光伏電站組串式與集中式系統(tǒng)效益分析

1、光伏電站組串式與集中式系統(tǒng)效益分析王建章【摘要】本文通過分析比照組串式與集中式這兩種應(yīng)用較為廣泛的光伏電站系統(tǒng)方案，通過理論上與實(shí)際上的案例結(jié)合的方法分析它們的平安性方面的差異、電站收益方面的差異等內(nèi)容進(jìn)行綜合的，整體上的分析?！娟P(guān)鍵詞】組串；集中；線損；收益建立一個光伏電站后，電站能否長期可靠地運(yùn)行直接影響到投資人的收益度，在長約20年的投資回報期間內(nèi)，為了降低產(chǎn)品故障率、提高光伏發(fā)電的收益。目前我們國內(nèi)的光伏電站運(yùn)維質(zhì)量、可靠性常常很低，而逆變器作為光伏電站的核心組件，它的平安、可靠性成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)。組串式光伏發(fā)電系統(tǒng)，它的光伏組件以串聯(lián)的方式串聯(lián)后以并聯(lián)的方式接入組串式逆變器，組串式

2、逆變器防護(hù)等級較高。集中式發(fā)電系統(tǒng)，它的光伏組件串聯(lián)后以并聯(lián)的方式接入常規(guī)直流匯流箱后再進(jìn)入箱式逆變器。光伏電站以組串式和集中式布局時其異同主要有如下幾點(diǎn)：1系統(tǒng)發(fā)電性能最大功率點(diǎn)MPPT對系統(tǒng)發(fā)電量的影響，21KW共有140個MPPT，集中式510KW共有5個MPPT，電壓范圍組串式在160-800V，集中式在400-800V，由于天氣變化造成的陰影、山地間的不平整而產(chǎn)生的陰影得出，光伏組串式的發(fā)電量稍稍高于集中式的發(fā)電量，價格比較組串式高于光伏集中式。2線損比照光伏發(fā)電站選擇與敷設(shè)電纜時，都應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)?電力電纜設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，電纜的截面應(yīng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較后來確定選擇。1敷設(shè)于山溝、

3、盒槽中的電纜應(yīng)選用C大類阻然的電纜。2組件之間及組件跟匯流箱間的電纜應(yīng)有防曝曬措施及固緊方面的措施。3電纜的敷設(shè)一般用直接埋填、電纜挖溝、電纜用的橋架、電纜明暗線槽等方法。用于動力方面的電纜和控制方面的電纜建議采用分開排列方式。4電纜的通道溝不應(yīng)作為排水的通路。5進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸電能時，網(wǎng)絡(luò)間的電纜建議采用光導(dǎo)纖維電纜。光伏組件的陣列間的電纜截面一般為4平米的專用光纖電纜線。防雷的匯流箱至配電柜的電纜截面選擇宜按照電壓降不超過5%進(jìn)行選擇。3光伏組串式與光伏集中式的失配結(jié)果導(dǎo)致光伏組件失配的根本原因主要有發(fā)下幾點(diǎn)：1光伏組件個體之間的差異性。2組件在安裝過程中造成了參數(shù)之間的變化，例如搬運(yùn)組件時

4、的方法不恰當(dāng)造成了光伏內(nèi)部的隱裂。3電站投入運(yùn)行后由于遮擋陰影造成了組件輸出電壓性能差異。4每個組件的不對稱性能上的衰減。通常，光伏電站組件不匹配的主要原因并非單晶等光伏組件本身，往往是由于陰影遮擋、安裝的方向與方位角。由于電站安裝于地面，山地之間有高差、還有云層多少、周圍樹木等等方面的影響，從而使得同一個電站的每一塊、每一串、甚至每一個單元的組件性能都不相匹配，所以光伏組串方式的逆變器發(fā)電量可提高。4它們的平安性能比較光伏電站中運(yùn)行中可能引發(fā)火災(zāi)、對運(yùn)維人員的人身平安產(chǎn)生一些風(fēng)險威脅。最大差異就是直流電纜和交流電纜的距離不同，交流輸電與直流輸電在平安性上有明現(xiàn)的差異。集中式方案，直流匯流箱連

