朱德志

(鎮(zhèn)江高等專(zhuān)科學(xué)校 電氣電競(jìng)與交通學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212028)

目前常見(jiàn)的新能源包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等，均為分布式電源(Distributed Energy Resource)。光伏發(fā)電具有安全、清潔、長(zhǎng)壽命、免維護(hù)、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)[1-2]，我國(guó)初步規(guī)劃“十三五”光伏裝機(jī)規(guī)模目標(biāo)為1.5×108kW，即每年新增2×107kW[3]，出臺(tái)系列政策鼓勵(lì)、支持光伏發(fā)電等新能源快速發(fā)展，加快新能源從補(bǔ)充能源向替代能源轉(zhuǎn)變[4]。隨著光伏技術(shù)的發(fā)展，光伏發(fā)電設(shè)備制造成本下降，國(guó)家逐步調(diào)整補(bǔ)貼政策，逐年減少。研究顯示，僅高低壓電纜成本就約占光伏電站總投資成本的6%[5]。光伏電站要降低投資成本，就要優(yōu)化光伏電站設(shè)計(jì)方案。

1 分布式發(fā)電系統(tǒng)逆變器的選擇

并網(wǎng)光伏電站主要由光伏組件方陣、匯流箱、逆變器、升壓變壓器、并網(wǎng)點(diǎn)配電柜等組成[6]，其中逆變器分為集中式逆變器、組串式逆變器，分別使用它們的光伏電站方案見(jiàn)圖1，圖2。

圖1 集中式逆變器光伏電站方案圖

圖2 組串式逆變器光伏電站方案圖

集中式逆變器體積較大，需安裝在地面，距離光伏組件較遠(yuǎn)。使用集中式逆變器的并網(wǎng)光伏電站直流電氣線路較長(zhǎng)，單瓦成本較低。在大型地面電站建設(shè)中優(yōu)先選用集中式逆變器[7]。組串式逆變器體積小，安裝靈活，智能化程度高，發(fā)電效率高等優(yōu)點(diǎn)，可直接安裝于廠房或辦公室屋頂，距離光伏組件較近，輸出的交流電經(jīng)過(guò)交流匯流柜后直接并網(wǎng)。組串式逆變器可對(duì)接入直流組串進(jìn)行分組MPPT逆變，電能轉(zhuǎn)化效率高于集中式逆變器。在分布式光伏電站的建設(shè)中優(yōu)先選用組串式逆變器。

筆者所設(shè)計(jì)的江蘇省交通集團(tuán)光伏發(fā)電站屬于廠房屋頂安裝的分布式光伏電站。建筑物屋頂面積受限，廠區(qū)綠化帶面積狹小，無(wú)法安裝集中式逆變器，故采用組串式逆變器的光伏電站方案。

2 組串式逆變器光伏電站兩種方案比較

采用傳統(tǒng)組串式逆變器的光伏電站方案，在組串式逆變器的出線端使用交流匯流柜，交流匯流柜一般采用4匯1或5匯1方案，4或5根小截面交流電纜匯流成1根大截面交流電纜輸出，電纜安裝方便，但是增加了交流斷點(diǎn)，增加了維護(hù)和檢修工作量。組串式逆變器距離并網(wǎng)點(diǎn)較近的項(xiàng)目可采用改進(jìn)后的組串式逆變器光伏電站方案，如圖3所示。取消交流匯流柜，直接把逆變器出線的交流電纜引入光伏并網(wǎng)柜，減少了交流電纜的中斷，減少了1臺(tái)交流匯流柜，降低了成本，但增加了維護(hù)的工作量。兩種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，在項(xiàng)目實(shí)踐中要根據(jù)項(xiàng)目的特點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析。

圖3 改進(jìn)后的組串式逆變器光伏電站方案圖

3 項(xiàng)目光伏電站方案確定

江蘇省交通集團(tuán)一期共3棟鋼結(jié)構(gòu)廠房(1#，2#，3#)。光伏組件布設(shè)于鋼結(jié)構(gòu)廠房的彩鋼瓦屋面，總裝機(jī)容量約1.2 MW。每棟廠房距離交流并網(wǎng)點(diǎn)約100 m，可采用改進(jìn)后的組串式逆變器光伏電站方案。依據(jù)工程造價(jià)對(duì)比論證結(jié)果，優(yōu)先選用工程造價(jià)低的方案。以1#廠房為例進(jìn)行概算分析。

項(xiàng)目采用325 WP多晶組件，每個(gè)組串由20個(gè)組件串聯(lián)，單組串功率P1=6 500 Wp。每臺(tái)逆變器接入6個(gè)組串。單臺(tái)逆變器接入功率P2=39 kWp。考慮江蘇地區(qū)的容配比為1.2(即1 kW逆變器可以接入1.2 kW的光伏組件)，選用36 kW的組串式逆變器。逆變器交流出線長(zhǎng)度約為100 m，逆變器出線電纜按照載流量選取ZRC-YJV-3×25+1×16 mm2交聯(lián)聚乙烯電纜。

采用圖2所示傳統(tǒng)組串式逆變器光伏電站方案，1#廠房光伏電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖如圖4所示。

圖4 采用傳統(tǒng)組串逆變器方案的1#廠房光伏電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖

1#廠房改進(jìn)后的光伏電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖如圖5所示。光伏組件的組串出線為4 mm2直流電纜，所有組串出線圖紙要求分別連接到5臺(tái)交流逆變器直流輸入端，交流逆變器的交流電纜直接輸出到1#并網(wǎng)計(jì)量柜。

圖5 采用改進(jìn)后組串逆變器方案的1#廠房電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖

經(jīng)核算，1#廠房采用傳統(tǒng)組串式逆變器光伏電站方案設(shè)計(jì)概算為113 000元，如表1所示。1#廠房采用改進(jìn)后組串式逆變器光伏電站方案設(shè)計(jì)概算為94 500元，如表2所示。采用改進(jìn)后的逆變器光伏電站方案總體功能符合要求，節(jié)約了工程造價(jià)，提高了發(fā)電效率，減少了運(yùn)維故障率，本次光伏設(shè)計(jì)優(yōu)先選用該設(shè)計(jì)方案。

表1 傳統(tǒng)組串式逆變器光伏電站的1#廠房光伏電氣系統(tǒng)材料表

4 結(jié)束語(yǔ)

優(yōu)化設(shè)計(jì)光伏項(xiàng)目能夠減少電纜斷點(diǎn)，減少中間設(shè)備數(shù)量，降低故障風(fēng)險(xiǎn)、工程投資成本、運(yùn)維成本，提高發(fā)電效率。研究光伏項(xiàng)目的優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠推動(dòng)清潔能源的發(fā)展，具有重要意義。