分布式光伏发电系统的设计与性能分析

摘 要：分布式光伏发电是一种在用户场地附近建设，运行方式以用户侧自发自用、多余电量上网，且以配电系统平衡调节为特征的光伏发电设施。太阳能不但清洁、环保，而且总量无限，其次由于太阳的大范围辐射，分布式光伏发电摆脱了地理位置的约束，其可与建筑物有机地结合。另外，分布式光伏发电系统的安装简单且容易操作，不占用建筑物以外的土地面积，且其运行过程对环境几乎无损害。分布式光伏发电的基本原则是产地与用户之间的距离短。这样，不仅可节省成本，还可降低传输损耗，提高能源利用效率。可见，分布式光伏发电系统极具潜力，且有广阔的发展前景。首先介绍了分布式光伏发电及其系统，然后在此基础上，从电气设计和防雷设计两方面介绍了分布式光伏发电系统的设计，最后介绍了如何从不同方面对分布式光伏发电系统的性能进行分析。

关键词：分布式光伏发电；电气设计；防雷设计；光伏方阵

中图分类号：TM615+.2 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.20.095

文章编号：2095-6835（2016）20-0095-02

太阳能光伏发电可分为2种，即并网型和离网型。由于光伏发电成本较高，所以早些年国内光伏发电的应用还不广泛，只有一些无电地区及特殊行业利用离网型光伏发电系统发电。近些年，随着能源消耗量不断上升，我国越来越重视新能源的利用，政府针对光伏发电行业出台了一系列利好政策并给予补贴。这推动了光伏发电的迅速发展。另外，太阳能光伏发电越来越受欢迎还因其具有以下特点：太阳能光伏发电干净、环保且方便与建筑物有机结合。过去，太阳能扮演“补充能源”角色，而如今已经承担起“替代能源”的责任。光伏建筑一体化是近些年利用太阳能进行光伏发电的新形式。光伏建筑一体化就是将太阳能发电产品与建筑物集成，在建筑物上安装太阳能光伏发电系统。该形式不仅能减少土地利用面积，还能有效降低传输损耗，提高能源利用效率，因此光伏建筑一体化技术越来越受关注。

分布式光伏发电的显著特点是发电系统距用户非常近，其发电系统一般建于用户所在地，或用户附近。这种原地发电并就地使用的创新方式具有以下优点：减少输电网的建设，降低传输损耗；光伏阵列不仅能完成能源的转换，还能有效降低建筑物表面的温度，使发电系统与建筑物有机结合。分布式光伏发电的运行方式是用户自发自用，用户可以将剩余的电量上网。因此，近些年分布式光伏发电系统与建筑物的结合越来越多，分布式光伏发电发展迅猛。

1 分布式光伏发电概述

分布式光伏发电指的是在用户附近建立分布式电源，并以环保、高效的自主发电方式将太阳能转换为电能，向本地负荷直接提供电力。早些年，我国的分布式发电只是利用锅炉的余热发电并输送给附近用户，以此提高原系统的能源利用效率；而近些年，分布式发电指利用太阳能、风能等新能源发电，并使发电系统靠近负荷中心。太阳能不但清洁、环保，而且总量无限，又由于太阳的大范围辐射，分布式光伏发电摆脱了地理位置的约束，其可与建筑物、有机地结合。另外，分布式光伏发电系统的安装简单且容易操作，不占用建筑物以外的土地面积，且其运行过程对环境几乎无损害，因此，分布式光伏发电是利用太阳能发电的有效方式。分布式发电系统的发电地距用电地非常近，所以无需建立变电站和配电站，因此可有效降低传输过程中的损耗，节约发电成本，提高生产效率。另外，分布式发电系统的运行方式将电力的生产与利用更加紧密地联系起来，使得用户可以实现电力自行管理。同时，分布式光伏发电系统具有较高的可靠性，其能为公共电网无法覆盖的偏远地区提供电力。因此，分布式光伏发电是一种极具发展潜力的能源转换形式。

分布式光伏发电系统具有以下几个特点：①输出功率低，对经济性具有较小的影响，即与大型发电系统相比，其投资收益率相差不大；②分布式光伏发电清洁、环保，对环境的负面影响较小，系统运行过程不仅污染物排放少，对空气和水的污染小，且几乎不产生噪声；③能有效克服局部地区用电紧张的难题；④发电和用电科学、有效地并存。

