分布式光伏發電系統的設計與性能分析

劉勝佳

摘 要：分布式光伏發電是一種在用戶場地附近建設，運行方式以用戶側自發自用、多余電量上網，且以配電系統平衡調節為特征的光伏發電設施。太陽能不但清潔、環保，而且總量無限，其次由于太陽的大范圍輻射，分布式光伏發電擺脫了地理位置的約束，其可與建筑物有機地結合。另外，分布式光伏發電系統的安裝簡單且容易操作，不占用建筑物以外的土地面積，且其運行過程對環境幾乎無損害。分布式光伏發電的基本原則是產地與用戶之間的距離短。這樣，不僅可節省成本，還可降低傳輸損耗，提高能源利用效率。可見，分布式光伏發電系統極具潛力，且有廣闊的發展前景。首先介紹了分布式光伏發電及其系統，然后在此基礎上，從電氣設計和防雷設計兩方面介紹了分布式光伏發電系統的設計，最后介紹了如何從不同方面對分布式光伏發電系統的性能進行分析。

關鍵詞：分布式光伏發電；電氣設計；防雷設計；光伏方陣

中圖分類號：TM615+.2 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.20.095

文章編號：2095-6835（2016）20-0095-02

太陽能光伏發電可分為2種，即并網型和離網型。由于光伏發電成本較高，所以早些年國內光伏發電的應用還不廣泛，只有一些無電地區及特殊行業利用離網型光伏發電系統發電。近些年，隨著能源消耗量不斷上升，我國越來越重視新能源的利用，政府針對光伏發電行業出臺了一系列利好政策并給予補貼。這推動了光伏發電的迅速發展。另外，太陽能光伏發電越來越受歡迎還因其具有以下特點：太陽能光伏發電干凈、環保且方便與建筑物有機結合。過去，太陽能扮演“補充能源”角色，而如今已經承擔起“替代能源”的責任。光伏建筑一體化是近些年利用太陽能進行光伏發電的新形式。光伏建筑一體化就是將太陽能發電產品與建筑物集成，在建筑物上安裝太陽能光伏發電系統。該形式不僅能減少土地利用面積，還能有效降低傳輸損耗，提高能源利用效率，因此光伏建筑一體化技術越來越受關注。

分布式光伏發電的顯著特點是發電系統距用戶非常近，其發電系統一般建于用戶所在地，或用戶附近。這種原地發電并就地使用的創新方式具有以下優點：減少輸電網的建設，降低傳輸損耗；光伏陣列不僅能完成能源的轉換，還能有效降低建筑物表面的溫度，使發電系統與建筑物有機結合。分布式光伏發電的運行方式是用戶自發自用，用戶可以將剩余的電量上網。因此，近些年分布式光伏發電系統與建筑物的結合越來越多，分布式光伏發電發展迅猛。

1 分布式光伏發電概述

分布式光伏發電指的是在用戶附近建立分布式電源，并以環保、高效的自主發電方式將太陽能轉換為電能，向本地負荷直接提供電力。早些年，我國的分布式發電只是利用鍋爐的余熱發電并輸送給附近用戶，以此提高原系統的能源利用效率；而近些年，分布式發電指利用太陽能、風能等新能源發電，并使發電系統靠近負荷中心。太陽能不但清潔、環保，而且總量無限，又由于太陽的大范圍輻射，分布式光伏發電擺脫了地理位置的約束，其可與建筑物、有機地結合。另外，分布式光伏發電系統的安裝簡單且容易操作，不占用建筑物以外的土地面積，且其運行過程對環境幾乎無損害，因此，分布式光伏發電是利用太陽能發電的有效方式。分布式發電系統的發電地距用電地非常近，所以無需建立變電站和配電站，因此可有效降低傳輸過程中的損耗，節約發電成本，提高生產效率。另外，分布式發電系統的運行方式將電力的生產與利用更加緊密地聯系起來，使得用戶可以實現電力自行管理。同時，分布式光伏發電系統具有較高的可靠性，其能為公共電網無法覆蓋的偏遠地區提供電力。因此，分布式光伏發電是一種極具發展潛力的能源轉換形式。

