陸文俊 索博鵬 江蘇林洋新能源科技有限公司

60kW光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計和研究

陸文俊 索博鵬 江蘇林洋新能源科技有限公司

本研究以某60kW光伏并網(wǎng)發(fā)電工程為研究對象，選定250WP的電池組，確定了光伏陣列的排列方案為20串×12并。同時，研究了匯流箱、并網(wǎng)逆變器及線纜的設(shè)計與選型，為今后在進行光伏電站工程電氣設(shè)計實踐中提供參考依據(jù)。

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng) 研究 設(shè)計

1 引言

經(jīng)濟社會的發(fā)展，對于能源的需求越來越大。近年來，我國經(jīng)濟取得飛躍發(fā)展，與此同時，對能源的消耗也是以數(shù)量級的方式暴增。人們通過光伏發(fā)電系統(tǒng)將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，可作為緩解能源短缺的有效途徑之一。

2 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)

2.1 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的組成

2.1.1 光伏陣列

光伏電池的主要作用就是將太陽能輻照能量轉(zhuǎn)換成電能。光伏組件是指由一組光伏電池利用串并聯(lián)的方式進行的連接；而光伏陣列則是通過光伏組件的串并聯(lián)連接組成。其中，光伏電池可分為單晶硅、多晶硅和非晶硅三類。光伏陣列通過二極管、電纜和匯流箱等進行連接。

2.1.2 功率變化器

功率變化器主要包括變換器與逆變器。DC/DC變換器主要是對光伏陣列輸出的電壓進行不同形式間的轉(zhuǎn)換，通過變換器調(diào)節(jié)電能的流動方向。同時，還可實現(xiàn)電壓調(diào)整和提升功率因數(shù)。本研究中，DC/DC變換器所用的是非隔離型升壓型。DC/AC逆變器可將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能，該轉(zhuǎn)換功能采用對開關(guān)元件的開通和關(guān)閉控制來實現(xiàn)。

圖1 光伏發(fā)電站設(shè)備配置圖

3 主要電氣組件設(shè)計

3.1 光伏陣列的設(shè)計

光伏陣列的設(shè)計原則是要求滿足電網(wǎng)的用電需求。首先應(yīng)確定電網(wǎng)需求的平均功率，之后設(shè)計光伏陣列的輸出功率，使之相當。對于光伏陣列串并聯(lián)方式及數(shù)量設(shè)計時，應(yīng)綜合參考其工作電壓。同時還必須考慮并網(wǎng)逆變器的直流輸入電壓的工作范圍，并使得光伏陣列輸出的電量達到最大。

本研究以某光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)項目工程為研究對象。該工程的裝機容量為60kW，其光伏陣列由240塊電池組件構(gòu)成，設(shè)計采用的是250Wp的電池組。該電池組為多晶硅太陽能光伏組件。其中，設(shè)計采用的電池組的具體參數(shù)為：最大輸出功率為250W；最大工作電壓為30V；峰值電流為7.46A；開路電壓36V；短路電流為8.05A，轉(zhuǎn)換效率為18%。

該工程240塊電池組件的串并聯(lián)方案比較：

方案1：采用10串×24并的方式。其最大工作電壓為30×10=300V；開路電壓為36×10=360V。最大工作點電流為7.46×24=179.04A；短路電流為8.05×24=193.2A。

方案2：采用20串×12并的方式。其最大工作電壓為30×20=600V；開路電壓為36×20=720V。最大工作點電流為7.46×12=89.52A；短路電流為8.05×12=96.6A。

由以上兩種方案可以看出，方案1的工作電流較高，因此對于線纜的截面積要求比較大，工程費用高，經(jīng)濟性不強。而方案2的工作電壓和電流比較適中，便于元器件的選型，可通過DC/DC變換器實現(xiàn)最大功率點的跟蹤控制，通過DC/AC逆變器將該工程光伏列陣產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換成交流電。本研究采用的是方案2，即將240塊電池組件分為6組，每組20塊，設(shè)置1個單元，接入1臺并網(wǎng)逆變器。光伏陣列輸出的電能需通過并網(wǎng)逆變器的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)要求相符合的交流電后送入電網(wǎng)。因此，本工程光伏陣列的參數(shù)：串聯(lián)數(shù)為20塊光伏組件；串聯(lián)后工作電壓為600V；陣列并列數(shù)為12；工作電流為89.52A。

3.2 匯流箱的設(shè)計

由于在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，光伏陣列和并網(wǎng)逆變器之間有很多的連線，并且保護程度較低，因此在光伏陣列和逆變器之間設(shè)計一匯流箱。由于光伏發(fā)電系統(tǒng)需要采取防雷措施，因此也可在匯流箱中安裝防雷的元件，以確保雷雨天氣的正常使用。

3.3 并網(wǎng)逆變器設(shè)計

對于逆變器的選型，應(yīng)考慮逆變器的可靠性和可恢復性能。即具有抗干擾、抗過載的保護能力，發(fā)生電網(wǎng)失電時，逆變器能夠迅速進行檢測判斷，并主動從電網(wǎng)中切開。

本研究中，60kW的某光伏并網(wǎng)發(fā)電工程的光伏陣列的最大輸出功率為60kW。根據(jù)本工程采用的方案2的參數(shù)，考慮選用陽光電源有限公司產(chǎn)的SG60KTL-M組串式并網(wǎng)逆變器。其參數(shù)如下：最大輸入功率為67.5kW，最大輸入電壓1000V，啟動電壓為300V，額定輸入電壓710V；額定輸出功率為60kW，最大輸出功率為66kW，最大輸出電流為80A，額定電網(wǎng)電壓是480Vac，最大效率可達98.9%。

3.4 線纜設(shè)計

本研究中，對60kW光伏并網(wǎng)發(fā)電工程中光伏組件至匯流箱的連接線進行選型。本工程光伏組件最大功率為60kW，工作電壓為30×20=600V，工作電流為89.52A，因此，光伏組件至匯流箱的連接線根據(jù)允許載流量選擇電纜截面25mm2。

4 結(jié)論

本研究通過以60kW光伏并網(wǎng)發(fā)電工程為例，采用250WP的電池組240塊，光伏陣列采用20串×12并的方式進行連接，最大工作電壓600V，最大工作電流為89.52A。同時分析匯流箱、并網(wǎng)逆變器及線纜的設(shè)計與選型。本工程選用SG60KTL-M并網(wǎng)逆變器，光伏組件至匯流箱的連接線選擇電纜截面為25mm2。

[1]蔡紀鶴,陳熙,戎奕豪,管夢婕.2kW光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計[J].電器與能效管理技術(shù),2015,0(9):55-59

[2]劉軍,劉澤方,王曉云,高巧梅,孔俊麗.光伏匯流箱的設(shè)計[J].中國科技信息,2012(8):148-149