（九州能源有限公司 广州）
摘要：直流1500V光伏发电系统越来越受人们重视，在地面电站已开始使用，其相对1000V系统直流侧电压从1000V提升到1500V，交流侧电压从540V提升到800V，因而在提升光伏电站系统发电效率，降低系统损耗，减少工程造价方面具有明显优势。屋顶分布式光伏电站由于屋顶面积限制一直采用1000V系统，为了将1500V光伏发电系统的优势引用到屋顶分布式光伏电站中来，提高分布式光伏电站系统发电效率，降低工程造价，本文借助工程案例，分享1500V光伏系统在屋顶分布式光伏项目上的设计经验，从系统设备选型、系统设计方案等方面重点介绍1500V系统设计过程，为广大分布式光伏电站设计人员应用1500V系统设计提供参考。
关建词：1500V光伏发电系统；分布式光伏发电；光伏组件；逆变器
一、工程概况
本工程位于深圳市光明区，地处东经113056’，北纬22043’。厂房为钢筋混凝土厂房，屋顶面积较大，开阔平坦，建筑构件较少，南北方向有50坡，屋顶可安装光伏面积约12万平方米。项目所在地多年平均环境温度为-20C～400C。
二、光资源分析
光资源是指项目所在地区的太阳能辐射值，辐射值的大小决定了整个项目的投资收益情况，太阳辐射值具有随机性，需要从多年的气象数据中选取具有代表性的太阳辐照数据，对工程运行期辐射数据进行预测。光资源分析采用PVsysten软件中自带的meteonorm气象数据进行计算。从软件中我们可以得出，工程所在地各月水平面平均辐射值如下表1：
表1 各月水平面平均辐射值 kWh/m2.mth
实践中证明meteonorm气象数据与实际发电量非常接近，我们可以直接用它来计算项目的发电量数据。
三、主要设备选择
3.1 光伏组件选型
光伏组件应根据类型、峰值功率、开路电压、工作电压、转换效率、温度系数等参数进行选择，本工程为1500V系统，重点应该选用通过1500V系统认证的光伏组件。本设计采用单晶高效半片组件，组件峰值功率为370W，组件参数如下表2：
表2 光伏组件主要参数
3.2并网逆变器选型
逆变器要遵循高可靠、高效率、宽范围、高质量、高性价比的原则，按型式、容量、相数、效率、输入输出电压、最大功率点跟踪（MPPT）等技术条件选择，特别是采用1500V系统，逆变器的输入电压决定着直流侧的系统电压等级。本设计采用组串式逆变器，单机功率225kW，逆变器参数如下表3：
表3 逆变器主要参数
3.3升压箱变选型
升压箱变采用户外布置型式，选择预装式箱变，变压器采用双绕组干式变压器，容量为2000kVA。本项目逆变器输出电压为800V系统，电网侧为10kV配电系统，升压箱变主要参数见下表4：
表4 升压箱变主要参数
升压箱变变压器采用中性点不接地运行方式，连接组别为D/y11。
3.4逆变器交流侧电缆绝缘水平选择
根据《电力工程电缆设计标准》GB50217-2014规定，交流系统中电力电缆导体的相间额定电压不得低于使用回路的工作线电压，电力电缆导体与绝缘屏蔽或金属套之间额定电压选择应符合下列规定：
○1 中性点直接接地或经低电阻接地系统，接地保护动作不超过1min切除故障时，不应低于100%的使用回路工作相电压；
○2 对于单相接地故障可能超过1min的供电系统，不宜低于133%的使用回路工作相电压；在单相接地故障可能持续8h以上，或发电机回路等安全性要求较高时，宜采用173%的使用回路工作相电压。
本设计逆变器额定输出线电压为800V，升压箱变中性点为不接地系统，当发生单相接地故障时，中性点对地电位上升为相电压，接地相电压为零，非接地相电压上升线电压，且故障时间可能持续8h以上，因此电缆相对绝缘屏蔽或金属套之间额定电压宜选择173%的使用回路工作相电压，即800V，显然常用的0.6/1kV电力电缆不适用于本系统，因此需要选择更高绝缘水平的1.8/3kV的电力电缆。
四、光伏系统设计
4.1倾角计算
方阵安装倾角的最佳选择取决于诸多因素，如：地理位置，全年太阳辐射分布，项目装机容量与发电量的综合考虑，负载供电要求和屋顶的场地条件等，对于固定倾角安装的电池陈列，其最佳倾角即光伏发电系统全年发电量最大时的倾角。以本设计为例，采用PVsysten软件计算，根据组件在不同倾角和各月的平均太阳辐射量，得出各月平均太阳辐射量最大的角度作为最佳倾角。不同角度余面上各月日平均太阳辐射量数据见表5：