5、接到直流配電柜這段電流電壓可達(dá)400-600V，當(dāng)組件的電線纜通過線扣槽進(jìn)行聚集時，容易發(fā)生線與線間的短路故障。采用組串方式只有并聯(lián)的2串間可能會發(fā)生短路，組合機(jī)率數(shù)為4，集中式的一臺直流匯流箱的16路線纜都可能會發(fā)生短路方面故障，組合機(jī)率數(shù)為32，因此集中式組件線間直接發(fā)生短路故障的概率要比光伏組串式的故障機(jī)率要高很多。短路故障出現(xiàn)時假設(shè)不能及時排除，可能會引起電流的反充。5逆變器的轉(zhuǎn)換效率逆變器是將光伏組件產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換成交流電的裝置，逆變器轉(zhuǎn)換效率的上下將最終影響能夠并網(wǎng)的電量多少。逆變器設(shè)備，在所有光伏組件效率一定的狀況下，如何來增加逆變器的轉(zhuǎn)換效率是提升發(fā)電量的關(guān)鍵。當(dāng)前不同廠家的

6、逆變器轉(zhuǎn)換效率都到達(dá)了80%發(fā)上的水平。實(shí)際電站運(yùn)行效率測試結(jié)果說明：在不同負(fù)荷等級情況之下，組串式逆變器比集中式逆變器轉(zhuǎn)換效率高2%。同時，當(dāng)光伏組串工作電壓升高，逆變器逆變的轉(zhuǎn)換效率也隨之而升高；集中式逆變器隨著組串電壓升高，效率反而會出現(xiàn)下降。6運(yùn)維效率對發(fā)電量的影響一個光伏電站建成之后，高效率的是保證及提高光伏電站的發(fā)電量關(guān)鍵。運(yùn)行維護(hù)的難易程度和工作量大小也關(guān)系到電站運(yùn)行階段成績、公司人員及新設(shè)備的再投入等等。當(dāng)前不少光伏電站在方案設(shè)計初始階段，往往考慮得較多的是如何提升發(fā)電量，同時降低電站的投資建設(shè)本錢，以至于對電站后期的運(yùn)維工作考慮缺乏。但是光伏電站往往是一個較系統(tǒng)的工程，運(yùn)維工

7、作貫穿光伏電站20年的整個運(yùn)行周期。對于光伏集中式的方案，理論計算上采用的智能匯流箱可以檢測到每一串的正常工作電流I及并聯(lián)工作電壓U；但實(shí)際工作中，匯流箱電流檢測精度低以及通信上的不可信，導(dǎo)致與實(shí)際上報的發(fā)電數(shù)據(jù)量存在很大的差異，在光伏組件的組串出現(xiàn)故障時，我們很難準(zhǔn)確判斷事故點(diǎn)。多數(shù)情況下，對于集中式方案的光伏組件的組串巡檢與運(yùn)維，可能依賴人工嚴(yán)重。運(yùn)維的工作量很大、本錢又高、效率可能又低。運(yùn)維人員不可能在第一時間就發(fā)現(xiàn)度處理好，大多數(shù)的故障處于不可知、不可控的狀態(tài)。對電站而言，此類故障不僅會損失發(fā)電總量，而且會危及光伏電站的運(yùn)行平安性。相比而言，組串式光伏采用的逆變器其精度較高，根本上是集

8、中式光伏發(fā)電的5倍以上，還能檢測到每一串電池板的電壓U、電流I，對組串進(jìn)行智能的P-V、I-V的曲線進(jìn)行動態(tài)掃描，能可靠的監(jiān)測到每一個組串的運(yùn)行狀態(tài)，幫助工作人員及時發(fā)現(xiàn)并處理故障。琮可通過大數(shù)據(jù)云分析，主動預(yù)知判斷出故障，做到運(yùn)維真正的智能化，但這是以精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)源為根底得出的?？傊诘孛骐娬窘ㄔO(shè)中我們采用光伏組串式或光伏集中式應(yīng)根據(jù)前面的數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇，假設(shè)單從平安方面考慮，光伏組串式的輸出電壓U、輸出電流I是小于集中方式的；單從本錢方面考慮，組串式的本錢比光伏集中式的要多，；單從后期收益考慮，組串式發(fā)電量相對要高于集中式的。我們在大型的地面光伏電站的建設(shè)過程中，采用組串式方案不僅會帶來發(fā)電量的增大，還能有效解決光伏電站交付后運(yùn)維中長期存在的不利因素。在建設(shè)光伏電站的總體投資中，設(shè)計者不僅公要考慮的是電站的初始投資本錢，還需要放眼未來，關(guān)注運(yùn)行維護(hù)的總體本錢，這樣才是處于不敗地位的佼佼者光伏電站。光伏組串式建設(shè)方案，相比采用集中式的逆變器布局，它能為一個光伏電站獲得長期穩(wěn)定的收益提供有效保證，是我們未來建設(shè)光伏電站的一個總體開展方向?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】【1】黃漢云.?太陽能光伏發(fā)電原理?，化工出版社，2021.