王家祥

摘要：光伏電站前期設計過程中，組串數(shù)計算多采用GB 50797-2012標準中的計算公式，而光伏電站的實際運行環(huán)境條件與公式中的假定條件存在一定的偏差，影響計算結果。本文對光伏電站實際運行數(shù)據(jù)進行分析，給出了組串數(shù)計算修正公式，希望能給有關人員給出不同的解決方法。

關鍵詞：光伏電站;組串計算;設計;修正公式

一、光伏電站中的開路電壓

半導體電壓隨溫度的變化而變化，這種變化的系數(shù)，稱為電壓溫度系數(shù)，太陽能電池片發(fā)電原理是根據(jù)P-N結及空穴電子對原理（光生伏打效應）實現(xiàn)的，屬于半導體，因此電池片/組件的電壓也會隨著溫度的變化而變化。具體數(shù)值大約為-0.26～-0.35%/℃，意思是溫度每降低（升高）1攝氏度，電壓升高（降低）基準電壓的0.26～0.35%。組件標準工作條件之一是電池片溫度25°，此時的電壓定為基準電壓，那么低于25°，組件電壓就升高，反之降低。

組件電壓發(fā)生變化，相應的組件串電壓就會發(fā)生變化，尤其是在冬夏溫差大的地方。因此，在電站設計過程中，必須根據(jù)當?shù)刈畹?最高溫度，計算出合適的組串數(shù)量。

從圖1中可以看出，在正常工作條件下，組串電壓在達到逆變器啟動電壓之前，表現(xiàn)為開路電壓;而在達到逆變器啟動電壓，組串開始經(jīng)過逆變器往電網(wǎng)輸送電能之后，組串電壓開始表現(xiàn)為工作電壓，這其中有一個明顯的電壓降低過程。

從組串開路電壓升高到逆變器啟動電壓，時長大約是40-60分鐘，逆變器啟動后，并不代表逆變器馬上就會有功率輸出，逆變器的控制部分，CPU和屏幕等器件先工作，首先就逆變器自檢，再檢測組件和電網(wǎng)，完全沒有問題后，等光伏功率超過逆變器的待機功率，逆變器才會有輸出。即在逆變器正常工作的情況下，組串的開路電壓在超過逆變器的啟動電壓之后，因逆變器啟動，就表現(xiàn)為了工作電壓。

二、組串計算公式修正

依據(jù)公式，光伏組串數(shù)量上限主要是由公式一確定的。而在實際工作中公式一中的V_oc（光伏組件的開路電壓）與t（光伏組件工作條件下的極限低溫）取值是偏保守的。而這2個取值都與工作時的輻照值有關。我們先看組件開路電壓V_oc，組件廠家給與的數(shù)值是在STC條件（輻照度1000W/㎡，電池溫度25℃，空氣質(zhì)量AM1.5）下的取值。

而在實際運行條件下，在環(huán)境溫度最低時的輻照度肯定達不到STC條件下的1000W/㎡。我們以光伏電站實測數(shù)據(jù)為例：

我們從圖2中可以看到，一天中的最低溫出現(xiàn)在凌晨日出前后，最高溫出現(xiàn)在當?shù)卣嫣枙r14：00-15：00之間;而輻照量最高點一般在當?shù)卣嫣枙r12：00左右。

即在最低溫時并不是輻照量最高的時刻，最低溫與最高輻照值不會在同時出現(xiàn)。理論上此時組件V_oc（光伏組件的開路電壓）應以實際的輻照度進行修正，但是早上輻照度變化較大，而且到達逆變器啟動電壓之后組串就表現(xiàn)為了工作電壓，所以此時考慮組串實際工作狀態(tài)特性和計算簡便，此處建議可以使用組件的NOCT電性能參數(shù)計算（電池片標稱工作溫度條件：輻照度800W/㎡，環(huán)境溫度20℃，空氣質(zhì)量AM1.5）。

這里使用NOCT參數(shù)來計算，原GB50797-2012 《光伏發(fā)電站設計規(guī)范》公式一需修正為：

三、計算結果

為考慮計算書的通用性，“ ——光伏組件工作條件下的極限低溫（℃）”，計算時以-30℃、-25℃、-20℃、-15℃、-10℃、-5℃、0℃這7個典型溫度考慮。其中-30℃、-25℃、-20℃模擬的是三北（西北、東北、華北北部）地區(qū)高緯度高寒地區(qū);-15℃、-10℃模擬的是華北中南部、關中平原等溫帶季風氣候區(qū);-5℃、0℃模擬的是秦嶺淮河以南的亞熱帶季風氣候區(qū)域;覆蓋了大部分國內(nèi)典型氣候區(qū)域，適用范圍廣。

依據(jù)GB 50797-2012《光伏發(fā)電站設計規(guī)范》內(nèi)公式與修正后的計算公式，輸入目前主流廠家發(fā)布的18X、210mm系列組件產(chǎn)品的開路電壓、工作電壓、電壓溫度系數(shù)及當?shù)刈畹蜌鉁睾罂傻贸鼋Y果。

與原公式相比，1500V系統(tǒng)計算結果相差約2塊組件，即每個組串可多接2-3塊組件，理論上可降低約5%的支架套數(shù)與基礎數(shù)量，并相應降低組件與匯流箱之間的光伏專用電纜數(shù)量。

四、存在的問題：

1）、這種考慮存在假設性條件，即逆變器處于工作狀態(tài)，組串電壓達到逆變器啟動電壓之后即可正常啟動;

2）、有可能存在的極端情況：輻照值超過1000W/㎡，并且處于極端低溫，且逆變器不能正常工作;

3）、此為理論上可行的解決方案，但還需實際項目小規(guī)模工程驗證。