分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計分析

安 鵬

（力諾電力集團(tuán)股份有限公司，山東 濟(jì)南 250103）

1 分布式光伏發(fā)電概述

分布式光伏發(fā)電具體指在用戶附近設(shè)置分布式電源，再通過一定的方式將太陽能合理轉(zhuǎn)變?yōu)橛脩裟軌蛑苯討?yīng)用的電能。我國之前大都通過鍋爐余熱進(jìn)行分布式發(fā)電，再將電力輸送至用戶，這樣能夠有效提升原系統(tǒng)的能源利用率。近年來，我國開始著手于利用太陽能和風(fēng)能等各種新能源發(fā)電，還努力將發(fā)電系統(tǒng)盡可能靠近負(fù)荷中心。因為太陽能取之不盡、用之不竭，十分環(huán)保，且輻射范圍較大，所以分布式光伏發(fā)電是能夠擺脫地理位置的約束[1]。該系統(tǒng)的安裝操作比較簡單，在實(shí)際運(yùn)行和電能運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)，對環(huán)境的損害能夠忽略不計。由此可見，分布式光伏發(fā)電是應(yīng)用太陽能最合理、有效的一種方法。分布式發(fā)電系統(tǒng)能夠?qū)㈦娏ιa(chǎn)環(huán)節(jié)和電力應(yīng)用有效結(jié)合，便于用戶管理電力。此外，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)可靠性較高，能夠為一些特殊企業(yè)和地區(qū)等提供優(yōu)質(zhì)的電力服務(wù)。

2 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)重視的幾大因素

2.1 時間季節(jié)因素

理論上來說，太陽輻射直接關(guān)乎到分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的產(chǎn)能，輻射提升，產(chǎn)能隨之提升。一般情況下，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)在正午時間段的產(chǎn)能最高，之后會隨著太陽輻射的逐漸減弱不斷下降。此外，就我國實(shí)際情況來看，冬季的太陽輻射通常比夏季低，因此冬季分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的產(chǎn)能低于夏季產(chǎn)能。

2.2 天氣因素

天氣會嚴(yán)重影響到分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的產(chǎn)能。如果遇見陰天、雨天、雪天，太陽輻射會極大降低，最終影響到該系統(tǒng)的產(chǎn)能。天氣因素在很大程度上提高了系統(tǒng)的不確定性。

2.3 系統(tǒng)效率因素

影響分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)能的重要因素之一是系統(tǒng)效率，例如逆變器和太陽能電池組件等。系統(tǒng)設(shè)計過程中，相關(guān)人員必須得充分考慮到影響系統(tǒng)效率的各方面因素，并采取針對性措施進(jìn)行解決。

3 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計分析

3.1 板陣系統(tǒng)設(shè)計

實(shí)際的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，直流斷路器的額定工作電壓直接關(guān)乎到逆變器直流側(cè)的最高電壓，且其還受到環(huán)境位置等因素的影響。現(xiàn)如今，我國市場主流組件大都是單晶360 W和多晶280 W。組件串聯(lián)數(shù)量的計算過程中，首先需充分考慮組件工作電壓和逆變器直流輸入電壓的范圍；其次，結(jié)合各個組件的溫度系數(shù)，才能夠確定最佳串聯(lián)數(shù)，進(jìn)而在各種情況下，系統(tǒng)都能處于最佳工作狀態(tài)，最終獲得最大的發(fā)電量輸出[2]。例如并網(wǎng)逆變器最大功率跟蹤電壓在450～820 V，經(jīng)過合理計算，最佳的串聯(lián)數(shù)為16、17…20。此外，需考慮當(dāng)?shù)毓夥M件安裝的最低溫度，一般選擇靠近MPPT的范圍內(nèi)，還要充分考慮開路電壓的變化，需要保證組串開路電壓不超過逆變器的最高直流輸入電壓。

