分布式屋顶光伏发电及并网系统研究

分布式屋顶光伏发电及并网系统研究

彭传诲

国网六安供电公司 安徽省六安市 237000

摘要：现阶段，国家越发注重对可再生资源的利用，在对太阳能资源开发期间，分布式光伏发电并网技术得到发展。其能够起到电源的作用，利用光伏发电的优势为电力系统供电。分布式屋顶光伏发电技术的开发与推广应用，有效的迎合了现代建筑工程持续发展的需求，且具有清洁、节能等优势特征。本文主要讨论了该类系统的设计内容及对应的方法。

关键词：屋顶；分布式光伏发电；并网系统；设计研究

1屋顶类型

1.1屋顶面积

单体屋顶面积直接决定光伏发电项目的容量，是最基础的元素，屋面上是否存在附属物，如广告牌、风机、附房、女儿墙等，设计时需要避开阴影遮挡。

1.2屋面朝向

屋面朝向决定着光伏支架、组件、串列、汇流箱的布置原则，比如东西走向的屋面，背阴面的方阵是否需要设置倾角，组件串联时阴阳两面尽量避免互连，汇流箱及逆变器直流输入尽量为同一屋面朝向的阵列。

1.3屋顶材质

为保证光伏支架结构设计的合理性，相关人员一定要对光伏系统被屋面的类型有明确掌握。当下，适用于装光伏系统的屋面类型主要有两类，一类是屋面尺寸相对较大的轻钢结构彩钢瓦屋面，另一类是现场浇筑混凝土屋面。在具体设计过程中，应结合屋面所属类别的差异性，应用不同的支架结构。彩钢瓦是在专用机器的协助下将涂钢卷轧制成型的，继而安设在屋面擦条，最后建成防水的彩钢瓦屋面，角弛型彩钢瓦、180°及360°咬合彩钢瓦是常用的彩钢瓦类型。而混凝土屋面，即采用混凝土现场浇筑作业后形成的屋面。

1.4屋顶载荷

光伏电站设计寿命一般在25年，在项目考察时，需要进行屋面荷载计算验证。如条件满足则可以建设光伏电站，如荷载不能满足，则需要出加固方案，加固完成后重新计算。

2屋顶分布式光伏发电系统的设计

2.1光伏电池设计

针对屋顶光伏电池型号的选择，应全面考虑系统预算、屋顶现实面积、用电器功率等指标，硅电池是光伏电池的主要类型，其有单晶硅、多晶硅与非晶硅光伏电池三种类型之分。在对各种硅电池整体分析后，发现单晶硅光伏电池在转换率方面占据优势，多晶硅光伏电池对太阳光能的转化效率偏低，但其弱光性能相对较高。在设计光伏电池过程中，通常前两种硅电池是首选，其具有生产制造工艺简洁、造价成本低等优势特征，在选择光伏构件时，还需综合分析其他工作条件与运行年限等指标，通常而言多晶硅太阳电池组件，全光照面积的光电转换率高于15.0%，作业环境温度取值方位为-40～85℃，运行年限高于25年，晶体硅构件对应的衰减率在2年中低于2.0%，25年中低于20.0%。为实现对光伏方阵结构的有效设计，通常对光伏电池组件采用串联的形式，也可现对组件采用串联方式，在保证其与系统电压运行需求相吻合的基础上，在进行并联操作，以迎合系统运行期间对功率提出的要求。

2.2支架设计

在屋顶分布式光伏发电系统设计过程中，光伏电池支架有跟踪式、固定式两种类型，通常会结合屋顶现实面积、负载规定与本地气候条件等因素，对支架结构进行优化设计，选择性能与功能最优良的光伏电池支架。其中，和固定式光伏电池支架相比较，跟踪式支架结合阳光循迹可以被细分为双轴、水平单轴、竖直单轴、倾斜单轴循迹四种类型，其有益于提升支架结构的运行效率，增加太阳能资源的输出量。

