摘要：近年来，我国光伏产业发展迅速，工、商业屋顶分布式光伏系统应用广泛。本文以屋顶典型性1MW光伏发电系统为例，阐述了分布式光伏并网系统的系统构成、关键设备选型、方案设计等内容。
关键词：光伏；组串逆变器；光伏并网系统
光伏行业在我国已蓬勃发展十几年，太阳能资源作为一种可再生性绿色资源，可有效减少化石性能源的消耗对环境的污染，我国对于光伏发电产业也给与了充足的政策上的支持。
由于西部地区用电需求相对较小，且远距离传输损耗严重，目前西部地区光伏地面电站弃光比较严重，而我国中东部地区由于经济比较发达，发展工、商业屋顶分布式光伏电站可以缓解中东部地区用电量需求大的问题，可有效节约企业电费成本，并对环境保护起到积极作用。
1.概述
屋顶分布式光伏并网系统是利用工、商业的厂房屋顶安装太阳能光伏组件，通过光伏并网逆变器将太阳能光伏组件输出的直流电逆变为与电网同电压同频同相的交流电，并最终通过并网配电柜接入工商业内部用户侧配电网，以实现用户负荷侧自发自用、余电上网。
2.典型性1MW分布式光伏并网系统组成、设备选型计方案设计
2.1系统组成
屋顶分布式光伏并网发电系统主要有光伏支架、光伏组件、并网逆变器、交流汇流箱、升压变压器、高压配电柜、二次继电保护设备和监控通讯设备等组成。
2.2光伏支架选型
工、商业厂房屋顶通常为混凝土平屋顶或是彩钢板屋顶。混凝土平屋顶一般采用镀锌钢支架，镀锌钢支架固定在圆柱形或条型混凝土基础上，组件面向正南，采用最佳安装倾角安装固定在光伏支架上；彩钢板屋顶一般采用的是铝合金支架，对于不同类型的彩钢板，采用不同的夹具将铝合金支架檩条固定在彩钢板屋面上，彩钢板屋面一般将光伏组件平铺于屋面上。
2.3光伏组件选型
目前市场上有单晶硅光伏组件、多晶硅光伏组件和薄膜光伏组件，而多晶硅光伏组件市场占有率还是率胜一筹，本典型性方案选用多晶硅光伏组件为例进行说明，这里我们选用320Wp多晶硅光伏组件，以正泰太阳能的CHSM6612P-320Wp多晶硅光伏组件为例，典型性1MW光伏系统需要多晶硅组件约3125块，320Wp的多晶硅组件的主要参数为工作电压Vmp=37.02V；工作电流Imp=8.65A；开路电压Voc=45.45V；短路电流Isc=9.25A；组件效率为16.5%等。
2.4光伏组串逆变器选型
并网逆变器为光伏并网发电系统中的核心设备，它起着把太阳能光伏组件输出的直流电逆变为与电网同电压同频同相的交流电的作用。目前屋顶分布式光伏并网系统普遍采用组串式并网逆变器，本文以正泰电源50KW组串式逆变器为例，1MW光伏系统共需要配置20台50KW组串式并网逆变器。正泰50KW组串式逆变器主要技术参数：额定直流输入功率为50KW，最大直流输入功率为67.5KW，最大直流输入电压1100Vdc,MPPT满载工作电压范围为540—850Vdc，MPPT数量/直流输入路数为3/9，最大输入电流为3*32A，额定交流输出功率50KW，额定交流输出电压为480Vac，额定输出频率为50Hz，电流谐波为小于3%，最大效率99%，待机损耗为小于20W，防护等级为IP65，冷却方式为可调速风冷，显示为LCD，通信接口为RS485等。
2.5光伏组串设计
本文屋顶分布式典型性1MW安装容量，共需安装约3125块320Wp多晶光伏组件。组件串联设计原则：组串最高开路电压低于逆变器所能承受的最大直流输入电压，组串工作电压应在逆变器满载MPPT范围内。组串并联设计原则：组串并联路数由逆变器的最大输入功率和输入路数确定，同时考虑适当超配以补偿直流侧损失、提高逆变器利用率。
