分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與性能分析

劉勝佳

摘 要：分布式光伏發(fā)電是一種在用戶場地附近建設(shè)，運(yùn)行方式以用戶側(cè)自發(fā)自用、多余電量上網(wǎng)，且以配電系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)為特征的光伏發(fā)電設(shè)施。太陽能不但清潔、環(huán)保，而且總量無限，其次由于太陽的大范圍輻射，分布式光伏發(fā)電擺脫了地理位置的約束，其可與建筑物有機(jī)地結(jié)合。另外，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝簡單且容易操作，不占用建筑物以外的土地面積，且其運(yùn)行過程對(duì)環(huán)境幾乎無損害。分布式光伏發(fā)電的基本原則是產(chǎn)地與用戶之間的距離短。這樣，不僅可節(jié)省成本，還可降低傳輸損耗，提高能源利用效率。可見，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)極具潛力，且有廣闊的發(fā)展前景。首先介紹了分布式光伏發(fā)電及其系統(tǒng)，然后在此基礎(chǔ)上，從電氣設(shè)計(jì)和防雷設(shè)計(jì)兩方面介紹了分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，最后介紹了如何從不同方面對(duì)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：分布式光伏發(fā)電；電氣設(shè)計(jì)；防雷設(shè)計(jì)；光伏方陣

中圖分類號(hào)：TM615+.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.20.095

文章編號(hào)：2095-6835（2016）20-0095-02

太陽能光伏發(fā)電可分為2種，即并網(wǎng)型和離網(wǎng)型。由于光伏發(fā)電成本較高，所以早些年國內(nèi)光伏發(fā)電的應(yīng)用還不廣泛，只有一些無電地區(qū)及特殊行業(yè)利用離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電。近些年，隨著能源消耗量不斷上升，我國越來越重視新能源的利用，政府針對(duì)光伏發(fā)電行業(yè)出臺(tái)了一系列利好政策并給予補(bǔ)貼。這推動(dòng)了光伏發(fā)電的迅速發(fā)展。另外，太陽能光伏發(fā)電越來越受歡迎還因其具有以下特點(diǎn)：太陽能光伏發(fā)電干凈、環(huán)保且方便與建筑物有機(jī)結(jié)合。過去，太陽能扮演“補(bǔ)充能源”角色，而如今已經(jīng)承擔(dān)起“替代能源”的責(zé)任。光伏建筑一體化是近些年利用太陽能進(jìn)行光伏發(fā)電的新形式。光伏建筑一體化就是將太陽能發(fā)電產(chǎn)品與建筑物集成，在建筑物上安裝太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。該形式不僅能減少土地利用面積，還能有效降低傳輸損耗，提高能源利用效率，因此光伏建筑一體化技術(shù)越來越受關(guān)注。

分布式光伏發(fā)電的顯著特點(diǎn)是發(fā)電系統(tǒng)距用戶非常近，其發(fā)電系統(tǒng)一般建于用戶所在地，或用戶附近。這種原地發(fā)電并就地使用的創(chuàng)新方式具有以下優(yōu)點(diǎn)：減少輸電網(wǎng)的建設(shè)，降低傳輸損耗；光伏陣列不僅能完成能源的轉(zhuǎn)換，還能有效降低建筑物表面的溫度，使發(fā)電系統(tǒng)與建筑物有機(jī)結(jié)合。分布式光伏發(fā)電的運(yùn)行方式是用戶自發(fā)自用，用戶可以將剩余的電量上網(wǎng)。因此，近些年分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)與建筑物的結(jié)合越來越多，分布式光伏發(fā)電發(fā)展迅猛。

1 分布式光伏發(fā)電概述

分布式光伏發(fā)電指的是在用戶附近建立分布式電源，并以環(huán)保、高效的自主發(fā)電方式將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，向本地負(fù)荷直接提供電力。早些年，我國的分布式發(fā)電只是利用鍋爐的余熱發(fā)電并輸送給附近用戶，以此提高原系統(tǒng)的能源利用效率；而近些年，分布式發(fā)電指利用太陽能、風(fēng)能等新能源發(fā)電，并使發(fā)電系統(tǒng)靠近負(fù)荷中心。太陽能不但清潔、環(huán)保，而且總量無限，又由于太陽的大范圍輻射，分布式光伏發(fā)電擺脫了地理位置的約束，其可與建筑物、有機(jī)地結(jié)合。另外，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝簡單且容易操作，不占用建筑物以外的土地面積，且其運(yùn)行過程對(duì)環(huán)境幾乎無損害，因此，分布式光伏發(fā)電是利用太陽能發(fā)電的有效方式。分布式發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電地距用電地非常近，所以無需建立變電站和配電站，因此可有效降低傳輸過程中的損耗，節(jié)約發(fā)電成本，提高生產(chǎn)效率。另外，分布式發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行方式將電力的生產(chǎn)與利用更加緊密地聯(lián)系起來，使得用戶可以實(shí)現(xiàn)電力自行管理。同時(shí)，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)具有較高的可靠性，其能為公共電網(wǎng)無法覆蓋的偏遠(yuǎn)地區(qū)提供電力。因此，分布式光伏發(fā)電是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ哪茉崔D(zhuǎn)換形式。

