光伏电站组串式与集中式系统效益分析

王建章

【摘 要】本文通过分析对比组串式与集中式这两种应用较为广泛的光伏电站系统方案，通过理论上与实际上的案例结合的方法分析它们的安全性方面的差异、电站收益方面的差异等内容进行综合的，整体上的分析。

【关键词】组串；集中；线损；收益

建立一个光伏电站后，电站能否长期可靠地运行直接影响到投资人的收益度，在长约20年的投资回报期间内，为了降低产品故障率、提高光伏发电的收益。目前我们国内的光伏电站运维质量、可靠性常常很低，而逆变器作为光伏电站的核心组件，它的安全、可靠性成为大家关注的焦点。

组串式光伏发电系统，它的光伏组件以串联的方式串联后以并联的方式接入组串式逆变器，组串式逆变器防护等级较高。

集中式发电系统，它的光伏组件串联后以并联的方式接入常规直流汇流箱后再进入箱式逆变器。光伏电站以组串式和集中式布局时其异同主要有如下几点：

1 系统发电性能

最大功率点MPPT对系统发电量的影响， 21KW共有140个MPPT，集中式510KW共有5个MPPT，电压范围组串式在160-800V，集中式在400-800V，由于天气变化造成的阴影、山地间的不平整而产生的阴影得出，光伏组串式的发电量稍稍高于集中式的发电量，价格比较组串式高于光伏集中式。

2 线损对比

光伏发电站选择与敷设电缆时，都应符合现行国家标准《电力电缆设计规范） 的规定，电缆的截面应进行经济技术比较后来确定选择。

（1）敷设于山沟、盒槽中的电缆应选用C 大类阻然的电缆。

（2）组件之间及组件跟汇流箱间的电缆应有防曝晒措施及固紧方面的措施。

（3）电缆的敷设一般用直接埋填、电缆挖沟、电缆用的桥架、电缆明暗线槽等方法。用于动力方面的电缆和控制方面的电缆建议采用分开排列方式。

（4）电缆的通道沟不应作为排水的通路。

（5）进行远距离传输电能时，网络间的电缆建议采用光导纤维电缆。

光伏组件的阵列间的电缆截面一般为4平米的专用光纤电缆线。防雷的汇流箱至配电柜的电缆截面选择宜按照电压降不超过5%进行选择。

3 光伏组串式与光伏集中式的失配结果

导致光伏组件失配的基本原因主要有发下几点：

（1）光伏組件个体之间的差异性。

（2）组件在安装过程中造成了参数之间的变化，例如搬运组件时的方法不恰当造成了光伏内部的隐裂。

（3）电站投入运行后由于遮挡阴影造成了组件输出电压性能差异。

（4）每个组件的不对称性能上的衰减。

通常，光伏电站组件不匹配的主要原因并非单晶等光伏组件本身，往往是由于阴影遮挡、安装的方向与方位角。由于电站安装于地面，山地之间有高差、还有云层多少、周围树木等等方面的影响，从而使得同一个电站的每一块、每一串、甚至每一个单元的组件性能都不相匹配，所以光伏组串方式的逆变器发电量可提高。

4 它们的安全性能比较

光伏电站中运行中可能引发火灾、对运维人员的人身安全产生一些风险威胁。最大差异就是直流电缆和交流电缆的距离不同，交流输电与直流输电在安全性上有明现的差异。

集中式方案，直流汇流箱连接到直流配电柜这段电流电压可达400-600V，当组件的电线缆通过线扣槽进行汇集时，容易发生线与线间的短路故障。采用组串方式只有并联的2串间可能会发生短路，组合机率数为4，集中式的一台直流汇流箱的16路线缆都可能会发生短路方面故障，组合机率数为32，因此集中式组件线间直接发生短路故障的概率要比光伏组串式的故障机率要高很多。短路故障出现时若不能及时排除，可能会引起电流的反充。

5 逆变器的转换效率

逆变器是将光伏组件产生的直流电转换成交流电的装置，逆变器转换效率的高低将最终影响能够并网的电量多少。逆变器设备，在所有光伏组件效率η一定的状况下，如何来增加逆变器的转换效率η是提升发电量的关键。当前不同厂家的逆变器转换效率η都达到了80%发上的水平。实际电站运行效率测试结果表明：在不同负荷等级情况之下，组串式逆变器比集中式逆变器转换效率高2%。同时，当光伏组串工作电压升高，逆变器逆变的转换效率η也随之而升高；集中式逆变器随着组串电压升高，效率反而会出现下降。

6 运维效率对发电量的影响

一个光伏电站建成之后，高效率的是保证及提高光伏电站的发电量关键。运行维护的难易程度和工作量大小也关系到电站运行阶段成绩、公司人员及新设备的再投入等等。当前不少光伏电站在方案设计初始阶段，往往考虑得较多的是如何提升发电量，同时降低电站的投资建设成本，以至于对电站后期的运维工作考虑不足。但是光伏电站往往是一个较系统的工程，运维工作贯穿光伏电站20年的整个运行周期。对于光伏集中式的方案，理论计算上采用的智能汇流箱可以检测到每一串的正常工作电流I及并联工作电压U；但实际工作中，汇流箱电流检测精度低以及通信上的不可信，导致与实际上报的发电数据量存在很大的差异，在光伏组件的组串出现故障时，我们很难准确判断事故点。多数情况下，对于集中式方案的光伏组件的组串巡检与运维，可能依赖人工严重。运维的工作量很大、成本又高、效率可能又低。运维人员不可能在第一时间就发现度处理好，大多数的故障处于不可知、不可控的状态。对电站而言，此类故障不仅会损失发电总量，而且会危及光伏电站的运行安全性。相比而言，组串式光伏采用的逆变器其精度较高，基本上是集中式光伏发电的5倍以上，还能检测到每一串电池板的电压U、电流I，对组串进行智能的P-V、I-V的曲线进行动态扫描，能可靠的监测到每一个组串的运行状态，帮助工作人员及时发现并处理故障。琮可通过大数据云分析，主动预知判断出故障，做到运维真正的智能化，但这是以精准的数据源为基础得出的。

总之，在地面电站建设中我们采用光伏组串式或光伏集中式应根据前面的数据进行选择，若单从安全方面考虑，光伏组串式的输出电压U、输出电流I是小于集中方式的；单从成本方面考虑，组串式的成本比光伏集中式的要多，；单从后期收益考虑，组串式发电量相对要高于集中式的。我们在大型的地面光伏电站的建设过程中，采用组串式方案不仅会带来发电量的增大，还能有效解决光伏电站交付后运维中长期存在的不利因素。在建设光伏电站的总体投资中，设计者不仅公要考虑的是电站的初始投资成本，还需要放眼未来，关注运行维护的总体成本，这样才是处于不败地位的佼佼者光伏电站。光伏组串式建设方案，相比采用集中式的逆变器布局，它能为一个光伏电站获得长期稳定的收益提供有效保证，是我们未来建设光伏电站的一个总体发展方向。

【参考文献】

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[2]罗玉峰.《太阳能光伏发电技术》，江西高校出版社，2011.08.

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[责任编辑：朱丽娜]