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摘要：分布式光伏发电的显著特点是发电系统距用户非常近，其发电系统一般建于用户所在地，或用户附近。分布式光伏发电的基本原则是产地与用户之间的距离短，这样不仅可节省成本，还可降低传输损耗，提高能源利用效率。基于此，文章就分布式光伏发电系统的设计与性能进行简要分析。
关键词：分布式光伏发电系统；设计；性能
1.分布式光伏发电概述
分布式光伏发电指的是在用户附近建立分布式电源，并以环保、高效的自主发电方式将太阳能转换为电能，向本地负荷直接提供电力。早些年，我国的分布式发电只是利用锅炉的余热发电并输送给附近用户，以此提高原系统的能源利用效率；而近些年，分布式发电指利用太阳能、风能等新能源发电，并使发电系统靠近负荷中心。太阳能不但清洁、环保，而且总量无限，又由于太阳的大范围辐射，分布式光伏发电摆脱了地理位置的约束，其可与建筑物、有机地结合。另外，分布式光伏发电系统的安装简单且容易操作，不占用建筑物以外的土地面积，且其运行过程对环境几乎无损害，因此，分布式光伏发电是利用太阳能发电的有效方式。分布式发电系统的发电地距用电地非常近，所以无需建立变电站和配电站，因此可有效降低传输过程中的损耗，节约发电成本，提高生产效率。另外，分布式发电系统的运行方式将电力的生产与利用更加紧密地联系起来，使得用户可以实现电力自行管理。同时，分布式光伏发电系统具有较高的可靠性，其能为公共电网无法覆盖的偏远地区提供电力。因此，分布式光伏发电是一种极具发展潜力的能源转换形式。
分布式光伏发电系统具有以下几个特点：①输出功率低，对经济性具有较小的影响，即与大型发电系统相比，其投资收益率相差不大；②分布式光伏发电清洁、环保，对环境的负面影响较小，系统运行过程不仅污染物排放少，对空气和水的污染小，且几乎不产生噪声；③能有效克服局部地区用电紧张的难题；④发电和用电科学、有效地并存。
2.光伏发电系统设计
影响光伏电站发电量的关键因素主要是系统效率，需考虑的主要因素有：灰尘及雨雪遮挡引起的效率降低、温度引起的效率降低、逆变器的功率损耗、变压器的功率损耗、光伏组件串并联不匹配产生的效率降低、光伏组件的倾角、交直流部分线缆功率损耗以及其他损失，设计过程中应充分考虑影响系统效率的关键因素。
一般的光伏发电系统可由以下几部分组成光伏电池组件、电池充放电控制器、电源逆变器、电于电源测试仪表和计算机监控等电力电子设备和蓄电池。设计太阳能光伏发电系统需根据装机容量以及应用类型选择合适的控制器、光伏组件等,并网型光伏发电系统,一般具有两种典型的系统结构单级式光伏并网发电系统和两级式光伏并网发电系统。阵列间的距离对电站的输出功率和转换效率有较大的影响,如安装不妥,后排的电池阵列将被前排阵列的阴影遮挡,从而造成组件的热斑效应并影响发电量。因此,还需对光伏组件进行合理的串、并联以及空间布置设计。家用分布式光伏发电系统还应具有储能设备,因此,需要对储能蓄电池以及相应的充放电控制器进行设计选型。
分布式光伏发电的设计应从建筑设计入手。首先，对建筑物所处的地理气候条件及太阳能的资源情况进行分析，这是决定是否选用BIPV的先决条件；其次，需考虑建筑物的周边环境条件，是否适合建设分布式发电；第三，与建筑物的外装饰协调，分布式电站特别是BIPV会使建筑更富生机，环保绿色的设计理念更能体现建筑与自然的结合；第四，考虑组件的吸热对建筑热环境的改变。
分布式光伏发电系统设计包含3部分，分别为光伏方阵设计、光伏组件设计和光伏发电系统设计。
在与建筑墙面结合或集成时，光伏方阵设计一方面要考虑建筑效果，如颜色与板块大小；另一方面还要考虑其受光条件，如朝向与倾角。光伏组件设计涉及到电池片的选型(综合考虑外观色彩与发电量)与布置(结合板块大小、功率要求、电池片大小进行)；组件的装配设计(组件的密封与安装形式)。光伏发电系统的设计包括：系统类型(并网系统或独立系统)确定，电压等级的确定，控制器、逆变器、蓄电池等的选型，防雷接地、系统综合布线、设备安装等环节设计。
