丁可望
（中电投四川电力有限公司 四川成都 610041）
摘要：随着科学技术的发展和对环保的重视，国家对新能源的发展越发重视。光伏发电作为清洁、环保的能源，不仅在近些年获得了大幅度发展，也受到了国家政策上的高度重视和支持。光伏发电电气系统的设计工艺水平，直接决定了工程运营期电气系统的效率和发电区域的整体视觉效果，好的设计既能确保电气系统各个组件的使用年限，又能按照工程预期，实现整个发电系统的效率最大化。基于此，文章对设计原则及内容进行阐述，分析了工程中常见的问题，并探讨光伏发电电气系统的优化措施，以供参考。
关键词：光伏发电；电气系统；设计；优化
1 光伏发电电气系统设计遵循的基本原则
1.1易操作性
分布式光伏发电电气系统的设计必须尽量易于操作，和人口稀少的西部拥有开阔的安装地点不同，这种的发电电气系统一般安装在屋面楼顶等地方，这些地方一般存在一定的倾斜度或者是高度较高。在这种屋面具有一定的倾斜度并且承重能力有限的情况下，工人的施工难度将会增加，所以电气系统在设计之初就要考虑到后期的施工难度，降低操作的难度，并且尽量保证将工程设计控制在一期之内。
1.2安全性
由于分布式光伏发电电气系统主要应用于人口和建筑比较密集的中部和东部地区，因此电气系统的安全性问题显得尤为重要。在具有倾斜度的屋顶施工需要将各个部件运送到屋面或楼顶进行施工，在这过程中存在部件因运输而导致损伤和施工人员的安全问题。目前采用市场上较为通用承载力比较高的铝合金的支架结构，它便于安装操作且不易锈蚀损坏，在一定程度上可以减少后期的安全隐患。在施工过程中还存在高空坠物的危险，由于施工地区的人口和建筑物的密度比较大，施工人员高空作业后期会产生废弃的材料，加上屋面的倾斜度会增加高空坠物的隐患，在设计的中要考虑到电气系统的整体性以及将后期的废料收集进行合理的回收设计。还需要考虑到各部件的重量是否在屋面的最低承重范围之内，屋面的材料的承重能力会随着雨水阳光等的风化而导致其承重能力的降低，施工人员本身的重量也需要考虑在内，因此在进行电气系统的设计中要考虑到施工地点的最低承重并且把重量控制在这个范围之内。
1.3一致性
光伏发电系统将较大数量的太阳能电池串联起来以达到一定高度的电压，然后才能从逆变器的输入端进行输入，这样一定数量串联的子系统再进行并联以达到系统的额定功率。在这个过程中需要数量较大的设备，为了保证系统的稳定，选用的太阳能电池需要是相同的规格和工作性能，同时在设计中要避免互相之间存在遮挡影响工作效率以及方向和角度问题而导致的差异，保持各个子系统运行的一致性。
1.4可持续性
光伏电气系统存在的区域需要考虑到所在地区可能存在后期进行施工改造问题以及自然灾害等对系统部件的破坏，电气系统存在的大而分散的特点，因此设计既要保证整个系统的整体一致性，稳定性，同时采用并联各个子系统的方式保证其独立性，在某个子系统遭到破坏时其他系统能够不受影响仍然保持正常的运行。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆另外，采用铝合金或新型的支架考虑到其坚固性的同时还需要考虑到其抗腐蚀和抗氧化性，以及损害后的修复性，尤其是重工业和污染比较严重的地区。
2光伏发电电气系统设计内容
2.1光伏方阵设计
在光伏方阵设计上，要充分考虑当地的地理、气候和太阳能资源，这些是光伏方阵设计的基础和前提。光伏组件的最佳倾角为偏离正南方向正负20度，而当方位角不为正南方向时，通常将光伏组件水平安装。大于10度的倾角，有利于防止组件表面积水、积雪和积尘，保证光伏组件的正常运作。
2.2逆变器设计