2.3组件角度与间距计算

确保光伏系统组件安设角度的适宜性，能保证系统在运行期间获得最佳效率。电池组件角度的调整对象以方位角和倾斜角两参数为主，相关工作人员可结合系统运行实况做出相关调整措施。方位角是方阵垂直面和正南方向形成的夹角，通常状况下，方阵朝向正南，这提示方阵垂直面和正南夹角为0°时，太阳电池发电量能达到最大值。而当偏离正南30°时，方阵的发电量减少率为10.0～15.0%;处于偏离正南60°时，电量减少率为20.0～30.0%。最佳倾角，实质上就是指当光伏方阵依照某一角度安放时，光伏板倾斜面形成辐射量对应的最大值，通常结合系统安装所在地纬度可测算出来。

2.4接入方式

分布式光伏发电上网模式分为全额上网、自发自用余电上网、自发自用三种方式。按照接入电压等级，分为接入10kV、380/220V两类。按照接入位置，分为接入变电站/配电室/箱变、开闭站/配电箱、环网柜和线路四类。按照接入方式，分为专线接入和T接两类。按照接入产权，分为接入用户电网和接入公共电网两类。

3分布式光伏发电并网系统设计建议

3.1创新调压设备

针对以上分布式光伏发电并网存在的问题，技术人员需要深入研究，制定针对性的解决策略。为了改善配电网电压偏差的情况，可以对调压设备进行优化与创新。在光伏发电模式下，企业需要引进无功发生器、静止补偿设备等先进系统，使其发挥作用，调节配电网的电压。

3.2改善调压方式

除了改善调压设备外，还可以通过调整电压的方式缓解分布式光伏发电并网问题。因为配电网调压工作较为复杂，技术人员需要分析不同节点的运行状态及特点，同时考虑到光伏电源的建筑规模与外部环境情况，据此制定针对性的策略，对光伏电源进行设计[2]。另外，还要注重光伏发电对配电网的影响及自身存在的问题，在调节电压时，切忌打乱原有的配电网结构状态。

3.2.1调节变压器变比与光伏电源接入位置

对配电网中的变压器变比进行调解，可以科学分配线路的电压，减小与预期的偏差程度，避免其超出供电范围。在工作期间，技术人员需要先调节变压器，之后再介入光伏电源，期间要对线路情况进行实时探测，需多次调整变比，通过反复操作达到预期效果。如果部分配电网系统无法调节变压器，技术人员需要对改变分接头的压力。如果依然无法平衡电压，则更换其他类型的变壓器，选择有载调压功能的设备最佳，从而使其携带负载调压，帮助范围、速度达成标准。因为光伏电源会受太阳光照及辐射强度的影响，造成出力大小的波动，如果出力逐步增强，配电网线路潮流会随之降低。为了解决此问题，可以对光伏电源接入位置进行反复调整，并观察电压变化范围，使其处在合理的偏差内，进而促进配电网的整体稳定性。

3.2.2运用灵活性策略

一般情况下，如果分布式光伏电源进入量不同，使用一类调压方式难以合理分布电压，此时工作人员需要创新思维，采取灵活性策略进行实践。可以同步对光伏电源接入位置及变压器变比进行调整，如此能够缩短电压高低差值，从而提高配电网系统的平衡稳定性。但是在进行具体操作时，要注意先后顺序，需先调整光伏电源进入位置，并观测电压值情况，如果其已达到标准，即不必进行下一步骤。如未达成标准，则要对变压器分接头的电压进行调节，从而使配电网中的电压合理分布，并保持平稳。

3.3同步并网

同步并网是解决分布式光伏发电并网问题的有效方式之一，在电源接入系统时，工作人员要确定配电网电压与电源频率的一致性。在电网系统闭合之前，也要跟踪了解具体情况，在保证系统相位、频率等参数符合标准后，方可开始闭合。以5000～1000kW容量的分布式电源为例，其频率差达到0.2Hz，相位差与电压差为15与5时，即符合标准。

4结语

近年来，分布式光伏电源被广泛应用在电力系统中，然而在其并网期间，会对配电网带来不利影响，致使电力系统运行质量降低。因此相关人员需要对该问题进行深入研究，分析存在的原因，制定出应对策略，可以对并网方式进行优化设计，合理方式调节电压，从而促进配电网的平稳运行。

参考文献：

[1]王春,刘海峰,杜宇航.分布式电源光伏发电对低压电网的影响及对策[J].山东工业技术,2019(7):194.

[2]李文才,王希平,赵青松,等.分布式光伏发电并网对配电网继电保护的影响研究[J].机电信息,2019(8):37,39.