3.2 匯流設(shè)計

通常情況下，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)大都采用二級匯流方式。太陽電池組件方陣中，合理安裝匯流箱，通過匯流箱將符合各方面要求的路數(shù)和電流合理輸出。設(shè)計屋頂匯流箱的過程中，應(yīng)考慮戶外放置、紫外線照射以及防腐生銹等因素。對匯流箱進(jìn)出線方式來說，需選擇下進(jìn)下出方式，以便直接從底部穿線。此外，每一路的進(jìn)線都需要設(shè)置堵頭和防水螺母，在箱體門的部位設(shè)置密封條，每一個連接處和合葉部位都要設(shè)置防水裝置，保證匯流箱防護(hù)等級不低于IP65。

3.3 電纜設(shè)計

首先，合理選擇直流電線電纜，這與光伏電站直流電線電纜的長度、環(huán)境以及光伏方陣串并聯(lián)的方式息息相關(guān)。例如某一項目在夏季開工建設(shè)，這一時間段溫度較高，且直流側(cè)系統(tǒng)最高工作電壓能夠達(dá)到1 000 V；因此，組串需要選擇耐壓性能好、耐候性能好的1 000 V導(dǎo)線，額定工作溫度最好控制在-20～60 ℃，所選電纜規(guī)格為1 kV，型號為2PFG1169-1 mm×4 mm電纜。這種電纜的優(yōu)勢十分明顯，不僅導(dǎo)體質(zhì)地十分柔軟，便于在各種地形施工，而且防火性能非常好，能夠滿足分布式光伏項目各方面的需求，能夠在戶外各種環(huán)境下開展工作。其次，選擇交流電力電纜。交流電纜選擇交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜，而用于微機(jī)保護(hù)的電壓電流等信號節(jié)點(diǎn)的控制電纜，需選用阻燃型的屏蔽電纜。最后，電纜敷設(shè)[3]。就建筑屋頂上部的電纜敷設(shè)而言，其一般都采用穿管、橋架的方式進(jìn)行敷設(shè)，還要保障穿線管的內(nèi)徑大于電纜外徑，以滿足各方面的需求。

3.4 光伏監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

監(jiān)控系統(tǒng)對于分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)來說十分重要，其主要的職責(zé)就是監(jiān)控智能電度表、逆變器以及匯流箱等設(shè)備的信息數(shù)據(jù)。電氣監(jiān)控負(fù)責(zé)監(jiān)控低壓配電室中的各種電氣設(shè)備。實(shí)際應(yīng)用中，系統(tǒng)監(jiān)控通常應(yīng)用工控機(jī)集中控制，這種工控機(jī)十分可靠，還具備遙信、遙測以及遙控等多方面功能[4]。此外，設(shè)置了LCD液晶屏顯示，可以準(zhǔn)確測量、清晰顯示光伏發(fā)電系統(tǒng)的各種參數(shù)。通過鍵盤能夠直接遙控開關(guān)，直接遙調(diào)逆變器。光伏監(jiān)控系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)查詢和存儲功能，相關(guān)人員查詢和歸檔數(shù)據(jù)十分方便。

3.5 太陽能支架系統(tǒng)設(shè)計

現(xiàn)如今，我國屋頂基本包含彩鋼瓦屋面和混凝土屋面兩種結(jié)構(gòu)形式。其中，彩鋼瓦屋面通常應(yīng)用平鋪的結(jié)構(gòu)形式，混凝土屋面主要采用最佳傾角的結(jié)構(gòu)形式。對分布式光伏方陣來說，其支架安裝不僅需要符合建筑一體化美觀要求、承力要求等，而且需要滿足后期維護(hù)等各個方面的要求，還得具備良好的結(jié)構(gòu)和防腐蝕性。具體可以結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂蚯闆r，如風(fēng)壓、雪壓等進(jìn)行設(shè)計。