在逆变器的设计中，光伏方阵朝向和间隔统一的光伏系统采用集中式逆变，而在光伏方阵朝向、间距具有差异性或部分会被阴影遮挡时，采用分散逆变方式。前者具有安装方便、维护方便、初始成本低、输出功率更高的质量和效率的优点，缺点是整个系统对故障的预防效果差，一旦发生故障，整个系统将受到影响，停止工作。后者可以减少在输出过程中的功率损耗，易于控制和维护，在故障的一部分，整个系统仍然可以正常运行。初始成本较高，发电成本不低，对资金的要求更严格。
2.3交直流线缆设计
在交直流电缆的设计中，由于光伏发电的地理位置、环境比较特殊，对电缆的性能要求也更高。在特定的场合，电缆有特殊性能要求，如防蚁、防鼠、抗紫外线、耐高温等。在光伏系统中，电缆的额定电压应至少与系统的额定电压相等，而电缆的额定电压应高于光伏阵列的最大输出电压的1.25倍。同时，敷设的电缆线路，应尽可能与建筑电气系统电缆绝缘，直流侧的电缆应敷设在户外，从而节省成本，减少功率损耗。
2.4保护设计
在光伏系统的保护设计中，应充分考虑雷电对光伏系统的影响。针对雷电进行避雷针、避雷带等的安装。用于感应电磁感应矿井，安装防雷装置。在具体的设计中，不仅要考虑到光伏组件的保护，还将原有的电气系统的建设纳入保护范围。此外，光伏系统也应该对建筑结构进行安全保护，不破坏防水屋顶，增加重量保持支架的稳定性，如果轴承屋顶不允许使用的压力，采用连接支架和屋顶结构的办法。
3 当前光伏发电电气系统设计中常见问题
光伏发电电气系统分布占地面积比较大，逆变器和控制装置的数量比较多，线路的串联以及并联比较复杂，而且由于其特殊的位置原因，发生故障时进行排查和修检的困难大。由于中部和东部地区的施工和整修而导致的线路和各个系统部分的运行产生障碍的问题比较多。东部地区比较特殊的天气情况给整个系统的稳定运行带来了挑战，产生的电能不稳定问题给系统接入电网带来新的挑战。
4 光伏发电电气系统优化管理措施
针对光伏发电电气系统常见系统稳定的问题，在进行前期的设计中需要对控制器进行各项内容的控制，包括故障报警以及定位、测量等，另外采用多功能的汇流箱，进行智能的汇流预警和线路排查。各个光伏发电子系统采用相同规格的电池组件按照相同的设置距离安装构成一个发电矩阵，组成矩阵的各个单元配备完善的逆变器和控制装置尽量减少各个系统的差异而造成系统电压的不稳定。考虑到东部地区特殊的气候条件，需要具体分析不同型号的太阳能电池板各个性能的强弱的具体数值选择合适型号的太阳能电池组，以下选用东部地区常采用的250Wp多晶硅太阳能电池板为例将需要考虑的具体方面进行考虑。考虑到当地的经纬度位置和屋面的倾斜程度进行合理的方位和角度选取，保持选取方位和角度的一致性。采用可活动的支架来调节夏冬因太阳角度的变化而导致的产生的较大电压差。施工过程中应该对首先对光伏安装组件进行检查，安装过程中对重量比较大的组件进行机械固定，以减少对组件的破坏。在设计施工过程中对工人作业需要使用的脚手架进行系统的防护措施的保护以及工程后期产生的废料进行系统的回收，搭建格挡装置减少高空坠物的危险，完成后要进行严格的验收，运行前进行系统的清洁，保证太阳能组件效能的正常发挥。
结束语
随着近年来大规模的光伏电站的建立，对太阳能的开发和利用将成为未来一段时间内新能源领域中重要部分。因此，通过不断地对光伏发电电气系统设计的优化能够提高后期施工过程中质量和效率，有效缩减了不必要的成本支出，虽然存在着一定的问题和不完善的地方，但这对以后光伏发电电气系统的设计提供了改进的方向。
参考文献
[1]林阿依.屋顶光伏与储能一体化发电系统设计研究[D].华北电力大学,2015.
[2]蒋凡.新街光伏电站电气设计的研究和应用[D].昆明理工大学,2015.
论文作者:丁可望
论文发表刊物:《电力设备》2016年第12期
论文发表时间:2016/8/25
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