山东力诺电力设计咨询有限公司 山东省 济南市 250103
摘要：目前经济社会中各个行业与领域广泛使用并依赖于石油、煤炭等不可再生的能源。由于这些能源具有不可再生的特点，因此不符合能源应用可持续发展的战略要求，同时也加重了生态环境的负担与压力。在这一背景下，加大对清洁可再生能源的发展力度已成为现行国家节能减排目标的重要手段之一。其中，分布式光伏发电具有分散生产以及就地使用的特点，与我国实际情况相适应，因此得到了大力发展与推广。
关键词：分布式；光伏发电系统；电气设计
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。
目前成功应用于实践中的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，工程造价低，因此其建设条件要求优于大型光伏电站，虽然分布式光伏发电系统造价低，但是其投资收益与大型光伏系统是基本相当的；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电紧张状态；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电气设计要点
2.1光伏组件类型
晶硅电池组件主要包括非晶硅电池组件、单晶硅电池组件、多晶硅电池组件等类别，其中成本造价最低的是非晶硅电池组件，受到外界客观环境的影响也较小，但是存在光能源转化电能效率较低的问题，因此在制作大型的太阳能电源时，非晶硅电池组件的应用较少。单晶硅和多晶硅电池组件统称为晶硅电池组件。晶硅类的电池组件制作工艺已经较为成熟，相应产品实际使用过程中的性能更加稳定，对于光能源转化和利用的效率也较高，且使用的寿命和年限也不短，因此，被广泛地应用与大型的分布式光伏发电系统之中。同时，将单晶硅与多晶硅电池组件更加细化的进行分析，单晶硅电池组件的光能源转化成电能的效率要高于多晶硅电池组件，换句话说，设定功率相同的两组电池组件，使用单晶硅比使用多晶硅所需的面积要小，且在价格方面。单晶硅电池组件要比多晶硅电池组件的价格要高百分之十左右。其它方面，包括电池组件的转化和使用性能、使用年限等指标则相差不大，因此在实际使用过程中，并没有对单晶硅和多晶硅电池组件进行专门的区分和制定不同的执行标准。
2.2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。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆目前市面上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。
2.3并网逆变器设计
在光伏并网的系统之中,逆变控制部分主要承担着整个系统的DC/AC转换,并且还控制转换电压、谐波含量、频率以及相位等重要的指标,同时其还具备最大功率的跟踪功能,是将光伏方阵连接到系统中非常重要的一部分。最大功率跟踪器是一种电子设备,不论是由太阳辐射或者是负载阻抗引起的变化,都是不会影响到光伏方阵工作的输出功率,时刻保持在最佳的状态。
目前在国内市场上,逆变器型式主要分三类:集中式逆变器、集散式逆变器和组串式逆变器。
集中式逆变器的功率应该在100kW-630kW的范围之内,功率器件则应该使用大电流IGBT,而系统拓扑结构就应该使用DC-AC一级电力电子器件变换全桥逆变,工频隔离变压器的方式,防护等级一般为IP20。其体积比较大,如果在室内安装的话则应该采用立式安装的方式。
集散式逆变器的功率为1000kW,功率器件则应该使用大电流IGBT,系统拓扑结构采用DC-DC-BOOST升压和DC-AC全桥逆变两级电力电子器件变换,工频隔离变压器的方式,防护等级一般为IP20。体积较大,室内立式安装。
组串式逆变器的功率不大于80kW,而其防护的等级通常都是IP65,并且其体积比较小,能够直接使用室外臂挂的方式进行安装;组串式逆变器主要就是采用模块化设计,每一个光伏串对应着一个逆变器输入的端口,其直流端具备着最大功率的跟踪功能,而交流端并联电网,其最为重要的优点就是不会受到组串间模块的差异以及阴影遮挡的影响,同时减少光伏电池组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况,极大的增加了发电量;组串式逆变器MPPT电压范围比较宽,通常为250V-850V,其组件配置也是更加的灵活,在阴雨天和雾气多的地区,发电时间比较长;组串式并网逆变器的体积比较小并且重量轻,进而搬运和安装起来都极为的方便,不需要专业工具和设备,也不需要专门的配电室,在各种应用中都能够简化施工,极大的减少了占地。
2.4汇流箱的电气设计
汇流箱是分布式光伏发电系统的主要部件之一，又名光伏发电汇流箱、光伏防雷汇流箱等等。汇流箱主要起到减少光伏电池整列和逆变器之间连线的作用，可以通过汇流箱实现串联光伏电池的并联接入，然后再通过控制器、直流和交流配电柜、光伏逆变器等设备配套形成完整的分布式光伏发电系统。同时，汇流箱有交流汇流箱和直流汇流箱之分，交流汇流箱更加适用于分布式光伏发电系统，能够实现先逆变、再汇流的发电过程。目前，汇流箱已经发展到了第三代，分别对一、二、三代汇流箱进行分析，第一代汇流箱只有汇流和防雷的功能，第二代汇流箱在保持第一代汇流箱功能的基础上，实现了对每一路电流电压，以及箱内温度和湿度的监测，而第三代汇流箱除了具备传统汇流箱的优点之外，还可以进行数据采集、无线数据传输以及失效报警等功能。
结论
综上所述，光伏发电系统能够实现更加清洁环保的发电过程，在一定程度上节约了不可再生资源的消耗量，减少了环境污染，是目前常用的节能减排方法之一。发电系统的电气设计质量直接影响了发电系统的性能，本文从逆变器选型，组串连接，直流汇流箱以及电缆选型等多个方面，强调了电气设计的要点和重要意义，促进了分布式光伏发电系统整体性能的完善和健全。
参考文献：
[1]邵小雷.分布式光伏发电系统的电气设计研究[J].山东工业技术，2016，（08）：164.
[2]刘胜佳.分布式光伏发电系统的设计与性能分析[J].科技与创新，2016，（20）：95-96.
论文作者:薛念平
论文发表刊物:《防护工程》2019年第3期
论文发表时间:2019/5/21
标签：组件论文; 光伏论文; 电池论文; 单晶硅论文; 分布式论文; 逆变器论文; 系统论文; 《防护工程》2019年第3期论文;