光伏发电系统概论(详)

1、 一、太阳能光伏发电系统的应用、构成、分类用途、基本工作原理一、太阳能光伏发电系统的应用、构成、分类用途、基本工作原理 二、二、 BIPV系统与风光互补系统系统与风光互补系统 三、太阳能光伏系统的相关设计三、太阳能光伏系统的相关设计 四、太阳能光伏发电系统的安装施工与检查测试四、太阳能光伏发电系统的安装施工与检查测试 五、太阳能光伏发电系统的运行维护与故障排查五、太阳能光伏发电系统的运行维护与故障排查 1、太阳能光伏发电系统的应用、太阳能光伏发电系统的应用 （1）通信领域的应用 （2）公路、铁路、航运等交通领域的应用 （3）石油、海洋、气象领域的应用 （4）农村和边远无电地区应用 （5）太阳能

2、光伏照明方面的应用 （6）大型光伏发电系统（电站）的应用 （7）太阳能光伏建筑一体化并网发电系统（BIPV） （8）太阳能电子商品及玩具的应用 （9）其它领域的应用 通过太阳能电池将太阳敷设能转换为电能的发电系统称为太阳能光伏发电系统，虽 然应用形式多种多样，应用规模也跨度很大，但太阳能光伏发电系统的组成结构和 工作原理却基本相同。其主要结构由以下构成： （1）太阳能电池组件或方阵 用于发电 （2）蓄电池 用于储存电 （3）光伏控制器 用于控制整个系统的工作状态 （4）交流逆变器 用于将组件或者电池输出的直流电转换为交流电 （5）光伏发电系统附属设施 包括直流配线系统、交流配电系统、运行监控和

3、 检测系统、防雷和接地系统等 3、太阳能光伏发电系统的分类及工作原理、太阳能光伏发电系统的分类及工作原理 1.3.1 分类分类 太阳能光伏发电系统从大类上可分为独立（离网）光伏发电系统独立（离网）光伏发电系统和并网光伏发电 系统两大类。 其中，独立光伏发电系统又可分为直流光伏发电系统和交流光伏发电系统以及交 直流混合光伏发电系统。而在直流光伏发电系统中又可分为有蓄电池和无蓄电池的系 统。 在并网光伏发电系统中，也分为有逆流光伏发电系统和无逆流光伏发电系统，并 根据用途也分为有蓄电池和无蓄电池的系统。光伏发电系统的分类及具体应用可参看 表1-1。 1.3.2 各类系统工作原理各类系统工作原理 1

4、.3.2.1 独立光伏发电系统构成及原理独立光伏发电系统构成及原理 独立光伏发电系统也叫离网光伏发电系统。主要由太阳能电池组件、控制 器、蓄电池组成，若要为交流负载供电，还需要配置交流逆变器。 图1-1是独立太阳能光伏发电系统的工作原理示意图。光伏发电的核心部件 是太阳能电池板，它将阳光的光能直接转换为电能，并通过控制器将电能存储于 蓄电池中。当负载用电时，蓄电池中的电能通过控制器合理的分配到各负载上。 电池板产生的电流为直流电，可以直接以直流电的形式应用，也可以用交流逆变 器将其转换成交流电供交流负载使用。太阳能发电的电能可以即发即用，也可以 用储能装置将电能储存起来，在需要时使用。 下面将

5、根据用电负载的特点，分别讲下各种独立光伏发电系统的构成及原理。 无蓄电池的直流 光伏发电系统如图1-2所示， 该系统的特点是用电负载 是直流负载，对负载使用 时间没有要求，负载主要 是在白天使用。 太阳能电池组件与 用电负载直接连接，有阳 光时就发电供负载工作， 无阳光时就停止工作。系 统不需要控制器，也没有 蓄电储能装置。 该系统的优点是省 去了电能通过控制器及在 蓄电池的存储和释放过程 中的能量损耗，提高了太 阳能的利用效率。 图图1-2 有蓄电池的直流光伏 发电系统如图1-3所示，该 系统的由太阳能电池组件、 充放电控制器、蓄电池及 直流负载组成。有阳光时， 组件将光能转换为电能供 负载

