摘要：分布式光伏发电是一种在用户场地附近建设，运行方式以用户侧自发自用、多余电量上网，且以配电系统平衡调节为特征的光伏发电设施。太阳能不但清洁、环保，而且总量无限，其次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。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。可见，分布式光伏发电系统极具潜力，且有广阔的发展前景。
关键词：分布式光伏发电；电气设计；性能
太阳能光伏发电系统因具有安装简便，使用过程中无污染、无噪音、易于与建筑结合等优点，已在日本、德国、美国等发达国家得到产业化的推广应用。分布式发电是指在用户所在场地或附近建设安装，运行方式以用户端自发自用为主、多余电量上网，且在配电网系统以平衡调节为特征的发电设施或有电力输出的能量综合梯级利用多联供设施。
近年来，我国的光伏产业也得到了长足的发展，民用建筑工程中，利用太阳能光伏发电技术正成为建筑节能的新趋势。新建建筑项目应根据建筑使用功能，对项目投入使用后8：00～20：00分时段用电负荷情况进行预测分析；既有建筑项目应统计和分析项目最近一年8：00～20：00分时段用电负荷。经研究发现，建筑光伏发电系统日/季发电量与建筑用电高峰时段一致。在建筑上安装光伏系统，并通过专门设计实现光伏系统与建筑的良好结合，应综合考虑结构安全性和安装连接方式。
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。
2分布式光伏发电系统设计
分布式光伏发电系统设计需考虑以下3个方面，即光伏方阵、光伏组件和光伏发电系统。设计师在设计光伏方阵时，不仅需考虑建筑效果，还需考虑光伏方阵的受光条件，即在追求板块颜色和大小搭配的同时还要设计合理的方阵朝向及角度。针对光伏组件设计，设计师需注意2个方面，即电池片型号的选择和布局。对于光伏发电系统设计，设计师则必须从系统的每个组成部分入手，全面考虑控制器、电池等各个因素，同时应重视布线、防雷、安装等环节。除此之外，分布式光伏发电系统的设计还必须考虑建筑设计。
2.1分布式光伏发电系统设计应考虑因素
2.1.1时间季节
在理想情况下，分布式光伏发电系统的产能随着太阳辐射的增强而逐渐提高，正午时达到最高，随后随着太阳辐射的减弱产能便逐渐下降。另外，对于国内而言，夏季的太阳辐射明显强于冬季，因此分布式光伏发电系统夏天的产能同样高于冬季。
2.1.2天气状况
天气状况也是影响分布式光伏发电系统的一大因素，每当阴天或下雨时，太阳辐射显著降低，分布式光伏发电系统的产能自然下降。因此，天气情况给分布式光伏发电系统造成了不确定性。
2.1.3系统效率
系统效率是影响分布式光伏发电系统产能的关键因素。太阳能电池组件、逆变器、变压器等组成部分的效率直接影响系统的发电效率，因此设计系统时，必须全面考虑可能影响系统效率的所有因素，以便设计出高效率的分布式光伏发电系统。
2.2电气系统
该117.6kWp分布式光伏发电站电气系统如图1所示，主要由PV方阵、汇流箱、直流配电单元、光伏逆变器、交流配电单元、环境监测仪及电站监测系统组成。PV方阵由672块峰值功率为175Wp的单晶硅电池组件组成，其主要电气参数如表1所示。电池阵列坐北朝南固定安装，方阵倾斜角为15°，方位角为南偏西40°。光伏发电站采用配电网低压侧（三相400V）不可逆并网方式，电站监测系统每10s记录一次各设备主要运行数据。
2.3防雷与接地
该电站所在区域年平均雷暴日达50多天，年平均雷击密度为3.88次/km2，属高雷区，直击雷风险较大，且大面积金属的太阳能电池阵列容易造成雷电感应，因此必须对光伏发电站进行建筑物、太阳能电池阵列、输电线路和电气设备等的防雷与接地设计，防止因雷击、浪涌等外在因素导致系统中器件的损坏，确保光伏发电站的安全可靠运行和人员财产安全。光伏发电站的防雷设计包括户外安装设备直击雷防护和电气设备感应雷防护。根据GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》规定，该建筑物按三类建筑规范进行直击雷防护。直击雷防护措施由接闪系统、引下线、接地系统组成。在建筑屋顶安装避雷针，利用原有建筑引下线和接地系统构建屋顶设备直击雷防护系统，同时在雷电分区边界安装电涌保护器。图2示出光电建筑防雷分区及雷电保护设计示意图。系统采用设备接地方式，其所有电气设备与太阳能电池板金属机壳都应良好并可靠接地，接地电阻符合国家现行标准GB50169-2010《电气系统安装工程接地装置施工及验收规范》的要求，在PV方阵区域构建不大于20m×20m的接地网格。
3分布式光伏发电系统性能分析
工作人员可利用电站监测系统完成监测数据、收集数据及储存数据工作。在此基础上，利用收集到的数据便可计算产量、损耗、电气系统效率及转换率等性能参数，从而分析发电系统性能。逆变器在光伏发电系统中具有非常重要的作用，其完成直流电向交流电的转换，因此该转换效率直接影响发电系统的效率及收益。由此可见，逆变器性能的好坏至关重要，工作人员可计算输入功率或太阳光辐射强度一定时逆变器的转换效率，由此判断逆变器的性能。PV方阵的安装朝向和角度会对分布式光伏发电系统性能产生直接影响。因此，工作人员应注重PV方阵的安装朝向及角度设置，可通过绘制PV方阵效率值、日照强度、时间三者关系的曲线图，从中了解并计算太阳垂直照射PV方阵时的输出功率和转换效率，然后根据计算结果掌握PV方阵性能。
结束语
光伏发电是目前广泛应用的节能减排技术手段之一，可应用清洁可再生的太阳能支持电能需求，在治理环境污染问题，降低GDP能耗等方面均具有非常确切的价值。其中，对电气系统及关键设备的电气设计水平将直接影响整个分布式光伏发电系统的运行效能。以上研究中简要分析了分布式光伏发电系统的定义与特点，进而从逆变器选型、组串连接、直流汇流箱及光伏直流电缆选型这几个方面入手，对电气系统的设计要点进行探讨与分析，望能够引起相关人员的重视及关注，以促进分布式光伏发电系统电气性能的提升、完善。
参考文献
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论文作者:孙飞
论文发表刊物:《电力设备》2017年第28期
论文发表时间:2018/1/26
标签：光伏论文; 分布式论文; 系统论文; 方阵论文; 建筑论文; 效率论文; 逆变器论文; 《电力设备》2017年第28期论文;