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光伏发电系统直流电缆选择

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摘要：目前光伏电站建设大规模发展，其中电缆的用量庞大，电缆的截面对工程的经济运行影响较大。因此必须重视光伏发电系统设计中对电缆经济截面的选择。本文总结了光伏发电系统直流电缆的选型原则，并提出采用差额净现值法来计算直流电缆的经济截面积的方法。

关键词：光伏；直流电缆；经济截面；差额净现值法

引言

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。光伏发电系统主要由太阳电池板（组件）、逆变器和控制器三部分组成。光伏电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的光伏电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。

全球的常规能源是很有限的，中国的一次能源储量远低于世界的水平，不到世界总储量的10%。太阳能是人类取之不竭用之不尽的可再生能源，具有广泛、清洁、安全及潜在的经济性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位。

2013年7月15日国务院发布了《关于促进光伏产业健康发展的若干意见》，将光伏产业定位为我国具有国际竞争优势的战略性新兴产业。确定了装机目标为：2013~2015年年均新增光伏发电装机容量1000万kW左右，到2015年总装机容量达到3500万kW以上。根据2016年12月发布的《太阳能发展“十三五”规划》，到2020年底，中国光伏发电装机容量指标为105GW、光热发电装机容量指标为5GW。事实上，截止2018年9月份，中国光伏发电累积装机已经达到165GW，远超“十三五”规划的目标。

光伏电站中直流汇流电缆数量较大，造价占比高，其年损耗电量可以占到年总发电量的0.5%~1%。因此按经济电流密度选择直流汇流电缆截面，对提高光伏电站整个运营期的收益非常重要。但是现有设计规范手册中的经济电流密度曲线均为针对常规电站交流电缆，并不适用于光伏电站直流汇流电缆。按GB50217附录B给出的经济电流密度的计算又比较繁杂，因此部分设计人员在进行光伏电站设计时，一般没有考虑按经济截面来选择直流汇流电缆，造成电缆截面选择偏小电站建成后运行不经济。本文结合实例提出光伏发电系统直流电缆的选型原则和截面选择的计算方法。

1光伏发电系统直流电缆的型号选择

大型光伏发电系统一般是采用二级汇流，因为单个光伏组件的功率较小，需要经过多次回流后再集中接到大型逆变器的直流侧，经逆变器升压之后接入电网系统。

光伏发电系统直流电缆的选型必须遵循GB50217-2007《电力工程电缆设计规范》的相关规定。

1.绝缘类型：一般选用交联聚乙烯电缆。

2.绝缘水平：逆变器和光伏组件直流侧的最大直流电压为1kV，因此直流电缆的额定电压等级应该选用0.6/1kV，极间绝缘水平1kV，级对地绝缘水平为0.6kV。

3.电缆护层：一般选用聚氯乙烯或聚乙烯，聚乙烯用于-15°C以下低温环境。

4.敷设方法：从一级汇流箱到二级汇流箱一般采用直埋或桥架敷设的方式。直埋方式更加经济，施工方便，一般采用直埋敷设。按照《光伏发电站设计规范》规定，直接埋设的直流电缆，可不采用阻燃型电缆，对于敷设在桥架和电缆沟的电缆则需要采用阻燃型电缆。

2光伏发电系统直流电缆的截面选择

在光伏发电系统中，一般组串至汇流箱的直流电缆截面按与光伏组件自带的电缆截面相同选择，而汇流箱至直流柜的电缆截面积需要结合实际情况确定。

按照GB50217-2007《电力工程电缆设计规范》的相关规定，光伏发电系统汇流箱到直流柜之间直流电缆截面的选择应符合以下三个要求。

1.按照载流量选择电缆截面积。

光伏发电系统的汇流箱汇集回路为n路，回路的短路电流为Isc，不考虑校正系数时，电缆的载流量不应小于1.56nIsc；如果考虑校正系数时，电缆的载流量不应小于1.25nIsc。

2.电缆截面积不能小于短路热稳定要求的最小截面积。

如果汇流箱的汇集回路数为n路，流过汇流箱出口电缆的短路电流为1.25nIsc，相对于交流系统，短路电流比较小，一般电缆截面积在满足额定载流量的同时也能够满足短路热稳定的要求。

3.按经济电流截面选择电缆截面积

GB50217-2007《电力工程电缆设计规范》附录B提供了电力电缆经济截面积的选择方法，该方法相对复杂，而且由于光伏发电的特殊性，并不能直接应用于汇流箱至直流柜之间电缆截面积的选取，本文是采用差额净现值法来计算电缆的经济截面积。

3实例应用

以广东某40MW的光伏发电站为例，共设置40个1MW单元。每个1MW单元共包含3640块275W的多晶硅组件。组件串联数N=20，每个1MW单元布置91×2个组串，采用16进1出一级汇流箱汇流后接至直流柜。

275W组件在STC条件下的主要电气参数如表1所示。

表1275W组件主要电气参数（STC）

计算结果分析：

从表3可以看出，与方案1相比，方案2的ΔNPV为正，方案3的ΔNPV为负