6、使用，并同时想蓄电 池存储电能。夜间或者阴 雨天时，则由蓄电池向负 载供电。 这种系统应用广泛，如 表1-1所示。当系统容量和 负载功率较大时，就需要 配备组件方阵和蓄电池组。 图图1-3 交流及交直流 混合光伏发电系统 如图1-4所示。与直 流光伏发电系统相 比，交流发电系统 多了一个交流逆变 器，用以把直流电 转换为交流电，为 交流负载供电。 交直流混合系 统则既能为直流负 载供电，又能为交 流负载供电。 图图1-4 所谓市电互补型光 伏发电系统，就是在独 立光伏发电系统中以太 阳能光伏发电为主，以 普通220V交流市电补充 电能为辅，如图1-5所示。 这样发电系统中太阳能 电池和蓄电池的

7、容量都 可以设计的小一些，有 阳光时利用阳光发电使 用，无阳光时用市电补 充。 这种形式的原理与 下面要介绍的无逆流并 网型光伏发电系统有相 似处，但不能等同于并 网应用。 图图1-5 并网光伏发电系统就是太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换为符合市 电电网要求的直流电之后直接接入公共电网。从集中度来看既有集中式大型并网 光伏系统（国家级电站，发电直接输电网后统一调配，但一次性投资大、建设周 期长、占地面积大），也有分散式小型并网光伏系统（住宅、重要或应急负载、 光伏建筑一体化。投资小、建设快、占地面积小）。 图1-6是并网太阳能光伏发电系统的工作原理示意图。由太阳能电池组件方阵 将光能转

8、化为电能，并经直流配线箱进入并网逆变器，有些类型的并网系统还要 配备蓄电池组储存直流电能。逆变器可以进行充放电控制、功率调节，交直流逆 变、并网保护切换。经逆变器输出的交流电供负载使用，多余电力可经变压器等 卖入公共电网。当并网系统因天气发电不足或负载用电量偏大时可以从公共电网 买电。系统还有监控、测试及显示系统，用于监控和检测系统工作状态，统计各 类数据。 常见的并网光伏发电系统一般有下列几种形式。 有逆流并网光伏发 电系统如图1-7所示。 当系统发电充裕时， 可将多余电力卖给 公共电网；当系统 发电不足时，从公 共电网买入电力向 负载供电。由于向 电网供电时与电网 供电的方向相反， 所以称

9、为有逆流光 伏发电系统。 图图1-7 无逆流并网光 伏发电系统如 图1-8所示。系 统即使发电充 裕也不向公共 电网供电，但 当系统供电不 足时，由公共 电网向负载供 电。 图图1-8 切换型并网光伏发电系统如图1-9所示。所谓切换型，实际上是有自动运行双向 切换的功能。一是发电不足时，自动切换至公共电网供电；二是当电网不稳定时， 自动断开与电网的连接，变成独立光伏系统工作。必要时也可断开一般负载供电 专供应急负载。一般都带有储能装置。 图图1-9 有储能装置的并网光伏发电系统（见图1-6和图1-9），就是在上述积累并网光伏 发电系统中根据需要配置储能装置。特点是主动性较强，不易受电网供电的影

10、响。 小结：小结： 由此我们可以看出，不管是独立光伏系统还是并网光伏系统，基本组成结构、 工作原理都是大致相同的。完全是根据负载、电网、应用范围规模等实际情况 在基本组成结构的基础上适当添减功能模块。 例如：负载是交流负载，那么就需要加逆变器；发电和用电时间不一致，那么 就要加控制器和蓄电池；如果我需要并网，那么就要加并网逆变器、电表等等。 BIPV系统与风光互补系统单独拿出来讲是因为一个是有自己的显著特点，一 个是与其它新能源结合的产物。 1、BIPV系统系统 BIPV又称光伏建筑一体化，它的特点是不额外占用土地（尤其适用于人口不额外占用土地（尤其适用于人口 密集的发达城市），与建筑集成，赋

11、予建筑科技性、美观性，提高市场认可度，密集的发达城市），与建筑集成，赋予建筑科技性、美观性，提高市场认可度， 与建筑材料集成，节省建筑材料，降低建造成本。与建筑材料集成，节省建筑材料，降低建造成本。 BIPV优先发展配电侧低压多优先发展配电侧低压多 点并网，原地发电、原地使用，减少输电损耗。点并网，原地发电、原地使用，减少输电损耗。 建筑负载与日照的关系 迈阿密 （美国东南部）和里诺(美国西部)， 商业建筑负载用电需求与PV系统发电量的关系 削峰作用-黄金电力 BIPV发电与用电负荷需求曲线完美匹配，对电网能够起到辅助削峰作用 对比一天中太阳能发电和办公楼用电的情况对比一天中太阳能发电和办公楼

