布式電源系統。分布式光伏發電系統多建設在用戶場地附近，運行方式表現為用戶側自發、自用，多余電量上網，且具有在配電系統中調節平衡的特點。作為一類具有廣闊發展潛力的發電方式以及能源應用模式，分布式光伏發電系統強調遵循“就近發電就近并網、就近轉換、就近使用”的基本原則，一方面能夠有效促進規模同等光伏電站發電量的提升，另一方面還有效解決了電能在遠距離傳輸過程中存在的電能損耗問題。

目前成功應用于實踐中的分布式光伏發電系統具有以下幾個方面的典型特點：第一是輸出功率相對較小，因此其對經濟性的影響低，換言之小型分布式光伏發電系統的投資收益與大型系統是基本相當的；第二是污染小，具有突出的環境保護效益。分布式光伏發電系統在發電運行的過程中無明顯噪音，對周圍水及空氣所產生的污染小；第三是可有效緩解局部用地緊張狀態；第四是可以實現發電與用電的并存。

2 分布式光伏發電系統電氣設計要點

第一，在針對光伏組件的選型方面，光伏組件主要有以下幾種類型：非晶硅電池組件、單晶硅電池組件、多晶硅電池組件等。其中非晶硅電池組件成本價格低，外部環境對組件運行影響不大，存在的問題是光電轉換效率偏低，國際先進水平為10%左右，且不夠穩定，常有轉換效率衰降的現象，所以尚未大量用于作大型太陽能電源；晶硅類電池組件由于制造技術成熟、產品性能穩定、使用壽命長、光電轉化效率相對較高的特點，被廣泛應用于大型并網光伏電站項目。

晶硅類電池又分為單晶硅電池組件和多晶硅電池組件。兩種組件最大的差別是單晶硅組件的光電轉化效率略高于多晶硅組件，也就是相同功率的電池組件，單晶硅組件的面積小于多晶硅組件的面積。兩種電池組件的電性能、壽命等重要指標相差不大，執行的標準也相同，在工程實際應用過程中，無論單晶硅還是多晶硅電池都可以選用。但單晶硅組件的價格比多晶硅組件的價格高10%左右。

綜合對當前光伏電池組件技術水平，工藝成熟度，以及轉換效率等因素的考慮，應當優選選用大功率晶硅電池組件，以確保光伏發電系統的可靠運行。

第二，在有關分布式光伏發電系統逆變器設備的選型方面，工作人員需參考整個分布式光伏發電系統的裝機容量，選擇輸出功率與其基本一致的逆變器設備。除此以外，在逆變器的選型中還需要綜合考慮最大直流電壓、MPPT數量、MPPT電壓區間、額定輸出電壓參數、直流輸入接線端口數量、以及功率因素等相關技術參數對分布式光伏發電系統電氣運行的影響。例如，在對直流輸入接線端口數量的選型上需參考組串并聯具體路數，在對組件組串數量的選擇上，則應當考慮最大支流電壓以及MPPT電壓區間的影響，而在對MPPT數量的選型上還應當考慮系統內部光伏組件的具體朝向情況。

以上計算式中，“”為光伏組件所對應開路電壓溫度系數取值，“”為光伏組件工作電壓溫度系數取值，“”為逆變器允許最大直流輸入電壓取值，“”為正常工作條件下光伏組件最低溫度取值，“”為正常工作條件下光伏組件最高溫度取值，“”為逆變器MPPT電壓最小取值，“”為逆變器MPPT電壓最大取值，“”為光伏組件開路電壓取值，“”為光伏組件工作電壓取值。

第四，在有關直流匯流箱的電氣設計中，匯流箱的基本功能使將光伏組件所輸出多路直流電源進行匯流處理，然后連接至逆變器中。作為直流匯流箱中最關鍵的電器元件之一，主斷路器額定工作電壓應當大于或等于回路工作電壓最高值，同時額定電流應當大于或等于回路工作電流最高值。一般情況下，直流回路的斷路器采用直流斷路器。如果在直流回路中使用交流斷路器，可以考慮采用二極或三級串聯的辦法。

第五，在針對光伏直流電纜的選型方面，需根據分布式光伏發電系統所處的特殊環境條件設計光伏設備專用無鹵PV1-F電纜，支持組件間匯流連接以及跳線功能。特別需要注意的一點是：在分布式光伏發電系統運行環境溫度≥60℃的情況下，需對載流量進行合理修正。

3 結束語

光伏發電是目前廣泛應用的節能減排技術手段之一，可應用清潔可再生的太陽能支持電能需求，在治理環境污染問題，降低GDP能耗等方面均具有非常確切的價值。其中，對電氣系統及關鍵設備的電氣設計水平將直接影響整個分布式光伏發電系統的運行效能。以上研究中簡要分析了分布式光伏發電系統的定義與特點，進而從逆變器選型、組串連接、直流匯流箱及光伏直流電纜選型這幾個方面入手，對電氣系統的設計要點進行探討與分析，望能夠引起相關人員的重視及關注，以促進分布式光伏發電系統電氣性能的提升、完善。

參考文獻：

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