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摘要：近些年，随着能源消耗量不断上升，我国越来越重视新能源的利用，政府针对光伏发电行业出台了一系列利好政策并给予补贴。这推动了光伏发电的迅速发展。光伏发电系统具有诸多优点，如：安装方便、维护少、发电过程中不会排放污染物质等。光伏发电系统的研究将有助于未来实现分散供电系统，这将大幅提高电力系统的供电可靠性，太阳能以其独特优势必然成为一种发展趋势。基于此，本文主要对分布式光伏发电系统的电气设计进行分析探讨。
关键词：分布式；光伏发电系统；电气设计
1、前言
目前经济社会中各个行业与领域广泛使用并依赖于石油、煤炭等不可再生的能源。由于这些能源具有不可再生的特点，因此不符合能源应用可持续发展的战略要求，同时也加重了生态环境的负担与压力。在这一背景下，加大对清洁可再生能源的发展力度已成为实现国家节能减排目标的重要手段之一。其中，分布式光伏发电具有分散发电以及就地使用的特点，与我国实际情况相适应，因此得到了大力的发展与推广。
2、分布式光伏发电系统设计
2.1分布式光伏发电系统设计应考虑因素
（1）时间季节
在理想情况下，分布式光伏发电系统的产能随着太阳辐射的增强而逐渐提高，正午时达到最高，随后随着太阳辐射的减弱产能便逐渐下降。另外，对于国内而言，夏季的太阳辐射明显强于冬季，因此分布式光伏发电系统夏天的产能同样高于冬季。
（2）天气状况
天气状况也是影响分布式光伏发电系统的一大因素，每当阴天或下雨时，太阳辐射显著降低，分布式光伏发电系统的产能自然下降。因此，天气情况给分布式光伏发电系统造成了不确定性。
（3）系统效率
系统效率是影响分布式光伏发电系统产能的关键因素。太阳能电池组件、逆变器、变压器等组成部分的效率直接影响系统的发电效率，因此设计系统时，必须全面考虑可能影响系统效率的所有因素，以便设计出高效率的分布式光伏发电系统。
2.2分布式光伏发电系统电气设计要点
第一，在针对光伏组件的选型方面，光伏组件主要有以下几种类型：非晶硅电池组件、单晶硅电池组件、多晶硅电池组件等。其中非晶硅电池组件成本价格低，外部环境对组件运行影响不大，存在的问题是光电转换效率偏低，国际先进水平为10％左右，且不够稳定，常有转换效率衰降的现象，所以尚未大量用于大型太阳能电源；晶硅类电池组件由于制造技术成熟、产品性能稳定、使用寿命长、光电转化效率相对较高的特点，被广泛应用于大型并网光伏电站项目。晶硅类电池又分为单晶硅电池组件和多晶硅电池组件。两种组件最大的差别是单晶硅组件的光电转化效率略高于多晶硅组件，也就是相同功率的电池组件，单晶硅组件的面积小于多晶硅组件的面积。两种电池组件的电性能、寿命等重要指标相差不大，执行的标准也相同，在工程实际应用过程中，无论单晶硅还是多晶硅电池都可以选用。但单晶硅组件的价格比多晶硅组件的价格高10％左右。综合对当前光伏电池组件技术水平，工艺成熟度，以及转换效率等因素的考虑，应当优选选用大功率晶硅电池组件，以确保光伏发电系统的可靠运行。
第二，在有关分布式光伏发电系统逆变器设备的选型方面，设计人员需参考整个分布式光伏发电系统的装机容量，选择输出功率与其基本一致的逆变器设备。除此以外，在逆变器的选型中还需要综合考虑最大直流电压、MPPT数量、MPPT电压区间、额定输出电压参数、直流输入接线端口数量、以及功率因素等相关技术参数对分布式光伏发电系统电气运行的影响。例如，在对直流输入接线端口数量的选型上需参考组串并联具体路数，在对组件组串数量的选择上，则应当考虑最大支流电压以及MPPT电压区间的影响，而在对MPPT数量的选型上还应当考虑系统内部光伏组件的具体朝向情况。
第三，在有关组串连接部分的电气设计中，应当遵循的思路为：分布式光伏发电系统中组件方阵的电气连接基本遵循串联先、并联后的工作原则。通过串联的方式获得所需的工作电压，进而通过并联的方式获得所需工作电流。在分布式光伏发电系统光伏阵列中，同一光伏组件串中各个光伏组件所对应的电性能参数应当保持在一致状态下。
