邵小雷
摘 要:本文基于對(duì)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)基本概念與特點(diǎn)的分析,詳細(xì)研究了在分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中電氣設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題,對(duì)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中包括光伏組件選擇、逆變器選型、組串連接、直流匯流箱、以及光伏直流電纜選型的電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)探討,望引起重視。
關(guān)鍵詞:光伏發(fā)電;分布式;電氣設(shè)計(jì)
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.153
0 引言
目前經(jīng)濟(jì)社會(huì)中各個(gè)行業(yè)與領(lǐng)域廣泛使用并依賴于石油、煤炭等不可再生的能源。由于這些能源具有不可再生的特點(diǎn),因此不符合能源應(yīng)用可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求,同時(shí)也加重了生態(tài)環(huán)境的負(fù)擔(dān)與壓力。在這一背景下,加大對(duì)清潔可再生能源的發(fā)展力度已成為踐行國(guó)家節(jié)能減排目標(biāo)的重要手段之一。其中,分布式光伏發(fā)電具有分散生產(chǎn)以及就地使用的特點(diǎn),與我國(guó)實(shí)際情況相適應(yīng),因此得到了大力的發(fā)展與推廣。
1 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)基本概述
分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)是指通過(guò)對(duì)光伏組件的合理應(yīng)用,將具有清潔可再生特點(diǎn)的太陽(yáng)能能源轉(zhuǎn)換為可供使用電能的一類(lèi)分布式電源系統(tǒng)。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)多建設(shè)在用戶場(chǎng)地附近,運(yùn)行方式表現(xiàn)為用戶側(cè)自發(fā)、自用,多余電量上網(wǎng),且具有在配電系統(tǒng)中調(diào)節(jié)平衡的特點(diǎn)。作為一類(lèi)具有廣闊發(fā)展?jié)摿Φ陌l(fā)電方式以及能源應(yīng)用模式,分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)遵循“就近發(fā)電就近并網(wǎng)、就近轉(zhuǎn)換、就近使用”的基本原則,一方面能夠有效促進(jìn)規(guī)模同等光伏電站發(fā)電量的提升,另一方面還有效解決了電能在遠(yuǎn)距離傳輸過(guò)程中存在的電能損耗問(wèn)題。
目前成功應(yīng)用于實(shí)踐中的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)具有以下幾個(gè)方面的典型特點(diǎn):第一是輸出功率相對(duì)較小,因此其對(duì)經(jīng)濟(jì)性的影響低,換言之小型分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的投資收益與大型系統(tǒng)是基本相當(dāng)?shù)?;第二是污染小,具有突出的環(huán)境保護(hù)效益。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)在發(fā)電運(yùn)行的過(guò)程中無(wú)明顯噪音,對(duì)周?chē)翱諝馑a(chǎn)生的污染小;第三是可有效緩解局部用地緊張狀態(tài);第四是可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電與用電的并存。
2 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn)
第一,在針對(duì)光伏組件的選型方面,光伏組件主要有以下幾種類(lèi)型:非晶硅電池組件、單晶硅電池組件、多晶硅電池組件等。其中非晶硅電池組件成本價(jià)格低,外部環(huán)境對(duì)組件運(yùn)行影響不大,存在的問(wèn)題是光電轉(zhuǎn)換效率偏低,國(guó)際先進(jìn)水平為10%左右,且不夠穩(wěn)定,常有轉(zhuǎn)換效率衰降的現(xiàn)象,所以尚未大量用于作大型太陽(yáng)能電源;晶硅類(lèi)電池組件由于制造技術(shù)成熟、產(chǎn)品性能穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)、光電轉(zhuǎn)化效率相對(duì)較高的特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于大型并網(wǎng)光伏電站項(xiàng)目。
