摘要：光伏发电的应用模式在现代发展历程中，越来越体现出可持续发展的战略，对于未来的光伏发电项目缺陷，我国应加强发展力度，扩大光伏发电的规模，完善光伏发电产业经济链，为居民的生活提供更多更具有可用性的资源。鉴于此，本文主要分析光伏发电的发展与设计。
关键词：光伏发电；发展；设计
1光伏发电的概念
光伏发电技术是当今资源匮乏时新起的一种资源利用产业，其技术的基本原理是将太阳能利用专业的技术转化成电能，早在19世纪后期，以太阳能为主的光伏发电就达到了21MW多，而我国也在20世纪的中期对光伏发电的应用做了研究。
太阳能光伏发电系统是一种将太阳能转变为电能的系统，太阳能光伏系统可以独立于公用电网之外，也可以并入公用电网。根据光伏系统和公用电网的电连接关系，可分为以下两大类：独立光伏发电系统；并网光伏发电系统。
2光伏发电系统构成
太阳能光伏发电系统主要由三个部分组成，分别是光伏电池组件、控制器、逆变器。
2.1太阳能光伏电池组件
太阳能光伏电池组件由太阳能电池片经串并组合，然后采用太阳能专用钢化玻璃和密封材料层压而成，这种玻璃具有较强的透光性，强度高、性能好；密封材料主要的作用是抗紫外线辐射。电池组件对于光伏发电系统来说属于核心器件，发挥着重要作用，从目前的情况来看，比较常用的光伏电池主要有三种，分别是多晶硅电池、单晶硅电池以及非晶硅电池。
2.2控制器
太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项。
2.3逆变器
逆变器通常可以分为两种类型，一种是自激式振荡逆变器，另一种是他激式振荡逆变器，此外也可以按照波形的不同将其分为方波逆变器和正弦波逆变器。逆变器的主要作用就是通过滤波、调制、升压等一系列措施将所输出的直流电转变成正弦波交流电流，以便可以和系统的照明负载频率以及额定电压所匹配，从而保证用户的正常使用。逆变器与控制器同样具有保护作用，但是相较于控制器要多出欠压保护、过流保护等几种功能。
3光伏系统设计与发展
3.1光伏电池组件的设计
（1）光伏电池最佳角度及安装方式。计算倾斜面上的太阳辐射量，电池阵列的安装倾角对光伏发电系统的效率影响较大。对于固定式电池列阵，最佳倾角是光伏系统全年发电量最大时的倾角，建议民用建筑屋面的电池组件均采用固定安装，电池组件安装在专业计算所得的最佳倾角的固定式支架上，相对于跟踪式支架光线利用率稍低，但对比跟踪式支架的后期检修和维护不便的缺点，固定式支架性价比相对更高，基本没有维护量，节省占地，适合屋面等面积有限的场所。
（2）光伏组件串并的数量确定。需要从用电端进行倒推考虑，由于逆变器最大功率点跟踪（MPPT）电压约等于光伏板开路电压的0．7～0．8，
如甲方要求实现50kW的发电量，则可采用50kW的逆变器，其MPPT范围为DC450～780V，最大允许输入电压DC800V，则串接组件最大值=最大允许输入电压/组件开路电压Uoc，Uoc=37．5V（光伏多为此值），串接组件最大值为800/37．5≈21，则最大不可超过21只；串接组件最小值=最小允许输入电压/最佳工作电压，
MPPT最小允许输入电压为DC450V，电池组件最佳工作电压DC30．4V，则串接组件最小值为450/30．4≈15，综合考虑选择一个汇流箱（如不设置直流配电箱进行合路，直接进入MPPT）较为合理，但是为了接线简单及降低施工复杂程度，建议采用串接方式3～4个组串并1路，则光伏组件可以按6个1串、3串1并接入汇流箱的原则进行设计。
3.2汇流箱的设计
汇流箱系统示意如图1所示。
图1汇流箱系统示意
汇流箱内要设计单路熔丝，用于整体保护的直流断路器，防止雷电流入侵电涌保护器。
3.3直流配电箱的设计
直流配电柜主要是将汇流箱输出的直流电缆接入后进行汇流，输出至并网逆变器，依据光伏系统的大小进行设置，与交流系统的设计相似，但传输相反，交流系统为二级配电，直流系统二级合路。该配电柜包含直流输入断路器（保护上级缆线）、光伏电涌保护器（同为LPZl区，但与汇流箱或交流配电箱距离≥10m时，不建议设置），防反二极管（汇流箱如果设置，则不建议重复设置）。上例中，共60串光伏组件，分为10个汇流箱回路进入直流配电箱，进行二级合路，直流配电箱内设置分路断路器和总断路器，合路之后配入逆变器。直流配电箱系统示意如图2所示。
图2直流配电箱系统示意
3.4逆变器的设计
逆变器室是整个电站的重要部位，太阳能电池板产生的直流电通过室内的逆变器转换成380V交流电后送入电网，逆变器的核心要求就是使光伏发电的电能无冲击地实现同步并网，保证系统输出与电网同频、同相和同幅值。如设有太阳能控制器的系统，逆变器箱分为MPPT与逆变器两部分，MPPT为太阳能控制器，可实时检测光伏组件的发电电压，选取最高电压电流值进行充放电，基于对光伏组件的监测功能，所以不带蓄电池的系统，仍建议采用MPPT，1～3kW光伏组件可设计为单路MPPT，3～30kW光伏组件为双路MPPT。
总之，我国虽然地大物博资源丰富，但随着能源的不断开采，石油、煤炭等不可再生资源终究是要逐渐枯竭的，在这种社会背景下，新能源的开发和利用得到了来自社会各界的高度重视，提高新能源利用效率是在解决能源紧缺问题的同时促进经济发展和加强环保建设的重要途径，也是时代发展的必然趋势。对于所有新能源来说，太阳能是储存量最高、分布最广的，具有很大的开发潜力，光伏发电是目前所有太阳能产业中应用最广泛的一种，不仅响应了国家环保政策，同时也为电力事业的发展做出了巨大贡献，是我国实现节能减排、促进国家经济产业结构调整的重要条件。
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论文作者:岳伟志
论文发表刊物:《电力设备》2018年第6期
论文发表时间:2018/7/9
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