朱德志

(鎮(zhèn)江高等?？茖W校 電氣電競與交通學院，江蘇 鎮(zhèn)江 212028)

目前常見的新能源包括太陽能、風能、生物質能等，均為分布式電源(Distributed Energy Resource)。光伏發(fā)電具有安全、清潔、長壽命、免維護、經(jīng)濟等特點[1-2]，我國初步規(guī)劃“十三五”光伏裝機規(guī)模目標為1.5×108kW，即每年新增2×107kW[3]，出臺系列政策鼓勵、支持光伏發(fā)電等新能源快速發(fā)展，加快新能源從補充能源向替代能源轉變[4]。隨著光伏技術的發(fā)展，光伏發(fā)電設備制造成本下降，國家逐步調整補貼政策，逐年減少。研究顯示，僅高低壓電纜成本就約占光伏電站總投資成本的6%[5]。光伏電站要降低投資成本，就要優(yōu)化光伏電站設計方案。

1 分布式發(fā)電系統(tǒng)逆變器的選擇

并網(wǎng)光伏電站主要由光伏組件方陣、匯流箱、逆變器、升壓變壓器、并網(wǎng)點配電柜等組成[6]，其中逆變器分為集中式逆變器、組串式逆變器，分別使用它們的光伏電站方案見圖1，圖2。

圖1 集中式逆變器光伏電站方案圖

圖2 組串式逆變器光伏電站方案圖

集中式逆變器體積較大，需安裝在地面，距離光伏組件較遠。使用集中式逆變器的并網(wǎng)光伏電站直流電氣線路較長，單瓦成本較低。在大型地面電站建設中優(yōu)先選用集中式逆變器[7]。組串式逆變器體積小，安裝靈活，智能化程度高，發(fā)電效率高等優(yōu)點，可直接安裝于廠房或辦公室屋頂，距離光伏組件較近，輸出的交流電經(jīng)過交流匯流柜后直接并網(wǎng)。組串式逆變器可對接入直流組串進行分組MPPT逆變，電能轉化效率高于集中式逆變器。在分布式光伏電站的建設中優(yōu)先選用組串式逆變器。

筆者所設計的江蘇省交通集團光伏發(fā)電站屬于廠房屋頂安裝的分布式光伏電站。建筑物屋頂面積受限，廠區(qū)綠化帶面積狹小，無法安裝集中式逆變器，故采用組串式逆變器的光伏電站方案。

2 組串式逆變器光伏電站兩種方案比較

采用傳統(tǒng)組串式逆變器的光伏電站方案，在組串式逆變器的出線端使用交流匯流柜，交流匯流柜一般采用4匯1或5匯1方案，4或5根小截面交流電纜匯流成1根大截面交流電纜輸出，電纜安裝方便，但是增加了交流斷點，增加了維護和檢修工作量。組串式逆變器距離并網(wǎng)點較近的項目可采用改進后的組串式逆變器光伏電站方案，如圖3所示。取消交流匯流柜，直接把逆變器出線的交流電纜引入光伏并網(wǎng)柜，減少了交流電纜的中斷，減少了1臺交流匯流柜，降低了成本，但增加了維護的工作量。兩種方案各有優(yōu)缺點，在項目實踐中要根據(jù)項目的特點進行對比分析。

圖3 改進后的組串式逆變器光伏電站方案圖

3 項目光伏電站方案確定

江蘇省交通集團一期共3棟鋼結構廠房(1#，2#，3#)。光伏組件布設于鋼結構廠房的彩鋼瓦屋面，總裝機容量約1.2 MW。每棟廠房距離交流并網(wǎng)點約100 m，可采用改進后的組串式逆變器光伏電站方案。依據(jù)工程造價對比論證結果，優(yōu)先選用工程造價低的方案。以1#廠房為例進行概算分析。

項目采用325 WP多晶組件，每個組串由20個組件串聯(lián)，單組串功率P1=6 500 Wp。每臺逆變器接入6個組串。單臺逆變器接入功率P2=39 kWp。考慮江蘇地區(qū)的容配比為1.2(即1 kW逆變器可以接入1.2 kW的光伏組件)，選用36 kW的組串式逆變器。逆變器交流出線長度約為100 m，逆變器出線電纜按照載流量選取ZRC-YJV-3×25+1×16 mm2交聯(lián)聚乙烯電纜。

采用圖2所示傳統(tǒng)組串式逆變器光伏電站方案，1#廠房光伏電氣系統(tǒng)設計圖如圖4所示。

圖4 采用傳統(tǒng)組串逆變器方案的1#廠房光伏電氣系統(tǒng)設計圖

1#廠房改進后的光伏電氣系統(tǒng)設計圖如圖5所示。光伏組件的組串出線為4 mm2直流電纜，所有組串出線圖紙要求分別連接到5臺交流逆變器直流輸入端，交流逆變器的交流電纜直接輸出到1#并網(wǎng)計量柜。

圖5 采用改進后組串逆變器方案的1#廠房電氣系統(tǒng)設計圖

經(jīng)核算，1#廠房采用傳統(tǒng)組串式逆變器光伏電站方案設計概算為113 000元，如表1所示。1#廠房采用改進后組串式逆變器光伏電站方案設計概算為94 500元，如表2所示。采用改進后的逆變器光伏電站方案總體功能符合要求，節(jié)約了工程造價，提高了發(fā)電效率，減少了運維故障率，本次光伏設計優(yōu)先選用該設計方案。

表1 傳統(tǒng)組串式逆變器光伏電站的1#廠房光伏電氣系統(tǒng)材料表

4 結束語

優(yōu)化設計光伏項目能夠減少電纜斷點，減少中間設備數(shù)量，降低故障風險、工程投資成本、運維成本，提高發(fā)電效率。研究光伏項目的優(yōu)化設計能夠推動清潔能源的發(fā)展，具有重要意義。