分布式光伏发电系统设计浅析

分布式光伏发电系统设计浅析摘要：概述光伏发电的发展前景和分布式光伏的系统类型。通过模拟设计100kWp可逆流并网分布式光伏发电系统，阐述系统构建原理，说明关键设备功能，解析参数计算方法。关键词：分布式光伏；并网；可逆流；双碳引言目前，我国可再生能源正处于高速发展阶段，可再生能源发电总装机容量已经突破11亿千瓦。在“碳达峰、碳中和”目标下，提高可再生能源比例已成为“十四五”时期能源发展的重点。2022年4月1日起实施的《建筑节能与可再生能源利用通用规范》GB55015-2021中明确要求“新建建筑应安装太阳能系统。”光伏发电系统必将成为建设低碳建筑的重要着力点。本文主要针对分布式光伏发电系统进行解析，希望对读者有所帮助。1系统类型分布式光伏根据其是否并网，分为独立光伏发电系统和并网光伏发电系统。1.1独立光伏系统独立光伏发电系统与电网物理上分隔，主要针对供电可靠性要求不高的负荷。根据储能装置配置情况不同可分为带储能装置的独立系统和不带储能装置的独立系统。1.2并网光伏系统并网光伏系统利用并网逆变器和并网柜接入电网，将直流电转换成满足电能质量要求的交流电。根据并网方式不同分为可逆流并网系统和不可逆流并网系统。2系统设计本节以100kWp可逆流并网分布式光伏发电系统为例，阐述系统构成、模拟参数计算。系统主要由以下设备构成：光伏方阵、光伏汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、交流配电柜、交流并网柜、双向电能表。2.1光伏方阵光伏方阵是将若干个光伏组件在机械和电气上按一定方式组装在一起并且有固定的支撑结构而构成的直流发电单元。又称光伏阵列[1]。2.1.1单个光伏组串中光伏组件数量计算光伏组串中光伏组件数量计算公式参见《光伏发电站设计规范》GB50797-2012公式（6.4.2-1）、公式（6.4.2-2）。MPPT为最大功率点跟踪。光伏组件的开路电压温度系数，取-0.3%/℃（由组件厂商提供）；光伏组件的工作电压温度系数，取-0.35%/℃（由组件厂商提供，无数据时可用开路电压温度系数）；光伏组件工作条件下的极限低温（℃），取0℃；光伏组件工作条件下的极限高温（℃），取70℃；逆变器允许的最大直流输入电压（V），取900V；逆变器MPPT电压最大值（V），取800V；逆变器MPPT电压最小值（V），取460V；光伏组件的开路电压（V），取48V；光伏组件的工作电压（V），取39V。光伏组件串中光伏组件数量N：综上计算，，取6。由16块光伏组件串联构成1组光伏组件串。2.1.2单个逆变器回路中光伏组串的并联数计算光伏组串的并联数计算公式参见国标图集15D202-4第15页。逆变器额定功率（kW），取22kW；单光伏组件峰值功率（kWp），取0.255kWp；光伏组件串中光伏组件数量，根据2.1.1节计算结果为16。光伏组件并联数：综上计算，由5组光伏组件串并联构成单个逆变器的输入回路。2.1.3装机容量计算光伏方阵装机容量计算公式参见国标图集15D202-4第15页。光伏组件串中光伏组件数量，2.1.1节计算结果为16；光伏组件并联数，2.1.2节计算结果为4；单光伏组件峰值功率（kWp），取0.255kWp。光伏方阵装机容量：上述计算结果为单个逆变器所带光伏方阵的装机容量，构建100kWp光伏系统所需逆变器数量为：综上计算，逆变器数量取整为5台。2.1.4光伏组件安装倾角光伏组件的最佳安装倾角原则上应使光伏组件受到的全年辐照量最大[1]。往往因缺乏相关气象资料或受土建条件限制，难以落实最佳安装倾角。在实际设计中，可以根据《光伏发电站设计规范》GB50797-2012表B《全国各大城市光伏阵列最佳倾角参考值》，结合土建条件进行设计，使光伏组件的安装倾角达到相对最佳的状态。2.2光伏汇流箱、直流配电柜光伏汇流箱又称直流汇流箱。当单个光伏组串功率无法满足项目需求时，通过汇流箱将多个光伏组串的直流电汇聚到一起形成更大的功率输出。汇流箱内部系统主要由直流断路器、直流熔断器组成，用于汇集直流电。常用的汇流箱有4、8、12、16路输入。本案例中单个逆变器输入回路需5个光伏组件串并联，因此选用8路输入1路输出的汇流箱。直流配电柜用于将多个汇流箱输出的直流电汇聚后导入逆变器，形成多级汇流结构。直流配电柜安装于汇流箱输出侧，与汇流箱为上下级关系，内部系统主要由直流断路器组成。本案例中单个逆变器回路并联光伏组件串较少，1个汇流箱即可满足使用需求，因此无需配置直流配电柜。2.3并网逆变器并网逆变器主要功能：将直流配电柜（或汇流箱）输出的直流电转换称交流电；具备最大功率点跟踪（MPPT）功能；具备保护功能，且满足并网继电保护相关技术要求；输出的电能质量满足并网技术要求。光伏发电系统的并网技术要求参见《光伏发电站设计规范》GB50797-2012第9.2节、第9.3节。本案例采用的额定功率为22kW的并网逆变器。2.4交流配电柜、交流并网柜交流配电柜用于汇总并网逆变器输出的交流电，具备保护功能，输入、输出侧设断路器。输入端接并网逆变器、输出端接并网柜。当光伏系统只有1台并网逆变器时，可取消交流配电柜，由并网逆变器直接接入交流并网柜。根据2.1.3节的计算结果，本案例设5台并网逆变器，因此需配置1台5输入1输出的交流配电柜。交流并网柜为光伏发电系统与电网的并网点，输入端接交流配电柜，输出端接电网低压配电室0.4kV母排，具备保护、计量功能，内设断路器、电能表、电流表、电压表。此电能表为并网电能表，主要用于计量光伏系统的总发电量。2.5双向电能表为计量可逆流并网光伏系统多余电量上网的情况，应在用户与公共电网的产权分界点安装双向电能表。该双向电能表为关口计量电能表，用于计量用户用电量和上网发电量，需按供电部门要求设置。3结语在全球能源结构调整和推动双碳目标的关键时期，光伏发电正处于井喷式的发展阶段。光伏产业高速发展、技术日趋成熟，使得光电的上网电价逐步降低，目前已实现平价上网。平价上网的状态将会刺激电网更主动的去消纳更多光电入网，形成良性循环。参考文献：[1]中国电力企业联合会.GB50797-2012光伏发电站设计规范[S].北京：中国计划出版社,2012.[2]江苏省土木建筑学会建筑电气专业委员会,南京市建筑设计研究院有限责任公司,等.15D202-4建筑一体化光伏系统电气设计与施工[M].北京：中国计划出版社,2015.[3]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB55015-20