光伏电站设计中，对传统组串设计的修正探讨

一、传统的计算方法

在《光伏发电站设计规范(GB 50797-2012)》中，对于光伏组串的设计，提出如下公式：

N—光伏组件串联个数(N取整数)

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

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

Voc—光伏组件的开路电压

Vmppt—光伏组件的工作电压

Vdcmax—逆变器允许的最大支流输入电压

Vmpptmax—逆变器MPPT电压最大值

Vmpptmin—逆变器MPPT电压最小值

《光伏发电站设计规范(GB 50797-2012)》属于强制性国标，该方法应该是非常权威的。但仔细思考，不难发现：

上述公式存在一个较大问题!

暂不说问题，先以天合260W多晶硅组件为例，假设当地极端低温为-30℃;逆变器最大开路电压为1000V，MPPT电压在420~850V，利用上述公式进行计算。

表1：光伏组件的技术参数

根据上表，Voc=38.2V、Vmppt=30.6V、Kv= K’v=-0.32%/℃

在极端低温-30℃时，V’oc=44.92V，则N≤22

因此，每个组串最多串联22个组件。

二、传统计算方法的矛盾

然而，我们在进行上述计算时，采用了两个矛盾的假设：

假设1：环境温度为-30℃;

假设2：Voc=38.2V。

注意：Voc=38.2V是在STC条件下(温度：25℃、辐照度：1000W/m2、大气质量：1.5AM)，当保证其他两项不变，温度由25℃降低到-30℃时，电压升高到44.92V。但辐照度为1000W/m2时，温度是不可能降到-30℃的!

即：温度：-30℃、辐照度：1000W/m2、大气质量：1.5AM，这种自然环境是根本不存在的!

当出现工作状态极端低温的时候，一定是在凌晨太阳初升的时候。因此，自然界存在的条件应该是：

极端低温：-30℃、辐照度： 200W/m2、大气质量：1.5AM。

那温度：-30℃、辐照度：1000W/m2、大气质量：1.5AM，和上面的条件相比，对电压计算有影响吗?

图1：光伏组件的IV曲线

从图1中我们可以清楚的看出：随着辐照度的降低，光伏组件的Voc是逐渐下降的。因此，用辐照度为1000W/m2时的参数进行计算，结果会有很大的偏差!

三、对传统计算方法的修正

但在上图中，我们无法获得200W/m2时光伏组件的Voc。但组件的技术规格书中，除了给出STC条件下，NOCT条件下的参数。

即：温度：20℃、辐照度：800W/m2、风速：1m/s。

虽然，辐照度为800W/m2时，也不可能出现极端低温，但相对于用辐照度为1000W/m2时的参数进行计算，用辐照度为800W/m2时的参数计算，显然更加准确一些。

根据表1，当温度：20℃、辐照度：800W/m2、风速：1m/s时，Voc=35.4V

则当温度：-30℃、辐照度：800W/m2、风速：1m/s时，Voc=41.06V，则N≤24。

因此，每个光伏组串最多可以串联24个光伏组件。

当然，当温度：-30℃、辐照度：200W/m2时，Voc<41.06V，则N>24。即每个组串可以串联更多组件。然而，由于缺乏准确的参数，午饭进行计算。因此，在上述条件下，24串应该是一个相对保守的结果。

四、串联数量由22变24的好处

好处1：减少项目投资

同样采用265W组件，

当每个阵列采用22*2块组件的方案，86个阵列172个支路可以组成一个容量为1.00276MWp发电单元;

当每个阵列采用24*2块组件的方案，79个阵列158个支路可以组成一个容量为1.00488MWp发电单元。

每个单元节省了7个阵列，支架钢材用量变化不大，但基础投资会减少约 8%;每个单元节省了14个支路，可节约1个汇流箱。

好处2：减少线损

一方面，由于支路数量减少8%，组件到汇流箱的线缆量减少、线损降低;

另一方面，每个串联支路的组件数量增加9.1%，每个支路电压升高约9.1%。由于线损与电压的平方成正比，因此组件到汇流箱的线损大约可减少17.4%。

如果组件到汇流箱的直流线损占总发电量的1%，则方案调整带来的整体系统效率提升大约为0.14%

五、需要强调的问题

光伏组串两端的开路电压收到温度、温度系数、组件的标称功率的影响，能串联几个组件，还是需要详细计算。如：

1)项目场址的极端低温

若采用260W的组件，

当极端低温=-30℃时，可采用24串设计方案，

当极端低温为-40℃时，则应采用23串设计方案。

因此，在温度较高的东南部地区，24串的方案是可行的;但在西北(内蒙、新疆、甘肃、青海等地)地区的很多地方，极端低温可能会达到-40℃，24串的方案是不可行的。

2)组件的标称功率

组件的标称功率越大，对应的开路电压越大。同为天合的60片组件，当极端低温=-30℃时，

当采用260W的组件，可采用24串设计方案，

当采用290W的单晶组件(Voc=39.5V，即使在NOCT条件下，Voc=36.6V)，则应采用23串设计方案。

3)组件温度系数

不同厂家的组件温度系数不同，温度系数绝对值越大，串联的数量越少。若采用260W的组件、极端低温=-35℃时，

温度系数=-0.32%/℃时，可采用24串方案;

温度系数=-0.33%/℃时，理论上应采用23串方案。