關于光伏電站設計中組串數計算的思考

王家祥

摘要：光伏電站前期設計過程中，組串數計算多采用GB 50797-2012標準中的計算公式，而光伏電站的實際運行環境條件與公式中的假定條件存在一定的偏差，影響計算結果。本文對光伏電站實際運行數據進行分析，給出了組串數計算修正公式，希望能給有關人員給出不同的解決方法。

關鍵詞：光伏電站;組串計算;設計;修正公式

一、光伏電站中的開路電壓

半導體電壓隨溫度的變化而變化，這種變化的系數，稱為電壓溫度系數，太陽能電池片發電原理是根據P-N結及空穴電子對原理（光生伏打效應）實現的，屬于半導體，因此電池片/組件的電壓也會隨著溫度的變化而變化。具體數值大約為-0.26～-0.35%/℃，意思是溫度每降低（升高）1攝氏度，電壓升高（降低）基準電壓的0.26～0.35%。組件標準工作條件之一是電池片溫度25°，此時的電壓定為基準電壓，那么低于25°，組件電壓就升高，反之降低。

組件電壓發生變化，相應的組件串電壓就會發生變化，尤其是在冬夏溫差大的地方。因此，在電站設計過程中，必須根據當地最低/最高溫度，計算出合適的組串數量。

從圖1中可以看出，在正常工作條件下，組串電壓在達到逆變器啟動電壓之前，表現為開路電壓;而在達到逆變器啟動電壓，組串開始經過逆變器往電網輸送電能之后，組串電壓開始表現為工作電壓，這其中有一個明顯的電壓降低過程。

從組串開路電壓升高到逆變器啟動電壓，時長大約是40-60分鐘，逆變器啟動后，并不代表逆變器馬上就會有功率輸出，逆變器的控制部分，CPU和屏幕等器件先工作，首先就逆變器自檢，再檢測組件和電網，完全沒有問題后，等光伏功率超過逆變器的待機功率，逆變器才會有輸出。即在逆變器正常工作的情況下，組串的開路電壓在超過逆變器的啟動電壓之后，因逆變器啟動，就表現為了工作電壓。

二、組串計算公式修正

依據公式，光伏組串數量上限主要是由公式一確定的。而在實際工作中公式一中的V_oc（光伏組件的開路電壓）與t（光伏組件工作條件下的極限低溫）取值是偏保守的。而這2個取值都與工作時的輻照值有關。我們先看組件開路電壓V_oc，組件廠家給與的數值是在STC條件（輻照度1000W/㎡，電池溫度25℃，空氣質量AM1.5）下的取值。

而在實際運行條件下，在環境溫度最低時的輻照度肯定達不到STC條件下的1000W/㎡。我們以光伏電站實測數據為例：

我們從圖2中可以看到，一天中的最低溫出現在凌晨日出前后，最高溫出現在當地真太陽時14：00-15：00之間;而輻照量最高點一般在當地真太陽時12：00左右。

即在最低溫時并不是輻照量最高的時刻，最低溫與最高輻照值不會在同時出現。理論上此時組件V_oc（光伏組件的開路電壓）應以實際的輻照度進行修正，但是早上輻照度變化較大，而且到達逆變器啟動電壓之后組串就表現為了工作電壓，所以此時考慮組串實際工作狀態特性和計算簡便，此處建議可以使用組件的NOCT電性能參數計算（電池片標稱工作溫度條件：輻照度800W/㎡，環境溫度20℃，空氣質量AM1.5）。

這里使用NOCT參數來計算，原GB50797-2012 《光伏發電站設計規范》公式一需修正為：

三、計算結果

為考慮計算書的通用性，“ ——光伏組件工作條件下的極限低溫（℃）”，計算時以-30℃、-25℃、-20℃、-15℃、-10℃、-5℃、0℃這7個典型溫度考慮。其中-30℃、-25℃、-20℃模擬的是三北（西北、東北、華北北部）地區高緯度高寒地區;-15℃、-10℃模擬的是華北中南部、關中平原等溫帶季風氣候區;-5℃、0℃模擬的是秦嶺淮河以南的亞熱帶季風氣候區域;覆蓋了大部分國內典型氣候區域，適用范圍廣。

依據GB 50797-2012《光伏發電站設計規范》內公式與修正后的計算公式，輸入目前主流廠家發布的18X、210mm系列組件產品的開路電壓、工作電壓、電壓溫度系數及當地最低氣溫后可得出結果。

與原公式相比，1500V系統計算結果相差約2塊組件，即每個組串可多接2-3塊組件，理論上可降低約5%的支架套數與基礎數量，并相應降低組件與匯流箱之間的光伏專用電纜數量。

四、存在的問題：

1）、這種考慮存在假設性條件，即逆變器處于工作狀態，組串電壓達到逆變器啟動電壓之后即可正常啟動;

2）、有可能存在的極端情況：輻照值超過1000W/㎡，并且處于極端低溫，且逆變器不能正常工作;

3）、此為理論上可行的解決方案，但還需實際項目小規模工程驗證。