分布式光伏发电系统的电气设计研究

邵小雷

摘 要：本文基于对分布式光伏发电系统基本概念与特点的分析，详细研究了在分布式光伏發电系统中电气设计的关键问题，对分布式光伏发电系统中包括光伏组件选择、逆变器选型、组串连接、直流汇流箱、以及光伏直流电缆选型的电气设计要点进行了总结探讨，望引起重视。

关键词：光伏发电；分布式；电气设计

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

0 引言

目前经济社会中各个行业与领域广泛使用并依赖于石油、煤炭等不可再生的能源。由于这些能源具有不可再生的特点，因此不符合能源应用可持续发展的战略要求，同时也加重了生态环境的负担与压力。在这一背景下，加大对清洁可再生能源的发展力度已成为践行国家节能减排目标的重要手段之一。其中，分布式光伏发电具有分散生产以及就地使用的特点，与我国实际情况相适应，因此得到了大力的发展与推广。

1 分布式光伏发电系统基本概述

分布式光伏发电系统是指通过对光伏组件的合理应用，将具有清洁可再生特点的太阳能能源转换为可供使用电能的一类分布式电源系统。分布式光伏发电系统多建设在用户场地附近，运行方式表现为用户侧自发、自用，多余电量上网，且具有在配电系统中调节平衡的特点。作为一类具有广阔发展潜力的发电方式以及能源应用模式，分布式光伏发电系统强调遵循“就近发电就近并网、就近转换、就近使用”的基本原则，一方面能够有效促进规模同等光伏电站发电量的提升，另一方面还有效解决了电能在远距离传输过程中存在的电能损耗问题。

目前成功应用于实践中的分布式光伏发电系统具有以下几个方面的典型特点：第一是输出功率相对较小，因此其对经济性的影响低，换言之小型分布式光伏发电系统的投资收益与大型系统是基本相当的；第二是污染小，具有突出的环境保护效益。分布式光伏发电系统在发电运行的过程中无明显噪音，对周围水及空气所产生的污染小；第三是可有效缓解局部用地紧张状态；第四是可以实现发电与用电的并存。

2 分布式光伏发电系统电气设计要点

第一，在针对光伏组件的选型方面，光伏组件主要有以下几种类型：非晶硅电池组件、单晶硅电池组件、多晶硅电池组件等。其中非晶硅电池组件成本价格低，外部环境对组件运行影响不大，存在的问题是光电转换效率偏低，国际先进水平为10%左右，且不够稳定，常有转换效率衰降的现象，所以尚未大量用于作大型太阳能电源；晶硅类电池组件由于制造技术成熟、产品性能稳定、使用寿命长、光电转化效率相对较高的特点，被广泛应用于大型并网光伏电站项目。

晶硅类电池又分为单晶硅电池组件和多晶硅电池组件。两种组件最大的差别是单晶硅组件的光电转化效率略高于多晶硅组件，也就是相同功率的电池组件，单晶硅组件的面积小于多晶硅组件的面积。两种电池组件的电性能、寿命等重要指标相差不大，执行的标准也相同，在工程实际应用过程中，无论单晶硅还是多晶硅电池都可以选用。但单晶硅组件的价格比多晶硅组件的价格高10%左右。

综合对当前光伏电池组件技术水平，工艺成熟度，以及转换效率等因素的考虑，应当优选选用大功率晶硅电池组件，以确保光伏发电系统的可靠运行。

第二，在有关分布式光伏发电系统逆变器设备的选型方面，工作人员需参考整个分布式光伏发电系统的装机容量，选择输出功率与其基本一致的逆变器设备。除此以外，在逆变器的选型中还需要综合考虑最大直流电压、MPPT数量、MPPT电压区间、额定输出电压参数、直流输入接线端口数量、以及功率因素等相关技术参数对分布式光伏发电系统电气运行的影响。例如，在对直流输入接线端口数量的选型上需参考组串并联具体路数，在对组件组串数量的选择上，则应当考虑最大支流电压以及MPPT电压区间的影响，而在对MPPT数量的选型上还应当考虑系统内部光伏组件的具体朝向情况。

以上计算式中，“”为光伏组件所对应开路电压温度系数取值，“”为光伏组件工作电压温度系数取值，“”为逆变器允许最大直流输入电压取值，“”为正常工作条件下光伏组件最低温度取值，“”为正常工作条件下光伏组件最高温度取值，“”为逆变器MPPT电压最小取值，“”为逆变器MPPT电压最大取值，“”为光伏组件开路电压取值，“”为光伏组件工作电压取值。

第四，在有关直流汇流箱的电气设计中，汇流箱的基本功能使将光伏组件所输出多路直流电源进行汇流处理，然后连接至逆变器中。作为直流汇流箱中最关键的电器元件之一，主断路器额定工作电压应当大于或等于回路工作电压最高值，同时额定电流应当大于或等于回路工作电流最高值。一般情况下，直流回路的断路器采用直流断路器。如果在直流回路中使用交流断路器，可以考虑采用二极或三级串联的办法。

第五，在针对光伏直流电缆的选型方面，需根据分布式光伏发电系统所处的特殊环境条件设计光伏设备专用无卤PV1-F电缆，支持组件间汇流连接以及跳线功能。特别需要注意的一点是：在分布式光伏发电系统运行环境温度≥60℃的情况下，需对载流量进行合理修正。

3 结束语

光伏发电是目前广泛应用的节能减排技术手段之一，可应用清洁可再生的太阳能支持电能需求，在治理环境污染问题，降低GDP能耗等方面均具有非常确切的价值。其中，对电气系统及关键设备的电气设计水平将直接影响整个分布式光伏发电系统的运行效能。以上研究中简要分析了分布式光伏发电系统的定义与特点，进而从逆变器选型、组串连接、直流汇流箱及光伏直流电缆选型这几个方面入手，对电气系统的设计要点进行探讨与分析，望能够引起相关人员的重视及关注，以促进分布式光伏发电系统电气性能的提升、完善。

参考文献：

[1]沈辉，曾祖勤.太阳能光伏发电技术[J].北京：化学工业出版社，2005（08）.

[2]刘兴杰，郭栋，王凯龙等.基于电气外特性的光伏发电系统模型等效方法[J].电工技术学报，2014，29（10）：231-238，265.