分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)淺析

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)淺析摘要：概述光伏發(fā)電的發(fā)展前景和分布式光伏的系統(tǒng)類型。通過模擬設(shè)計(jì)100kWp可逆流并網(wǎng)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，闡述系統(tǒng)構(gòu)建原理，說明關(guān)鍵設(shè)備功能，解析參數(shù)計(jì)算方法。關(guān)鍵詞：分布式光伏；并網(wǎng)；可逆流；雙碳引言目前，我國可再生能源正處于高速發(fā)展階段，可再生能源發(fā)電總裝機(jī)容量已經(jīng)突破11億千瓦。在“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)下，提高可再生能源比例已成為“十四五”時(shí)期能源發(fā)展的重點(diǎn)。2022年4月1日起實(shí)施的《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》GB55015-2021中明確要求“新建建筑應(yīng)安裝太陽能系統(tǒng)?！惫夥l(fā)電系統(tǒng)必將成為建設(shè)低碳建筑的重要著力點(diǎn)。本文主要針對(duì)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行解析，希望對(duì)讀者有所幫助。1系統(tǒng)類型分布式光伏根據(jù)其是否并網(wǎng)，分為獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。1.1獨(dú)立光伏系統(tǒng)獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)物理上分隔，主要針對(duì)供電可靠性要求不高的負(fù)荷。根據(jù)儲(chǔ)能裝置配置情況不同可分為帶儲(chǔ)能裝置的獨(dú)立系統(tǒng)和不帶儲(chǔ)能裝置的獨(dú)立系統(tǒng)。1.2并網(wǎng)光伏系統(tǒng)并網(wǎng)光伏系統(tǒng)利用并網(wǎng)逆變器和并網(wǎng)柜接入電網(wǎng)，將直流電轉(zhuǎn)換成滿足電能質(zhì)量要求的交流電。根據(jù)并網(wǎng)方式不同分為可逆流并網(wǎng)系統(tǒng)和不可逆流并網(wǎng)系統(tǒng)。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)本節(jié)以100kWp可逆流并網(wǎng)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)為例，闡述系統(tǒng)構(gòu)成、模擬參數(shù)計(jì)算。系統(tǒng)主要由以下設(shè)備構(gòu)成：光伏方陣、光伏匯流箱、直流配電柜、并網(wǎng)逆變器、交流配電柜、交流并網(wǎng)柜、雙向電能表。2.1光伏方陣光伏方陣是將若干個(gè)光伏組件在機(jī)械和電氣上按一定方式組裝在一起并且有固定的支撐結(jié)構(gòu)而構(gòu)成的直流發(fā)電單元。又稱光伏陣列[1]。2.1.1單個(gè)光伏組串中光伏組件數(shù)量計(jì)算光伏組串中光伏組件數(shù)量計(jì)算公式參見《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50797-2012公式（6.4.2-1）、公式（6.4.2-2）。MPPT為最大功率點(diǎn)跟蹤。光伏組件的開路電壓溫度系數(shù)，取-0.3%/℃（由組件廠商提供）；光伏組件的工作電壓溫度系數(shù)，取-0.35%/℃（由組件廠商提供，無數(shù)據(jù)時(shí)可用開路電壓溫度系數(shù)）；光伏組件工作條件下的極限低溫（℃），取0℃；光伏組件工作條件下的極限高溫（℃），取70℃；逆變器允許的最大直流輸入電壓（V），取900V；逆變器MPPT電壓最大值（V），取800V；逆變器MPPT電壓最小值（V），取460V；光伏組件的開路電壓（V），取48V；光伏組件的工作電壓（V），取39V。光伏組件串中光伏組件數(shù)量N：綜上計(jì)算，，取6。由16塊光伏組件串聯(lián)構(gòu)成1組光伏組件串。2.1.2單個(gè)逆變器回路中光伏組串的并聯(lián)數(shù)計(jì)算光伏組串的并聯(lián)數(shù)計(jì)算公式參見國標(biāo)圖集15D202-4第15頁。逆變器額定功率（kW），取22kW；單光伏組件峰值功率（kWp），取0.255kWp；光伏組件串中光伏組件數(shù)量，根據(jù)2.1.1節(jié)計(jì)算結(jié)果為16。光伏組件并聯(lián)數(shù)：綜上計(jì)算，由5組光伏組件串并聯(lián)構(gòu)成單個(gè)逆變器的輸入回路。2.1.3裝機(jī)容量計(jì)算光伏方陣裝機(jī)容量計(jì)算公式參見國標(biāo)圖集15D202-4第15頁。光伏組件串中光伏組件數(shù)量，2.1.1節(jié)計(jì)算結(jié)果為16；光伏組件并聯(lián)數(shù)，2.1.2節(jié)計(jì)算結(jié)果為4；單光伏組件峰值功率（kWp），取0.255kWp。光伏方陣裝機(jī)容量：上述計(jì)算結(jié)果為單個(gè)逆變器所帶光伏方陣的裝機(jī)容量，構(gòu)建100kWp光伏系統(tǒng)所需逆變器數(shù)量為：綜上計(jì)算，逆變器數(shù)量取整為5臺(tái)。