详析分布式光伏发电系统设计要求

进入四季度以来，各地光伏电站呈现投资热，受其带动，沉寂许久的国内众多光伏组件厂商出货量激增，行业已现回暖迹象。国内电价补贴政策被视为整个光伏业扭亏为盈的关键。
分布式在这次光伏热的大环境下更容易受到大家的热捧，分布式具有自己独有的特点：第一，分布式电站接近用户输配电简单，损耗小。屋面电站靠近电力用户，直接就近并网，向负荷供电，不需要长距离的高压输电线，输配电损耗小，建设简单廉价。第二，分布式发电能够解决联网运行的问题，有提供辅助性服务的能力。可与电网联合运行，互为补充。第三，充当备用和应急电源，某些分布式电源受自然条件影响而减少甚至不能供电时，储能系统就像备用电源，可临时维持供电。第四，我国建筑能耗占到30%，光伏发电与建筑结合可以有效地消减建筑能耗，从而更有利于企业或用户降低能耗。
分布式光伏并网发电设备主要由光伏组件及其支架、防雷光伏汇流箱、光伏并网逆变器、系统防雷装置设计等组成。为了最大程度发挥分布式光伏发电的效果，对分布式发电系统提出相应的要求：
1、太阳能电池组件
作为太阳能系统核心部件，其技术性能和指标对整套系统的长期稳定运行起到至关重要的作用，要求其转换效率要高、使用寿命要长、技术性能稳定；针对技术要求，一般选用高性能的优质产品太阳电池组件Y295P-35b。同等额定功率下具有比其它厂家产品更大的输出功率，特别是对有效延长抗阴雨天的运行天数非常有价值；太阳电池组件的封装材料和工艺均为世界最领先，确保组件具有超长的使用寿命和长期的稳定性能。
背板采用原产EVI、TPT等材料封装，抗老化；
面板采用原装高透低铁钢化玻璃封装，透光率和机械强度高；
接线盒采用防水防潮设计；
高可靠性，不受地理环境影响，适用于无人职守条件；
阳极氧化铝合金结构边框，轻便、抗机械强度高；
组件使用25年后功率下降不超过使用前的20%；
组件在外加直流电压540V时，1分钟内无击穿现象。
绝缘电阻：≥100MΩ
环境条件：能满足国家标准GB/T14007-92《陆地用太阳电池组件总规范》及GB/T9535-1998《地面用晶体硅光伏组件设计鉴定和定型》规定的各项要求和试验方法，满足标书所提要求。太阳电池在下列条件下连续工作满足其所有性能指标：
环境温度：-40℃～+85℃
相对湿度：≤95%
海拔高度：6500米
一天中最大温度变化：50℃
最大积雪厚度：20cm
最高风速：36m/s
平均无故障时间(MTBF)：太阳电池组件在20年使用时间内，其平均无故障时间不小于10万小时以上。
尺寸(长/宽/高)1970mm/990mm/50mm重量26.8kg

2.电池阵列设计
2.1太阳能光伏组件串并联方案
A、在当地最低气温条件下运行时，组件串的开路电压值VOC应低于逆变器的最高直流输入电压值；
B、在当地最高气温条件下运行时，组件串的最大功率电压值Vpm应高于逆变器MPPT工作范围内的最低直流输入电压值；
C、组件串的总电流不高于逆变器的最大直流输入电流值；
D、输入同一台逆变器的组件串，要通过对组件的参数分选、位置安排，使其电压值之间的差别控制在5%以内。
2.2光伏阵列设计方案
光伏阵列倾角设计
方案一：
倾角直接按屋面支架角度平铺，不用做支撑角度。
方案二：
倾角为17度，需要支架材料做支撑。
3.支架系统设计
支架构件采用材料为铝合金和热镀锌方钢型材，材料的选用和设计指标应符合《钢结构设计规范》GB50017的规定。
3.1支架载荷要求
支架的荷载和荷载效应计算应符合以下规定：
1)风荷载、雪荷载和温度荷载应按《建筑结构荷载规范》GB50009取25年一遇的荷载数值。
2)无地震作用效应组合时，荷载效应组合的设计值应按下式确定：
式中：
--荷载效应组合的设计值；
--永久荷载分项系数；
--永久荷载效应标准值；
--温度作用标准值效应；
--风荷载效应标准值；
--雪荷载效应标准值；
、--分别为温度作用和雪荷载的组合值系数，分别取为0.6和0.0或0.6和0.2；
、、--分别为风荷载、温度作用和雪荷载的分项系数。
3)无地震作用效应组合时，位移计算采用的各荷载分项系数均应取为1.0；承载力计算时，荷载分项系数应按下表采用。

