关于光伏阵列中组件串联数量问题的探讨

关于光伏阵列中组件串联数量问题的探讨

郭志庆

广州恒运新能源有限公司   441422197711053710

摘要：随着“2030年前碳达峰、2060年前碳中和”的“双碳”战略的实施，国家日益倡导绿色、环保、低碳的生活方式。集中式光伏电站利用太阳能发电，过程无污染，无排放，无辐射，是一种没有环境危害清洁能源，光伏发电也是未来30年最有可能替代化石燃料的绿色能源。本文将就光伏电站建设工程过程中遇到的光伏阵列组件串联数量计算问题展开探讨，力求抛砖引玉，引起有关专业工程技术层面的思考。

关键词：太阳能电站；光伏阵列；组串；串联数量

引言：我国南方某省，年太阳总辐射量为1427.7kWh/m2(折合 5139.72MJ/m2)的地区，新建一间直流容量为400MWp的集中式光伏电站。在选定光伏组件型号，逆变器型号前提下，开展光伏组件串联数量的计算，选择最佳设备组合模式工程运用，下面介绍本项目组件阵列运行串联数量计算问题的相关基础条件：

一、光伏组件

综合考虑当前国内市场中光伏组件的价格、效率、施工难度及周期、技术成熟性、市场占有率等因素，本项目拟采用双面540Wp(182mm)单晶硅组件，具体参数如表1所示：

表1  拟选用的540Wp双面双玻单晶硅光伏组件技术规格

二、逆变器

结合电网接入指标要求，发电效率组串式相对于集中式无明显优势；初期投资方面组串式逆变器比集中式逆变器设备大；在后期运维中组串式故障率也较高，本项目选择采用集中式逆变器方案。考虑目前集中式逆变器的技术参数和应用业绩，使用对于大型集中式光伏电站更加实用的3125kW+3125kVA 集中式逆变一体机具体参数见表2。

表2 3125kW+3125kVA 集中式逆变一体机主要参数

三、光伏组件的工作温度范围确定

光伏电池工作温度受辐照度、环境温度(气温)影响，可按以下公式计算：

Tc= G/800×(Tn-20)+Te

其中，Tc、Tn、Te 分别为电池工作温度、电池额定工作温度、环境温度，G为辐照度(单位W/m2)。查找项目所在地历史气象资料，电气发电期多年最低气温(1.6度)、极端最高气温(38.7度)取G=200W/m2、最低环境温度1.6度，可计算电池工作条件最低温度为7.85度；取G=1000W/m2、最高环境温度38.7度，可计算电池工作条件最高温度为69.95度。

四、光伏组件串联数量的选择

根据《光伏发电站设计规范》GB50797-2012，光伏组件串联数应按下公式进行计算：

N≤Vdcmax/(VOC*[1+(t-25)*kv])

Vmpptmin/(Vpm*[1+(t’-25) *K’v])≤N≤Vmpptmax/(Vpm*[1+  (t-25)*K’v])

kv：光伏组件的开路电压温度系数；

K’v：光伏组件的工作电压温度系数；

N：光伏组件的串联数(N取整)；

t：光伏组件工作条件下的极限低温(℃)；

t ’：光伏组件工作条件下的极限高温(℃)；

Vdcmax：逆变器允许的最大直流输入电压(V)；

Vmpptmax：逆变器MPPT电压最大值(V)；

Vmpptmin：逆变器MPPT电压最小值(V)；

Voc：光伏组件的开路电压(V)；

Vpm：光伏组件的工作电压(V)。

540Wp双面半片单晶硅光伏组件开路电压Voc(49.91V)、工作电压Vpm(42.23V)、短路电流Isc(13.55A)、工作电流Ipm(12.79A)，光伏组件开路电压的温度系数kV(-0.275%/℃)，最大功率的温度系数为 kV(-0.350%/℃)，组件最大系统电压为1500V(IEC)。逆变器的允许的最大直流输入电压为1500V，逆变器MPPT电压范 围为875V-1300V，根据当地气候条件，温度范围为1.6~38.7℃。

经计算本项目电池组件串数应大于等于19、小于等于30。计算结果如下表：

表3 输入电压计算表

选择19~21块组件进行串联时，太阳能电池组串的工作电压低于MPPT启动电压915V；选择26、27、29块组件进行串联时，支架结构不方便设计,30块组件进行串联时，开路电压为1497.3V，开路电压较大；选择28块组件进行串联时，太阳能电池组串的工作电压为1182.44V，相对接近MPPT输入电压最大值，有利降低电缆损耗和减少组件串数量。

五、结束语

结合本项目工程的光伏方阵支架设计方案，横排光伏组件时，选择28块组件进行串联，有更好的技术经济性。因此，本工程组件串联数确定为28个。即每28块540Wp的光伏组件串联构成一串组串并入一个汇流箱，若干个汇流箱并联汇流进入箱逆变一体机，组成一个箱逆变交流发电单元，这个模式充分运用了土地资源，也将各台设备组合发挥出较高的经济效益。

参考文献

[1]《光伏发电站设计规范》(GB 50797-2012)

[2]《太阳光伏能源系统术语》(GB/T 2297-1989)

[3]《光伏发电工程电气设计规范》(NB/T 10128-2019)

[4]《光伏系统并网技术要求》(GB/T 19939-2005)

[5]《光伏发电工程施工组织设计规范》(GB/T 50795-2012)