分布式光伏發電系統優化設計分析

安 鵬

（力諾電力集團股份有限公司，山東 濟南 250103）

1 分布式光伏發電概述

分布式光伏發電具體指在用戶附近設置分布式電源，再通過一定的方式將太陽能合理轉變為用戶能夠直接應用的電能。我國之前大都通過鍋爐余熱進行分布式發電，再將電力輸送至用戶，這樣能夠有效提升原系統的能源利用率。近年來，我國開始著手于利用太陽能和風能等各種新能源發電，還努力將發電系統盡可能靠近負荷中心。因為太陽能取之不盡、用之不竭，十分環保，且輻射范圍較大，所以分布式光伏發電是能夠擺脫地理位置的約束[1]。該系統的安裝操作比較簡單，在實際運行和電能運輸等環節，對環境的損害能夠忽略不計。由此可見，分布式光伏發電是應用太陽能最合理、有效的一種方法。分布式發電系統能夠將電力生產環節和電力應用有效結合，便于用戶管理電力。此外，分布式光伏發電系統可靠性較高，能夠為一些特殊企業和地區等提供優質的電力服務。

2 分布式光伏發電系統設計應重視的幾大因素

2.1 時間季節因素

理論上來說，太陽輻射直接關乎到分布式光伏發電系統的產能，輻射提升，產能隨之提升。一般情況下，分布式光伏發電系統在正午時間段的產能最高，之后會隨著太陽輻射的逐漸減弱不斷下降。此外，就我國實際情況來看，冬季的太陽輻射通常比夏季低，因此冬季分布式光伏發電系統的產能低于夏季產能。

2.2 天氣因素

天氣會嚴重影響到分布式光伏發電系統的產能。如果遇見陰天、雨天、雪天，太陽輻射會極大降低，最終影響到該系統的產能。天氣因素在很大程度上提高了系統的不確定性。

2.3 系統效率因素

影響分布式光伏發電系統產能的重要因素之一是系統效率，例如逆變器和太陽能電池組件等。系統設計過程中，相關人員必須得充分考慮到影響系統效率的各方面因素，并采取針對性措施進行解決。

3 分布式光伏發電系統設計分析

3.1 板陣系統設計

實際的光伏并網發電系統中，直流斷路器的額定工作電壓直接關乎到逆變器直流側的最高電壓，且其還受到環境位置等因素的影響。現如今，我國市場主流組件大都是單晶360 W和多晶280 W。組件串聯數量的計算過程中，首先需充分考慮組件工作電壓和逆變器直流輸入電壓的范圍；其次，結合各個組件的溫度系數，才能夠確定最佳串聯數，進而在各種情況下，系統都能處于最佳工作狀態，最終獲得最大的發電量輸出[2]。例如并網逆變器最大功率跟蹤電壓在450～820 V，經過合理計算，最佳的串聯數為16、17…20。此外，需考慮當地光伏組件安裝的最低溫度，一般選擇靠近MPPT的范圍內，還要充分考慮開路電壓的變化，需要保證組串開路電壓不超過逆變器的最高直流輸入電壓。

3.2 匯流設計

通常情況下，分布式光伏發電系統大都采用二級匯流方式。太陽電池組件方陣中，合理安裝匯流箱，通過匯流箱將符合各方面要求的路數和電流合理輸出。設計屋頂匯流箱的過程中，應考慮戶外放置、紫外線照射以及防腐生銹等因素。對匯流箱進出線方式來說，需選擇下進下出方式，以便直接從底部穿線。此外，每一路的進線都需要設置堵頭和防水螺母，在箱體門的部位設置密封條，每一個連接處和合葉部位都要設置防水裝置，保證匯流箱防護等級不低于IP65。

3.3 電纜設計

首先，合理選擇直流電線電纜，這與光伏電站直流電線電纜的長度、環境以及光伏方陣串并聯的方式息息相關。例如某一項目在夏季開工建設，這一時間段溫度較高，且直流側系統最高工作電壓能夠達到1 000 V；因此，組串需要選擇耐壓性能好、耐候性能好的1 000 V導線，額定工作溫度最好控制在-20～60 ℃，所選電纜規格為1 kV，型號為2PFG1169-1 mm×4 mm電纜。這種電纜的優勢十分明顯，不僅導體質地十分柔軟，便于在各種地形施工，而且防火性能非常好，能夠滿足分布式光伏項目各方面的需求，能夠在戶外各種環境下開展工作。其次，選擇交流電力電纜。交流電纜選擇交聯聚乙烯絕緣電力電纜，而用于微機保護的電壓電流等信號節點的控制電纜，需選用阻燃型的屏蔽電纜。最后，電纜敷設[3]。就建筑屋頂上部的電纜敷設而言，其一般都采用穿管、橋架的方式進行敷設，還要保障穿線管的內徑大于電纜外徑，以滿足各方面的需求。

