光伏阵列设计中的主意事项

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光伏逆变的主要方式

光伏阵列输出的直接后级是光伏并网逆变器，因此光伏阵列的设计要充分考虑与逆变器的适配。根据光伏阵列与光伏逆变器的布置方式，可以将逆变方式分为集中式逆变和分散式逆变[13]。

集中式逆变主要用的大规模并网应用中，包括低压逆变、高压逆变和主从式逆变。低压是在低电压范围内，几块光伏组件串联起来组成逆变输入的一种方式，由于串联回路中组件较少，因此各个支路的遮蔽影响的组件个数较少，受遮蔽影响较小。但是直流母线电压低，相同功率的情况下母线电流较大，线损大，需要用截面积更大的电缆。高压逆变与低压逆变的优缺点正好相反，线损小，但是遮挡损失大。主从逆变用于更大规模的阵列，一般需要至少2个逆变器，其中一个是主逆变器，阵列输出功率小时，主变器工作，当阵列输出功率超过主逆变器后，按需启动从逆变器进行协助。为了均衡逆变器工作性能，主从逆变器一般按照一定的启动顺序进行循环，轮流担任主逆变器。主从逆变系统可靠性高，效率也高，但是花费较大，前期投资多。

分散式逆变是一阵列一逆变器、甚至一组件一逆变器，甚至将光伏组件与逆变器直接进行集成的逆变形式，配置最为灵活，可以最大限度降低组件的不一致性，包括先天组件特性的不一致性和后天的安装、遮蔽及其它偶然因素造成的不一致，有利于因地制宜和灵活扩展，是今后光伏建筑一体化的发展方向。目前存在的主要问题是价格问题，其次是室外环境的影响导致系统可能出现不稳定现象，第三是多个逆变器的监测和通讯问题。

目前使用最多的还是集中式逆变。

光伏阵列与逆变器的匹配

光伏阵列与逆变器匹配主要是指三个方面：电压匹配、电流匹配和功率匹配。

光伏阵列输出不是一个稳定的系统，其输出随光照条件、环境温度及其它一些随机因素影响。

电压匹配是指光伏阵列的输出应时刻满足光伏逆变器的工作条件，逆变器存在一个工作范围值：最小工作电压


和最大工作电压

;同时逆变器还存在一个最大功率跟踪范围：最小跟踪电压

和最大跟踪电压

，超出最大功率跟踪范围但不超出工作范围，逆变器依然能够进行工作，但是不能保证实现最大功率跟踪。

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而对于光伏组件而言，其存在一个阵列的最高电压限制，此限制一般大于逆变器的最大工作电压，因此一般不考虑。

光伏阵列设计的最大串联组件数应保证在最大开路电压处阵列输出电压不超过光伏逆变器的最大允许输入电压。由于光伏组件的负温度特性，温度最低时输出电压较高，因此以较低的温度计算组件串联的最大值


，由(1)可以计算，当光伏组件温度达到-10℃，光照条件为时，环境温度为-26℃，已经很低，因此有



(1)

此时开路电压



(2)




图2.21YL235-29B在额定运行温度下的温度特性

对于YL235-29B，


=-0.37，代入(2)



(3)

相反，夏季由于高温，光伏组件输出电压下降，阵列总输出电压也下降，但阵列输出应满足逆变器的最低最大功率跟踪电压


，对阵列中组件串联个数有一个最低要求

以夏天环境最高温度为40℃，光照强度达到

时，由(2.36)，此时电池温度可以达到72.5℃，考虑到光照条件一般达不到

，可以按照电池温度70℃进行计算，应有

(4)

此时



(5)

对于电流，应保证阵列输出电流不大于逆变器的最大输入电流。

在符合电压范围和电流范围的前提下，调整光伏阵列的串联组件数，使得阵列输出接近逆变器的额定功率，以求获得最高的逆变效率。

倾斜表面上的日照辐射

在进行光伏阵列设计时，为了使阵列能尽可能多输出能量，则需要使光伏组件尽可能多获得足够的辐射能量，解决此问题除了改进光伏组件材料之外，还要考虑光伏阵列的方位角和倾斜角。

改变光伏阵列的倾斜角和方位角并不能改善光伏组件的输出效率，只改善了单位面积光伏组件或阵列上获得的总输入能量。

由于空地(包括屋顶)的总面积有限，因此还要适当考虑在获得合理输出总能量的前提下，尽可能减小光伏阵列的占地面积。(作者：赵无量)