分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)電氣設計

周浩姜姍

（1.遼寧漢能薄膜發(fā)電有限公司，遼寧沈陽 110013；2.沈陽工學院，遼寧沈陽 113122）

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)電氣設計

周浩1姜姍2

（1.遼寧漢能薄膜發(fā)電有限公司，遼寧沈陽 110013；2.沈陽工學院，遼寧沈陽 113122）

通過介紹分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的特點來說明發(fā)展分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)不僅可以替代傳統(tǒng)的不可再生能源，同時能夠解決國內日益嚴重的環(huán)境問題。對分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)設計中比較重要的電氣系統(tǒng)的設計方法進行說明，同時對電氣系統(tǒng)設計中的比較重要的并網逆變器選型、組串連接電氣設計、直流匯流箱設計、光伏直流電纜選型和防雷系統(tǒng)設計進行了詳細說明。

分布式 光伏發(fā)電 光伏組件 光伏逆變器 直流匯流柜 光伏直流電纜 防雷系統(tǒng)

我國能源長期依賴于不可再生的石油及煤炭，給環(huán)境帶來嚴重的負擔。大力發(fā)展清潔能源能夠實現國家的節(jié)能減排目標。分布式光伏發(fā)電能夠實現每座建筑、每片適宜的土地都能分散生產、就地使用，尤其適合土地資源受限、電價相對較高、工業(yè)規(guī)模更大的中東部地區(qū)。

1 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的特點

1.1 分布式光伏發(fā)電概念

分布式光伏發(fā)電是指采用光伏組件，將太陽能直接轉換為電能的分布式電源系統(tǒng)；目前應用最為廣泛的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，是建在城市建筑物屋頂的光伏發(fā)電項目。該類項目必須接入公共電網，與公共電網一起為附近的用戶供電。

1.2 分布式光伏發(fā)電特點

分布式光伏發(fā)電具有以下特點：污染少；就地消耗，減少長距離傳輸損耗；余電上網等等。

2 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的電氣系統(tǒng)設計方法

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要電氣設計流程包括：計算裝機容量及發(fā)電量；組件連接電氣設計；逆變器選型；光伏電纜設計、直流匯流箱設計和防雷系統(tǒng)設計等等。

3 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)主要電氣設計

3.1 逆變器選型

根據分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的裝機容量來選擇與輸出功率較接近的逆變器。此外，選擇逆變器還需要考慮最大直流電壓、MPPT電壓范圍、MPPT數量、直流輸入接線端口數量、額定輸出電壓和功率因數等技術參數。如根據分布式發(fā)電系統(tǒng)內光伏組件不同朝向來選擇MPPT數量；根據最大直流電壓和MPPT電壓范圍來選擇組件組串數量；根據組串并聯路數來選擇直流輸入接線端口數量等等。

3.2 組串連接電氣設計

組件方陣在電氣連接的過程中，一般依據的原則是先串聯后并聯的原則。串聯是為了獲得所需要的工作電壓，并聯是為了獲得所需要的工作電流。光伏陣列中，同一光伏組件串中各光伏組件的電性能參數宜保持一致，光伏組件串的串聯數N（N取整數）應按公式（1）（2）來計算：

式中：Kv，Kv'—光伏組件的開路電壓溫度系數、工作電壓溫度系數；

t，t'—光伏組件的工作條件下的極限低溫、極限高溫（℃）；

Vdcmax—逆變器允許的最大直流輸入電壓（V）；

Vmpptmax，Vmpptmin—逆變器MPPT電壓最大值、最小值（V）；

Voc，Vpm—光伏組件的開路電壓、工作電壓（V）；

3.3 直流匯流箱設計

直流匯流箱用于將光伏組件輸出的多路直流電源進行匯流后接入逆變器。斷路器是直流匯流箱中重要電器元件。主斷路器的額定工作電壓不能小于回路的最高工作電壓，額定電流不小于回路的最高工作電流。原則上，直流回路的斷路器采用直流斷路器。如果在直流回路中使用交流斷路器，可以考慮采用二極或三級串聯的辦法。

另外，直流匯流箱的防護等級需要滿足現場使用地點的要求。

3.4 光伏直流電纜選型

光伏設備用無鹵PV1-F電纜是根據光伏發(fā)電設備所處的特殊環(huán)境條件設計的，主要用于組件間的跳線和組件間匯流連接。對于環(huán)境溫度高于60℃時，要對載流量進行修正。

3.5 防雷系統(tǒng)設計

由于分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要部分都是露天放置，占地面積較大，所以存在著受直接雷擊和間接雷擊的危害。所以應該采用滾球法復核屋頂原有的和周圍建筑物的防雷系統(tǒng)能否對光伏發(fā)電系統(tǒng)進行直擊雷進行保護。如果不能保護，應該加裝避雷設備。為了減小感應雷對光伏發(fā)電系統(tǒng)中開關、電纜、匯流設備等電氣元件的損害，可以將光伏發(fā)電系統(tǒng)的組件外框、組件支架等金屬材料進行等電位連接后，再與建筑物屋頂原有的防雷接地系統(tǒng)進行可靠連接。

4 結語

對分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的電氣系統(tǒng)設計方法進行闡述，重點介紹了電氣系統(tǒng)設計中比較重要的逆變器選型、電纜選型、直流匯流箱設計和防雷系統(tǒng)設計方法。

［1］李英姿，太陽能光伏并網發(fā)電系統(tǒng)設計與應用，機械工業(yè)出版社.

［2］李鐘實，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設計施工與應用，人民郵電出版社.

［3］楊中華，分布式并網光伏發(fā)電系統(tǒng)設計 機電信息，2014年第33期總第423期.

周浩（1982—），男，漢，遼寧沈陽人，碩士，工程師，電氣高級工程師，研究方向：太陽能光伏發(fā)電電氣設計。