12、用电的情况 1997年，巴西，并网年，巴西，并网BIPV 削峰作用-黄金电力 工程实例 1.BIPV发电初期有衰减的现象（97-98年，S-W效应），以后发电量基本保持稳定。 2.BIPV技术和工程是可靠稳定的。 以上BIPV的诸多优势，将极大激励未来建筑光伏发电系统的发展 2010年欧洲建筑光伏发电和地面光伏发电系统比例 2008年欧美建筑光伏发电和地面光伏发电系统比例 24 PV Market by 2020 MarketInstalled PV（MWp) Market Share（） Rural Electrification20012.50 Communication and Indu

13、stry1006.25 PV Products1006.25 BIPV100062.50 LS-PV in Desert20012.50 Total1600100 5/5/202125 （1）哪个区域适合安装）哪个区域适合安装BIPV系统？系统？ （2）安装倾角如何选择？）安装倾角如何选择？ . 根据传统经验，并网光伏阵列的安装倾角为当地纬度或加减一定 角度。 . 气象数据显示纬度相同、经度不同地方，太阳辐射量往往差异较 大，不宜根据传统设计经验进行倾角设计。 （3） 如何选择组件？如何选择组件？ . 组件电性能参数（电流、电压、功率） 对系统的效率影响如何？ （4）如何设计、安装？）如何设计

14、、安装？ . 将光伏发电与建筑有机结合，需要综合考虑屋顶防水、附加载荷、 建筑外观等因素， 中国水平面太 阳辐射分布图 等级资源带号年总辐射量（MJ/ m2）年总辐射量（kWh/ m2）平均日辐射量 （kWh/m2） 最丰富带I 6300 1750 4.8 很丰富带II5040 6300 1400 1750 3.8 4.8 较丰富带III3780 5040 1050 1400 2.9 3.8 一般IV 3780 1050 2.9 5/5/202129 5/5/202130 峰值日照时数 3.75 Peak sunshine hour: 3.75 NASANASA气象数据库气象数据库 5/5/2

15、02132 WEST EAST 区域 数量 个 区域细分效率比 方格屋面 55 无阴影区85.60% 西边大阴影区69.10% 东边小阴影区80.70% 次桁架 65 中间无阴影区85.10% 西面大阴影区74.40% 东面小阴影区82.30% 主桁架55 朝东24.50% 朝西96.90% 基本站台 屋面1 西南面无阴影区85.60% 西南面有阴影区51.20% 西北面无阴影区85.60% 西北面有阴影区51.20% 区域 数量 个 区域细分效率比 方格屋面44 无阴影区85.60% 西边大阴影区69.10% 东边小阴影区80.70% 次桁架52 中间无阴影区85.10% 西面大阴影区74.

16、40% 东面小阴影区82.30% 主桁架65 朝东24.50% 朝西96.90% 基本站台 屋面1 东南面无阴影区85.60% 东南面有阴影区49.80% 东北面无阴影区85.60% 东北面有阴影区49.80% 西侧雨棚东侧雨棚 A： 方格屋面 B：主桁架（西侧） C：站台雨棚屋面 传统经验算法传统经验算法 务必采用Klien和Theilacker提出的计算倾斜面上月平均太阳辐照量的方法 。 Klien和Theilacker的计算方法：倾斜面上的太阳辐射总量 由直接太阳辐射量、天空散射辐射 量和地面反射辐射量三部分组成，并认为天空散射辐射量是均匀分布的。 2 cos1 2 cos1 )( HH

17、RHHH dbdT （kWh/m2/day） 其中： H 为水平面的总辐射量 Hd 为水平面的散射量； 为光电板倾角； 为地物表面的反射率，在工程计算中一般 取0.2，有雪覆盖的地面取0.7。 Rb为倾斜面与水平面的直射量之比。 理论计算方法理论计算方法 90% 77% 84% 56%36% 63% 53% 80% 100% 安装倾角（）辐射量 （Wh/m2） 理论效率计算效率 0 （屋顶平面）1384.490%84% 30（最佳倾角 ）1646.5100%100% 90（南墙立面）923.770%56% 不建议低纬度(35)南立 面安装BIPV系统 BIPV is not recommend

