分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)電氣設(shè)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(xué)院，遼寧沈陽 113122）

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)電氣設(shè)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(xué)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(nèi)日益嚴(yán)重的環(huán)境問題。對分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計中比較重要的電氣系統(tǒng)的設(shè)計方法進(jìn)行說明，同時對電氣系統(tǒng)設(shè)計中的比較重要的并網(wǎng)逆變器選型、組串連接電氣設(shè)計、直流匯流箱設(shè)計、光伏直流電纜選型和防雷系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行了詳細(xì)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(yán)重的負(fù)擔(dān)。大力發(fā)展清潔能源能夠?qū)崿F(xiàn)國家的節(jié)能減排目標(biāo)。分布式光伏發(fā)電能夠?qū)崿F(xiàn)每座建筑、每片適宜的土地都能分散生產(chǎn)、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(zhuǎn)換為電能的分布式電源系統(tǒng)；目前應(yīng)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?shù)墓夥l(fā)電項目。該類項目必須接入公共電網(wǎng)，與公共電網(wǎng)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(wǎng)等等。

2 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的電氣系統(tǒng)設(shè)計方法

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

3 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)主要電氣設(shè)計

3.1 逆變器選型

根據(jù)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的裝機(jī)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(shù)量、直流輸入接線端口數(shù)量、額定輸出電壓和功率因數(shù)等技術(shù)參數(shù)。如根據(jù)分布式發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)光伏組件不同朝向來選擇MPPT數(shù)量；根據(jù)最大直流電壓和MPPT電壓范圍來選擇組件組串?dāng)?shù)量；根據(jù)組串并聯(lián)路數(shù)來選擇直流輸入接線端口數(shù)量等等。

3.2 組串連接電氣設(shè)計

組件方陣在電氣連接的過程中，一般依據(jù)的原則是先串聯(lián)后并聯(lián)的原則。串聯(lián)是為了獲得所需要的工作電壓，并聯(lián)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(shù)宜保持一致，光伏組件串的串聯(lián)數(shù)N（N取整數(shù)）應(yīng)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(shù)、工作電壓溫度系數(shù)；

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(shè)計

直流匯流箱用于將光伏組件輸出的多路直流電源進(jìn)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(lián)的辦法。

另外，直流匯流箱的防護(hù)等級需要滿足現(xiàn)場使用地點的要求。

3.4 光伏直流電纜選型

光伏設(shè)備用無鹵PV1-F電纜是根據(jù)光伏發(fā)電設(shè)備所處的特殊環(huán)境條件設(shè)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(jìn)行修正。

3.5 防雷系統(tǒng)設(shè)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(yīng)該采用滾球法復(fù)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(jìn)行直擊雷進(jìn)行保護(hù)。如果不能保護(hù)，應(yīng)該加裝避雷設(shè)備。為了減小感應(yīng)雷對光伏發(fā)電系統(tǒng)中開關(guān)、電纜、匯流設(shè)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(jìn)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(jìn)行可靠連接。

4 結(jié)語

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

［1］李英姿，太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用，機(jī)械工業(yè)出版社.

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

［3］楊中華，分布式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計 機(jī)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(shè)計。