晶硅類(lèi)電池又分為單晶硅電池組件和多晶硅電池組件。兩種組件最大的差別是單晶硅組件的光電轉(zhuǎn)化效率略高于多晶硅組件,也就是相同功率的電池組件,單晶硅組件的面積小于多晶硅組件的面積。兩種電池組件的電性能、壽命等重要指標(biāo)相差不大,執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)也相同,在工程實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,無(wú)論單晶硅還是多晶硅電池都可以選用。但單晶硅組件的價(jià)格比多晶硅組件的價(jià)格高10%左右。
綜合對(duì)當(dāng)前光伏電池組件技術(shù)水平,工藝成熟度,以及轉(zhuǎn)換效率等因素的考慮,應(yīng)當(dāng)優(yōu)選選用大功率晶硅電池組件,以確保光伏發(fā)電系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。
第二,在有關(guān)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變器設(shè)備的選型方面,工作人員需參考整個(gè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的裝機(jī)容量,選擇輸出功率與其基本一致的逆變器設(shè)備。除此以外,在逆變器的選型中還需要綜合考慮最大直流電壓、MPPT數(shù)量、MPPT電壓區(qū)間、額定輸出電壓參數(shù)、直流輸入接線端口數(shù)量、以及功率因素等相關(guān)技術(shù)參數(shù)對(duì)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)電氣運(yùn)行的影響。例如,在對(duì)直流輸入接線端口數(shù)量的選型上需參考組串并聯(lián)具體路數(shù),在對(duì)組件組串?dāng)?shù)量的選擇上,則應(yīng)當(dāng)考慮最大支流電壓以及MPPT電壓區(qū)間的影響,而在對(duì)MPPT數(shù)量的選型上還應(yīng)當(dāng)考慮系統(tǒng)內(nèi)部光伏組件的具體朝向情況。
以上計(jì)算式中,“”為光伏組件所對(duì)應(yīng)開(kāi)路電壓溫度系數(shù)取值,“”為光伏組件工作電壓溫度系數(shù)取值,“”為逆變器允許最大直流輸入電壓取值,“”為正常工作條件下光伏組件最低溫度取值,“”為正常工作條件下光伏組件最高溫度取值,“”為逆變器MPPT電壓最小取值,“”為逆變器MPPT電壓最大取值,“”為光伏組件開(kāi)路電壓取值,“”為光伏組件工作電壓取值。
第四,在有關(guān)直流匯流箱的電氣設(shè)計(jì)中,匯流箱的基本功能使將光伏組件所輸出多路直流電源進(jìn)行匯流處理,然后連接至逆變器中。作為直流匯流箱中最關(guān)鍵的電器元件之一,主斷路器額定工作電壓應(yīng)當(dāng)大于或等于回路工作電壓最高值,同時(shí)額定電流應(yīng)當(dāng)大于或等于回路工作電流最高值。一般情況下,直流回路的斷路器采用直流斷路器。如果在直流回路中使用交流斷路器,可以考慮采用二極或三級(jí)串聯(lián)的辦法。
第五,在針對(duì)光伏直流電纜的選型方面,需根據(jù)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)所處的特殊環(huán)境條件設(shè)計(jì)光伏設(shè)備專用無(wú)鹵PV1-F電纜,支持組件間匯流連接以及跳線功能。特別需要注意的一點(diǎn)是:在分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境溫度≥60℃的情況下,需對(duì)載流量進(jìn)行合理修正。
3 結(jié)束語(yǔ)
光伏發(fā)電是目前廣泛應(yīng)用的節(jié)能減排技術(shù)手段之一,可應(yīng)用清潔可再生的太陽(yáng)能支持電能需求,在治理環(huán)境污染問(wèn)題,降低GDP能耗等方面均具有非常確切的價(jià)值。其中,對(duì)電氣系統(tǒng)及關(guān)鍵設(shè)備的電氣設(shè)計(jì)水平將直接影響整個(gè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行效能。以上研究中簡(jiǎn)要分析了分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的定義與特點(diǎn),進(jìn)而從逆變器選型、組串連接、直流匯流箱及光伏直流電纜選型這幾個(gè)方面入手,對(duì)電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行探討與分析,望能夠引起相關(guān)人員的重視及關(guān)注,以促進(jìn)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)電氣性能的提升、完善。
參考文獻(xiàn):
[1]沈輝,曾祖勤.太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)[J].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005(08).
[2]劉興杰,郭棟,王凱龍等.基于電氣外特性的光伏發(fā)電系統(tǒng)模型等效方法[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2014,29(10):231-238,265.