分布式光伏电站的优化设计研究

朱德志

(镇江高等专科学校 电气电竞与交通学院，江苏 镇江 212028)

目前常见的新能源包括太阳能、风能、生物质能等，均为分布式电源(Distributed Energy Resource)。光伏发电具有安全、清洁、长寿命、免维护、经济等特点[1-2]，我国初步规划“十三五”光伏装机规模目标为1.5×108kW，即每年新增2×107kW[3]，出台系列政策鼓励、支持光伏发电等新能源快速发展，加快新能源从补充能源向替代能源转变[4]。随着光伏技术的发展，光伏发电设备制造成本下降，国家逐步调整补贴政策，逐年减少。研究显示，仅高低压电缆成本就约占光伏电站总投资成本的6%[5]。光伏电站要降低投资成本，就要优化光伏电站设计方案。

1 分布式发电系统逆变器的选择

并网光伏电站主要由光伏组件方阵、汇流箱、逆变器、升压变压器、并网点配电柜等组成[6]，其中逆变器分为集中式逆变器、组串式逆变器，分别使用它们的光伏电站方案见图1，图2。

图1 集中式逆变器光伏电站方案图

图2 组串式逆变器光伏电站方案图

集中式逆变器体积较大，需安装在地面，距离光伏组件较远。使用集中式逆变器的并网光伏电站直流电气线路较长，单瓦成本较低。在大型地面电站建设中优先选用集中式逆变器[7]。组串式逆变器体积小，安装灵活，智能化程度高，发电效率高等优点，可直接安装于厂房或办公室屋顶，距离光伏组件较近，输出的交流电经过交流汇流柜后直接并网。组串式逆变器可对接入直流组串进行分组MPPT逆变，电能转化效率高于集中式逆变器。在分布式光伏电站的建设中优先选用组串式逆变器。

笔者所设计的江苏省交通集团光伏发电站属于厂房屋顶安装的分布式光伏电站。建筑物屋顶面积受限，厂区绿化带面积狭小，无法安装集中式逆变器，故采用组串式逆变器的光伏电站方案。

2 组串式逆变器光伏电站两种方案比较

采用传统组串式逆变器的光伏电站方案，在组串式逆变器的出线端使用交流汇流柜，交流汇流柜一般采用4汇1或5汇1方案，4或5根小截面交流电缆汇流成1根大截面交流电缆输出，电缆安装方便，但是增加了交流断点，增加了维护和检修工作量。组串式逆变器距离并网点较近的项目可采用改进后的组串式逆变器光伏电站方案，如图3所示。取消交流汇流柜，直接把逆变器出线的交流电缆引入光伏并网柜，减少了交流电缆的中断，减少了1台交流汇流柜，降低了成本，但增加了维护的工作量。两种方案各有优缺点，在项目实践中要根据项目的特点进行对比分析。

图3 改进后的组串式逆变器光伏电站方案图

3 项目光伏电站方案确定

江苏省交通集团一期共3栋钢结构厂房(1#，2#，3#)。光伏组件布设于钢结构厂房的彩钢瓦屋面，总装机容量约1.2 MW。每栋厂房距离交流并网点约100 m，可采用改进后的组串式逆变器光伏电站方案。依据工程造价对比论证结果，优先选用工程造价低的方案。以1#厂房为例进行概算分析。

项目采用325 WP多晶组件，每个组串由20个组件串联，单组串功率P1=6 500 Wp。每台逆变器接入6个组串。单台逆变器接入功率P2=39 kWp。考虑江苏地区的容配比为1.2(即1 kW逆变器可以接入1.2 kW的光伏组件)，选用36 kW的组串式逆变器。逆变器交流出线长度约为100 m，逆变器出线电缆按照载流量选取ZRC-YJV-3×25+1×16 mm2交联聚乙烯电缆。

采用图2所示传统组串式逆变器光伏电站方案，1#厂房光伏电气系统设计图如图4所示。

图4 采用传统组串逆变器方案的1#厂房光伏电气系统设计图

1#厂房改进后的光伏电气系统设计图如图5所示。光伏组件的组串出线为4 mm2直流电缆，所有组串出线图纸要求分别连接到5台交流逆变器直流输入端，交流逆变器的交流电缆直接输出到1#并网计量柜。

图5 采用改进后组串逆变器方案的1#厂房电气系统设计图

经核算，1#厂房采用传统组串式逆变器光伏电站方案设计概算为113 000元，如表1所示。1#厂房采用改进后组串式逆变器光伏电站方案设计概算为94 500元，如表2所示。采用改进后的逆变器光伏电站方案总体功能符合要求，节约了工程造价，提高了发电效率，减少了运维故障率，本次光伏设计优先选用该设计方案。

表1 传统组串式逆变器光伏电站的1#厂房光伏电气系统材料表

4 结束语

优化设计光伏项目能够减少电缆断点，减少中间设备数量，降低故障风险、工程投资成本、运维成本，提高发电效率。研究光伏项目的优化设计能够推动清洁能源的发展，具有重要意义。