第四，在有关直流汇流箱的电气设计中，汇流箱的基本功能是将光伏组件所输出多路直流电源进行汇流处理，然后连接至逆变器中。作为直流汇流箱中最关键的电器元件之一，主断路器额定工作电压应当大于或等于回路工作电压最高值，同时额定电流应当大于或等于回路工作电流最高值。一般情况下，直流回路的断路器采用直流断路器。如果在直流回路中使用交流断路器，可以考虑采用二极或三级串联的办法。
2.3防雷设计
防雷接地设计是分布式光伏发电系统设计的一个重要方面。太阳能电池阵列由大面积金属构成，其极易形成雷电感应，因此对发电系统进行防雷设计必不可少。接闪系统由避雷针构成，建筑物充当引下线及接地系统的角色，由此构成雷电防护系统。有效的防雷设计不仅能避免因雷击而导致的系统损坏，还能保证工作人员的人身安全。
3、分布式光伏发电系统的设计实例分析
3.1基础条件
新疆某教职工职工活动中心建筑面积1300m2，坐北朝南，三层框架结构，是广大教职工强身健体、技艺交流、文娱休闲的重要场所。光伏发电系统计划安装在活动中心屋顶闲置区域，为活动中心提供新能源电力，降低常规能源的消耗，减少温室气体的排放，同时也为新能源的应用起到示范推广作用。
3.2确定阵列倾角及方阵布置
为了提高光伏发电系统的效率，在屋面固定式支架的情况下，电池板须按一定的倾角安装。利用PVSYST软件的模拟计算工具，计算得出最佳的倾角为23°。(依据太阳能电池板面上的日平均辐照强度来量化，辐照强度与则电池板的效率成正比)。本系统所在地每兆瓦太阳能的年发电量在120万~140万kwh，比较有利于太阳能项目的开发建设。
为避免光伏方阵以固定倾角安装后前后出现阴影遮挡，需要设置南北向前后方阵间合理间距。设计目标为冬至日(一年当中物体在太阳下阴影长度最长的一天)上午9：00到下午3：00，组件之间南北方向无阴影遮挡。
3.3组件及直流传输方案的选择
太阳电池组件的功率规格多种多样，目前国内生产厂家已能够生产从1Wp到330Wp功率大小不同的组件。由于本系统为屋面光伏并网系统，为减少占用屋面面积并降低组件安装工程量，优先选用单位面积容量大的电池组件。本光伏发电系统所需单台逆变器的容量不大，省去直流配电单元，可采用阵列--汇流箱--逆变器的方案，这样既简化发电系统结构、减少直流侧配电设备的用量，又提高了系统效率。
3.4电网接入
本系统总装机容量为40kWp，拟采用400V低压并网，共1个并网点，所发电量优先考虑自用，余量上网。上网与并网的节点分别安装相应的测量和计量装置。具体接入位置初步确定为位于职工活动中心的变压配电房。
3.5防雷保护设计
安装在建筑屋顶的光伏发电系统，遭受雷击而至系统损毁的可能性极大。为了保证光伏发电系统正常运行，采取有效可靠的防雷技术十分必要。为此，本系统采用以下几种防雷保护措施。
①防直击雷：位于职工活动中心屋顶的光伏发电系统在周边环境中不是最高建筑物，将光伏阵列的钢／铝结构与屋顶建筑的防雷网相连以达到防直击雷的目的。要确保组建方阵支架可靠接地并尽可能低于建筑顶部防雷网：
②防感应雷：在防雷接线箱内分散安装用来保护直流输入主回路的装置并在交流配电柜中安装避雷元件，以防护从低压配电线侵入的雷电波及浪涌电压。
4、结语
光伏发电是目前广泛应用的节能减排技术手段之一，应用清洁可再生的太阳能支持电能需求，在治理环境污染问题，降低GDP能耗等方面均具有非常确切的价值。光伏发电产业虽然发展了一段时间，发电电气系统设计上也逐步完善，但不论是产业的发展，还是具体的光伏发电电气系统设计上，都还存在一些问题。随着国家对光伏产业的支持和鼓励，光伏产业必将发展得越来越好。
参考文献：
[1]孙燕．分布式光伏并网系统在国内的应用[J]太阳能，2012(5)：23．26．
[2]陈刚，姬鸿，王勇．太阳能光伏发电系统设计[J]．太阳能光伏发电技术，2011，5(2)：6-10．