光伏发电系统设计中易忽略几个细节doc！光伏发电系统设计中易忽略几个细节 摘 要：如何使光伏发电系统设计更为合理？本文从系统电缆的选择，阵列与逆变器的合理配置两个方面论述，提出了光伏发电系统设计时应遵循的一些基本原则，以提高系统设计的合理性，对优化光伏发电系统设计，具体一定借鉴意义。 关键词：光伏发电系统 ；电缆 ；电池组件 ；光伏逆变器 引言 在实际工作中，笔者发现一些光伏发电系统设计工程师在系统设计时，往往注重电池组件、逆变器等关键部件的选择，却容易忽略一些细节，给系统设计带来一些缺憾。本文就笔者的一点经验，谈谈在光伏系统设计时易忽略的一些细节，供同行参考。 1、 电缆的选择，不可忽略对系统发电效率的影响 系统发电效率，很多设计师均将重点放在了电池组件、逆变器、升压变压器等关键部件的选择上，而忽略了电缆对系统发电效率的影响。 很多设计师认为，电缆不过是连接不同部件之间的导体，只要满足其绝缘耐压且额定电流即可，因此往往仅根据系统的额定电压与额定电流，考虑一定的系数来进行选择。但这种设计往往不是最经济的。 笔者在做系统设计时，专门对此做过比较和研究。 以笔者所设计的某400KW光伏电站为例。该电站为电池组件到逆变器控制室距离较远，根据其平面布置预估，电池组件到汇流箱的距离约为60m，汇流箱到控制室的距离约500m。电池板参数为：开路电压为25V，工作电压为20.5V，工作电流为4.6A；系统采用30串，接入汇流箱；汇流箱采用12路汇流，即每个汇流箱输出约为55.2A。 根据以上参数，又根据一般文献资料所介绍的电缆选择原则： 1)方阵内部和方阵之间的连接，选取的电缆额定电流为计算所得电缆中最大连续电流的1.56倍。 2)逆变器的连接，选取的电缆额定电流为计算所得电缆中最大连续电流的1.25倍。 则电池组件到汇流箱之间的电缆按7.5A考虑，查表选择截面为1.5mm 2完全满足（该截面在60℃情况下，载流量可以达到25A），汇流箱到直流配电柜间电缆载流量按70A设计，查表选择截面为10mm 2可满足。而如果据此计算，则线mm 2光伏线×1.92Ω/1000m=106V（10mm 2光伏线m）； 所以，组件到直流配电柜间的直流电压损失约为： δV=δV 1+δV 2=7.56+106=113.56V 而该系统组件输出电压为：20.5×30=615V， 据此可以计算，从组件到直流配电柜，仅仅因为线%。 所以按此设计，整个系统仅仅因为直流线%！所以在系统设计时，除了一方面使电池组件到逆变控制系统距离尽量短之外，还需合理选择线缆。 一般来说，在线缆设计时，需遵循线缆电压损失不超过系统电压的2%的原则。 据此对该系统，电池组件到汇流箱的线，汇流箱到直流配电柜的线。 根据这样设计，线缆的电压损失为： δV 1=4.6A×60m×2×3.08Ω/1000m=1.7V（6mm 2光伏线×0.153Ω/1000m=8.4456V（95mm 2光伏线.45=10.15V 电压损失率η=10.15/615×100%=1.65% 这样设计虽然增加了初次投资，但却可以极大地提高系统效率，较花大力气选择高效的电池组件和逆变器，还是值得的。 在系统设计时，电缆的选择不仅要满足电流与电压的要求，更重要的是要满足电压损失不得超过系统电压2%的要求。 引申：很多汇流箱、直流配电柜及逆变器的设计师在产品设计时，对于这些设备进出线端子及穿线孔的设计，往往只是根据理论计算的线径的外径来设计，而忽略现场实际应用中电缆的选择，就会造成工程实际应用时安装困难的问题，这需引起产品设计师的高度重视。 2、 系统设计，不可忽略阵列与逆变器的合理配置 在笔者所接触的一些工程案例中，设计者往往忽略了电池阵列与逆变器的合理配置，导致系统配置时出现问题，或者造成投资上的浪费。 