代大海

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一、分布式光伏發(fā)電

所謂的分布式發(fā)電就是分布式電源，指用先進(jìn)控制技術(shù)經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、高效、可靠的自主發(fā)電方式，且分布式電源是靠近本地負(fù)荷中心建設(shè)的，通俗來(lái)說(shuō)就是直接向本地負(fù)荷供電的小型電源裝置其容量≤6MW，并網(wǎng)電壓等級(jí)≤10kV，不久前也有部分漁光或者農(nóng)光互補(bǔ)電站界定為分布式光伏電站，這種電站容量不超過(guò)20MW，并網(wǎng)電壓等級(jí)不超過(guò) 35kV。我國(guó)早期的分布式發(fā)電是指對(duì)原有系統(tǒng)排除的廢氣、冷卻水余熱進(jìn)行發(fā)電并就近供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化原有系統(tǒng)能源的利用率?，F(xiàn)階段分布式發(fā)電一般采用可再生資源發(fā)電，如分布在各地區(qū)的太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生資源，促使分布式發(fā)電可就地取材，通俗來(lái)說(shuō)就是既靠近能源中心又靠近本地負(fù)荷中心。由于太陽(yáng)的照射范圍廣，屬于清潔無(wú)毒害且總量無(wú)限的能源，加上光伏發(fā)電不受地理位置的限制，能更好結(jié)合建筑物，安裝便利不占土地資源，可最大限度接近本地負(fù)荷，且其運(yùn)營(yíng)對(duì)環(huán)境無(wú)害，所以是一種有效利用太陽(yáng)能發(fā)電的方法。分布式發(fā)電系統(tǒng)的輸電距離短，一般不需要建設(shè)變電及配電站，輸電損耗的降低，可保證建設(shè)成本，能確保電力生產(chǎn)和需求緊密結(jié)合，完全實(shí)現(xiàn)用戶(hù)統(tǒng)一自行管理，提高生產(chǎn)效率的目的。同時(shí)，這種系統(tǒng)的供電可靠性高，能對(duì)公共電網(wǎng)難以覆蓋或薄弱的地區(qū)供電，足以解決基本的電能需求，并最大程度的緩解環(huán)境保護(hù)所面臨的壓力，是全球發(fā)展最迅猛的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。圖為分布式光伏發(fā)電：

二、分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

以某司屋面100kW分布式光伏發(fā)電站為例，其主要組成部分有：光伏方陣、匯流箱、光伏逆變器、環(huán)境監(jiān)測(cè)儀、電站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、直流配電單元、交流配電單元，計(jì)量系統(tǒng)。此電站光伏方陣選用我司生產(chǎn)的TP660P-250W組件，合計(jì)需要400塊，使用20kW組串式逆變器5臺(tái)，組串形式20塊/串。光伏組件采用固定傾角27°安裝，方位角南偏西 15°。此外，此電站采用的是電網(wǎng)低壓側(cè)三相 400V并網(wǎng)方式，每 10s其監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)將各設(shè)備主要運(yùn)行的數(shù)據(jù)記錄下來(lái)。圖為電氣系統(tǒng)示意圖：

（二）防雷接地設(shè)計(jì)

由于該電站屬高雷區(qū)，易受直擊雷風(fēng)險(xiǎn)，以及易造成雷電感應(yīng)的大面積金屬組件陣列，所以必須對(duì)光伏陣列、建筑物及電氣設(shè)備等設(shè)計(jì)防雷接地，從而防止系統(tǒng)中設(shè)備電氣元器件被雷擊、浪涌等外在因素造成的損壞，保證光伏發(fā)電站的安全可靠性。光伏發(fā)電站的防雷設(shè)計(jì)須按照GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，以三類(lèi)建筑物規(guī)范防護(hù)直擊雷。而接閃系統(tǒng)、引下線(xiàn)、接地系統(tǒng)三方面組成了直擊雷防護(hù)。將避雷針安裝在建筑屋頂，直擊雷防護(hù)系統(tǒng)要利用接地系統(tǒng)構(gòu)建屋頂設(shè)備和原有建筑引下線(xiàn)形成，并注意安裝電涌保護(hù)器在雷區(qū)分布區(qū)邊界。另外，接地電阻必須符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB50169-2010《電氣系統(tǒng)安裝工程接地裝置施工及驗(yàn)收規(guī)范》的規(guī)定，在光伏方陣構(gòu)建＜20m×20m的接地網(wǎng)絡(luò)。圖為防雷保護(hù)設(shè)計(jì)示意圖：

