淮北申皖发电有限公司 张光庆 王海珏

光伏发电作为我国现阶段重要的新型能源项目，受到人们广泛关注，其可以把可再生的光能源转换为电能源，绿色环保，符合我国可持续发展基本要求，同时还可以确保电站发电量。分布式光伏电站的设计和建设工作涉及多学科的技术类型，因此具有一定的复杂性。以光伏发电系统为例，系统综合效率不仅和太阳能资源与逆变器效率等因素相关，同时还受到光伏方阵方位角或阵列间距等因素的影响。诸如此类的技术研究都将成为后续工作的改进重点。

1 分布式光伏电站的设计与技术要点

1.1 工作模式概述

分布式光伏电站的工作模式其核心技术就在于，利用光伏的不同组件把可再生的太阳能进行转换，使其转化为电能，建立分布式能源系统[1]。在目前技术条件下，可以将部分的分布式光伏发电系统全部建造在用户场所区域周围，然后在配电系统当中通过调节平衡的方式做好能源的综合应用。这表明分布式光伏发电系统不仅强调就近发电的基本要求，同时还强调光伏电站的发电量与电能损耗控制，减少电能远距离传输的不利影响。当前一个时期，我国分布式光伏电站的电气设计技术已发展得较为成熟，不仅输出功率稳定，同时还能降低发电站的运行成本。与某些大型的发电系统相比，分布式光伏发电系统在投资效益上与这些系统保持接近，且技术优势集中体现在环境友好功能层面，如在运行过程当中不会产生严重的噪声污染、水污染和空气污染，在整个系统运行阶段可以确保发电和用电的同时运行。

1.2 电气设计技术要点

分布式光伏电站在设计技术方面需要考虑到电器组件的选型要求，常见的组件类型有单晶硅、多晶硅与非晶硅，成本较低的当属非晶硅，并且该组件对环境的适应性要求较低，不会因为外部环境产生非常严重的性能障碍。但该组件在运行阶段仍然存在一些潜在的问题，如转换效率可能比较低，一般都在10%以下，表明转换效率并不稳定，所以并没有得到广泛的应用。

与之相比，晶硅电池组件的制造技术比较成熟，且使用周期长，产品性能在长期的使用阶段得到认可，在某些大型光伏电站的建设当中，发挥了至关重要的功能。如晶硅类电池可划分为单晶硅和多晶硅两种类型，而两者之间的差异主要体现在转换效率层面，单晶硅组件的转换效率通常高于多晶硅组件，但是在其他指标上并没有非常显著的差异，无论是执行标准还是执行条件上都比较接近，所以实际的发电站运行环节当中，可以根据实际需求分别选择对应的组件类型。但值得注意的是，单晶硅电池组件的运行成本普遍较高，所以综合技术水平和工艺要求之外，可以考虑在确保转换效率的同时，尽可能地压缩各项成本，让整个光伏发电系统维持经济、安全以及正常运转。

分布式光伏发电系统当中的逆变器设备选择较为重要，工作人员应具有整体观念，把光伏发电系统的整体运行情况作为判定依据，一方面必须确保输出功率和发电系统的输出功率两者之间保持一致，另一方面必须让逆变器设备的电压区间等参数数值处于合理。而在具体的电气设计方面，由于汇流箱可最大限度发挥汇流处理功能，必须对多路直流电源进行处理，让其可以连接到逆变器当中，而其中的主断路器正是直流汇流箱中的重要组件之一。一般情况下选择断路器时，直流回路选择直流断路器或是进行三极串联。组串连接部分要遵循基本规则，保持串联先并联后的工作，要求同时提前对工作电压进行测量，最后选择并联方式获得所需要的工作电流[2]。

