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摘要：文章先分析了分布式光伏发电的内涵和特征，随后介绍了分布式光伏发电系统的电气设计，包括光伏方阵设计、组件设计、并网逆变器设计、并网方式设计，希望能给相关人士提供有效参考。
关键词：分布式；光伏发电；电气设计
引言：分布式光伏系统中不同组成部分设计工作会直接影响整个项目水平，提高系统整体视觉效果，优化设计效果，同时还能够保证集成系统内各种组件都能够实现指定应用寿命，促进发电集成系统效率实现最大期望值。太阳能为基础的光伏发电属于一种全新能源项目，而太阳能光伏发电主要是借助半导体材料光伏效应，把太阳辐射转化为电能，对于我国实现持续发展具有重要作用。
一、分布式光伏发电内涵和特征
分布式光伏发电主要是指通过各种光伏组件，把太阳能直接转化成电能的分布式发电系统。属于一种拥有广阔发展前景的新型的发电与能源综合利用方式，为此提倡就近发电、就近转换和就近并网，按照就近使用的基础原则，不但可以有效提升同等规模光伏电站综合发电量，还可以帮助解决电力升压以及长途运输中所形成的损耗。当下相对而言，应用较为普遍的是分布式光伏发电系统，主要是在城市建筑屋顶中建设的光伏发电项目。该种项目应该直接接入公共电网，和公共电网共同为周围用户合理供电。
相关建筑耗能在各国总能耗中大概占据三分之一，通过建筑和光伏的全面结合，能够进一步降低建筑能耗。由于屋顶受光面积更广、性能最佳，且光伏发电成本最低，屋顶光伏发电也是近十多年发展起来的，并在城市中全面推广应用开来，属于太阳能发电的主要方向。
分布式光伏发电系统主要包括以下特征：第一是输出功率相对较低，通常情况下，一个分布式光伏发电项目对应容量大概在数千瓦之内。不同于集中式电站，光伏电站大小会直接影响发电效率，所以对于经济性影响也相对较小，而小型光伏系统对应投资收益率并不比大型的低。第二是污染小，具有较高的环保效益。而在分布式光伏发电项目内，在具体发电中不会污染水环境和空气环境，没有任何噪声。第三，能够有效缓解局部地区用电紧张状况。但分布式光伏发电相关能量密度较低，平均每平方米的分布式光伏发电功率仅为100瓦左右，再加上能够安装光伏组件建筑屋顶面积有限，无法从基础上合理改善用电紧张问题。
二、分布式光伏发电系统的电气设计分析
（一）光伏方阵设计
分布式光伏发电项目相关建设基础载体主要可以分为彩钢屋顶以及水泥屋顶两种类型。其中水泥屋顶拥有较强的承载力，可以针对光伏阵列间距以及倾斜角度实施灵活调节得到最佳发电量。但大部分条件下，水泥屋顶中存在较多附属设备，和彩钢屋顶相比，实际面积利用率相对较小。而彩钢屋顶整体规模体量相对较大，面积实际利用率相对较高，彩钢屋顶组件的安装方式主要是以顺屋面坡度平行方式实施铺设[1]。
随着光伏组件自身温度的持续提升，对应开路电压相继减小，相反的情况下，假如组件温度下降，开路电压相继增加。为了促进逆变器于极限低温状态下能够始终维持正常运行状态，则在电池板相关串联电压数值计算中，应该充分考虑当地最低气温，最后得到串联光伏组件数量以及直流串联电压。处于光伏方阵内，相同光伏组件串联下的各种光伏组件参数性能需要维持良好一致性。而光伏方案的并联方案主要是由融入逆变器内容量和MPPT数量来决定。
（二）组件设计
针对光伏组件实施选择过程中，光伏组件主要包括以下类型，分别是多晶硅电池组件、单晶硅电池组件、非晶硅电池组件等，而非晶硅电池组件的光电转换效率相对较低，实际运行中稳定性不足，经常容易产生转换效率降低等问题，因此没有得到广泛利用。因为晶体硅电池相关制造工艺较为成熟，产品应用寿命较长、产品运行性能较为稳定，拥有较高的光电转换效率，普遍适用于分布式光伏并网项目内。晶体硅电池主要可以分为多晶硅电池组件和单晶硅电池组件。两者主要差异是单晶硅组件对应光电转换效率超出多晶硅组件。而处于两个电池组件当中，核心指标之间并不存在太大的差异，拥有相同执行标准，但在具体的工程实践中，不管是多晶硅电池或单晶硅电池都能够选择，但结合当下市场价分析，单晶硅组价格和多晶硅组件价格相比，每瓦高出3%左右[2]。
而分布式光伏并网电站内所应用的核心光伏组件主要是72片电池封装以及60片电池封装两种形式，其中60片组装件在整个市场中的占有率远远超出72片装组件。
