分布式光伏发电系统优化设计分析

安 鹏

（力诺电力集团股份有限公司，山东 济南 250103）

1 分布式光伏发电概述

分布式光伏发电具体指在用户附近设置分布式电源，再通过一定的方式将太阳能合理转变为用户能够直接应用的电能。我国之前大都通过锅炉余热进行分布式发电，再将电力输送至用户，这样能够有效提升原系统的能源利用率。近年来，我国开始着手于利用太阳能和风能等各种新能源发电，还努力将发电系统尽可能靠近负荷中心。因为太阳能取之不尽、用之不竭，十分环保，且辐射范围较大，所以分布式光伏发电是能够摆脱地理位置的约束[1]。该系统的安装操作比较简单，在实际运行和电能运输等环节，对环境的损害能够忽略不计。由此可见，分布式光伏发电是应用太阳能最合理、有效的一种方法。分布式发电系统能够将电力生产环节和电力应用有效结合，便于用户管理电力。此外，分布式光伏发电系统可靠性较高，能够为一些特殊企业和地区等提供优质的电力服务。

2 分布式光伏发电系统设计应重视的几大因素

2.1 时间季节因素

理论上来说，太阳辐射直接关乎到分布式光伏发电系统的产能，辐射提升，产能随之提升。一般情况下，分布式光伏发电系统在正午时间段的产能最高，之后会随着太阳辐射的逐渐减弱不断下降。此外，就我国实际情况来看，冬季的太阳辐射通常比夏季低，因此冬季分布式光伏发电系统的产能低于夏季产能。

2.2 天气因素

天气会严重影响到分布式光伏发电系统的产能。如果遇见阴天、雨天、雪天，太阳辐射会极大降低，最终影响到该系统的产能。天气因素在很大程度上提高了系统的不确定性。

2.3 系统效率因素

影响分布式光伏发电系统产能的重要因素之一是系统效率，例如逆变器和太阳能电池组件等。系统设计过程中，相关人员必须得充分考虑到影响系统效率的各方面因素，并采取针对性措施进行解决。

3 分布式光伏发电系统设计分析

3.1 板阵系统设计

实际的光伏并网发电系统中，直流断路器的额定工作电压直接关乎到逆变器直流侧的最高电压，且其还受到环境位置等因素的影响。现如今，我国市场主流组件大都是单晶360 W和多晶280 W。组件串联数量的计算过程中，首先需充分考虑组件工作电压和逆变器直流输入电压的范围；其次，结合各个组件的温度系数，才能够确定最佳串联数，进而在各种情况下，系统都能处于最佳工作状态，最终获得最大的发电量输出[2]。例如并网逆变器最大功率跟踪电压在450～820 V，经过合理计算，最佳的串联数为16、17…20。此外，需考虑当地光伏组件安装的最低温度，一般选择靠近MPPT的范围内，还要充分考虑开路电压的变化，需要保证组串开路电压不超过逆变器的最高直流输入电压。

3.2 汇流设计

通常情况下，分布式光伏发电系统大都采用二级汇流方式。太阳电池组件方阵中，合理安装汇流箱，通过汇流箱将符合各方面要求的路数和电流合理输出。设计屋顶汇流箱的过程中，应考虑户外放置、紫外线照射以及防腐生锈等因素。对汇流箱进出线方式来说，需选择下进下出方式，以便直接从底部穿线。此外，每一路的进线都需要设置堵头和防水螺母，在箱体门的部位设置密封条，每一个连接处和合叶部位都要设置防水装置，保证汇流箱防护等级不低于IP65。

3.3 电缆设计

首先，合理选择直流电线电缆，这与光伏电站直流电线电缆的长度、环境以及光伏方阵串并联的方式息息相关。例如某一项目在夏季开工建设，这一时间段温度较高，且直流侧系统最高工作电压能够达到1 000 V；因此，组串需要选择耐压性能好、耐候性能好的1 000 V导线，额定工作温度最好控制在-20～60 ℃，所选电缆规格为1 kV，型号为2PFG1169-1 mm×4 mm电缆。这种电缆的优势十分明显，不仅导体质地十分柔软，便于在各种地形施工，而且防火性能非常好，能够满足分布式光伏项目各方面的需求，能够在户外各种环境下开展工作。其次，选择交流电力电缆。交流电缆选择交联聚乙烯绝缘电力电缆，而用于微机保护的电压电流等信号节点的控制电缆，需选用阻燃型的屏蔽电缆。最后，电缆敷设[3]。就建筑屋顶上部的电缆敷设而言，其一般都采用穿管、桥架的方式进行敷设，还要保障穿线管的内径大于电缆外径，以满足各方面的需求。