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：①輸出功率低，對(duì)經(jīng)濟(jì)性具有較小的影響，即與大型發(fā)電系統(tǒng)相比，其投資收益率相差不大；②分布式光伏發(fā)電清潔、環(huán)保，對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響較小，系統(tǒng)運(yùn)行過程不僅污染物排放少，對(duì)空氣和水的污染小，且?guī)缀醪划a(chǎn)生噪聲；③能有效克服局部地區(qū)用電緊張的難題；④發(fā)電和用電科學(xué)、有效地并存。

2 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)需考慮以下3個(gè)方面，即光伏方陣、光伏組件和光伏發(fā)電系統(tǒng)。設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)光伏方陣時(shí)，不僅需考慮建筑效果，還需考慮光伏方陣的受光條件，即在追求板塊顏色和大小搭配的同時(shí)還要設(shè)計(jì)合理的方陣朝向及角度。針對(duì)光伏組件設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)師需注意2個(gè)方面，即電池片型號(hào)的選擇和布局。對(duì)于光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)師則必須從系統(tǒng)的每個(gè)組成部分入手，全面考慮控制器、電池等各個(gè)因素，同時(shí)應(yīng)重視布線、防雷、安裝等環(huán)節(jié)。除此之外，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還必須考慮建筑設(shè)計(jì)。

2.1 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮因素

2.1.1 時(shí)間季節(jié)

在理想情況下，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的產(chǎn)能隨著太陽輻射的增強(qiáng)而逐漸提高，正午時(shí)達(dá)到最高，隨后隨著太陽輻射的減弱產(chǎn)能便逐漸下降。另外，對(duì)于國內(nèi)而言，夏季的太陽輻射明顯強(qiáng)于冬季，因此分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)夏天的產(chǎn)能同樣高于冬季。

2.1.2 天氣狀況

天氣狀況也是影響分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的一大因素，每當(dāng)陰天或下雨時(shí)，太陽輻射顯著降低，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的產(chǎn)能自然下降。因此，天氣情況給分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)造成了不確定性。

2.1.3 系統(tǒng)效率

系統(tǒng)效率是影響分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)能的關(guān)鍵因素。太陽能電池組件、逆變器、變壓器等組成部分的效率直接影響系統(tǒng)的發(fā)電效率，因此設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，必須全面考慮可能影響系統(tǒng)效率的所有因素，以便設(shè)計(jì)出高效率的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)。

2.2 電氣設(shè)計(jì)

光伏組件的選擇是系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)的重要方面，鑒于對(duì)電池組件工藝水平及轉(zhuǎn)換率的綜合考慮，為保證系統(tǒng)發(fā)電的可靠性，晶硅電池組件是最好的選擇。關(guān)于逆變器的選擇，設(shè)計(jì)師要視系統(tǒng)裝機(jī)容量而定，所選擇的逆變器必須與輸出功率一致。電氣設(shè)計(jì)中組串連接的基本原則是“先串聯(lián)、后并聯(lián)”。

2.3 防雷設(shè)計(jì)

防雷接地設(shè)計(jì)是分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面。太陽能電池陣列由大面積金屬構(gòu)成，其極易形成雷電感應(yīng)，因此對(duì)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)必不可少。接閃系統(tǒng)由避雷針構(gòu)成，建筑物充當(dāng)引下線及接地系統(tǒng)的角色，由此構(gòu)成雷電防護(hù)系統(tǒng)。有效的防雷設(shè)計(jì)不僅能避免因雷擊而導(dǎo)致的系統(tǒng)損壞，還能保證工作人員的人身安全。

3 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)性能分析

工作人員可利用電站監(jiān)測系統(tǒng)完成監(jiān)測數(shù)據(jù)、收集數(shù)據(jù)及儲(chǔ)存數(shù)據(jù)工作。在此基礎(chǔ)上，利用收集到的數(shù)據(jù)便可計(jì)算產(chǎn)量、損耗、電氣系統(tǒng)效率及轉(zhuǎn)換率等性能參數(shù)，從而分析發(fā)電系統(tǒng)性能。

逆變器在光伏發(fā)電系統(tǒng)中具有非常重要的作用，其完成直流電向交流電的轉(zhuǎn)換，因此該轉(zhuǎn)換效率直接影響發(fā)電系統(tǒng)的效率及收益。由此可見，逆變器性能的好壞至關(guān)重要，工作人員可計(jì)算輸入功率或太陽光輻射強(qiáng)度一定時(shí)逆變器的轉(zhuǎn)換效率，由此判斷逆變器的性能。

PV方陣的安裝朝向和角度會(huì)對(duì)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)性能產(chǎn)生直接影響。因此，工作人員應(yīng)注重PV方陣的安裝朝向及角度設(shè)置，可通過繪制PV方陣效率值、日照強(qiáng)度、時(shí)間三者關(guān)系的曲線圖，從中了解并計(jì)算太陽垂直照射PV方陣時(shí)的輸出功率和轉(zhuǎn)換效率，然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果掌握PV方陣性能。

4 結(jié)束語

煤、石油等能源具有不可再生性，為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，分布式光伏發(fā)電極具競爭力，其除了以可再生能源為輸入外，還具有就近生產(chǎn)的特點(diǎn)，從而節(jié)約成本，降低傳輸損耗并提高發(fā)效率。因此，設(shè)計(jì)科學(xué)、合理的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)尤為重要。

參考文獻(xiàn)

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