光伏电站组件串联数的优化设计

陈祥;潘基书

【摘 要】目前光伏电站的光伏组件串的串联数的计算,因缺少光伏组件工作条件下的极限温度的校正方法,串联数的计算存在一定裕度.本文通过对光伏组件IV曲线进行拟合,仿真出特定串联数在不同环境温度、辐照值的组件电压变化曲线,从而得到基于机理模型的串联数.为类似工程提供了技术参考. 【期刊名称】《云南电力技术》 【年(卷),期】2018(046)005 【总页数】3页(P1-2,5)

【关键词】光伏电站;组件串联数 【作 者】陈祥;潘基书

【作者单位】中国能源建设集团云南省电力设计院有限公司,昆明 650011;中国能源建设集团云南省电力设计院有限公司,昆明 650011 【正文语种】中 文 【中图分类】TM74 0 前言

目前光伏电站的光伏组件串联数的计算，均参照规程中的公式[1]。而该规范未提出光伏组件工作条件下的极限温度（高温、低温）的校正方法，传统设计的极限温度多采用当地的环境极端温度。部分设计为提高电站的效益，采用经验公式对极限

温度进行校正，但效果多不理想。

本文以光伏组件的机理模型为基础，绘制出组件的IV曲线，仿真出特定组串式在不同环境温度、辐照值的组件电压变化曲线，以探究多参数影响下的光伏电站的串联数的合理取值。 1 组件串联数传统计算方法 本文的拟建光伏电站的参数如下：

组件为多晶硅60片270组件（1 000 V组件 ）， 其 中：Voc=37.9 V、Vpm=30.9、Kv＝ -0.33%/℃、Isc=9.22 A、Imppt=8.73 A；历史极端最低温度-11.4℃。

逆变器采用某500 kW集中式逆变器，其中：Vdcmax＝ 1 000 V、Vmpptmin＝ 460 V、Vmpptmax＝850 V。 1.1 规范计算结果

在未考虑温度校正、不同工况下参数的差异的情况下。根据规范（GB50797-2012）条款6.4.2中公式： 其中：

Kv：光伏组件的开路电压温度系数； K'v：光伏组件的工作电压温度系数； N：光伏组件的串联数（取整）；

t：光伏组件工作条件下的极限低温（℃）； t'：光伏组件工作条件下的极限高温（℃）； Vdcmax：逆变器允许的最大直流输入电压（V）； Vmpptmin：逆变器MPPT电压最小值（V）； Vmpptmax：逆变器MPPT电压最大值（V）；

Voc：光伏组件的开路电压（V）； Vpm：光伏组件的工作电压（V）；

综合式 1～2，光伏组件串联数 19≤N≤22。为降低投资，串联数取上限，即：22。 1.2 温度校正经验公式

光伏组件实际运行时，光伏组件工作条件下的极限温度和环境温度存在一定的差异，传统计算方式的极限低温（t）多采用环境温度，与规范要求存在差异。故，部分电站实际计算时，采用如下方式对光伏组件工作温度进行校正[2]： 方法一 其中：

tam：环境温度（℃）；

TNOCT：标准运行温度，一般取45℃； Kc：测试数据计算得到经验值，0.7～0.8； G：太阳辐照值（kW/m2） 方法二 其中：

Tam,NOCT：NOCT条件下的环境温度，为20℃； GNOCT：NOCT条件下的辐照度（0.8 kW/m2）； ：0.083/0.9，为默认常数 方法三

根据上述方法，得到组件校正温度如下：

表1 若干经验公式组件校正后温度方法 组件校正后温度组串开路电压计算 备注

方法一 -5.15 1 013.03 G=0.2，Kc=0.8方法二 -5.73 1 014.78 G=0.2方法三 -5.15 1 013.03 G=0.2

温度校正后，采用1.1节公式光伏组件串联数仍为19≤N≤22，对本工程缺少指导意义。可以看出：上述各经验公式未考虑组件的特性，未考虑环境参数对开路电压的影响。

2 光伏组件机理模型温度校正 2.1 温度校正经验公式

根据光伏组件机理模型可知：在一定的太阳福照度和工作温度的条件下，光伏组件的IV公式如下[3]： 其中：

A：组件结构因子； k：玻尔兹曼常数； T：绝对温度； q：电子电量； Iph：光生电流； I0：指数因子；

综合1.1节组件参数，得到本工程光伏组件IV曲线如下：

图1 拟选组件的IV曲线

2.2 不同参数下组件电压变化仿真

为得到光伏组件不同辐射、不同温度条件下的工况，本文假设日出时段的环境温度、辐射变化曲线如下：

图2 模拟日出时刻的环境温度、辐射值变化情况

根据上述步骤，采用光伏组件串联数24时，仿真结果如下： 图3 辐射、温度、组串电压变化曲线

由图3可以看出：当地历史极端最低环境温度-11.4℃的地区，采用上文中60片晶硅组件，其串联数取24时，逆变器MPPT寻优光伏组串的工作电压为832 V，略低于逆变器的Vmpptmax值。是安全可靠的。

由此可得：与传统计算方式相比，串联数取24时的单位MW工程总电缆相关费用[4-5]差异如下：采用机理模型串联数采用24时，单位MW的电缆及相关费用节省8.18万元。同比降低16.33%。 3 结束语

本文通过对光伏组件IV曲线拟合，仿真出不同环境温度、辐照值等参数下定值串联数的电压变化曲线，优化有的串联数与传统计算方式相比，电缆及相关费用同比降低16.33%。该方法对降低工程造价有一定的意义。 参考文献

【相关文献】

[1] GB50797-2012. 光伏发电站设计规范[S].

[2] Ali Keyhani. 智能电网可再生能源系统设计[M]. 北京：北京：机械工业出版社,2012.207～208. [3] 杨金焕,于化丛,葛亮.太阳能光伏发电应用技术（第三版）[M].北京：电子工业出版社,2017.～67.

[4] 王洪利. 对光伏电站导线截面的选择[J]. 云南电力技术.2016.6:61～62. [5] 陈祥. 光伏电站阵列内电缆损耗分析[J]. 云南电力技术.2015.10:27～29.