1.3 电缆设备筛选

电缆设备筛选时要综合考虑到环境因素可能产生的影响，如根据分布式光伏发电系统的具体情况来看，需要配置光伏设备专用电缆，保持各个组件之间的跳线和汇流。而光伏电缆相比于普通电缆而言对于环境的要求相对较高，如导体的工作温度不得超过120℃，环境温度则应长期处于-40℃至90℃，并且电缆应该具有良好的紫外线耐性、抗化学腐蚀特性、抗臭氧性等。综合来看，分布式光伏发电系统的运行环境温度大多在60℃以上，并且在对载流量合理修正之后，整个光伏发电系统的光能源转换率可维持在较高的水准区域内，居民用电质量可得到充分保障。

2 分布式光伏发电系统的优化设计

2.1 光伏阵列运行方式

光伏阵列布置是整个发电系统优化设计时的核心要点，其方正运行方式按照是否能够追踪太阳来做好分类，包括自动跟踪式和固定跟踪式两种类型。集中固定运行的光伏阵列可以安装在支架之上，以最佳倾角布置完成之后倾角不进行改动。单轴跟踪是以组件阵列面上的某个方向为轴，进行旋转跟踪完成对太阳高度角的追踪以及太阳方位角的追踪，保障组件的整体发电量。而双轴跟踪式组件则有两个可以旋转的轴水平方向旋转，完成太阳高度角的追踪，发电量同样大幅提升。

基于太阳辐射量的增益来看斜面所接收到的辐射量，直接决定了光伏电站发电性能，假设对某些地区使用跟踪支架后就可以对辐射量进行模拟计算，在这些具有代表性的地区当中，月辐射量曲线都呈现出正态分布，原因在于我国处于北半球，夏季时太阳处于北回归线和赤道之间具有充足的太阳辐射，斜面同样可以接收到较大的辐射量；反之，冬季时太阳辐射相对较少，所接收到的辐射量也因此减少。

无论采取哪种支架方案，年辐射量分布本身都遵循正态分布的基本规律，夏季辐射量永远大于冬季辐射量。为了改进年辐射量的数据，需要考虑到冬季太阳辐射较少时的辐射量接收情况，如北半球冬季最佳倾角比夏季阶段的最佳倾角要更大，夏季时辐射量提升的百分比相对较低，所以冬季支架方案对辐射量提升的情况效果较好，如对斜面角度进行调整之后让其与太阳光线保持垂直，此时辐射量的提升会更加明显。实际上根据不同地区的仿真结果分析来看，不同区域或不同纬度，对于年辐射量提升的影响同样明显，水平面太阳总辐射中的直射比就会随着纬度的升高而身高。在光伏阵列运行过程当中，选择跟踪式系统的优势在于对阵列方位角和阵列倾角进行调整，而国北方地区或一些纬度较高的地区，则可以选择双轴跟踪系统或斜单轴跟踪系统发挥追踪作用[3]。

跟踪支架本身对于提升光伏系统的发电量效果突出，但使用跟踪支架之后，整体的成本消耗会随之提升，如果增加的发电量所产生的利润能够填充这些建设成本，则表明跟踪式支架技术方案具有良好的应用可能性。假设使用双轴跟踪支架，那么系统运行过程当中可以提升一部分发电量，以固定安装式作为参考依据，可根据实际需求确定是否要采用固定式支架、双轴跟踪支架水平单轴支架等。但是在这些方案当中，固定式支架系统的发电量虽然最低，但其成本消耗同样较低，占地面积较小，所以光伏电站在运行过程当中无需进行后期大规模维护，在一定程度上降低了潜在运行成本。

当然，整个光伏阵列运行方式考虑投资效益和发电量之外，还需要考虑到安全性和便捷性，从而为光伏系统的平稳安全提供针对性保障。以地面大型光伏电站为例，为了获取较高比例的投资回报，一般会采用跟踪式系统，而对于某些小型光伏电站，使用跟踪式系统往往会增加单位发电量和装机容量，使得总发电量反而降低，发电量的提升并不能完全弥补装机容量降低带来的损失。而屋顶分布式光伏电站的承载能力比较有限，使用跟踪式支架系统时，可能还需要对屋顶进行额外加固，增加使用成本。