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由于组件的开路电压和工作电压与工作环境温度有关，以上海市为例，经查询，极端低温为-12℃，极端高温为41℃，320Wp多晶光伏组件的开路电压温度系数-0.311%/K；工作电压温度系数为-0.406%/K，工作电压Vmp=37.02V，开路电压Voc=45.45V。所以当组件串联数量为n时，组件串联后最大工作电压Vmax=37.02×[1+(-12-25)×(-0.406%)]×n≤850V,得n≤19.9；组件串联后最小工作电压Vmin=37.02×[1+(41-25)×(-0.406%)]×n≥540V，得n≥15.6；组件串联后最大开路电压VOCmax=45.45×[1+(-12-25)×(-0.311%)]×n≤1100V，得n≤21.2；综上所述，n取16、17、18、或19均可以。以正泰50KW逆变器为例，最大直流输入功率为67.5KW，当组件串联数n分别为16、17、18、或19时，单台逆变器组件功率320×n×m﹤67500，m分别﹤13.1/12.4/11.7/11.1，又50KW逆变器的最大输入路数为9，所以并联数m取9；当并联数为9，串联数分别为16、17、18或19时，单台50KW逆变器分别匹配光伏容量为46.08KW、48.96KW、51.84KW和54.72KW，考虑逆变器有一定的转换效率，通常会超配一定的光伏容量，故光伏组件串联数选择18或19比较合适，并联数为9，再根据屋面现场具体的尺寸和排布合理性进一步选择串联数。
2.6交流汇流箱选型与设计
交流汇流箱的作用是对若干并网逆变器的交流输出进行一次汇流。本典型方案采用额定电压为AC480V，4路输入/每路额定电流100A、1路输出/额定电流400A的交流汇流箱对20台50KW组串并网逆变器进行汇流，1MW光伏安装容量共需配置5台该规格交流汇流箱。交流汇流箱输入输出分别配置塑壳断路器，输出端配置交流防雷模块。
2.7升压变压器选型与设计
屋顶分布式1MW光伏并网系统按照相关分布式光伏并网发电系统接入要求，需升压至10KV及以上电压等级进行并网。1MW光伏组件经逆变器逆变和交流汇流箱汇流后，需通过升压变压器升压至10KV或35KV电压（具体根据项目现场确定）。本方案采用1000KVA箱式变压器，变压器为干变或油变，低压侧额定电压为AC480V,高压侧额定电压为10KV或35KV（具体以现场项目确定）。一般工商业现场防火等级要求高，故通常采用干变。箱式变压器低压室每路输入配置塑壳断路器，高压室配置负荷开关+高压熔断器进行保护。
2.8高压开关柜选型与设计
1MW光伏系统经升压变压器升压后，还需配置高压开关柜进行集电线路汇集、保护、计量等，最终以一回高压集电线路接入用户侧配电网。1MW分布式光伏并网发电系统通常配置1台集装箱式高压汇集站，箱体内部安装进线柜、站用电柜、PT柜、计量柜、并网柜、无功补偿出线柜等，具体需根据接入系统审核意见为准。高压开关柜内就地安装线路保护装置，起到方向过流保护作用，高压开关柜一般采用箱式固定交流金属封闭开关柜或者铠装移开式交流金属封闭开关柜，内部采用真空断路器进行开断操作和过载、短路等保护。
2.9二次设备配置
二次设备同样采用1台集装箱式二次设备舱，根据接入系统审核意见，箱内安装若干屏柜，屏柜内安装电能质量监测装置、母差保护装置、故障解列装置、GPS对时装置、通信管理机、交换机、GPRS无线调度终端以及监控主机、打印机等设备。以上为常规的配置方案，具体需以各个地方的电力公司要求和接入系统审核意见为准。
以上是对典型的1MW屋顶分布式光伏发电系统的系统组成和关键设备的选型设计、配置方案进行了简要的分析和阐述。
目前，虽然光伏行业受2018年5.31政策的影响较大，但是由于光伏系统成本的不断降低，光伏实现不需要补贴、平价上网已为期不远。对于用电量需求大的中东部地区，大力发展屋顶分布式光伏发电系统，实现“自发自用、余电上网”，能有效减少化石等不可再生能源的消耗，促进企业实现节能减排，有效节约企业电费成本，并对环境保护起到积极作用。
参考文献
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[4]于腾,吕丹.浅谈屋顶分布式光伏发电系统设计应用[J].工程技术(全文版),2016(6):182.
论文作者:李亮
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/9
标签：光伏论文; 逆变器论文; 组件论文; 电压论文; 系统论文; 分布式论文; 屋顶论文; 《电力设备》2019年第6期论文;