表5 固定安装方式不同角度阵列面各月平均太阳辐射量 kWh/m2.d
从上表看出，倾角在180～220时全年接受到的太阳能辐射值最大，将安装倾角确定在这个范围可以获得最高的发电量，不过由于分布式光伏项目屋顶资源有限，采用较高的倾角安装时，前后排的间距也会比较大，这样影响到有限面积下的屋顶光伏装机容量。通过进行同一屋面不同角度下的装机容量和最高发电量间的技术经济比较，最终决定采用100倾角安装，100倾角发电量相较最佳倾角时发电量少0.2%左右，却能使光伏装机容量却增大8%左右，其综合效益更优。
4.2组串方案设计
为了保证分布式光伏系统效率，在设计时必须满足光伏组串的电压在逆变器MPPT工作范围，考虑光伏组件的温度系数影响，随着光伏组件温度的增加，开路电压减小；相反，组件温度降低，开路电压增大。为了保证逆变器在当地极限低温条件下能够正常连续运行，在计算电池板串联电压时应考虑当地的最低环温进行计算，并得出串联的电池个数和直流串联电压（保证逆变器对光伏组件最大功率点MPPT跟踪范围）。
根据《光伏发电站设计规范》GB50797-2012，光伏组件串联数量需要与并网逆变器相匹配，其计算取值和公式如下:
N≤Vdcmax／[Voc×(1+(t－25) ×Kv)] （式-1）
Vmpptmin／[Vpm×(1+(t’－25) ×Kv’)] ≤N≤Vmpptmax／[Vpm×(1+(t－25) ×Kv’)] （式-2）
Kv ─ 光伏组件的开路电压温度系数；
Kv’─ 光伏组件的工作电压温度系数；
N ─ 光伏组件串联数(N取整数)；
t ─ 光伏组件工作下的极限低温(℃)；
t’ ─ 光伏组件工作下的极限高温(℃)；
Vdcmax ─ 逆变器允许的最大直流输入电压(V)；
Vmpptmin ─ 逆变器MPPT电压最小值(V)；
Vmpptmax ─ 逆变器MPPT电压最大值(V)；
Voc ─ 光伏组件的开路电压(V)；
Vpm ─ 光伏组件的工作电压(V)；
由公式（式-1）计算得：N≤34
由公式（式-2）计算得：13≤N≤39
根据以上计算结果，本项目组串串联数取34块组件成一组串。
4.3组串并联方案设计
本设计采用225kW组串式逆变器，光伏组件串联后不通过汇流箱，直接输入逆变器。光伏组件并联必须满足并网逆变器输入功率的要求，根据逆变器功率，采用34块为组件成一串，22串并联输入方式，逆变器直流侧输入功率为276.76kW,超配比为1.23。本设计逆变器支持最大1.3倍的超配比，超配比的选择应使逆变器在轻载时能提高发电效率，同时在逆变器满载时避免削峰现象。经PVsysten软件模拟，采用1.23超配比，可以满足系统设计要求。
4.4系统并网配置方案
结合本设计厂房屋机的结构现状，屋面的面积和组件布置统一采用正南向布置方案，计算得出光伏系统组件安装数量为41140块，装机容量为15221.8kW，225kW组串式逆变器55台，2000kVA升压变箱6台。并网系统采用10kV电压等级，按照10kV的单点并网容量不超6MW原则进行配置，全厂共设计3 个并网点，每个并网点主接线采用单母线接线方式，最终并网接入厂房内的10kV配电母线，用电模式采用“自发自用、余电上网”。
五、结论
分布式光伏电站由于建设在建筑物屋顶，受屋顶面积影响较大，在屋顶面积较大的情况下，采用1500V系统进行设计，将有利于提高光伏电站的系统发电效率和降低工程造价。通过对比分析发现，与传统1000V系统相比，1500V系统节约大约0.15元/W的系统成本；通过提高直流侧和交流侧电压，由此可以减少约23.5%的直流线损，约73.7%的交流线损，同时实现项目发电量提升。
本文通过工程案列重点介绍了分布式光伏电站应用1500V系统设计方案，希望能给大家起到抛砖引玉的作用。为分布式光伏电站降本增效提供参考。
参考文献
[1]《光伏发电站设计规范》GB50797-2012.
[2]《电力工程电缆设计标准》GB50217-2018.
[3]《光伏发电并网逆变器技术要求》GB∕T 37408-2019.
作者简介
林映坤，本科，从事分光式光伏电站设计。