三、分析光伏發(fā)電站的性能

（一）光伏發(fā)電站系統(tǒng)性能

光伏電站運(yùn)行的數(shù)據(jù)是通過(guò)電站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)存儲(chǔ)監(jiān)測(cè)的。國(guó)際能源協(xié)會(huì)光伏電力系統(tǒng) TASK2和標(biāo)準(zhǔn) IEC 61724-1998 photo voltaic system performance monitor-Guidelines for measurement,data exchange and analysis都對(duì)光伏電站監(jiān)測(cè)提出要求，因此光伏發(fā)電站的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須按照要求實(shí)施。以下是利用光伏電站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存儲(chǔ)的2013.11到2014.12運(yùn)行的數(shù)據(jù)，并按IEC 61724-1998中的統(tǒng)計(jì)、分析法，結(jié)合公式 YA=EA/PO、YR=HT/GSTC、YF=EPC/PO、LC=YR-YA、LS=YR-YA、LS=YF-YA、得出電站每個(gè)月的各項(xiàng)參數(shù)，例如2013年11月、2014年6月、2014年12月的實(shí)際參考最終的產(chǎn)量分別為2.6671（h.d-1）、2.6678（h.d-1）、2.3455（h.d-1）和 2.2074（h.d-1）、2.7638（h.d-1）、2.1904（h.d-1）與 0.6819（h.d-1）、0.8155（h.d-1）、0.6649（h.d-1），而俘獲及系統(tǒng)的損耗分別為 0.0007（h.d-1）、0.3216（h.d-1）和 0.5564（h.d-1）、0.0170（h.d-1）及 0.2023（h.d-1）、0.0165（h.d-1），電氣系統(tǒng)和光電轉(zhuǎn)換的效率分別為 87.92%、12.31%和 79.25%、11.10%及 81.54%、11.42%。但由于受到大氣質(zhì)量、環(huán)境溫度及風(fēng)速等因素的影響，電氣系統(tǒng)的效率在研究的14個(gè)月內(nèi)效率基本上維持在79%到81%間，且組件光電轉(zhuǎn)換率在11%-到 16%左右。由此可見(jiàn)，分布式光伏電站效率除了受屋面坡度、周?chē)ㄖ镪幱坝绊懲?，更主要的還受項(xiàng)目所在地太陽(yáng)能資源、環(huán)境氣象條件影響。設(shè)計(jì)時(shí)，為提高系統(tǒng)的發(fā)電量，我們因該綜合考慮這些因素。

（二）光伏電站光伏方陣性能

在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件(STC)下太陽(yáng)能電池組件的測(cè)試轉(zhuǎn)換率為15.5%，該電站2013年11月11日時(shí)光伏方陣效率的測(cè)量值范圍為75%左右，而由于該電站并非是正朝南安裝光伏組件，存在南偏西15°左右方位角，因此，上午太陽(yáng)光照射到光伏方陣的方位角相當(dāng)于理論計(jì)算太陽(yáng)方位角和安裝方位角之和；下午太陽(yáng)光照射方位角相當(dāng)于理論計(jì)算太陽(yáng)方位角和安裝方位角之差。通過(guò)本電站所在地區(qū)經(jīng)緯度及方位角可用式計(jì)算出當(dāng)日垂直入射太陽(yáng)光到光伏方陣的時(shí)間在14:35分左右，其太陽(yáng)光瞬時(shí)輻射值為758W/m2,83.6kW是當(dāng)時(shí)的光伏方陣輸入功率，13%為當(dāng)時(shí)的光電轉(zhuǎn)換率。由此可見(jiàn)光伏方陣直流輸入功率實(shí)際上與日照強(qiáng)度有關(guān)，當(dāng)日照強(qiáng)度上漲時(shí)光伏方陣的輸入功率也呈直線(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，不過(guò)基于方位角為南偏西15°以及有環(huán)境溫度等的影響，就算是相同日照強(qiáng)度及環(huán)境溫度，但上午的輸出功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及下午的輸出功率，可一旦光伏方陣方位角為0°，那么此種現(xiàn)象就不會(huì)出現(xiàn)。由此可知，為了提高光伏系統(tǒng)發(fā)電效率，我國(guó)光伏電站的光伏組件應(yīng)正南布置，這樣可以使光伏組件能盡量多的接收到來(lái)自太陽(yáng)的直射輻射能量。

（三）光伏電站逆變器的性能

作為光伏電站中重要電氣設(shè)備的光伏并網(wǎng)逆變器，它能實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)控制，能夠根據(jù)陽(yáng)光的強(qiáng)弱自行投入并網(wǎng)或者退出電網(wǎng)，滿(mǎn)足電網(wǎng)要求將光伏方陣發(fā)出來(lái)的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能，但它轉(zhuǎn)換的效率高低直接會(huì)影響都整個(gè)電站發(fā)電效率和投資收益。此電站的逆變器是不帶工頻隔離變壓器的三相逆變器，其交流電源輸出為三相 AC480V/50Hz，實(shí)現(xiàn)了按日照強(qiáng)度自動(dòng)開(kāi)關(guān)機(jī)完善保護(hù)的功能。其系統(tǒng)運(yùn)行在2014年4月某日曾達(dá)到最高轉(zhuǎn)換效率98.6%，且轉(zhuǎn)換率維持在97%-98%時(shí)輸入功率達(dá)一般在 20kW 以上?？梢?jiàn)，逆變器效率的情況直接影響整個(gè)光伏系統(tǒng)的效率情況，為了提供光伏系統(tǒng)整體效率，我們應(yīng)盡量選用發(fā)電轉(zhuǎn)換效率高、性能穩(wěn)定的逆變器產(chǎn)品。

結(jié)語(yǔ)：

分布式光伏發(fā)電是有效利用太陽(yáng)能發(fā)電的可再生能源的主要方式之一，具有可就地取材無(wú)污染無(wú)噪聲的優(yōu)點(diǎn)，符合我國(guó)當(dāng)前推行的環(huán)保政策，因此被國(guó)家大力推廣使用，而本文通過(guò)分布式光伏發(fā)電的定義及重要性，以100kW分布式光伏發(fā)電站為例，分析了分布式發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和性能，對(duì)分布式光伏電站設(shè)計(jì)與優(yōu)化有積極意義。