【案例】光伏汇流箱选址优化实例分析

Radow
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  光伏系统优化的目标在合理控制成本的情况下,提高系统的发电效率,但往往有一些细节部分是不被重视的,比如汇流箱的布置,它属于设施的选址优化范畴,在屋顶分布式或地面光伏电站的设计和施工环节容易被人们所忽视。本文在基于曼哈顿距离算法的汇流箱最佳经济点选址模型和相关理论公式的研究基础上,结合实际屋顶光伏项目,针对简单的和复杂的方阵,对汇流箱的选址问题从经济合理性角度作进一步的分析和探讨。

  1、汇流箱选址曼哈顿距离算法

  假设光伏发电单元由若干光伏方阵组成,其中有n个组串汇入某一汇流箱,在方阵所在平面建立直角坐标系,并使得各组串正负输出端点的位置在第一象限,坐标系原点是某一参考点,可根据实际情况选择,那么各组串正负输出端到汇流箱的直角距离之和可用理论公式表示:

  2、汇流箱的初步选址

  通过上述算法,可初步确定汇流箱的位置,如某混凝土屋顶发电单元方阵布置如图3所示,其中一个汇流箱共汇入10串电池组件,方阵的布置是非常规则有序的,每个组串的正负输出端子可看成一个坐标,将横纵坐标值分别从小到大顺序排列,根据上述结论,汇流箱初选最佳位置是在方阵中间,也就是说这个位置的横坐标处于[X10,X11]闭区间,纵坐标处于[Y10,Y11]闭区间,它属于一个面域的集合。一般对于简单的方阵,判断时无需CAD测量各个坐标点的位置,对组串输出端点的X和Y值分别从大到小排序就可以快速确定,若在维修通道上不适合安装汇流箱,可靠近这个位置的区域进行选择。

  图3 规则方阵的汇流箱选址

  而实际项目中也存在两种特殊情况,一是汇流箱仍选择在方阵内部,但离最优点较远。第二,在方阵区域之外,如女儿墙上。回到图3所示方阵布置图,如果是第一种情况,那么可以过初选最优点位置的横坐标和纵坐标分别作Y轴和X轴的垂线,在这两条垂线上我们可找到若干初选位置,然后比较1*4mm2光伏电缆的使用量。

  第二种情况,汇流箱需要安装在方阵区域之外,比如说固定在女儿墙上,如图4所示,以女儿墙的西南墙角为坐标原点建立坐标系,假设该方阵内汇流箱的最优解位置的坐标为(Xn,Yn),在X轴上的垂足为A点,其坐标为(Xn,0),在Y轴上的垂足为B点,坐标为(0,Yn),由于是规则方阵,另外两个点C和D是B和A的对称点,如果不对称,只需保证点在两条垂线上即可。这几个点是我们需要特别关注的,因在X和Y轴上,汇流箱若选在A点和B点外的其他任意点,各组串到汇流箱的线缆总距离都要增加。

  图4 特殊情况下的汇流箱选址分析

  A点、D点、B点或C点各位置需要进行计算比选,例如A点和B点:

  根据公式(1)我们得到各个组串输出端到A点和B点的距离之和LA和LB:

  LA(X=Xn,Y=0)=(Xn+1+……+X2n)-(X1+……+Xn)+(Y1+……+Y2n)(2)

  LB(X=0,Y=Yn)=(Yn+1+……+Y2n)-(Y1+……+Yn)+(X1+……+X2n)(3)

  LA-LB=2(Y1+……+Yn)-2(X1+……+Xn)(4)

  从(4)式可知,需要确定各输出端点的Y坐标和与X坐标和的大小关系,对于该实例,很明显,各点X坐标之和要大于Y坐标之和,因此LA<LB,也就是说汇流箱选择在A点比B点更省1*4mm2电缆,由于是规则方阵,和A点对称的位置位于D点,只要这个位置适合安装也是可行的,如遇不规则方阵或不确定的情况下,还需量测各输出端点的X坐标和Y坐标值,得到和待定汇流箱位置的距离之和再进行一一比较。

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