3.光伏电站性能分析
3.1系统性能
光伏发电站通过电站监测系统进行数据的监测与存储。电站监测系统的设计满足标准IEC61724-1998 Photovoltaic system performance monitoring Guide lines for measurement，data exchange and analysis和国际能源协会光伏电力系统TASK2的要求。根据IEC61724-1998标准中的统计和分析方法，利用电站监测系统存储的2010年12月到2012年1月运行数据，结合式（1）～式（7）求得各月的电站实际产量YA、参考产量YR、最终产量YF、俘获损耗LC、系统损耗LS、电气系统效率tot及光电转换效率p等参数。
式（1）~式（7）中：PO——装机峰值功率；EA——电站发电能量；HT——单位面积峰值日照小时数；GSTC——标准测试条件下日照强度；EPV——电站到电网的能量；——电池组件的转换效率（厂家给定值为14%）。
电气系统效率受环境温度、大气质量、风速等因素影响。在这14个月的时间区段内，该电气系统效率基本维持在79%～91%之间，光电转换效率在11%～13%之间，效率曲线如图1所示。
图1光伏发电站运行效率曲线
3.2PV方阵性能
太阳能电池组件给定的在STC（标准测试条件）条件下测试的转换效率为14%。在本项目中，2011年8月17日PV方阵效率测量值在
4%～16%范围内。由于PV方阵不是正朝南安装，存在南偏西40°左右的方位角，实际表现为：上午，太阳光照入射到PV方阵的方位角等于理论计算太阳方位角与安装方位角之和；下午，太阳光照入射到PV方阵的方位角等于理论计算太阳方位角与安装方位角之差。根据电站所在地区的经纬度和方位角，利用式（8）计算可知该日太阳光垂直入射到PV方阵的时刻在14点35分左右，此时太阳光瞬时辐射值为786W/m2，PV方阵输出功率为87.7kW，光电转换效率为13%。
3.3逆变器性能
光伏并网逆变器是光伏发电站中重要的电气设备，它将PV方阵发出来的直流电能转换成满足电网要求的交流电能，并实现并网控制，其转换效率的高低关系到整个电站的发电效率和投资收益。本电站采用带工频隔离变压器的三相逆变器，输出三相AC400V/50Hz交流电源，能够根据日照强度实现自动开机或关机，具有完善的保护功能。在2011年10月份某天，系统运行过程中最高转换效率达到98.5%，输入功率在20~90kW或光照强度在200W/m2以上时其转换效率一般在92%~96%。
综上所述，煤、石油等能源具有不可再生性，为实现经济可持续发展，分布式光伏发电极具竞争力，其除了以可再生能源为输入外，还具有就近生产的特点，从而节约成本，降低传输损耗并提高发效率。因此，设计科学、合理的分布式光伏发电系统尤为重要。对于系统设计者，如何进一步提高光伏发电站的安全性、可靠性、稳定性和系统效率，实现投资利益最大化，是我们需持续深入研究的课题。
参考文献：
[1]雷象兵.分布式光伏发电并网系统研究与设计[D].华北电力大学(北京),2016.
[2]赵怀功.分布式光伏发电系统协调控制[D].山东建筑大学,2016.
[3]李思佳.分布式光伏发电集成系统设计及优化建议[J].企业技术开发,2016,35(12):16+18.
论文作者:徐红来
论文发表刊物:《电力设备》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/16
标签：光伏论文; 分布式论文; 系统论文; 效率论文; 方位角论文; 电站论文; 方阵论文; 《电力设备》2017年第32期论文;