3.4 光伏监控系统设计

监控系统对于分布式光伏发电系统来说十分重要，其主要的职责就是监控智能电度表、逆变器以及汇流箱等设备的信息数据。电气监控负责监控低压配电室中的各种电气设备。实际应用中，系统监控通常应用工控机集中控制，这种工控机十分可靠，还具备遥信、遥测以及遥控等多方面功能[4]。此外，设置了LCD液晶屏显示，可以准确测量、清晰显示光伏发电系统的各种参数。通过键盘能够直接遥控开关，直接遥调逆变器。光伏监控系统具有数据查询和存储功能，相关人员查询和归档数据十分方便。

3.5 太阳能支架系统设计

现如今，我国屋顶基本包含彩钢瓦屋面和混凝土屋面两种结构形式。其中，彩钢瓦屋面通常应用平铺的结构形式，混凝土屋面主要采用最佳倾角的结构形式。对分布式光伏方阵来说，其支架安装不仅需要符合建筑一体化美观要求、承力要求等，而且需要满足后期维护等各个方面的要求，还得具备良好的结构和防腐蚀性。具体可以结合当地气候情况，如风压、雪压等进行设计。

（1）彩钢板瓦屋面结构形式。一般情况下，将电池板直接平铺在屋面上，但实际安装过程中，需要将组件铝合金结构支架合理设置在屋顶的彩钢板肋条上，并结合实际情况铺设太阳能组件。这种安装方式简单方便，后期管理、维护以及调整等工作开展便利。

（2）混凝土屋面结构形式。安装混凝土屋面结构形式的支架需在混凝土的基础上进行施工。通常情况下，太阳电池组件支架表面结构基本都会采用热镀锌的方式合理处理，以此有效提升防腐蚀性，之后通过不锈钢材质的螺栓进行固定，有效提升支架稳定性，抵御极限风速载荷。最后就是在电池板安装的过程中应该合理的设置两厘米的泄风口，其主要目的同样是为了提升支架的稳定性。

支架实际设计过程中，必须严格贯彻落实“经济适用、安全可靠以及符合国情”的电站建设方针，还得积极落实、执行国家相关法律法规和政策。另外，需要总体规划布置，结合实际情况进行集中布置，如此安装时会更加方便、快捷。

4 分布式光伏发电系统优化设计

4.1 组件接地

由于组件所处位置在高处的屋顶，因此极易受到雷电侵袭，且光伏组件的铝合金边框部位存在一层氧化膜，极大提高了组件和压块之间的电阻。支架接地后，相关人员很难确保组件边框能顺利接地，无法保证电阻能够满足各方面的需求。此外，屋顶面积较大，一旦遭遇雷电侵袭，必定会导致组件损坏，具有损害逆变器的可能性。项目设计和实施环节中，需合理设置组件边框的接地线，有效保证支架与其组件的安全性和可靠性。对光伏方阵接地来说，应保证其连续、可靠，接地电阻应控制在一定范围内。

4.2 组件的接线形式

就屋顶组件接线而言，最好采用跳接的方式，不仅能够极大节省线缆，而且能够降低线损，达到提升发电量的目的。对屋顶电缆敷设桥架来说，最合适的方式就是梯形桥架，光伏屋面需要应用梯形桥架的方式进行处理，只有这样才能够保证光伏直流电缆直达桥架部分，进而省去较多工序，促使施工更加方便、快捷[5]。此外，将电缆固定在梯形桥架上，能够减少其受阳光直射的影响，并且便于电缆散热。

4.3 汇流箱选型分析

当前主流汇流箱设计通常考虑应用防反二极管，有利于光伏组串的反接保护。实际应用结果显示，防反二极管的发热量较大，而屋面电站的通风散热条件较差，尤其是国内外已经出现了多起屋面组件自燃事件，因此分布式光伏发电系统中最好选择不含防反二极管的汇流箱，以便控制汇流箱的温度，确保其不会造成不良影响。

5 结 论

我国对清洁性能源越来越重视，分布式光伏电站的建设必定成为新能源领域中的重要发展方向之一。分布式光伏发电系统在我国的应用时间较短，还存在一些问题，需要相关人员积极优化分布式光伏发电系统，不仅需要保证设计安全，而且需要降低工程成本，从而实现分布式光伏发电系统的持续发展，为人们提供优质的供电服务。