分布式光伏发电并网系统研究与设计

2017-12-28王萌

中国设备工程 2017年24期

关键词：倾斜角纬度电站

王萌

（吉林省电力勘测设计院，吉林长春 130022）

分布式光伏发电并网系统研究与设计

王萌

（吉林省电力勘测设计院，吉林长春 130022）

近年来，随着国家对环保要求的逐步提高，新能源得到了快速发展，特别是光伏、风电、分布式能源发电等装机容量已逐步替代了火电在我国能源结构中的部分比例，本文将就分布式光伏发电并网系统的研究与设计进行分析讨论。

分布式光伏发电；并网系统；研究设计

光伏发电是利用相关装置将太阳能转化为电能，光伏发电最核心的部件是太阳能电池组，在相关功率装置等的配合下，构成了太阳能发电装置。光伏发电因其具有清洁、无噪声、一次建造后后期维护成本低等优势，还具有建设期不长、国家政策扶持力度大等特点，在我国光能丰富的地区得到了广泛的应用。但是传统的光伏电站经变压器升压通过线路送至用户处，因光伏发电量有限，经线路损耗、电站自用等损耗对于昂贵的光伏电价来说难免得不偿失。分布式光伏发电采用的就地发电，就地消纳，多余上网的模式，这种发电模式有效解决了目前光伏发电成本高的问题，只需很小的投入，用户甚至可以用光伏发电取得经济收益，本文将就分布式光伏发电的原理、选址要求、极板分布原理、并网系统的研究设计等方面对光伏发电进行分析探讨。

1 分布式光伏发电定义

所谓分布式光伏发电，即在短距离内实现太阳能和电能之间的转换与消纳，通常用户既作为电源点也作为负荷端，另外多余的电量还可以进行上网发电，给用户创造出经济效益。所谓分布式是相对于集中式而言，分布式光伏发电具有以下特点。

（1）太阳能是一种自然能量，且目前人类能有效利用的太阳能仅占太阳能量的很小一部分，太阳能对目前人类的技术水平而言是可以无限开采且可以重复利用的。

（2）分布广泛性，凡是太阳照到的地方就可以利用，特别是对于一些偏远山区、不易建设高空线路的区域等，分布式光伏发电的适应性很好地解决上述问题。

（3）高效性，光伏发电利用的光电效应，不会向火电那样实现热能、动能、机械能、电能之间的转换，相较于传统发电，光伏发电中间环节特别少，因而能量损耗少，光伏发电的效率一般在80%以上，甚至更高。

（4）清洁无污染，节约水资源，和火力发电比较，在光伏发电过程中不会产生NOX、S OX、二氧化碳等污染物，也不会产生P M2.5等有害颗粒等，另外，光伏发电过程中不需要水进行冷却和进行能量转换，特别适合西北等光资源丰富、水资源匮乏等地区。

2 光伏电站分类

光伏电站按装机容量可以分为：小型光伏电站，容量在1 MW以下；中型光伏电站，容量在30 MW以下；大型光伏电站，容量在30 MW以上。光伏电站按使用方式分可以分为：集中式光伏电站、地面光伏电站、山地电站、鱼光互补发电、林光互补发电、分布式光伏发电、B I P V即光伏建筑一体化、风光储发电等。

3 光伏资源分析

我国光伏资源丰富，2/3以上的地区光资源比较丰富，要对光伏发电系统进行设计，选址是核心。

由表1可以看出，在一类地区开展光伏发电，具有很高的投资价值，其他几类地区投资价值逐渐下降。另外，在设计计算中，需要的基本数据主要有现场的地理位置，包括地点、纬度、经度和海拔等；安装地点的气象资料，包括逐月的太阳能总辐射量、直接辐射量及散辐射量，年平均气温和最高、最低气温，最长连续阴雨天数，最大风速及冰雹、降雪等特殊气象情况。气象资料一般无法做出长期预测，只能以过去10年到20年的平均值作为依据。

4 分布式光伏发电并网系统设计流程及要点

4.1 设计原则

综合性比较，至少设计三种及以上的方案，通过对比分析选择较为合适的方案；资源优先，通过光资源综合分析、地理位置、气候条件等确定；根据日照条件合理设计太阳能电池板方阵；集中监控，智能巡视操作。核算造价，计算收益。

表1 全国各地太阳能总辐射量与年平均日照当量

4.2 分布式光伏发电设计流程

分布式光伏发电设计要经过以下流程。

（1）实际勘验，进行实地考察，观察待装光伏发电区域日照、经纬度、海拔高度、气候、屋面条件等，进行先期光伏投资预判。

（2）运行模式确定，和用户确定是用户自用或者预留裕量上网系统，自用商用共同设计。

（3）全年评估，主要包括屋面结构的牢固性、使用寿命评估，用户全年用电量分析，如参与上网还需要考虑电网的接入点和每年向电网发电的电量评估计算出全部区域内的分布式光伏的总装机容量。

（4）设备选型和总体系统设计，根据实际光伏发电需要和投资成本分析，选择相应的光伏系统硬件布置、网络传输（目前无线传输技术比较活跃）、主设备选型、蓄电池组设计、电池板排列方阵设计、汇流箱及其余系统设计、总体安装方案设计、辅助建筑设计、DCS、NC S设计、五防设计、保护配置设计、接地防雷设计、并网设计、光功率预测系统和远动通讯设计、项目概预算、环境评估等程序。

4.3 分布式光伏发电并网设计要点

（1）阵列设计。谈到阵列设计，我们需要了解几个概念，太阳高度角：太阳射线和水平面的夹角；太阳方位角：太阳射线与地面投影和正南方向的夹角；太阳赤纬角：太阳射线和赤道表面的夹角；太阳时角：地球自转的角度，正午、上午、下午分别为零、正、负。

（2）倾斜角分析。根据多家光伏电站矩阵布置分析认为：纬度25°以内时，倾斜角等于纬度；纬度在25°和40°之间时，倾斜角在纬度的基础上正向偏差8°左右；纬度在41°到55°时，倾斜角早纬度基础上正向偏差12°左右；纬度在56°以上，倾斜角早纬度基础上正向偏差18°左右，这只是一些经验数据，具体的偏差角度还需要根据现场实际进行校正。

（3）光伏组件。光伏组件性能优越性主要体现在组件的连接方式和逆变器的配合上，温度对光伏组件影响主要体现在太阳能电池板的工作电压和开路电压上，这两个值均和温度成反比，因此对于高寒地区，一定要选择与之匹配的光伏组件，使其满足最低均温和工作温度的要求，避免因温度造成设备损坏。

（4）分布式光伏电站上网设计。光伏电站上网设计可分为三种：①全部上网类型，该类型的设计需要考虑引入逆功率保护，并禁止孤岛运行方式；②自发自用，余电上网，该种模式亦不允许孤岛运行；③自发自用，双向平衡带储能，运行方式灵活，可以组建微电网，也可以孤岛运行。

（5）光伏逆变器选用及安装要点。光伏逆变器的选择要综合考虑太阳能电池板方阵的最大功率，另外为节约成本，一般要求光伏逆变器的输入总功率和输出总功率接近即可。逆变器在安装时严禁将多台逆变器并联，以防逆变器发生谐振；逆变器的歪风道和通风道一般采取软连接方式，避免振动损坏；做好逆变器安装调试时基础参数的收集，如电流、相序、阻抗等。