18、ed to be installed on South elevation 5/5/202139 The Impact of Component parameters on the system efficiency 1、选用功率相近的组件 2、受阴影影响相同的组件串联 成一路 3、不同阴影区域分别进行最大 功率点跟踪（MPPT） 组件排列与连接的设计优化 5/5/202141 用螺钉打穿屋面，安装 固定光伏组件。 A、压型钢板屋面 5/5/202142 采用橡胶圈，起到防水密封的作用。能 满足防水等级，但安装工序复杂。 A、压型钢板屋面 5/5/202143 建议采用直立锁边的屋面 通过转接

19、件 固定在屋面板的 锁边部位，不需 用螺钉穿透屋面 板。提高屋面防 水性能，简化安 装工序。 面积： 200W组件面积: 1580808mm1.3 重量： 1、每块200W组件重量：15.5kg 2、安装每块组件, 需要4块角钢重量： 40.808m3.369kg/m=10.89kg 3、电缆、螺丝等五金：2kg 每块组件及支架重量: 15.5+10.89+228.39kg 每平方米载荷：28.391.322kg/ 25kg/ (荷载要求) 5/5/202145 区域数量（个） 光伏组件数量 （块） 装机容量 （MWp） 光伏组件型号 西侧 雨棚 方格屋面125120块60=7,2007,20

20、0265=1.908265Wp (164099050) 主桁架125120块60=7,2007,200200=1.4200Wp (158080835) 西北大雨棚（无遮挡）14,0004,000265=1.06265Wp (164099050) 西北大雨棚（部分遮挡）1300300265=0.0795265Wp (164099050) 西南大雨棚（无遮挡）13,6003,600265=0.954265Wp (164099050) 西南大雨棚（部分遮挡）1270270265=0.07155265Wp (164099050) 东侧 雨棚 方格屋面124120块48=5,7605,760265=1.

21、5264265Wp (164099050) 主桁架125120块60=7,2007,200200=1.4200Wp (158080835) 东北大雨棚（无遮挡）140004,000265=1.06265Wp (164099050) 东北大雨棚（部分遮挡）1560560265=0.14840265Wp (164099050) 东南大雨棚11, 5661, 566265=0.41499265Wp (164099050) 东南大雨棚（部分遮挡）1580580265=0.1537265Wp (164099050) 合计 10.67 1、年平均发电量约： 约900万KWh； 2、节能减排量：节约标准煤：

22、1,705 吨/年；CO2减排：6,250吨/年。 5/5/202146 在目前情况下，优先考虑发电系统效率前提，不建议低纬度地区（35） 在南立面安装光伏发电系统。 为保证系统发电效率，首先选择功率相等或相近的组件串联一列，其次 遵循“串流并压”的原则选择组件。 建议金属屋顶采用直立锁边屋面，提高屋顶防水性能，简化组件安装工 序，节省支架投资。 风光互补发电系统结构示意图 风光互补系统实例风光互补系统实例 太阳能光伏系统的太阳能光伏系统的设计一般遵循以下原则和流程设计一般遵循以下原则和流程 下面就独立光伏系统和并网光伏系统的设计结合实例分别给予讲解下面就独立光伏系统和并网光伏系统的设计结合实

23、例分别给予讲解 光伏系统的配置构成示意图：光伏系统的配置构成示意图： 1.1.独立光伏系统的原理和基本构成在第一章有详细阐述。独立光伏系统的原理和基本构成在第一章有详细阐述。 1.2.影响设计的诸多因素影响设计的诸多因素 *太阳照在地面太阳能电池方阵上的辐射光的光谱、光强受到大气层厚度（即大 气质量）、地理位置、所在地的气候和气象、地形地物等的影响，其能量在一日、 一月和一年内都有很大的变化，甚至各年之间的每年总辐射量也有较大的差别。 *太阳能电池方阵的光电转换效率，受到电池本身的温度、太阳光强和蓄电池电 压浮动的影响，而这三者在一天内都会发生变化，所以太阳能电池方阵的光电转换 效率也是变量。

24、 *蓄电池组也是工作在浮充电状态下的，其电压随方阵发电量和负载用电量的变 化而变化。蓄电池提供的能量还受环境温度的影响。 *太阳能电池充放电控制器由电子元器件制造而成，它本身也需要耗能，而使用 的元器件的性能、质量等也关系到耗能的大小，从而影响到充电的效率等。 *负载的用电情况，也视用途而定，如通信中继站、无人气象站等，有固定的设 备耗电量。而有些设备如灯塔、航标灯、民用照明及生活用电等设备，用电量是经 常有变化的。 因此，太阳能电源系统的设计，需要考虑的因素多而复杂。特点特点是：所用的数 据大多为以前统计的数据，各统计数据的测量以及数据的选择是重要的。 （1）蓄电池的选用 能够和太阳能电池配

