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如何计算光伏电缆电压降及系统线路损耗

更新时间:2023-07-04 点击量:688

什么是电压降

电压降又称为电压差或电位差,符号为ΔU,单位伏特(V),是描述电场力移动电荷做功大小的电气物理量。任意两点的电位差即是两点间的电压降。
U1为起点电压,U2为终点电压,则该段线路的电压降为ΔU=U1-U2。
拓展:在高压输电系统中,为了降低线路损耗,发电量机组输出电压U1一般比电网标称电压Un高出5%~10%,以平衡线路损耗,使末端电压仍接近电网标称电压。

电压降是怎么产生的

当电流通过用电设备后(电阻),其设备两端产生的压差称其为电压降。电流通过导体(或用电器)的时候,会受到一定的阻力,但在电压的作用下,电流能够克服这种阻力顺利通过导体(或用电器)。
但遗憾的是,流过串联电阻(或用电器)后,电压再也没有以前那么高了,它下降了。而且电阻越大,电压差变化的就越大。所以电流流过电阻(或用电器)上的电流,其产生电压大小的差别,就叫“电压降"。
可见,“电压降"就是电流通过线路时损耗了电力,产生的电压降落,称为“电压降"。

电压降对光伏系统的影响

光伏系统安装之后,用户最关心就是发电量,因为它直接关系到用户的投资回报。影响发电量的因素很多,比如组件、逆变器、电缆的质量、安装朝向方位角、倾斜角度、阴影遮挡、组件和逆变器配比系统方案、并网电压等等各种因素都有可能。光伏电站设计使用年限25年,可见电缆选型对光伏系统的发电量影响尤为重要。
设计人员在电缆设计选型时,往往只考虑电缆的载流量是否满足计算电流要求,而忽略了线路功率损耗对整个光伏系统发电量的影响。
一般来说,较为专业的业主会要求光伏交直流系统的线路损耗要控制在5%以内,苛刻的要求达到2%以内,以达到发电量收益大化。为此设计上要选用电阻率较小的导线,电缆截面要有足够的线径。在高压系统中往往也同时考虑导体经济电流密度。

光伏系统的组成

一般来说光伏系统由直流系统和交流系统组成。例如某个20kW小型并网光伏系统,DC侧由40块550Wp单晶硅光伏组件及直流电缆组成,AC侧由1台20kW组串式逆变器和1台并网配电箱及交流电缆组成。
光伏组件以20块2串方式接入逆变器,容配比为1:1.2。
组串至逆变器采用PV1-F-1*4mm2电缆电气连接,逆变器至并网配电箱采用ZC-YJV-4*10mm2电缆电气连接。

如何计算光伏电缆电压降

一般来说,计算线路的压降并不复杂,可按以下步骤:
1.计算线路电流I
I=P/1.732*U*cosθ
其中:P-功率(kW);U-电压(kV);cosθ-功率因素,光伏输出电能质量较高,功率因素可以忽略不计,即cosθ=1。
2.计算线路电阻R
R=ρ*L/S
其中:ρ-导体电阻率(铜芯电缆ρ=0.01740,铝导体ρ=0.0283);L-线路长度(m);S-电缆的标称截面(mm²)
3.计算线路压降(简单实用)
线路压降计算公式:ΔU=I*R,I-线路电流;L-线路长度
为便于计算,电缆长度取整数。

光伏系统线路损耗计算

在计算出电压降时,我们就可以知道怎么计算该系统的电能损耗了。
光伏系统线损按下列公式计算:
P损Max=(P直损+P逆交损)/P装机容量 * 100%
其中:
P损Max—单台逆变器最大线损,kW;
P逆直损—逆变器直流侧所有回路线损总和,kW;
P逆交损—逆变器交流侧至交流并网配电箱之间线损,kW;
P装机容量 —逆变器直流侧所接光伏组件容量,kW;
下面是计算过程:
图片

以上就是对整个光伏系统的线路损耗计算过程,当然还有其他方法也可以计算出线路损耗,比如查《工业与民用配电设计电手册》找到相应的电压损失百分比,通过公式也可以得出较为准确的线路损耗。



需要注意的是《工业与民用配电设计电手册》电压损失百分比是基于民用400V系统及10kV系统的数据,用于计算光伏系统会有一定的偏差。当然本次计算数据基于系统在额定输出下,光伏功率的输出与实时天气有关,具有一定的波动性和间歇性。



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