分布式并网光伏发电站系统设计分析

分布式并网光伏发电站系统设计分析

王超

（中国电建集团国际工程有限公司北京100036）

摘要：电能已经成为维持社会正常运行的重要能源，但是传统的发电方式会对自然环境造成不同程度的污染，严重影响到人们的生存环境。因此，必须加快推动清洁能源的发展，光伏发电就是一种无污染的清洁能源，并且其所利用太阳能是用之不竭的能源。为了对光伏发电进行充分的利用，就需要将光伏发电站所生产的电能有效的并入当地电网中，因此，需要对光伏发电站系统进行深入的分析研究，并结合当地电网的实际情况，进行有针对性的科学合理设计，进而确保光伏发电系统的高效运行，为社会经济的可持续发展提供可靠保障。

关键词：分布式；并网；光伏；发电站

光伏并网发电主要是通过利用太阳能进行发电，而无需借助任何可能造成污染的化石燃料，在整个生产过程中不会排放任何的二氧化碳和污染物质，有助于促进社会经济的可持续发展。通过将光伏发电有效的并入公用电网之中，能够及时将多余的发电量输送至供电公司，进而确保城市电能的充足供应。为了能够确保光伏发电系统顺利接入到公用电网中，就需要其发电站系统进行统筹规划合理安排，提高其设计的科学性，进而不断提高分布式并网光伏发电站的设计水平。

1光伏发电系统特征

1.1光伏发电系统原理及组成

光伏发电是建立在光生伏打效应的基础之上，通过光照引起电动势能的生成，进而生成电能，其基本的特性与二极管类似，借助光伏电池中的PN结将光能有效的转化为电能。当有太阳光照射到PN结上时，就会在PN结的表面生成新的电子-空穴对，电子就会在势能的作用下由P区流入到N区，而空穴对应的就会由N区流入到P区，在联通的状态下，电路中就会形成电流。由光伏发电的原理可知，光伏阵列具有非线性输出的特性，当光照保持不变时，随着周围环境温度的升高，其开路电压和短路电流会呈现出下降的趋势；当温度保持不变时，随着光照强度的增加，其开路电压和短路电流会呈现出上升的趋势。光伏发电系统的构成主要包括：太阳能电池、蓄电池充放电控制器、直交流逆变器、电能测量表以及各种电子监控设备等。

1.2太阳能光伏发电系统的并网要求

电能质量对于光伏发电系统顺利接入到当地电网具有决定性的影响，为了确保光伏系统能够顺利地将电能输送至当地交流负荷之中，其电能的电压偏差、频率、谐波以及功率等参数需要满足一定的条件。一旦光伏发电系统检测到电能参数偏离标准要求后，系统能够及时断开与电网的连接，进而避免给电网带来不利影响。三相电压的允许偏差为额定电压的±7%，单相电压的允许偏差为额定电压的+7%~-10%，电网的额定频率为50Hz。

2系统总体设计

并网型分布式光伏电站一般是指将太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合公共电网要求的交流电后，升压接入公共电网。并网型分布式光伏电站主要由太阳能电池组件、并网逆变器和监控系统三大部分组成。

2.1光伏组件选型

晶硅类电池组件分为单晶硅电池组件和多晶硅电池组件。而且国内的光伏组件生产主要是以单晶硅、多晶硅太阳能电池为主，商业化的多晶硅电池片效率一般在12%～16%左右，单晶硅电池片电池效率在13%～18%左右。单晶较多晶具有稍高的转换效率，但受其制造工艺的限制，比较单位成本发电效率，两者接近，其差别几乎不到1%，对于同等容量的发电系统而言，差别不大。然而多晶比单晶产能要大，相比之下，多晶硅组件更占优势。虽然非晶硅薄膜太阳能电池成本低，便于大规模生产，但由于其转换效率在5%～9%左右，稳定性不高使用寿命短(10～15年)，直接影响了它的实际应用。因此项目实施多选用多晶硅太阳能电池。

2.2逆变器选型

光伏发电作为可再生能源发电的重要组成部分，具有波动性和间歇性等特点，接入电网易产生电网频率变化、电压波动和闪变，光伏电站的电能质量问题一般包括谐波、直流分量、电压波动和闪变以及三相不平衡等。实践证明，小型光伏电站采用优质的并网逆变器可以有效解决上述电能质量问题。逆变器是光伏并网系统中的重要设备之一，相关性能如下:

1)性能可靠，效率高，具有最大功率点(MPPT)跟踪功能;

2)直流输入电压具有较宽的适应范围;

3)具有过压、过流、防孤岛等多种保护功能;

4)波形畸变小，功率因数高;

5)具有监控和数据采集功能接口;

6)满足国家电网的接入规定。

2.3安装角选择

为了保证系统有足够高的效率，电池板必须按一定的倾角安装。可以根据《光伏发电站设计规范》(GB50797－2012)附录B，并结合安装地纬度和该地区类似项目实施最终确定固定太阳能电池方阵的倾角。

2.4光伏方阵设计

对于规模较大的并网光伏发电站而言，当前比较常用的方案主要是分块发电、集中并网形式。在进行太阳能电池阵列子方阵的设计过程中要充分考虑到以下几方面：

（1）太阳能电池组件组成的组串，其输出电压的最大值不得超过逆变器的最大额定电压；

（2）每个逆变器的直流输入侧所连接的太阳能电池组件总功率不得小于逆变器的额定输入功率，而且不得超过其最大允许输入功率；

（3）太阳能电池组件串联后，其最高输出电压不允许超过太阳电池组件自身最高允许系统电压。

2.5光伏子方阵设计

在太阳能电池组串单元中，其电池的排列方式有多种不同的类型，在其设计过程中要充分考虑到接线施工的难易程度、电缆的总用量、占地面积、组件支架耗材量、安全性以及后期的维护成本等。对于1MWp的光伏发电单元而言，需要太阳能电池板的数量为3418块，每块295Wp，汇流箱12个，直接防雷配电柜2个，500kW逆变器2个，1250kVA的箱式变压器1个。其中为了便于施工，汇流箱直接设置在电池支架上，并且做好相应的防水、防晒以及防锈处理。

结语

总而言之，分布式并网光伏发电站系统设计是一项综合性系统的工作，需要设计者对涉及到的影响因素进行统筹规划合理安排，进而进行有针对性的设计，为光伏发电系统的高效运行提供可靠保障。笔者通过对光伏发电系统特征进行了一定的分析研究，在此基础上，提出具有一定针对性的光伏发电站系统配置，对于从事相关工作的技术人员具有一定的借鉴意义。

参考文献

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