1） 要注意逆变器容量与所接电池组件容量之间的合理配置。 一些系统设计工程师在逆变器选型设计时，往往直接根据电池组件容量选择，如电池组件容量为100KW，则逆变器也选择100KW，这种设计，实际上造成了逆变器容量的浪费，也降低了系统总的发电效率。 首先，电池组件的功率是在1000W/m 2光照条件下，且在光伏组件在最理想的光照朝向时的功率，但在实际工程中，电池组件达到这种理想的光照条件，是较少见的；如果按照这种理想的条件，配置逆变器，就会造成逆变器绝大多数时间工作在较轻载的情况； 其次，电池组件即使能够满功率输出，由于传输线缆的损耗，传输到逆变器的实际功率只能有约98%； 其三，一般逆变器的标称功率是指其额定输出功率，其直流输入功率，一般是允许额定输出功率的110%。 根据以上三点分析，一般较为经济的配置是，电池阵列的功率为逆变器额定容量的110%，即如果逆变器选择100KW，则电池阵列可配置110KW。这样一方面使投资较为合理，另一方面也可使逆变器工作在较为理想的负载点。 2） 要注意光伏组件工作电压符合逆变器MPP工作电压，还要注意光伏组件最大开路电压不超过逆变器最大直流电压，否则就有可能给逆变器造成损害。 关于这一点，很多的设计工程师往往都会遵循，但容易忽略电池板工作温度对其电压的影响，而造成不合理的配置。 一般来说，在一定温度范围内，当温度升高时，组件短路电流会轻微地上升，开路电压会产生较大幅度的下降，相反，当温度降低时，组件短路电流会下降，开路电压会升高。（电池组件温度特性曲线如图所示：） 电池组件的标称值一般为25℃时的测量值，但在逆变器的选择时，建议逆变器的最小输入电压与光伏组件在1000W/m 2光照条件下、阵列最高温度为70℃时的最大峰值电压相符；而其最高电压至少应当符合1000W/m 2光照条件下、温度为-10℃时组件的开路电压。（当然，实际项目设计时需考虑项目所在地最低所能达到的最低温度时的开路电压不要超过逆变器最大直流电压。） 电池组件温度特性曲线图 如果设计工程师忽略了这点，而仅考虑电池组件的标称值来设计阵列的串并联和选择逆变器，那么在低温环境下，就可能出现阵列的开路电压超过逆变器的最大直流电压，从而给逆变器造成损坏。 以笔者曾接触过的一个光伏系统为例，该系统选用的组件参数如下： 峰值电压Vmpp=62.5V 开路电压 Voc=80.6V 开路电压温度系数αVoc=0.23mV/℃ 组件采用10串 该系统设计师原先设计选用DC880V逆变器（允许最大直流电压880V）。对于这个设计，如果按照额定情况，阵列开路电压为806V，是没有问题。但该系统项目地点最低工作温度可能达到-25℃，所以，如果在工作温度为-25℃时，则系统最大开路电压为： Voc=10×{80.6+0.23×［25-（-25）］}=921V 从上面计算可看出，此时，系统最大开路电压921V已超过逆变器最大直流电压880V，此时就可能对逆变器造成过压损坏。所以这种设计，就是不合理的。 所以对于系统的设计必须考虑组件在最低工作环境温度下的开路电压，并据此配置电池组件阵列串并联方案和选择合适的光伏逆变器。 总结：以上只是系统设计时一些需要注意的细节，但对提高电站投资的合理性，提高电站的运行效率，保证电站的可靠性，具有重要的意义。 （作者通讯地址：安徽颐和新能源科技股份有限公司 安徽 池州 247000） 注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文

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