荷载组合
永久荷载、风荷载和温度作用1.21.41.4-
永久荷载、风荷载、温度作用和雪荷载1.21.41.41.4
注：1：当其效应对结构不利时，对由永久荷载控制的组合应取1.35；当其效应对结
构有利时，应取1.0。当验算结构抗倾覆或抗滑移时，宜采用0.9。
2“-”号表示组合中不考虑该项荷载或作用效应。
3.2支架的防腐要求
1)支架在构造上应便于检查和清刷。
2)当铝合金材料与除不锈钢以外的其他金属材料或与酸、碱性的非金属材料接触、紧固时，应采用材料隔离。
3)铝合金支架应进行表面防腐处理，可采用阳极氧化处理措施，阳极氧化膜的厚度应
4.并网逆变器
并网逆变器是并网光伏电站中的核心设备，它的可靠性、高性能和安全性会影响整个光伏系统。对于大型光伏并网逆变器的选型，应注意以下几个方面的指标比较：

光伏并网必须对电网和太阳能电池输出情况进行实时监测，对周围环境做出准确判断，完成相应的动作，如对电网的投、切控制，系统的启动、运行、休眠、停止、故障的状态检测，以确保系统安全、可靠的工作。
由于太阳能电池的输出曲线是非线性的，受环境影响很大，为确保系统能最大输出电能，需采用最大功率跟踪控制技术，通过自寻优方法使系统跟踪并稳定运行在太阳能光伏系统的最大输出功率点，从而提高太阳能输出电能利用率。
逆变器输出效率：逆变器在满载时，效率必须在95%以上。在50W/m2的日照强度下，即可向电网供电，在逆变器输入功率为额定功率10%时，也要保证90%以上的转换效率。
逆变器的输出波形：为使光伏阵列所产生的直流逆变后向公共电网并网供电，就必须是逆变器的输出电压波形、幅值及相位与公共电网一致，实现无扰平滑电网供电。
逆变器输入直流电压的范围：要求直流输入电压有较宽的适应范围，由于太阳能电池的端电压随负载和日照强度的变化范围比较大，这就要求逆变器在较大的直流输入电压范围内正常工作，并保证交流输出电压稳定性。
光伏发电系统作为分散供电电源，当电网由于电气故障、误操作或自然因素等外部原因引起的中断供电时，为防止损坏用电设备以及确保电网维修人员的安全，系统必须具有孤岛保护的能力。
另外应具有显示功能：通讯接口；具有监控功能；宽直流输入电压范围；完善的保护功能等。
5.防雷光伏汇流箱
防雷汇流箱减少光伏组件与逆变器之间连接线，便于安装、维护和提高可靠性。
5.1防雷光伏汇流箱特点
光伏专用直流保险丝，正负极都配有熔丝
光伏专用高压防雷器
组串电流异常报警
组串电压异常报警
防火灾报警功能
防雷器失效报警
断路器状态监测(需可选附件)
IP65防护等级，满足室外安装的使用要求
最高直流电压可达1000V
带防雷保护的PV自供电电源
无线监控(需可选附件)
TüV认证，金太阳认证
5.2防雷光伏汇流箱参数
1、电池串列最高输入电压：DC1000V
2、电池串列输入电流：10A
3、输入回路数：4回
4、熔断器额定电流：11A
5、最大输出电流：10×11A
6.系统防雷装置设计
全场除避雷针外拟设一总的接地网，本着“一点接地”的原则，将光伏组件及支架、各高低压电气设备的外壳、各防雷模块接地侧、屋顶避雷带的接地网进行可靠地电气连接。考虑升压变电所采用综合自动化系统，为满足微机监控、保护系统对接地电阻的要求，全场除避雷针接地外总接地电阻应达到规程规定不大于1Ω的要求，以保证设备及人身安全，同时应满足接触电势及跨步电压的要求；避雷针接地系统应单独设置，和其他接地系统的地下距离不小于3m，接地电阻不大于10Ω。若接地电阻不满足要求，可通过深埋于含水层或加降阻剂的方法进行处理。


来源：Solarzoom光伏杂志