光伏系统的电缆规格研究

光伏系统的电缆规格研究

在为光伏发电装置确定电缆规格尺寸时，通常的做法是选择符合最低规则要求的电缆，这样做是为了尽量减少前期成本。然而，选择比既定要求大一些的电缆截面积，可以减少能量损失。本文通过一个实际案例，详细介绍了如何为光伏设备确定最佳的电缆截面积，以减少光伏装置的生命周期成本。

概要

全球每年安装的光伏发电容量正呈稳步增长态势。环境保护问题、化石燃料的价格波动、光伏发电技术的进步和成本的降低，都使可再生能源发电的竞争力与日俱增。本文通过对实际业务进行案例研究的方式，讲述了如何为光伏发电系统选择最佳的电缆规格尺寸。

系统描述

本文研究的是一座位于西班牙瓦伦西亚的100千瓦的光伏发电站。它在标准条件下（25°C和1,000W/m2）由3个39kW的光伏阵列组成。每个阵列是由11个光伏组串并联来组成，而每个光伏组串是由16个光伏模块串联成。光伏逆变器的额定功率为100千瓦。

光伏阵列特性

表1总结了光伏电站数据。光伏电站的一般特性包括位置、面板安装模式、最高环境温度、最低环境温度和额定功率。光伏阵列特性包括最大功率点有功功率、最大功率点电流、最大功率点电压和短路电流等。光伏组件特性包括额定功率、最大功率点电流、最大功率点电压和短路电流等。

光伏阵列的特性曲线

图4和图5展示了特性电压——电流和电压——功率曲线的关系。如果这些曲线不适用，那么你可从表2中计算而得，它应用了使用MATLAB Simulink开发广义光伏模型的公式。

根据标准计算电缆截面积

由于地理位置的缘故，光伏装置的安装必须符合REBT2002（《西班牙低压电工法规》），尤其是要符合ITC-BT40（《补充技术指令“低压发电系统”》）。在为其他国家设计系统时，必须考虑当地具体规定。

在最大容许电流范围值内进行设计时，根据ITC-BT40，电缆导体电流的大小应不低于电源最大电流的125％。该电流与最大辐射时的短路电流和最大温度相对应。电缆温度将达到50°C。根据适用于室外安装的UNE20460-5-523标准的规定，必须在温度达到50°C时添加0.9的校正系数。考虑到电缆将暴露在阳光下，需要添加0.9的附加校正系数。

在最大允许电压降范围内进行设计时，假设直流系统的主线路承担总直流电压降的1％，其余0.5％对应于其余线缆，那么，可以获得电压降（随机指数STC子参数指的是标准环境条件）：

计算最经济的电缆截面积

在前一章中，我们计算了所需的最小电缆截面。在本章中，我们将进行一项经济研究，以从生命周期成本的角度获得最佳的电缆截面积和电缆布局。电缆的瞬时功率损耗可以计算如下：

其中：R(t)ΩI(t)用AR(t)可以被认为是常数而没有显着的误差。我们在70°C取R的值，所以损失的能量为：

当简化方程时，我们可以将时间段Δt内的电流视为常数（以小时表示），能量损失可近似为：

如果所有时间间隔都是一小时，则总能量损失为：

从图4和图5可以看出，最大功率点电流与辐射近似成正比。使用参考最大功率点电流在25°mppC和1,000W/m2（每个光伏阵列I =81.84A），因此流可为：

mpp其中：G是辐射强度，单位是W/m2。每kWh能量的损失可以表示为：

然后，损失的成本（损失的能量和未采用强制光伏上网电价（FITs）出售）可以表示为：

whereFITisthefeed-intariffexpressedinIncasenofeed-intariffsapply,thistermshouldbereplacedbyanestimationoftheaveragepriceatwhichthePVelectricityissoldtothegrid,ortheaveragecostofavoidedgridelectricityconsumptionthroughPVenergyself-consumption其中，FIT是以欧€/kWh.表示的上网电价。如果不适用上网电价，则应将此值替换为光伏电网出售电量的平均价格，或通过光伏能源自用电量避免电网电量消耗的平均成本(€/kWh).。

一旦找到特定电缆部分和长度Cs1-L1的损耗成本，任何电缆截面积的成本都可以很容易地获得：

布局1首先我们计算所有电缆损耗的成本和最小截面积。为此目的，需要首先取得年度辐照曲线。表10显示了CCG2-逆变器电缆的辐照曲线，能量损耗计算和相关成本。

布局2

对于这种布局，CCG1-CCG2和CCG3-CCG1电缆每年的能源损耗成本可以使用6.1节中所示的相同公式进行评估，因为电流相同。这些公式如下：

与此相反，CCG2-逆变器电缆的电流是以前电缆的三倍。由于能量损失与电流的平方成正比，此