（1）彩鋼板瓦屋面結(jié)構(gòu)形式。一般情況下，將電池板直接平鋪在屋面上，但實(shí)際安裝過程中，需要將組件鋁合金結(jié)構(gòu)支架合理設(shè)置在屋頂?shù)牟输摪謇邨l上，并結(jié)合實(shí)際情況鋪設(shè)太陽能組件。這種安裝方式簡單方便，后期管理、維護(hù)以及調(diào)整等工作開展便利。

（2）混凝土屋面結(jié)構(gòu)形式。安裝混凝土屋面結(jié)構(gòu)形式的支架需在混凝土的基礎(chǔ)上進(jìn)行施工。通常情況下，太陽電池組件支架表面結(jié)構(gòu)基本都會采用熱鍍鋅的方式合理處理，以此有效提升防腐蝕性，之后通過不銹鋼材質(zhì)的螺栓進(jìn)行固定，有效提升支架穩(wěn)定性，抵御極限風(fēng)速載荷。最后就是在電池板安裝的過程中應(yīng)該合理的設(shè)置兩厘米的泄風(fēng)口，其主要目的同樣是為了提升支架的穩(wěn)定性。

支架實(shí)際設(shè)計過程中，必須嚴(yán)格貫徹落實(shí)“經(jīng)濟(jì)適用、安全可靠以及符合國情”的電站建設(shè)方針，還得積極落實(shí)、執(zhí)行國家相關(guān)法律法規(guī)和政策。另外，需要總體規(guī)劃布置，結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行集中布置，如此安裝時會更加方便、快捷。

4 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

4.1 組件接地

由于組件所處位置在高處的屋頂，因此極易受到雷電侵襲，且光伏組件的鋁合金邊框部位存在一層氧化膜，極大提高了組件和壓塊之間的電阻。支架接地后，相關(guān)人員很難確保組件邊框能順利接地，無法保證電阻能夠滿足各方面的需求。此外，屋頂面積較大，一旦遭遇雷電侵襲，必定會導(dǎo)致組件損壞，具有損害逆變器的可能性。項目設(shè)計和實(shí)施環(huán)節(jié)中，需合理設(shè)置組件邊框的接地線，有效保證支架與其組件的安全性和可靠性。對光伏方陣接地來說，應(yīng)保證其連續(xù)、可靠，接地電阻應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)。

4.2 組件的接線形式

就屋頂組件接線而言，最好采用跳接的方式，不僅能夠極大節(jié)省線纜，而且能夠降低線損，達(dá)到提升發(fā)電量的目的。對屋頂電纜敷設(shè)橋架來說，最合適的方式就是梯形橋架，光伏屋面需要應(yīng)用梯形橋架的方式進(jìn)行處理，只有這樣才能夠保證光伏直流電纜直達(dá)橋架部分，進(jìn)而省去較多工序，促使施工更加方便、快捷[5]。此外，將電纜固定在梯形橋架上，能夠減少其受陽光直射的影響，并且便于電纜散熱。

4.3 匯流箱選型分析

當(dāng)前主流匯流箱設(shè)計通常考慮應(yīng)用防反二極管，有利于光伏組串的反接保護(hù)。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果顯示，防反二極管的發(fā)熱量較大，而屋面電站的通風(fēng)散熱條件較差，尤其是國內(nèi)外已經(jīng)出現(xiàn)了多起屋面組件自燃事件，因此分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中最好選擇不含防反二極管的匯流箱，以便控制匯流箱的溫度，確保其不會造成不良影響。

5 結(jié) 論

我國對清潔性能源越來越重視，分布式光伏電站的建設(shè)必定成為新能源領(lǐng)域中的重要發(fā)展方向之一。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)在我國的應(yīng)用時間較短，還存在一些問題，需要相關(guān)人員積極優(yōu)化分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，不僅需要保證設(shè)計安全，而且需要降低工程成本，從而實(shí)現(xiàn)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展，為人們提供優(yōu)質(zhì)的供電服務(wù)。