25、套使用的蓄电池种类很多，目前广泛采用的有铅酸免维护 蓄电池、普通铅酸蓄电池和碱性镍镉蓄电池三种。 （2）蓄电池组容量的计算 蓄电池的容量对保证连续供电是很重要的。在一年内，方阵发电量各月份有很 大差别。方阵的发电量在不能满足用电需要的月份，要靠蓄电池的电能给以补足； 在超过用电需要的月份，是靠蓄电池将多余的电能储存起来。所以方阵发电量的不 足和过剩值，是确定蓄电池容量的依据之一。同样，连续阴雨天期间的负载用电也 必须从蓄电池取得。所以，这期间的耗电量也是确定蓄电池容量的因素之一。 因此，蓄电池的容量BC计算公式为： BC=AQLNLTOCCAh(1) 式中：A 为安全系数，取1.11.4之间；

26、 QL为负载日平均耗电量，为工作电流乘以日工作小 时数；NL为最长连续阴雨天数； TO为温度修正系数，一般在0以上取1，10以 上取1.1，10以下取1.2； CC为蓄电池放电深度，一般铅酸蓄电池取0.75，碱性镍镉蓄电池取0.85。 （1）太阳能电池组件串联数Ns 太阳能电池组件按一定数目串联起来，就可获得所需要的工作电压，但是， 太阳能电池组件的串联数必须适当。串联数太少，串联电压低于蓄电池浮 充电压，方阵就不能对蓄电池充电。如果串联数太多使输出电压远高于浮 充电压时，充电电流也不会有明显的增加。因此，只有当太阳能电池组件 的串联电压等于合适的浮充电压时，才能达到最佳的充电状态。 计算方法

27、如下：Ns=UR/Uoc=（UfUDUc）/Uoc（2）式中：UR为太阳 能电池方阵输出最小电压； Uoc为太阳能电池组件的最佳工作电压； Uf为 蓄电池浮充电压； UD为二极管压降，一般取0.7V；UC为其它因数引起的 压降。 电池的浮充电压和所选的蓄电池参数有关，应等于在最低温度下所选蓄电 池单体的最大工作电压乘以串联的电池数。 （2）太阳能电池组件并联数Np 在确定NP之前，我们先确定其相关量的计算方法。 将太阳能电池方阵安装地点的太阳能日辐射量Ht，转换成在标准光强下的平均日 辐射时数H（日辐射量参见表1）： H=Ht2.77810000h（3）式中：2.77810000 （hm2/k

28、J）为将日辐射量换算为标准光强（1000W/m2）下的平均日辐射时数的系 数。 太阳能电池组件日发电量Qp Qp=IocHKopCzAh(4) 式中：Ioc为太阳能电池 组件最佳工作电流；Kop为斜面修正系数（参照表1）；Cz为修正系数，主要为组合、 衰减、灰尘、充电效率等的损失，一般取0.8。 两组最长连续阴雨天之间的最短间隔天数Nw，此数据为本设计之独特之处，主要 考虑要在此段时间内将亏损的蓄电池电量补充起来，需补充的蓄电池容量Bcb为： Bcb=AQLNLAh(5) 太阳能电池组件并联数Np的计算方法为：Np=（BcbNwQL）/（QpNw）(6) 式（6）的表达意为：并联的太阳能电池组

29、组数，在两组连续阴雨天之间的最短间隔 天数内所发电量，不仅供负载使用，还需补足蓄电池在最长连续阴雨天内所亏损电 量。 (3)太阳能电池方阵的功率计算 根据太阳能电池组件的串并联数，即可得出所需太阳能电池方阵的功率P： P=PoNsNpW（7） 式中：Po为太阳能电池组件的额定功率。 1.5设计实例设计实例 某地面卫星接收站为例，负载电压为12V，功率为25W，每天工作24h，最 长连续阴雨天为15d，两最长连续阴雨天最短间隔天数为30d，太阳能电池采 用云南半导体器件厂生产的38D975400型组件，组件标准功率为38W，工作 电压17.1V，工作电流2.22A，蓄电池采用铅酸免维护蓄电池，浮

