60kW光伏并网发电系统设计和研究

陆文俊 索博鹏 江苏林洋新能源科技有限公司

60kW光伏并网发电系统设计和研究

陆文俊 索博鹏 江苏林洋新能源科技有限公司

本研究以某60kW光伏并网发电工程为研究对象，选定250WP的电池组，确定了光伏阵列的排列方案为20串×12并。同时，研究了汇流箱、并网逆变器及线缆的设计与选型，为今后在进行光伏电站工程电气设计实践中提供参考依据。

光伏并网发电系统 研究 设计

1 引言

经济社会的发展，对于能源的需求越来越大。近年来，我国经济取得飞跃发展，与此同时，对能源的消耗也是以数量级的方式暴增。人们通过光伏发电系统将太阳能转换成电能，可作为缓解能源短缺的有效途径之一。

2 光伏并网发电系统

2.1 光伏并网发电系统的组成

2.1.1 光伏阵列

光伏电池的主要作用就是将太阳能辐照能量转换成电能。光伏组件是指由一组光伏电池利用串并联的方式进行的连接；而光伏阵列则是通过光伏组件的串并联连接组成。其中，光伏电池可分为单晶硅、多晶硅和非晶硅三类。光伏阵列通过二极管、电缆和汇流箱等进行连接。

2.1.2 功率变化器

功率变化器主要包括变换器与逆变器。DC/DC变换器主要是对光伏阵列输出的电压进行不同形式间的转换，通过变换器调节电能的流动方向。同时，还可实现电压调整和提升功率因数。本研究中，DC/DC变换器所用的是非隔离型升压型。DC/AC逆变器可将直流电能转换为交流电能，该转换功能采用对开关元件的开通和关闭控制来实现。

图1 光伏发电站设备配置图

3 主要电气组件设计

3.1 光伏阵列的设计

光伏阵列的设计原则是要求满足电网的用电需求。首先应确定电网需求的平均功率，之后设计光伏阵列的输出功率，使之相当。对于光伏阵列串并联方式及数量设计时，应综合参考其工作电压。同时还必须考虑并网逆变器的直流输入电压的工作范围，并使得光伏阵列输出的电量达到最大。

本研究以某光伏并网发电系统项目工程为研究对象。该工程的装机容量为60kW，其光伏阵列由240块电池组件构成，设计采用的是250Wp的电池组。该电池组为多晶硅太阳能光伏组件。其中，设计采用的电池组的具体参数为：最大输出功率为250W；最大工作电压为30V；峰值电流为7.46A；开路电压36V；短路电流为8.05A，转换效率为18%。

该工程240块电池组件的串并联方案比较：

方案1：采用10串×24并的方式。其最大工作电压为30×10=300V；开路电压为36×10=360V。最大工作点电流为7.46×24=179.04A；短路电流为8.05×24=193.2A。

方案2：采用20串×12并的方式。其最大工作电压为30×20=600V；开路电压为36×20=720V。最大工作点电流为7.46×12=89.52A；短路电流为8.05×12=96.6A。

由以上两种方案可以看出，方案1的工作电流较高，因此对于线缆的截面积要求比较大，工程费用高，经济性不强。而方案2的工作电压和电流比较适中，便于元器件的选型，可通过DC/DC变换器实现最大功率点的跟踪控制，通过DC/AC逆变器将该工程光伏列阵产生的直流电转换成交流电。本研究采用的是方案2，即将240块电池组件分为6组，每组20块，设置1个单元，接入1台并网逆变器。光伏阵列输出的电能需通过并网逆变器的转换。转换成与电网要求相符合的交流电后送入电网。因此，本工程光伏阵列的参数：串联数为20块光伏组件；串联后工作电压为600V；阵列并列数为12；工作电流为89.52A。

3.2 汇流箱的设计

由于在光伏并网发电系统中，光伏阵列和并网逆变器之间有很多的连线，并且保护程度较低，因此在光伏阵列和逆变器之间设计一汇流箱。由于光伏发电系统需要采取防雷措施，因此也可在汇流箱中安装防雷的元件，以确保雷雨天气的正常使用。

3.3 并网逆变器设计

对于逆变器的选型，应考虑逆变器的可靠性和可恢复性能。即具有抗干扰、抗过载的保护能力，发生电网失电时，逆变器能够迅速进行检测判断，并主动从电网中切开。

本研究中，60kW的某光伏并网发电工程的光伏阵列的最大输出功率为60kW。根据本工程采用的方案2的参数，考虑选用阳光电源有限公司产的SG60KTL-M组串式并网逆变器。其参数如下：最大输入功率为67.5kW，最大输入电压1000V，启动电压为300V，额定输入电压710V；额定输出功率为60kW，最大输出功率为66kW，最大输出电流为80A，额定电网电压是480Vac，最大效率可达98.9%。

3.4 线缆设计

本研究中，对60kW光伏并网发电工程中光伏组件至汇流箱的连接线进行选型。本工程光伏组件最大功率为60kW，工作电压为30×20=600V，工作电流为89.52A，因此，光伏组件至汇流箱的连接线根据允许载流量选择电缆截面25mm2。

4 结论

本研究通过以60kW光伏并网发电工程为例，采用250WP的电池组240块，光伏阵列采用20串×12并的方式进行连接，最大工作电压600V，最大工作电流为89.52A。同时分析汇流箱、并网逆变器及线缆的设计与选型。本工程选用SG60KTL-M并网逆变器，光伏组件至汇流箱的连接线选择电缆截面为25mm2。

[1]蔡纪鹤,陈熙,戎奕豪,管梦婕.2kW光伏并网发电系统设计[J].电器与能效管理技术,2015,0(9):55-59

[2]刘军,刘泽方,王晓云,高巧梅,孔俊丽.光伏汇流箱的设计[J].中国科技信息,2012(8):148-149