关于光伏电站电气设计的研究和应用

关于光伏电站电气设计的研究和应用

葛少泽，朱志钿

浙江龙能电力科技股份有限公司，浙江 绍兴 312000

摘要：随着社会的快速发展，能源的供应变得越来越紧张。目前，传统的燃料，例如煤炭和石油，已经成为了我们日常生活中不可或缺的部分。光伏发电技术是当前最受欢迎的新兴能源之一，它既可以实现再生，又符合环境保护的原则，而且还非常高效。这篇文章探讨了电气设计如何被广泛应用于光伏发电站。

关键词：光伏电站；电气；研究；应用

引言

光伏组件是一种重要的太阳能发电设备，它利用太阳能的光生伏特特性，将太阳能转换为可再生能源，并且可以分为 3 种类型：单晶硅、多晶硅和薄膜。每种光伏组件都有其独特的优势和缺点。晶体硅太阳电池具有安全性高、技术成熟、应用范围广、价格低廉、效率高等优点，薄膜光伏组件具有显著的优势，它的效率更高、性能更加稳定，但由于原料的稀缺，大规模的生产仍然是一项艰巨的任务。然而，随着硅胶材料的价格的大幅下跌，以及硅晶组件技术的不断完善，薄膜光伏组件的发展得到了巨大的推动，它的性价比已经达到 80% 以上，而单晶硅电池则采用了先进的单晶硅硅棒生长工艺，使得它们的应用范围得到了扩大，从而有效地解决了大气和光照环境下的能量衰竭的问题。通过引入多晶硅铸锭技术，我们能够大幅提升生产效率，尽管相对于单晶硅来说，它的效率略逊一筹，但却能够有效地减少硅原材料的消耗，使得我们能够在保证效率的同时降低成本。根据市场数据，中国的晶硅太阳能 组件的规格范围从 245 ~ 315Wp 不等，它们被广泛地应用于大型的并网光伏电站。为了提高电站的运行效率，必须选择具有出色性能和强劲功率的组件，从而获得更高的经济效益。

一、光伏并网系统概述

（一）逆变器

光伏并网逆变器是光伏系统的关键组成部分，它不仅可以将光伏组件产生的直流电能转换成交流电能，而且还包括 逆变器、保护控制电路等，它们的质量直接关系到光伏系统的整体运行效率。因此，它们的质量对于提高光伏系统的效率至关重要。光伏逆变器可以根据其内部电路的结构、功率和应用场景进行分类。通常可以将其分为三类：微型、集中型和串联型。由于光伏电站很少使用微型逆变器，因此还有两类系统可供选择。

组串型逆变器：它由逆变器、光伏组件、交流电缆、电网组成，能够提供出色的可靠性和操作便利性；集中型逆变器：它包括逆变器、光伏组件、直流汇流电缆、交流电缆、汇流箱、隔离变压器等，能够提供更高的稳定性和更强的功能。在选择逆变器时，应当牢记 以下原则：确保其具有良好的运行效率、稳定的性能，同时还要求其具有足够的安全性、防护措施。确保其具有可靠的数据收集与监控能力，同时还要求其在降低功率因子的同时，尽量避免波形畸变。逆变器对于光伏系统来说至关重要，因为它们能够根据环境变化而作出相应的调节，从而提高发电效率，降低运营成本。

（二）光伏汇流箱

电力线路有三种类型：直流电线、直流配电柜和防雷汇流箱。电力电缆可以直接连接到变压器，但防雷电容器和电力配电柜更多的是为了保证电力的安全。这些电容器通常安装在光伏电站的逆变器旁边，减少了光伏组件与变压器的连接，并且有助于提升电力的稳定性。通过使用光伏汇流箱，我们可以将不同类型的光伏组件结合在一起，形成一个完整的光伏发电系统。这样，我们就可以根据逆变器的输出信号来调节各个部分的参数，从而更好地控制和管理这个系统。此外，该系统还具有防雷器和断路器的功能，使得逆变器的连接更加便捷。为了确保公众安全，减少潜在风险，安装和使用光伏汇流箱时应当遵守以下准则：为了更好地实现户外安装，我们特别配备了双向太阳能电池板，其中一组电池板的最大电流可达 10 安，而且此款电池板的正反两端均配备了高效的防雷设备，确保安全性。安装和保养光伏发电系统十分容易，而且可以持续运行，从而为电站提供更高效、更可靠的服务。

