關(guān)于光伏電站設(shè)計(jì)中組串?dāng)?shù)計(jì)算的思考

王家祥

摘要：光伏電站前期設(shè)計(jì)過(guò)程中，組串?dāng)?shù)計(jì)算多采用GB 50797-2012標(biāo)準(zhǔn)中的計(jì)算公式，而光伏電站的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境條件與公式中的假定條件存在一定的偏差，影響計(jì)算結(jié)果。本文對(duì)光伏電站實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，給出了組串?dāng)?shù)計(jì)算修正公式，希望能給有關(guān)人員給出不同的解決方法。

關(guān)鍵詞：光伏電站;組串計(jì)算;設(shè)計(jì);修正公式

一、光伏電站中的開(kāi)路電壓

半導(dǎo)體電壓隨溫度的變化而變化，這種變化的系數(shù)，稱為電壓溫度系數(shù)，太陽(yáng)能電池片發(fā)電原理是根據(jù)P-N結(jié)及空穴電子對(duì)原理（光生伏打效應(yīng)）實(shí)現(xiàn)的，屬于半導(dǎo)體，因此電池片/組件的電壓也會(huì)隨著溫度的變化而變化。具體數(shù)值大約為-0.26～-0.35%/℃，意思是溫度每降低（升高）1攝氏度，電壓升高（降低）基準(zhǔn)電壓的0.26～0.35%。組件標(biāo)準(zhǔn)工作條件之一是電池片溫度25°，此時(shí)的電壓定為基準(zhǔn)電壓，那么低于25°，組件電壓就升高，反之降低。

組件電壓發(fā)生變化，相應(yīng)的組件串電壓就會(huì)發(fā)生變化，尤其是在冬夏溫差大的地方。因此，在電站設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須根據(jù)當(dāng)?shù)刈畹?最高溫度，計(jì)算出合適的組串?dāng)?shù)量。

從圖1中可以看出，在正常工作條件下，組串電壓在達(dá)到逆變器啟動(dòng)電壓之前，表現(xiàn)為開(kāi)路電壓;而在達(dá)到逆變器啟動(dòng)電壓，組串開(kāi)始經(jīng)過(guò)逆變器往電網(wǎng)輸送電能之后，組串電壓開(kāi)始表現(xiàn)為工作電壓，這其中有一個(gè)明顯的電壓降低過(guò)程。

從組串開(kāi)路電壓升高到逆變器啟動(dòng)電壓，時(shí)長(zhǎng)大約是40-60分鐘，逆變器啟動(dòng)后，并不代表逆變器馬上就會(huì)有功率輸出，逆變器的控制部分，CPU和屏幕等器件先工作，首先就逆變器自檢，再檢測(cè)組件和電網(wǎng)，完全沒(méi)有問(wèn)題后，等光伏功率超過(guò)逆變器的待機(jī)功率，逆變器才會(huì)有輸出。即在逆變器正常工作的情況下，組串的開(kāi)路電壓在超過(guò)逆變器的啟動(dòng)電壓之后，因逆變器啟動(dòng)，就表現(xiàn)為了工作電壓。

二、組串計(jì)算公式修正

依據(jù)公式，光伏組串?dāng)?shù)量上限主要是由公式一確定的。而在實(shí)際工作中公式一中的V_oc（光伏組件的開(kāi)路電壓）與t（光伏組件工作條件下的極限低溫）取值是偏保守的。而這2個(gè)取值都與工作時(shí)的輻照值有關(guān)。我們先看組件開(kāi)路電壓V_oc，組件廠家給與的數(shù)值是在STC條件（輻照度1000W/㎡，電池溫度25℃，空氣質(zhì)量AM1.5）下的取值。

而在實(shí)際運(yùn)行條件下，在環(huán)境溫度最低時(shí)的輻照度肯定達(dá)不到STC條件下的1000W/㎡。我們以光伏電站實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為例：

我們從圖2中可以看到，一天中的最低溫出現(xiàn)在凌晨日出前后，最高溫出現(xiàn)在當(dāng)?shù)卣嫣?yáng)時(shí)14：00-15：00之間;而輻照量最高點(diǎn)一般在當(dāng)?shù)卣嫣?yáng)時(shí)12：00左右。

即在最低溫時(shí)并不是輻照量最高的時(shí)刻，最低溫與最高輻照值不會(huì)在同時(shí)出現(xiàn)。理論上此時(shí)組件V_oc（光伏組件的開(kāi)路電壓）應(yīng)以實(shí)際的輻照度進(jìn)行修正，但是早上輻照度變化較大，而且到達(dá)逆變器啟動(dòng)電壓之后組串就表現(xiàn)為了工作電壓，所以此時(shí)考慮組串實(shí)際工作狀態(tài)特性和計(jì)算簡(jiǎn)便，此處建議可以使用組件的NOCT電性能參數(shù)計(jì)算（電池片標(biāo)稱工作溫度條件：輻照度800W/㎡，環(huán)境溫度20℃，空氣質(zhì)量AM1.5）。

這里使用NOCT參數(shù)來(lái)計(jì)算，原GB50797-2012 《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》公式一需修正為：

三、計(jì)算結(jié)果

為考慮計(jì)算書(shū)的通用性，“ ——光伏組件工作條件下的極限低溫（℃）”，計(jì)算時(shí)以-30℃、-25℃、-20℃、-15℃、-10℃、-5℃、0℃這7個(gè)典型溫度考慮。其中-30℃、-25℃、-20℃模擬的是三北（西北、東北、華北北部）地區(qū)高緯度高寒地區(qū);-15℃、-10℃模擬的是華北中南部、關(guān)中平原等溫帶季風(fēng)氣候區(qū);-5℃、0℃模擬的是秦嶺淮河以南的亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)域;覆蓋了大部分國(guó)內(nèi)典型氣候區(qū)域，適用范圍廣。

依據(jù)GB 50797-2012《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》內(nèi)公式與修正后的計(jì)算公式，輸入目前主流廠家發(fā)布的18X、210mm系列組件產(chǎn)品的開(kāi)路電壓、工作電壓、電壓溫度系數(shù)及當(dāng)?shù)刈畹蜌鉁睾罂傻贸鼋Y(jié)果。

與原公式相比，1500V系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果相差約2塊組件，即每個(gè)組串可多接2-3塊組件，理論上可降低約5%的支架套數(shù)與基礎(chǔ)數(shù)量，并相應(yīng)降低組件與匯流箱之間的光伏專用電纜數(shù)量。

四、存在的問(wèn)題：

1）、這種考慮存在假設(shè)性條件，即逆變器處于工作狀態(tài)，組串電壓達(dá)到逆變器啟動(dòng)電壓之后即可正常啟動(dòng);

2）、有可能存在的極端情況：輻照值超過(guò)1000W/㎡，并且處于極端低溫，且逆變器不能正常工作;

3）、此為理論上可行的解決方案，但還需實(shí)際項(xiàng)目小規(guī)模工程驗(yàn)證。