分布式光伏电站如何设计？我们来一探究竟

光伏发电是指利用光伏组件将太阳能直接转化为电能的发电系统。是一种具有广阔发展前景的新型发电和能源综合利用方法。倡导就近发电、就近并网、就近转换的原则。不仅能有效提高同等规模光伏电站的发电量，还能有效解决升压和长距离运输中的电能损耗问题。光伏发电系统的成本构成

光伏发电系统由元器件、支架、逆变器、辅助材料、施工等组成，其中元器件占成本的大部分，而支架只占一小部分，如下图所示。

分布式光伏发电具有以下特点‍相对较小的输出功率。一般来说，一个分布式光伏发电项目的容量在几千瓦以内。与集中式电站不同，光伏电站的规模大小对发电效率的影响很小，因此对其经济效益的影响也很小。小型光伏系统的投资回报率不低于大型光伏系统。低污染和突出的环境效益。
分布式光伏发电项目在发电过程中不产生噪音，不污染空气和水。可以在一定程度上缓解当地电力短缺的问题。但是，分布式光伏发电的能量密度相对较低。分布式光伏发电系统的功率仅为每平方米100瓦左右。此外，适合安装光伏组件的建筑物屋顶面积有限，无法从根本上解决电力紧张问题。可同时发电和用电。
大型地面电站通过提高电压并将其连接到输电网来发电，它们只是作为发电站运行。分布式光伏发电接入配电网，发电和用电同时进行，并要求尽可能就地消纳。
设计原则‍
合理性：由于分布式光伏发电系统也是光伏电站的一种类型，其设计和建设必须满足国家标准《GB50797—2012光伏电站设计规范》的要求。根据要求，对项目的选址、太阳能发电系统、电气部分、出入口等进行合理设计。

安全:设计的光伏系统必须安全可靠，防止突发情况造成的人身伤害和公共财产损失。光伏系统的安装施工应当纳入建筑设备安装施工组织设计，并制定相应的安装施工方案和专项安全措施。

美观：光伏阵列与地面民用建筑统一设计，美观大方，实现整体协调。

效率：优化设计方案，尽可能提高光伏系统的整体发电效率，减少不必要的能量损失。达到充分利用太阳能，提供最大发电量的目标。

经济：作为光伏项目，在满足光伏系统外观和性能指标的前提下，最大限度地优化设计方案，合理选用各种材料，在设计阶段消除不必要的浪费，降低工程造价，为业主节约投资。

系统设计‍

该方案屋顶的有效面积约为30m2，由12个260Wp光伏组件组成。支架采用可使用30年的铝合金支架。是由专业的分布式光伏支架制造商GUTO Energy生产的。共建成3.12KWp屋顶分布式光伏发电系统。

该系统采用一台3KW光伏欧姆尼克逆变器，将直流电转换成220V交流电，然后连接到220V的线路上，送到业主原来的室内配电箱中。然后，通过220V线路接入业主户内低压配电网，向城市电网送电。

光伏系统设计‍

光伏组件的选择：

本项目采用260P-60多晶硅太阳能电池组件，额定功率为260Wp。

光伏并网逆变器的选择：

根据业主为居民分布式，电网电压为AC220V，因此选用单相光伏逆变器。

站址的选择：

环境影响可以直接影响住宅和家用分布式光伏发电系统的选址。关键因素有以下几点：

A. 是否有遮挡光线的障碍物（包括长期和短期的障碍物）。

B. 是否有害或污染。

C.冬季的雪、冰、雷击等灾害。

这个箱子安装在业主的屋顶上。周围没有高大的建筑物，所以在设计布局时不需要进行阴影分析。

最佳光伏阵列倾斜角度和方向：

为了最大限度地发挥这个项目的效益，同时保证组件的安装方便性和美观效果，专业光伏仿真软件分析表明，这里最佳的太阳能倾斜角度为26度，安装时朝南倾斜26度。这确保了系统全年的发电量最大化。

此外，还考虑了光伏支撑强度、系统成本、屋顶面积利用率等因素。在保证系统的发电量不大幅下降（下降幅度不超过1%）的同时，尽量减小光伏阵列的倾角，以减少风暴露面，增加支架的强度，降低支架成本，提高有限场地面积的利用率。

经分析，本工程推荐倾角为17度左右（顶板南侧倾角）。

光伏阵列的前后间距设计：

为了实现太阳能发电系统全年最佳发电量和屋顶利用率的最大化，我们要求光伏阵列在冬至（每年12月22日或23日）9:00至15:00之间不相互遮挡。此时的前后间距是最佳间距。