2.2 安装倾角选择

由于固定式支架方案光伏电站的支架和组件设备在安装完毕之后无法调节倾斜角度，所以在正式完工之前应该选择合理的倾斜角度，确定项目所在地的最佳倾角以及阵列间距。分布式光伏电站的阵列倾角变化时，阵列间距也会随之改变，影响到光伏电站的总发电量，对此应明确发电量和倾角数据之间的联系，选出最佳的倾角。

计算时要综合分析光伏发电过程当中的效率与成本数据之间的关联，我国每个地区的经度和纬度不同，所以对应月份的太阳辐射量必然存在不同程度的差异，在这些影响因素当中光伏发电量与辐射量的联系最为紧密，固定式运行的光伏方阵，在工程设计当中需要优先处理的技术问题就是阵列倾斜角度和最大化太阳辐射量，从而保障系统效率。对此，需要先准确地计算斜面年总辐射量，然后在0～90°区间确定总辐射量最大时的对应倾角度数[4]。气象观测站可以直接测量这些数据，然后确定光伏电池阵列和水平面上太阳辐射量的数据结果，精确计算出不同倾斜角度前提下的月平均太阳辐射量，然后确定地面反射太阳辐射量和斜面的散射辐射量，需注意的是地面状态会直接影响到反射率，如干燥地带、沙漠地带、干燥地、冰面都有着不同的反射率，只有将所有存在的因素全都考虑在内，才能确保计算结果的准确性。

中国处于北半球，北半球的固定式光伏方阵朝向为南，此时方正斜面接受的辐射量达到最大标准。并且为了避免阵列前排与阵列后排之间出现阴影遮挡情况，减少接收到的辐射量，阵列之间本身要预留出一定的空间，然后根据光伏电站的地理坐标与太阳位置等来确定前后方阵之间的最佳间距。此时，可将组件的前排间距和后排间距计算方法导入编程程序当中计算，得出阵列垂直高度阴影长度和最小间距数据。

分布式光伏电站与居民区比较接近，所以输电损失相对较少，当前比较普遍使用的屋顶分布式光伏发电系统和地面分布式光伏发电系统，受到场地面积的限制程度不一，对此需要提升单位面积的发电量，特别是在占地面积不发生改变时倾角与发电量之间的平衡设计。考虑到倾角增加会降低电站的安装容量，对此单位面积发电量的土地利用率也会受到影响。如果光伏电站占地面积不变，那么可以减少安装倾角，从而增加装机容量，保障单位面积发电量。另外在确定合适的倾斜角度之后，还需要综合评估发电成本，选择最佳倾角度数，确保光伏发电系统处于良好的工作状态。

2.3 组件串联与组件并联

光伏组件串联时输出电压的波动范围需要始终在逆变正常工作电压范围之内，总输出功率也应在额定接入功率和最大允许接入功率的范围之内，并且电池组件和逆变器之间的直流电缆原则上应越短越好，降低直流损耗，同一光伏阵列当中主线的主要参数保持一致。

2.4 发电量计算

发电量计算可以使用专业的软件来进行光伏系统设计与模拟，由于多种因素对于发电效率都会产生一定的影响，包括电池组件类型、光伏方阵方向、倾斜角度、光照利用率、变压器损失等，这些因素都会直接影响到太阳辐射量和系统发电量的比值。除此之外，还应去做好生命周期发电量的计算和工程经济评估，如系统在夏季时的综合效率明显优于冬季，原因在于夏季空气温度较高，组件热量可以长时间保存。

3 结语

无论是自然环境还是电气设备选择等，都将影响到系统的运行状态。光伏发电站作为一种先进的技术手段，能够充分突出节能减排的技术优势，对太阳能源进行合理转换，满足社会对于电能源的需求，发挥良好的社会经济效益。在未来的工作当中，应进一步规划光分布式光伏电站的技术应用，对系统方案进行重新设计，保障良好的发电效率，维持电能质量。