3.4 光伏監控系統設計

監控系統對于分布式光伏發電系統來說十分重要，其主要的職責就是監控智能電度表、逆變器以及匯流箱等設備的信息數據。電氣監控負責監控低壓配電室中的各種電氣設備。實際應用中，系統監控通常應用工控機集中控制，這種工控機十分可靠，還具備遙信、遙測以及遙控等多方面功能[4]。此外，設置了LCD液晶屏顯示，可以準確測量、清晰顯示光伏發電系統的各種參數。通過鍵盤能夠直接遙控開關，直接遙調逆變器。光伏監控系統具有數據查詢和存儲功能，相關人員查詢和歸檔數據十分方便。

3.5 太陽能支架系統設計

現如今，我國屋頂基本包含彩鋼瓦屋面和混凝土屋面兩種結構形式。其中，彩鋼瓦屋面通常應用平鋪的結構形式，混凝土屋面主要采用最佳傾角的結構形式。對分布式光伏方陣來說，其支架安裝不僅需要符合建筑一體化美觀要求、承力要求等，而且需要滿足后期維護等各個方面的要求，還得具備良好的結構和防腐蝕性。具體可以結合當地氣候情況，如風壓、雪壓等進行設計。

（1）彩鋼板瓦屋面結構形式。一般情況下，將電池板直接平鋪在屋面上，但實際安裝過程中，需要將組件鋁合金結構支架合理設置在屋頂的彩鋼板肋條上，并結合實際情況鋪設太陽能組件。這種安裝方式簡單方便，后期管理、維護以及調整等工作開展便利。

（2）混凝土屋面結構形式。安裝混凝土屋面結構形式的支架需在混凝土的基礎上進行施工。通常情況下，太陽電池組件支架表面結構基本都會采用熱鍍鋅的方式合理處理，以此有效提升防腐蝕性，之后通過不銹鋼材質的螺栓進行固定，有效提升支架穩定性，抵御極限風速載荷。最后就是在電池板安裝的過程中應該合理的設置兩厘米的泄風口，其主要目的同樣是為了提升支架的穩定性。

支架實際設計過程中，必須嚴格貫徹落實“經濟適用、安全可靠以及符合國情”的電站建設方針，還得積極落實、執行國家相關法律法規和政策。另外，需要總體規劃布置，結合實際情況進行集中布置，如此安裝時會更加方便、快捷。

4 分布式光伏發電系統優化設計

4.1 組件接地

由于組件所處位置在高處的屋頂，因此極易受到雷電侵襲，且光伏組件的鋁合金邊框部位存在一層氧化膜，極大提高了組件和壓塊之間的電阻。支架接地后，相關人員很難確保組件邊框能順利接地，無法保證電阻能夠滿足各方面的需求。此外，屋頂面積較大，一旦遭遇雷電侵襲，必定會導致組件損壞，具有損害逆變器的可能性。項目設計和實施環節中，需合理設置組件邊框的接地線，有效保證支架與其組件的安全性和可靠性。對光伏方陣接地來說，應保證其連續、可靠，接地電阻應控制在一定范圍內。

4.2 組件的接線形式

就屋頂組件接線而言，最好采用跳接的方式，不僅能夠極大節省線纜，而且能夠降低線損，達到提升發電量的目的。對屋頂電纜敷設橋架來說，最合適的方式就是梯形橋架，光伏屋面需要應用梯形橋架的方式進行處理，只有這樣才能夠保證光伏直流電纜直達橋架部分，進而省去較多工序，促使施工更加方便、快捷[5]。此外，將電纜固定在梯形橋架上，能夠減少其受陽光直射的影響，并且便于電纜散熱。

4.3 匯流箱選型分析

當前主流匯流箱設計通常考慮應用防反二極管，有利于光伏組串的反接保護。實際應用結果顯示，防反二極管的發熱量較大，而屋面電站的通風散熱條件較差，尤其是國內外已經出現了多起屋面組件自燃事件，因此分布式光伏發電系統中最好選擇不含防反二極管的匯流箱，以便控制匯流箱的溫度，確保其不會造成不良影響。

5 結 論

我國對清潔性能源越來越重視，分布式光伏電站的建設必定成為新能源領域中的重要發展方向之一。分布式光伏發電系統在我國的應用時間較短，還存在一些問題，需要相關人員積極優化分布式光伏發電系統，不僅需要保證設計安全，而且需要降低工程成本，從而實現分布式光伏發電系統的持續發展，為人們提供優質的供電服務。