2 分布式光伏发电系统设计

分布式光伏发电系统设计需考虑以下3个方面，即光伏方阵、光伏组件和光伏发电系统。设计师在设计光伏方阵时，不仅需考虑建筑效果，还需考虑光伏方阵的受光条件，即在追求板块颜色和大小搭配的同时还要设计合理的方阵朝向及角度。针对光伏组件设计，设计师需注意2个方面，即电池片型号的选择和布局。对于光伏发电系统设计，设计师则必须从系统的每个组成部分入手，全面考虑控制器、电池等各个因素，同时应重视布线、防雷、安装等环节。除此之外，分布式光伏发电系统的设计还必须考虑建筑设计。

2.1 分布式光伏发电系统设计应考虑因素

2.1.1 时间季节

在理想情况下，分布式光伏发电系统的产能随着太阳辐射的增强而逐渐提高，正午时达到最高，随后随着太阳辐射的减弱产能便逐渐下降。另外，对于国内而言，夏季的太阳辐射明显强于冬季，因此分布式光伏发电系统夏天的产能同样高于冬季。

2.1.2 天气状况

天气状况也是影响分布式光伏发电系统的一大因素，每当阴天或下雨时，太阳辐射显著降低，分布式光伏发电系统的产能自然下降。因此，天气情况给分布式光伏发电系统造成了不确定性。

2.1.3 系统效率

系统效率是影响分布式光伏发电系统产能的关键因素。太阳能电池组件、逆变器、变压器等组成部分的效率直接影响系统的发电效率，因此设计系统时，必须全面考虑可能影响系统效率的所有因素，以便设计出高效率的分布式光伏发电系统。

2.2 电气设计

光伏组件的选择是系统电气设计的重要方面，鉴于对电池组件工艺水平及转换率的综合考虑，为保证系统发电的可靠性，晶硅电池组件是最好的选择。关于逆变器的选择，设计师要视系统装机容量而定，所选择的逆变器必须与输出功率一致。电气设计中组串连接的基本原则是“先串联、后并联”。

2.3 防雷设计

防雷接地设计是分布式光伏发电系统设计的一个重要方面。太阳能电池阵列由大面积金属构成，其极易形成雷电感应，因此对发电系统进行防雷设计必不可少。接闪系统由避雷针构成，建筑物充当引下线及接地系统的角色，由此构成雷电防护系统。有效的防雷设计不仅能避免因雷击而导致的系统损坏，还能保证工作人员的人身安全。

3 分布式光伏发电系统性能分析

工作人员可利用电站监测系统完成监测数据、收集数据及储存数据工作。在此基础上，利用收集到的数据便可计算产量、损耗、电气系统效率及转换率等性能参数，从而分析发电系统性能。

逆变器在光伏发电系统中具有非常重要的作用，其完成直流电向交流电的转换，因此该转换效率直接影响发电系统的效率及收益。由此可见，逆变器性能的好坏至关重要，工作人员可计算输入功率或太阳光辐射强度一定时逆变器的转换效率，由此判断逆变器的性能。

PV方阵的安装朝向和角度会对分布式光伏发电系统性能产生直接影响。因此，工作人员应注重PV方阵的安装朝向及角度设置，可通过绘制PV方阵效率值、日照强度、时间三者关系的曲线图，从中了解并计算太阳垂直照射PV方阵时的输出功率和转换效率，然后根据计算结果掌握PV方阵性能。

4 结束语

煤、石油等能源具有不可再生性，为实现经济可持续发展，分布式光伏发电极具竞争力，其除了以可再生能源为输入外，还具有就近生产的特点，从而节约成本，降低传输损耗并提高发效率。因此，设计科学、合理的分布式光伏发电系统尤为重要。

参考文献

[1]李建泉，蹇芳，吴小云，等.分布式光伏发电系统的设计与性能分析[J].大功率变流技术，2014（4）：25-31.

[2]陈清，林冲，古涛，等.分布式光伏发电设计及安装[J].太阳能，2015（11）：45-52.