屋面小型分布式并网光伏发电系统设计

屋面小型分布式并网光伏发电系统设计

李冬

宁波市建筑设计研究院有限公司浙江宁波315000

摘要：针对屋面小型分布式并网光伏发电系统设计进行探讨，通过对典型案例设计的分析，总结了相关设计中关于光伏组件、逆变器的选择，光伏组件串联数的计算，组件布置间距的计算，安装倾角的计算等若干典型问题的解决方法。

关键词：太阳能；分布式；光伏发电系统；最佳倾角；组件间距；并网

引言

太阳能，是指太阳的热辐射能，属于一种清洁能源，太阳能的利用方式主要有两种：光热转换、光电转换；推广利用太阳能可以有效的减少对煤炭、石油等一次能源的消耗，对于优化能源结构、促进节能减排具有重大意义。为此，国务院于2013年7月正式印发《关于促进光伏产业健康发展的若干意见》，国家电网公司于同年发布了《关于做好分布式电源并网服务工作的意见》，这一切都表明国家对于开拓国内光伏市场、促进光伏产业健康发展的决心；在此背景下，本文探讨一下屋面小型分布式并网光伏发电系统的设计，并对其中的各关键问题进行分析。

1分布式并网光伏发电系统原理

所谓分布式并网光伏发电系统，简单的说，就是在太阳辐射的条件下，光伏组件阵列将太阳能转换为电能，经过直流汇流箱集中送入直流配电柜，由并网逆变器逆变成交流电给负载供电，多余或不足的电力通过联接电网来调节。如下图所示：

图1-1分布式并网光伏发电系统原理图

2典型案例设计

本文以宁波某工业区一处厂房屋面的分布式并网光伏发电系统为例，探讨一下系统的设计，并对其中的若干问题进行分析。

2.1光伏组件的选择

光伏组件一般分为三类：单晶硅、多晶硅、非晶硅（薄膜式），其中单晶硅组件的光电转换率最高，一般都在17%以上，最大可以达到24%，但制作成本大，还没有被广泛使用；多晶硅组件的制作工艺与单晶硅组件类似，转换效率略低，一般在15%以上，但因生产成本较低，得以普遍使用；非晶硅（薄膜式）组件相比较前两者，其制作工艺大大简化，在弱光条件下也能发电，但其转换效率仅能达到10%左右，且不够稳定，随着时间的延长，其转换效率也会逐渐衰减。

综上所述，考虑工程的经济成本及发电效率，选择采用多晶硅光伏组件。

当然在工程实际中应多方面考虑，应该结合发电量、屋面情况、安装稳定性等因素，选择相应合适的安装倾角。

2.3组件布置

当屋面为平屋顶时，光伏组件的布置一般如图2-1所示，其中

式2-1太阳高度角

式2-2太阳方位角

式2-3阵列垂直高度

式2-4阵列阴影长度

式2-5阵列前后间距

式2-6阵列中心间距

为当地纬度；为太阳赤纬角；为太阳赤纬角；为光伏组件倾角；为前排光伏组件斜面长度。

代入式2-7，同样可以得出结论=2731.75mm；

此处得出的计算结果仅为理论计算值，现场布置时因根据现场情况进行调整，但光伏组件的前后间距不应小于改值。

除此之外，我们还可以得到影长比

故在平面屋顶进行光伏组件布置时，考虑屋面女儿墙或其他遮挡物的阴影可以按照此影长比划定屋面阴影区域，尽量将光伏组件布置在阴影区域外，提高其转换效率。

2.4逆变器的选择及光伏组件串联数计算

逆变器的选择时主要考虑一下因素：

若选用高效率、大功率单台容量大的逆变器，逆变器发生故障时，光伏发电系统损失发电量较大；选用单台容量小的逆变设备，则设备数量较多，会增加投资后期的维护工作量；因而在逆变器的选择时应结合现场情况、组件容量、投资成本等多方面因素，选择合适的逆变设备。本工程拟采用两台额定输出功率为60kw（最大输入功率为72kw）的逆变器。

光伏组件的串联数N值计算与光伏组件及逆变器的个性化性能参数密切相关，在计算前应对其进行取值假定。依据《建筑太阳能光伏系统应用技术规程》DB33/1106-2015第3.3.5条，光伏组件的串联数N须同时满足下列两式：

综合考虑安装维修通道、光伏阵列的总长度、单位屋面面积的光伏发电量、不同输出功率的逆变器接入光伏组件串数在本地区尽量统一等因素，适当多的组件串接个数有利于提高屋面的利用率，本工程选用N=22。

2.5防雷接地系统

原建筑屋面已设置接闪带，故本工程光伏发电系统防雷应与建筑物既有防雷措施结合；凡正常不带电设备的金属外壳均应等电位连接，屋面光伏组件阵列及支架与等电位连接线均应有不少于两处的连接点；并应采取过电压保护措施，配电箱和逆变器输出端以及光伏监测系统线路需设置交流和信号线路电涌保护器。

2.6发电系统并网

因本工程容量较小，仅为120KW，按照《光伏电站介入电网技术规定》和《光伏发电站介入电力系统技术规定》要求，小容量光伏发电系统以380V低电压等级采用1回路单点接入用户箱变，以降低系统损耗，并网方案采用《分布式光伏发电介入系统典型设计》XGF380-Z-2方案，采用自发自用，余电上网的方式。

3结束语

本文主要针对屋面小型分布式并网光伏发电系统设计进行了探讨，文中通过对典型案例的分析，总结了相关设计中关于光伏组件、逆变器的选择，光伏组件串联数的计算，组件布置间距的计算，安装倾角的计算等典型问题的解决方法，希望能为今后分布式光伏发电项目的设计提供经验。

参考文献：

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[5]王洪兵-我国民用建筑光伏系统电气设计的研究[J].工程技术：引文版，2016(3):00283