（三）升压系统

光伏发电系统的级别不同，有的是单级，有的是多级。分布式光伏发电系统可以直接连接到电网，而大型地面发电厂则需要使用子方阵逆变器，将电压提高到 110千伏、220 千伏或 330 千伏，才能连接到主干线。

（四）接入系统

当选择光伏电站作为电站连接方式时，我们必须首先考虑当地的负荷需求，以确保电力的可持续利用。在电力的分配和传输过程中，由于能量的浪费，我们必须尽量减少对电力的依赖，采取当地的方式来获取电力，从而提高电力的效率。另外，我们还必须确保光伏电站的电能能够优先满足电站内部的负荷需求，并且尽量让电站的发电曲线与负荷的需求曲线相匹配。为了实现系统的长期稳定运行，我们应该尽可能充分利用电力，从而获得最优的结果。一般来说，中型和大型的光伏发电系统都应该在两个或更多的地方进行并网，这样才能够保证系统的稳定性和可靠性。

二、光伏电站电气设计应用

（一）主接线设计应用

在规划光伏电站的主接线时，应该全面考虑电站的规模、安排、连接电网的方式和电气设备的特征。如果电站采用 35 千伏或更高的电压，则可能会存在 2 级电压的情况，因此，应该结合经济效益和技术效益来进行分析。通过采用适当的技术，光伏电站能够有效地向外部输送电力。在光伏电站的规模和占地面积较大时，电缆的降压要求更高，因此，在逆变器的低压端，两个相似的电源箱就成了互补的备用电源。当光伏电站的规模和面积都相对较小，并且位于它的逆变器区域，只需要安装 电源并使用 低压电源，就能满足用电需求。

（二）防雷接地设计应用

在并网发电过程中，光伏设备，如电池组件，分布非常广泛，而且高度差异也很小，因此，为了有效地防止雷击，必须采取有效的避雷措施，但是，如果避雷装置的覆盖范围太小，会大大增加建设成本，而且由于占用空间较多，容易出现设计不当，从而影响发电效率。光伏阵列是一种高效的三级防雷建筑物，它采用金属构架和接地网的连接方式，能够有效地将金属结构、电池组件和接地网连接起来，从而有效抵御直击雷的威胁。

光伏电站的感应雷防护措施旨在阻止感应雷 从外部进入电站，因为感应雷可以通过静电感应和电磁感应形成，而且它们形成的电压比较高，因此，必须加强对电站内部设施的保护，以确保电站的安全运行。电站的安全设计非常关键，因为感应雷有两种常见的方式进入电站：第一种是通过电缆进入电站的直流电缆，第二种是通过电缆进入电站的交流电缆。在设计电站的电气设计时，必须考虑到这两种情况。一种是安装避雷器，这样就能够避免电站的耦合过电压，保护电站内的设备免受损害。

（三）电缆敷设设计应用

为了提高大型 中型光伏发电站的运行效率，建议采用“T”式连接，这样不仅能够有效降低各个区域发电模块的故障率，而且还能够节省开关柜和电缆的数量。然而，具体的电缆数量还需要根据实际的经济情况和技术要求进行综合考虑。对于一些丘陵和山区的光伏电站，应该考虑多种安装方式，例如电缆桥架、直埋敷设等，这样既能够充分发挥地形的优势，又能够有效的防止电缆受损。其中，电缆桥架的选择更加灵活，可以选择玻璃钢桥架或镀锌桥架等。尽管地面光伏电站的电缆可以直接埋入地下，但是考虑到西北地区的严酷环境，如冻土层较厚、深度较大，这将导致电力系统的施工难度增加，因此，选择耐寒电缆作为光伏电站的电力线路是比较理想的选择。为了有效地保护冻土层中的电缆免遭破坏，建议在其上安装电缆保护管，以此来确保其安全可靠的运行，同时也可以有效地减少施工成本。

三、结束语

随着电力系统的改善和技术的进步，光伏电站的建设已经成为当今世界的一个热门话题。优化电站的电气设计，不仅可以极大地提升光伏发电的效率，更是实现可再生能源的可持续利用，为社会的发展做出积极贡献。

参考文献

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