当下市场中的60片装多晶硅组件主要水平在270Wp到275Wp之间，60片装的单晶硅组件具体水平在280Wp到290Wp之间，而72片装的多晶硅组件水平在320Wp到325Wp之间，72片装单晶硅组件对应水平在330Wp到340Wp之间。联系当下国内光伏组件具体产能状况和组件市场发展趋势分析，结合组件价格、发电效率、地区辐射等因素进行考虑，当下考虑选择功率为270Wp到275Wp的60片装多晶硅组件，或选择峰值功率在280Wp到290Wp之间的60片装单晶硅光伏组件。
（三）并网逆变器设计
处于光伏并网系统内，其中的逆变控制负责整个系统中的DC/AC转换操作，同时还可以对相位、频率、谐波含量、转换电压等关键指标实施合理控制，同时还拥有大功率跟踪功能，是促进系统和光伏方阵之间进行有效连接的重要内容。其中最大功率跟踪装置属于一种电子设备，不管是由负载阻抗或太阳辐射引发的变化，都不会对光伏方阵输出功率产生任何影响，始终维持在最佳状态。当下市场中逆变器主要可以分成三种类型，分别是组串式逆变器、集散式逆变器和集中式逆变器。而集中式逆变器对应操作功率因为控制在100Wp到630Wp之间，功率器件应该选择大电流IGBT，至于系统拓扑结构需要选择DC-AC一级电力电子装置器件变换全桥逆变，工频隔离变压器形式，将防护等级设置为IP20。对应体积相对较大，假如于室内实施相关安装操作，则需要选择立式安装方法[3]。
集散式逆变器对应功率是1000千瓦，功率器件尽量选择大电流IGBT，对应系统拓扑结构可以选择DC-AC全桥逆变两级器件变换或DC-DC-BOOST升压，工频隔离变压器方法，将防护等级设置为IP20，对应体积较大，适合于室内实施立式安装。组串式逆变器相关运行功率应该控制在80千瓦以下，对应防护等级普遍设置为IP20。体积相对较大，普遍是在室内实施立式安装。组串式变压器对应功率应该维持在80千瓦以下，对应防护等级普遍设置为IP65，对应体积相对较小，可以选择室外壁挂方法进行直接安装。而组串式逆变器普遍选择模块化设计方法，各个光伏串分别对应逆变器输入端口，而直流端拥有最大功率跟踪功能，交流端并联电网最为突出的优势便是不会受到组件间各个模块差异和阴影遮挡影响，能够进一步控制光伏电池组件工作点和逆变器互补匹配问题，进一步扩大发电量。组串式逆变器MPPT对应电压范围相对较宽，主要在250V到850V之间，相关组件配置较为灵活，处于雾气和阴雨天气较多的区域，因其发电时间相对较长。组串式并网逆变器重量轻、体积小，整体安装、搬运工作相对来说较为方便，无需配置专业设备和工具，同时也无需配置专业配电室，在各项应用中能够促进施工得以有效简化，缩减占地面积。
（四）并网方式设计
结合国家电网企业光伏电站电网接入技术规定要求分析，综合考虑不同电压等级下电网输配电容量和相关电能质量等对应的技术要求，结合光伏电站和电网连接的电压等级划分，具体可以分成大型、中型以及小型光伏电站。小型光伏电站对应的接入低压等级是0.4千伏低压电网光伏电站。中型光伏电站相关接入低压等级在10到35千伏电网对应光伏电站。最终的可并网电压等级需要联系电网实际条件，随后通过实施有效的经济比选论证实施合理确定。假如高低电压两级低压都拥有接入条件，则应该优先选择低电压等级接入。
在和直流汇流箱相关的电气设计中，汇流箱基础功能是将光伏组件输出多路直流电源实施汇流处理，随后和逆变器进行连接。主断路器作为直流汇流箱内的重要元件之一，相关额定工作电压应该和回路低压最高值相等，或高出一部分。大部分情况下，直流回路相关断路器主要是以直流断路器为主。假如在直流回路中应用交流断路器，可以考虑选择三级或二级串联措施。在光伏直流电缆选型中，应该进一步联系分布式光伏发电系统所处环境条件，合理设计光伏设备专门的无卤PV1-F电缆，能够有效支持组件间实施汇流连接，发挥出良好的跳线功能。其中需要注意的是，在分布式光伏发电系统对应运行环境温度状态小于60度的条件下，需要针对载流量实施合理修正。
结语：综上所述，光伏发电属于当下社会中应用范围较为广泛的节能技术之一，可以借助可再生的清洁太阳能能源满足用电需求，其在治理环境污染，减少GDP能耗的方面具有重要价值。而电气系统中各种关键设备电气设计质量会直接影响分布式光伏发电系统运行效能，为此需要相关人员提高重视，促进分布式光伏发电系统自身电气性能得到有效完善和提升。
参考文献：
[1]周振锋.分布式光伏发电系统电气设计与分析[J].电力设备管理，2020（06）：140-141+145.
[2]俞炜.分布式光伏电站设计中的电气设计技术探讨[J].科技创新导报，2018，15（23）：90+92.
[3]郭桂兰.分布式光伏发电系统的电气设计与分析[J].化工管理，2018（18）：25-26.