专业光伏软件模拟显示，光伏阵列倾斜角度为17度，组件阵列之间最低点距离保持在5M，冬至日9:00—15:00，光伏阵列之间基本不会相互遮挡。

光伏阵列串并联设计：

在分布式光伏发电系统中，太阳能电池组件电路串联在一起形成串联支。采用串联方式将集电系统的直流电压提高到逆变器的电压输入范围。应保证在各种太阳辐射照度和各种环境温度条件下，太阳能电池组件不超过逆变器电压输入范围。

考虑到适用于晶体硅电池的逆变器的最大直流电压（最大阵列开路电压）为550V，最大功率电压跟踪范围为70~550V,MPPT通道数为1通道/1并联。

本项目选用12块260W多晶硅太阳能电池组件。每个太阳能电池组件的额定工作电压为31.2V，开路电压为38V，初步确定为12个串联分支太阳能电池。

在环境温度25±2℃、太阳辐射1000W/m2的额定工作条件下，12块太阳能电池串联的串联支路的额定工作电压为374.4V，开路电压为456V，均在逆变器允许的输入范围内，保证了正常工作。

当工作条件改变时，当平均较差环境温度为-10℃时，太阳能电池组件串的最大功率点工作电压为12×31.2×（0.35%×351）=420.3V，满足550V最大满载MPPT点的输入电压要求。当较差最高环境温度为42°C时，太阳能电池组件的工作电压为12×31.2×（-0.35%×17 1）=352.1V，满足70V最低MPPT点的输入电压要求。考虑到系统电压线损为2%，可以看出，上述解决方案完全满足使用要求。

经过以上验证，确定太阳能电池串联的数量为12个。

电气系统设计：

根据光伏组件的选型、光伏并网逆变器、光伏阵列的串并联设计，并结合业主的低压接入条件，对本案例中光伏发电的电气系统设计进行。

防雷接地设计：

太阳能光伏并网发电系统的基本组成部分有：太阳能电池方阵、光伏汇流箱、箱式变压器和逆变器等。

太阳能电池阵列的支架是用金属做的，占用空间很大。它们通常被放置在空旷的地方。在雷暴期间，它们特别容易受到雷击和破坏。此外，太阳能电池组件和逆变器价格相对昂贵。为了避免雷击和浪涌造成的经济损失，有效的雷击和浪涌防护是必不可少的。

太阳能光伏并网电站的防雷措施主要有：

外防雷装置主要包括避雷针、避雷带和避雷网等，可以减小雷电流流入建筑物内部时产生的电磁场，保护建筑物和构筑物的安全。太阳能光伏发电设备与建筑物的接地系统之间通过镀锌钢板连接，焊接接头也必须进行防腐防锈处理。这样既可以降低总接地电阻，又可以通过相互连接的接地系统形成一个相等的网络。电位面，明显降低导线间雷击产生的过电压。

水平接地电极埋在土壤中至少0.5m深（距冻土层0.5m），并使用十字夹将接地电极连接成电网。同样，土壤中的连接必须用耐腐蚀胶带包裹。

对于本案例中的光伏发电系统，防雷设计包括外部防雷装置（接地引下线）和内部防雷装置（电涌保护。

防雷设计说明：

外部防雷：利用接地水平接地极将露天安装的光伏阵列组件（阵列支架、组件等金属外壳件）有效地连接到屋顶原有的防雷带上。

内部防雷：在光伏并网逆变器交流输出端的中性线、火线、地线之间安装一个Ⅱ类电涌保护器，并采用接地水平接地极将电涌保护器的接地端有效连接到接地网（原有或新建）。

效益分析‍

主要依据是：

1）《建设项目经济评价方法与参数（第三版）》（国家发展和改革委员会、建设部2006年7月发布），《国务院关于固定资产投资项目实行资本金制度的通知》等国家有关政策。

2）各省相关政策。

3）根据国家现行的贷款利率、财税制度及相关规定。

我们对本工程进行了详细的经济分析。该工程静态总投资为2.81万元，预计运行期限为20年，其中包括1个月的建设期和20年的运营期。我们设定资本金比例为100%，计算基准年为第一年，并从第一年年初开始计算。折旧年限设定为20年，同时设定残值率为5%。

在财务评价中，我们参照了国家相关财务规定和行业规范，对其他参数进行了合理取值。

节能减排‍

本项目建成后，3.12KW光伏电站每年可发电3123kwh（按25年计算）。与火力发电相比，每千瓦时（即每度）火力供电需消耗350g标准煤（理论值）。节能减排如下表所示：