2.1.4光伏組件安裝傾角光伏組件的最佳安裝傾角原則上應(yīng)使光伏組件受到的全年輻照量最大[1]。往往因缺乏相關(guān)氣象資料或受土建條件限制，難以落實(shí)最佳安裝傾角。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，可以根據(jù)《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50797-2012表B《全國各大城市光伏陣列最佳傾角參考值》，結(jié)合土建條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，使光伏組件的安裝傾角達(dá)到相對(duì)最佳的狀態(tài)。2.2光伏匯流箱、直流配電柜光伏匯流箱又稱直流匯流箱。當(dāng)單個(gè)光伏組串功率無法滿足項(xiàng)目需求時(shí)，通過匯流箱將多個(gè)光伏組串的直流電匯聚到一起形成更大的功率輸出。匯流箱內(nèi)部系統(tǒng)主要由直流斷路器、直流熔斷器組成，用于匯集直流電。常用的匯流箱有4、8、12、16路輸入。本案例中單個(gè)逆變器輸入回路需5個(gè)光伏組件串并聯(lián)，因此選用8路輸入1路輸出的匯流箱。直流配電柜用于將多個(gè)匯流箱輸出的直流電匯聚后導(dǎo)入逆變器，形成多級(jí)匯流結(jié)構(gòu)。直流配電柜安裝于匯流箱輸出側(cè)，與匯流箱為上下級(jí)關(guān)系，內(nèi)部系統(tǒng)主要由直流斷路器組成。本案例中單個(gè)逆變器回路并聯(lián)光伏組件串較少，1個(gè)匯流箱即可滿足使用需求，因此無需配置直流配電柜。2.3并網(wǎng)逆變器并網(wǎng)逆變器主要功能：將直流配電柜（或匯流箱）輸出的直流電轉(zhuǎn)換稱交流電；具備最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）功能；具備保護(hù)功能，且滿足并網(wǎng)繼電保護(hù)相關(guān)技術(shù)要求；輸出的電能質(zhì)量滿足并網(wǎng)技術(shù)要求。光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)技術(shù)要求參見《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50797-2012第9.2節(jié)、第9.3節(jié)。本案例采用的額定功率為22kW的并網(wǎng)逆變器。2.4交流配電柜、交流并網(wǎng)柜交流配電柜用于匯總并網(wǎng)逆變器輸出的交流電，具備保護(hù)功能，輸入、輸出側(cè)設(shè)斷路器。輸入端接并網(wǎng)逆變器、輸出端接并網(wǎng)柜。當(dāng)光伏系統(tǒng)只有1臺(tái)并網(wǎng)逆變器時(shí)，可取消交流配電柜，由并網(wǎng)逆變器直接接入交流并網(wǎng)柜。根據(jù)2.1.3節(jié)的計(jì)算結(jié)果，本案例設(shè)5臺(tái)并網(wǎng)逆變器，因此需配置1臺(tái)5輸入1輸出的交流配電柜。交流并網(wǎng)柜為光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)的并網(wǎng)點(diǎn)，輸入端接交流配電柜，輸出端接電網(wǎng)低壓配電室0.4kV母排，具備保護(hù)、計(jì)量功能，內(nèi)設(shè)斷路器、電能表、電流表、電壓表。此電能表為并網(wǎng)電能表，主要用于計(jì)量光伏系統(tǒng)的總發(fā)電量。2.5雙向電能表為計(jì)量可逆流并網(wǎng)光伏系統(tǒng)多余電量上網(wǎng)的情況，應(yīng)在用戶與公共電網(wǎng)的產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)安裝雙向電能表。該雙向電能表為關(guān)口計(jì)量電能表，用于計(jì)量用戶用電量和上網(wǎng)發(fā)電量，需按供電部門要求設(shè)置。3結(jié)語在全球能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和推動(dòng)雙碳目標(biāo)的關(guān)鍵時(shí)期，光伏發(fā)電正處于井噴式的發(fā)展階段。光伏產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展、技術(shù)日趨成熟，使得光電的上網(wǎng)電價(jià)逐步降低，目前已實(shí)現(xiàn)平價(jià)上網(wǎng)。平價(jià)上網(wǎng)的狀態(tài)將會(huì)刺激電網(wǎng)更主動(dòng)的去消納更多光電入網(wǎng)，形成良性循環(huán)。參考文獻(xiàn)：[1]中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì).GB50797-2012光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社,2012.[2]江蘇省土木建筑學(xué)會(huì)建筑電氣專業(yè)委員會(huì),南京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,等.15D202-4建筑一體化光伏系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)與施工[M].北京：中國計(jì)劃出版社,2015.[3]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB55015-20