卢添翼
信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司， 江苏省无锡市， 214063
摘要：太阳能光伏发电是一项新的国家能源项目，太阳能光伏发电是利用半导体材料的“光伏效应”将太阳辐射能直接转换为电能的一种新型发电技术。光伏发电系统是实现光伏发电功能所需的各类材料及设备的总称，一般由光伏组件、
逆变器、交流配电系统等部分组成。太阳能光伏发电主要就是采用高端的技术来构建新一代的发电系统，进而有效地实现能源资源的整合与调度。
关键词：分布式；光伏发电系统；电气设计；分析研究
1分布式光伏发电系统基本概述
分布式光伏发电系统是指通过对光伏组件的合理应用，将具有清洁可再生特点的太阳能能源转换为可供使用电能的一类分布式电源系统。分布式光伏发电系统多建设在用户场地附近，运行方式表现为用户侧自发、自用，多余电量上网，且具有在配电系统中调节平衡的特点。作为一类具有广阔发展潜力的发电方式以及能源应用模式，分布式光伏发电系统强调遵循“就近发电就近并网、就近转换、就近使用”的基本原则，一方面能够有效促进规模同等光伏电站发电量的提升，另一方面还有效解决了电能在远距离传输过程中存在的电能损耗问题。
分布式光伏发电系统具有以下几个方面的典型特点：第一是输出功率相对较小，因此其对经济性的影响低，换言之小型分布式光伏发电系统的投资收益与大型系统是基本相当的；第二是污染小，具有突出的环境保护效益。分布式光伏发电系统在发电运行的过程中无明显噪音，对周围水及空气所产生的污染小；第三是可有效缓解局部用地紧张状态；第四是可以实现发电与用电的并存。
2分布式光伏发电系统的电气设计
2.1光伏直流电缆选型
光伏直流电缆的选用，是分布式光伏发电系统电气设计中的重要组成部分。光伏直流电缆的选用，应根据光伏发电设备的实际应用环境以及电气设计的具体需求进行科学与规范的选用。目前，最为常用的光伏直流电缆设备为无卤PV1-F类型电缆，该电缆设备主要运用于组件间跳线以及电流汇流的链接。此外，在电气设计过程中，对光伏直流电缆选型时也需对温度进行考虑，当发电厂温度高于六十摄氏度时，则需对分布式光伏发电系统中电缆的载流量进行调控与修整。
2.2光伏方阵设计
分布式光伏项目的建设载体主要分为水泥屋顶及彩钢屋顶两类。水泥屋顶承载能力强，可通过调节光伏阵列的倾斜角度和间距以获取最佳发电量。但通常情况下，水泥屋顶上的附属设备较多，实际面积利用率相比彩钢屋顶偏小。彩钢屋顶的规模体量较大且实际面积利用率较高，彩钢屋顶组件安装形式采用顺屋面坡度平行铺设方式。随着光伏组件温度的不断增加，其中开路电压则会减小；反之，如果组件温度降低，那开路电压则会增加。为了更好地保证逆变器在极限低温的情况下都能正常的运行，那在电池板串联电压计算的适应应该将当地最低的气温充分的考虑进行，并得出串联的光伏组件数量和直流串联电压（保证逆变器对光伏组件最大功率点MPPT跟踪范围）。
2.3直流汇流箱设计
直流汇流箱主要作用是将分布式光伏发电系统中经由光伏组件电源输出的各直流电流进行汇流处理，并将其接入到逆转器中。因此，在分布式光伏发电系统电气设计中，直流汇流箱设计具有重要意义。由于断路器是直流汇流箱中的重要组成元件，因此，应注重对断路器进行准确与合理选用与设计。例如，对于直流断路器的设计，应在基于直流断路器的额定电压、额定功率以及额定电流的基础上，进行设计与调整；对于交流断路器的设计，可采用多级串联形式进行设计，用以保证其应用的稳定性与科学性，避免直流回路短路以及电能高损耗现象的产生。
2.4组件设计
在光伏组件的选择上，光伏组件主要有以下几种类型：非晶硅电池组件、单晶硅电池组件、多晶硅电池组件等。其中非晶硅电池组件光电转换效率低，达到国际先进水平、但是其不够稳定，经常会出现转换效率下降的现象，所以未被广泛应用；由于制造晶体硅电池组件工艺成熟，产品性能稳定，使用寿命长，光电转换效率相对较高，广泛应用于分布式光伏并网项目。晶体硅电池分为单晶硅电池组件和多晶硅电池组件。两者的最大区别在于单晶硅组件的光电转换效率略高于多晶硅组件（即具有相同功率的电池组件，单晶硅组件产品小于多晶硅组件的面积）。在两个电池组件中重要指标差异不大，执行标准相同，在工程实践中，无论是单晶硅还是多晶硅电池都可以选择，但就目前市场价而言单晶硅组价格比多晶硅组件价格单瓦高3%左右。
在分布式光伏并网电站中主要应用的光伏组件是60片电池片封装和72片电池片封装的两种系列，其中60片装组件的市场占有率略高于72片装组件。目前市面上60片装多晶硅组件的主流水平为270Wp~275Wp，60片装单晶硅组件的主流水平为280Wp~290Wp，72片装多晶硅组件的主流水平为320Wp~325Wp，72片装单晶硅组件的主流水平为330Wp~340Wp。结合现阶段国内主流光伏组件厂家产能情况及国内组件市场发展趋势，并充分考虑组件价格、地区辐照、发电效率等因素，现阶段考虑选用60片装峰值功率为270Wp~275Wp多晶硅组件或60片装峰值功率为280Wp~290Wp的单晶硅光伏组件。
2.5并网逆变器选型
在分布式光伏发电系统的电气设计过程中，对并网逆变器的选用，首先需要对分布式光伏发电系统的实际装机容量以及发电机发电输出功率进行统计与分析，并根据其实际需求量选择合理的逆变器。其次，对布式光伏发电系统的直流电压、直流输入接线的接口数量、发电功率因数、额定输出电压参数、MPPT数量以及它的电压应用数值进行整合、分析与归纳，从而对逆变器进行科学选择。
2.6监控系统的设计
分布式光伏发电电气系统需具备监控系统，能够方便对设备运行状态进行实时了解。需要能够进行实时的电气模拟量的检测，包括安装的所有逆变器输入的直流电流和电压，输出的交流电流和电压，对于每个设备的开关和对设备的数据采集能够得到准确的结果。对于得到的数据需以统计图表形式打印出来，设备的运行和暂停都需有明确记录。
2.7防雷系统设计
防雷系统设计是针对分布式光伏发电系统环境监测的重要电气设计内容。由于分布式光伏发电系统常处于暴露环境中，因此，受自然环境因素的影响较大。雷电不仅是自然界中破坏力强、威胁性大灾害，也是对分布式光伏发电系统威胁性较强的一种影响因素。对此，在电气设计与方案实施过程中，应注重防雷系统的设计。目前，最常采用的保护措施主要是与屋顶建筑、周边防雷系统相复合的防雷系统设计，在电气设计过程中，可预先对光伏发电系统各环节组件以及组件支架的金属材料进行电连，在电位连接后在进行防雷接地系统连接，用以降低雷电对分布式光伏发电系统的损失
结语：
光伏发电是目前广泛应用的节能减排技术手段之一，可应用清洁可再生的太阳能支持电能需求，在治理环境污染问题，降低能耗等方面均具有非常确切的价值，设计光伏发电项目要考虑系统结构模块布局，以电池板、控制器、蓄电池等为核心部分，从软硬件系统操控方面优化配置，设计出更加安全、高效、稳定的光伏发电系统。
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