小型分布式光伏发电系统设计

文/郭嘉荣 胡振球 梁广文

由于全球化发展的趋势，世界的环境问题日益严峻。在环境污染的产生因素上，主要是靠人为因素导致。要想保护环境，同时促进社会发展必须采用可再生能源，为可持续发展奠定基础。为此，太阳能光伏发电系统是一种可再生能源的发电方式。本文根据小型分布式发光伏发电系统的整个过程，作出研究设计，并分析了光伏发电的各个阶段做出了具体的研究。

1 论述小型分布式光伏发电系统的重要应用价值

1.1 论述小型分布式光伏发电系统的重要性分析

目前小型分布式光伏发电系统在社会的各个领域中应用较为广泛。分为商业型光伏发电系统和家用型光伏发电系统。家用小光伏发电系统的组成包括太阳能光伏电池组件、并网逆变器部件、蓄能电池部件等。采用小型分布式光伏发电系统和火力等发电厂相比具有特殊的优势，比如在安装程序上、后期的安全维护上。最重要的是在整个发电过程中，不会产生对环境影响的污染物质。也就为我国的能源可再生技术奠定了基础。

1.2 论述小型分布式光伏发电系统的工作原理分析

小型分布式光伏发电结构是采用拓扑结构进行研究和设计。其主要的工作过程为：小型分布式光伏发电系统在白天工作时，可以利用太阳能光伏电池片的特性，将太阳光能转化为电能，再经逆变器和变压器把电能输送到公共电网上或者存蓄在蓄电池中。采用小型分布式光伏发电系统能够有效的减少环境污染问题。另外，采用光伏发电系统在白天用电时，可以优先选择光伏发电系统提供的电能。如果光伏发电系统提供的电能无法，保证负载设备的正常运行时，可以切换到公共电网。可以支撑设备使用的电能。在晚上用电时，可以使用内部蓄电池储存的电量。另外，光伏发电系统内部的关口计量表能够有效的连接光伏发电系统和公共电网，起到双向传递的功能。为此，根据电能计量表可以计算电费，完成对电费的结算。

2 论述小型分布式光伏发电系统的结构设计优化

在光伏发电系统分布式系统的设计和研究中，需要根据内部的构架进行合理选择相应的组件，完成光伏发电的电气设计。比如内部的装机容量、应用类型、光伏组件、逆变器，蓄电池部件等等。另外，各个部件之间的排列顺序也会对输电量的高低造成不同程度的影响，为此必须合理的安排电池的阵列，进一步提高光伏发电系统的发电量。下面主要对光伏发电系统的结构做出优化设计。

图1：蓄电池技术参数

图2：水平屋面上光伏组件安装角度布置图

2.1 论述光伏电气系统充放电控制器设备的优化设计

在小型分布式光伏发电系统中，采用充放电控制器能够完成电量的控制过程，同时也被称作双向转换器，能够将光伏发电系统获取的太阳能转换成电能，并存储到蓄电池中，也可以通过蓄电池中存储的电能，释放到家用负载或者公共电网中。充放电控制器也能够保证蓄电池的正常工作，以及对蓄电池安全维护提供了一定的保障。为此，充放电控制器可以安置于交流母线的一侧，并根据交流测电压标准，合理选择充电控制器和蓄电池设备的连接方式，进而为双向转换器的型号选择提供了理论基础。

2.2 论述电气设备蓄电池组容量的优化分析

由于一些地区的特殊性，在架设电线时较为复杂，而且投入的资金成本较高。为此，需要安装小型分布式光伏发电系统，从而解决该地区的供电问题。另外，需要考虑到家庭用电方面。在家庭用电方面，白天家庭用电较少，而晚上家庭用电较为集中。但是光伏系统吸收太阳能一般都是集中在白天，而在晚上无法吸收太阳能。为此，可以遵守自给自用的电力原则，将白天吸收的太阳能转换成电能存储到蓄电池组件中，晚上通过蓄电池电池组中释放电能，完成电能的提供。同时需要综合考虑蓄电池体积原因，当光伏发电系统无法解决家庭负载供电问题，使用公共电网的电能进行提供电能。图1为蓄电池技术参数研究测算。

2.3 论述电气设备光伏组件的优化设计

光伏组件串并联的设计，根据逆变替代使用中的具体工作参数作出优化。其最大的功率参数电压一般为200到500V之间。而且光伏电池组件的最大功率需要小于3500瓦。光伏组件的串联数公式为：同时在设计选型的过程中，需要合理的考虑到光伏组件的参数和型号，能够对后期的安装和维护提供保障。同时也是为了光伏电池方阵的电气特性与逆变器相互匹配，从而保证光伏组件的正常工作状态。

2.4 论述电气设备光伏专用电缆的优化设计

在小型分布式光伏发电系统中，采用连接光伏组件的直流专用电缆，需要在横截面积上需要合理的设置，从而以适应电缆长期的使用。具体的横截面积测算公式为：在家用是小型分布式光伏发电系统的安装，其一般安装在家庭屋顶上。由于家庭屋顶的面积较小，采用的光伏组件儿的组串数具有限制。为此，为简化光伏发电系统的安装流程可以直接将光伏组串接至逆变器。省掉了汇流箱的环节。采取这样的设计原则，在一定程度上节约了资金的成本，从而降低了电能在各个环节中的损耗问题。

2.5 论述电气设备光伏组件安装角度的优化设计

根据相关调查数据表明，光伏系统计算机辅助设计软件对几种常见的角度进行分析，从而得出在不考虑外在因素条件下，电池组件接收太阳光照角度为25度。以光伏组件的安装角度作为依据，在后期的实际安装过程中，需要充分考虑到地区的太阳能光照和屋顶的情况以及安装难度的因素，充分选择最佳合适的安装角度。水平屋面上光伏组件安装角度布置图，如图2所示。

2.6 论述外界设备避雷针的优化设计

小型分布式光伏系统的设计中，还需要注意安全性问题，如防雷击问题。因为光伏组件一般安置于房屋的顶层，可能会受到雷击的影响，进而产生安全风险。为此可以在光伏组件的边框上设置接地孔，并利用接地线进行连接。另外，逆变器直流输入和交流输出等位置也需要配备相应的避雷设备，从而防止雷电的入侵；但避雷针的安装位置也应避免遮挡组件。

3 总结

综上所述，由于全球化时代的到来，使得电力资源的使用较为广泛，从而对环境造成一定的污染。为此，本文采用小型分布式光伏发电系统，该系统在使用中不会对环境造成污染，从而实现了可再生能源的利用。为此需要合理的设计小型分布式光伏发电系统的结构，优化设备的使用参数。并根据光伏组件在实际使用中的情况做出具体的分析，从而为我国的小型光伏发电系统的研究设计提供了理论基础。