3、汇流箱选址和方阵布置方式、配电房位置的关系

上文基于曼哈顿算法对汇流箱的初始选址进行了介绍，它主要取决于组件的排布方式、布线方式，如组件横向安装和纵向安装，或者方阵采用不同的接线方式，那么基于曼哈顿算法的汇流箱最佳位置点都会发生变化，如如图5，某屋顶在相同的可利用面积下，安装倾角一致，采用纵向单排和横向双排布置时，造成了接线方式的不同，汇流箱的安装位置也产生了变化。
上述汇流箱的初步选址可以使得组串至汇流箱的电缆使用量最少，当然，这种算法未考虑配电房直流柜逆变器位置，对于已经确定布置方案和接线方式的方阵来说，汇流箱在方阵内部和方阵四周有5个位置可供选择，初选最优点位置位于方阵内部，虽然该点比其他位置大大减少了1*4mm2光伏电缆的使用量，但如果配电房不在方阵内部，汇流箱到直流柜的出线长度比其他方案会有所增加，但总体来讲最优位置的总电缆成本还是最省的，可能在支线上增加些线损，给发电量带来些损失，这样不同选址方案之间会存在着互斥问题，所以最终还需要通过比选确定。一般各方案比选时考虑相同的寿命期，例如采用20年年限，可采用净现值法、差额投资净现值法、差额投资内部收益率法等，其中差额投资净现值法是评价互斥方案的常用方法。

4、方阵汇流箱布置实例分析

如图6为某屋顶1MW工程项目，当时还处于施工阶段，汇流箱已经安装完毕，红色圆圈标记的是其中一个汇流箱的安装位置，该汇流箱对应方阵的功率为76.8kW，包含320片GES-240P电池组件，以16串并联汇入1个汇流箱，再和其他汇流箱汇入直流配电柜，配电房位于厂房的1楼南侧。因为彩钢瓦上不太适合放置，东面女儿墙位置较矮，西面为其他方阵，也不适合安装，故汇流箱布置方案最终选择以壁挂的形式固定在正南侧女儿墙上，此时它的位置已不在方阵内部，方阵内部E点是根据曼哈顿距离算法得到的1*4mm2电缆使用量最优化点，如图6（b）所示的五个位置，在电缆使用量、成本费用、压降和线损会存在一定的差异，详细计算数据参考下文表2-表6。


第一步工作是通过CAD量测各个输出端的坐标值，数据参考表1，并分别算出电缆使用量、压降和线损等。


1）电缆使用量对比

从表2可知，1*4mm2电缆在理论最优点位置使用量最少，在A位置电缆使用量最多，但A位置70mm2电缆使用量明显比其他方案要少，A方案由于70mm2电缆的使用量明显减少，故比最优方案铜使用量减少14%。

2）电缆成本对比

假设PV1-F1*4mm2电缆的价格为3.2元/m，安装费用为3.5元/m，70mm2电缆价格70元/m，安装费用为8元/m，那么方案A的电缆费用为10146元，比最优方案费用增加成本788元，其他详见表5。

3）压降和功率损耗对比

在标准测试条件下，组串的电压Vm为602V，对应的电流为7.96A，最大功率为4.8kW。在ABCDE五种汇流箱布置方案中，表3和表4给出了在STC条件下支线（组串至汇流箱）、干线（汇流箱至逆变器直流侧）的压降值和功率损耗（线损）表，计算线损时组件自身的电缆长度以0.9m计入，4mm2的直流电缆的电阻是不超过4.375Ω/km，70mm2的直流电缆的电阻0.268Ω/km，经计算可知A方案功率损耗最小。


4）方案比选：

汇流箱对应方阵总容量76.8kW，组串10度倾角，正南朝向安装，斜面辐照1335w/m2，不同互斥投资方案的比选需要考虑初始投资额、年收益额和折现率，假设折现率8%，以20年发电收益考虑，每度电收益假设1.2元，那么以上方案的年发电量和收益参考表5。


以方案E为基准，分别计算（方案A-方案E）、（方案B-方案E）、（方案C-方案E）、（方案D-方案E）的差额投资净现值，如表6所示。

从计算结果来看，基于曼哈顿算法的最优位置E点是最经济的，其次为A点，实际工程项目中由于E点不便于安装，故最终确定A点位置为汇流箱的安装点，参考图6（a）。

小结：

汇流箱选址涉及到初步选址和方案比选两个环节，初步选址基于曼哈顿距离算法的设施优化选址解析函数，其解在理论上可能是一个点，也可能是一个区间或面域。方案比选需要考虑配电房的位置，在实际光伏项目中，地面电站配电房一般建在方阵内部，所以建议按照曼哈顿算法得到的最佳位置点安装；对于屋顶电站，由于屋面的复杂性，最优位置可能无法安装，但还有其他的位置可供选择的，即可过基于曼哈顿算法得到的最优点作垂直于坐标轴的垂线找到文中所提到的4个位置，不同的汇流箱位置在电缆使用成本和发电收益上都会不同，需从经济合理性角度进行比选，并确定合适的安装位置。一般而言，组串到汇流箱的电缆成本对方案的经济性会有很大的决定作用。