分布式光伏發電系統具有以下幾個特點：①輸出功率低，對經濟性具有較小的影響，即與大型發電系統相比，其投資收益率相差不大；②分布式光伏發電清潔、環保，對環境的負面影響較小，系統運行過程不僅污染物排放少，對空氣和水的污染小，且幾乎不產生噪聲；③能有效克服局部地區用電緊張的難題；④發電和用電科學、有效地并存。

2 分布式光伏發電系統設計

分布式光伏發電系統設計需考慮以下3個方面，即光伏方陣、光伏組件和光伏發電系統。設計師在設計光伏方陣時，不僅需考慮建筑效果，還需考慮光伏方陣的受光條件，即在追求板塊顏色和大小搭配的同時還要設計合理的方陣朝向及角度。針對光伏組件設計，設計師需注意2個方面，即電池片型號的選擇和布局。對于光伏發電系統設計，設計師則必須從系統的每個組成部分入手，全面考慮控制器、電池等各個因素，同時應重視布線、防雷、安裝等環節。除此之外，分布式光伏發電系統的設計還必須考慮建筑設計。

2.1 分布式光伏發電系統設計應考慮因素

2.1.1 時間季節

在理想情況下，分布式光伏發電系統的產能隨著太陽輻射的增強而逐漸提高，正午時達到最高，隨后隨著太陽輻射的減弱產能便逐漸下降。另外，對于國內而言，夏季的太陽輻射明顯強于冬季，因此分布式光伏發電系統夏天的產能同樣高于冬季。

2.1.2 天氣狀況

天氣狀況也是影響分布式光伏發電系統的一大因素，每當陰天或下雨時，太陽輻射顯著降低，分布式光伏發電系統的產能自然下降。因此，天氣情況給分布式光伏發電系統造成了不確定性。

2.1.3 系統效率

系統效率是影響分布式光伏發電系統產能的關鍵因素。太陽能電池組件、逆變器、變壓器等組成部分的效率直接影響系統的發電效率，因此設計系統時，必須全面考慮可能影響系統效率的所有因素，以便設計出高效率的分布式光伏發電系統。

2.2 電氣設計

光伏組件的選擇是系統電氣設計的重要方面，鑒于對電池組件工藝水平及轉換率的綜合考慮，為保證系統發電的可靠性，晶硅電池組件是最好的選擇。關于逆變器的選擇，設計師要視系統裝機容量而定，所選擇的逆變器必須與輸出功率一致。電氣設計中組串連接的基本原則是“先串聯、后并聯”。

2.3 防雷設計

防雷接地設計是分布式光伏發電系統設計的一個重要方面。太陽能電池陣列由大面積金屬構成，其極易形成雷電感應，因此對發電系統進行防雷設計必不可少。接閃系統由避雷針構成，建筑物充當引下線及接地系統的角色，由此構成雷電防護系統。有效的防雷設計不僅能避免因雷擊而導致的系統損壞，還能保證工作人員的人身安全。

3 分布式光伏發電系統性能分析

工作人員可利用電站監測系統完成監測數據、收集數據及儲存數據工作。在此基礎上，利用收集到的數據便可計算產量、損耗、電氣系統效率及轉換率等性能參數，從而分析發電系統性能。

逆變器在光伏發電系統中具有非常重要的作用，其完成直流電向交流電的轉換，因此該轉換效率直接影響發電系統的效率及收益。由此可見，逆變器性能的好壞至關重要，工作人員可計算輸入功率或太陽光輻射強度一定時逆變器的轉換效率，由此判斷逆變器的性能。

PV方陣的安裝朝向和角度會對分布式光伏發電系統性能產生直接影響。因此，工作人員應注重PV方陣的安裝朝向及角度設置，可通過繪制PV方陣效率值、日照強度、時間三者關系的曲線圖，從中了解并計算太陽垂直照射PV方陣時的輸出功率和轉換效率，然后根據計算結果掌握PV方陣性能。

4 結束語

煤、石油等能源具有不可再生性，為實現經濟可持續發展，分布式光伏發電極具競爭力，其除了以可再生能源為輸入外，還具有就近生產的特點，從而節約成本，降低傳輸損耗并提高發效率。因此，設計科學、合理的分布式光伏發電系統尤為重要。

參考文獻

[1]李建泉，蹇芳，吳小云，等.分布式光伏發電系統的設計與性能分析[J].大功率變流技術，2014（4）：25-31.

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