30、充电压为 （141）V。其水平面太阳辐射数据参照表1，其水平面的年平均日辐射量为 12110（kJ/m2），Kop值为0.885，最佳倾角为16.13，计算太阳能电池方阵 功率及蓄电池容量。 （1）蓄电池容量Bc Bc=AQLNLTo/CC=1.2（25/12)24151/0.75 =1200Ah (2)太阳能电池方阵率P因为：Ns=UR/Uoc=（UfUDUC）/Uoc=（140.7 ）/17.1=0.921Qp=IocHKopCz=2.2212110（2.778/10000） 0.8850.85.29AhBcb=AQLNL=1.2(25/12)2415=900AhQL=(25/1 2)24

31、=50Ah Np=（BcbNwQL）/(QpNw）=(9003050)/(5.2930)15 故太阳能电池方阵功率为：P=PoNsNp=38115=570W （3）计算结果该地面卫星接收站需太阳能电池方阵功率为570W，蓄电池容 量为1200Ah 2.1. 并网系统选型并网系统选型 2.3. 并网光伏电站项目的成本分析并网光伏电站项目的成本分析 2.2. 并网光伏电站的设计并网光伏电站的设计 2.4. 并网光伏电站设计案例并网光伏电站设计案例 并网光伏电站等值简化电路并网光伏电站等值简化电路 大型并网光伏电站主要由光伏阵列、直流防雷配电柜、逆变器、交大型并网光伏电站主要由光伏阵列、直流防雷配电

32、柜、逆变器、交 流防雷配电柜、变压器和监控系统等组成。流防雷配电柜、变压器和监控系统等组成。 并网光伏电站系统框图并网光伏电站系统框图 根据发电量与用电量关系和当地电力供应可靠性的特点，并网光伏根据发电量与用电量关系和当地电力供应可靠性的特点，并网光伏 系统可分为以下几种形式：系统可分为以下几种形式： 发电量大于用电量，且当地电力供应不可靠，则有逆流和储能装置发电量大于用电量，且当地电力供应不可靠，则有逆流和储能装置 的并网光伏系统；的并网光伏系统； 发电量大于用电量，且当地电力供应比较可靠，则有逆流无储能装发电量大于用电量，且当地电力供应比较可靠，则有逆流无储能装 置的并网光伏系统；置的并网

33、光伏系统； 发电量小于用电量，且当地电力供应不可靠，则无逆流有储能装置发电量小于用电量，且当地电力供应不可靠，则无逆流有储能装置 的并网光伏系统；的并网光伏系统； 发电量小于用电量，且当地电力供应比较可靠，则无逆流无储能装发电量小于用电量，且当地电力供应比较可靠，则无逆流无储能装 置的并网光伏系统。置的并网光伏系统。 2.1.2 2.1.2 光伏并网电站规模等级划分光伏并网电站规模等级划分 根据国际能源机构（根据国际能源机构（IEAIEA）的分类：）的分类： u小规模（小规模（100kW 100kW 以下）以下） u中规模（中规模（100kW-1MW100kW-1MW） u大规模（大规模（1M

34、W-10MW1MW-10MW） u超大规模（超大规模（10MW10MW以上）以上） 根据装机容量确定光伏电站的等级根据装机容量确定光伏电站的等级 根据电压等级确定光伏电站的等级根据电压等级确定光伏电站的等级 根据国家电网发展（根据国家电网发展（20092009）747747号文件分类：号文件分类： u小型光伏电站小型光伏电站接入电压等级为接入电压等级为0.4kV0.4kV低压电网的光伏电站低压电网的光伏电站 u中型光伏电站中型光伏电站接入电压等级为接入电压等级为10-35kV10-35kV电网的光伏电站电网的光伏电站 u大型光伏电站大型光伏电站接入电压等级为接入电压等级为66kV66kV及以上

35、电网的光伏电站及以上电网的光伏电站 2.1.3 2.1.3 光伏并网发电方式光伏并网发电方式 集中式并网发电原理框图集中式并网发电原理框图 （1 1）集中式并网发电）集中式并网发电 适合于安装朝向相同且规格相同的光伏阵列，在电气设计时，采适合于安装朝向相同且规格相同的光伏阵列，在电气设计时，采 用单台逆变器集中并网发电方案实现联网功能。用单台逆变器集中并网发电方案实现联网功能。 分布式并网发电原理框图分布式并网发电原理框图 （2 2）分布式并网发电）分布式并网发电 适合于安装不同朝向或不同规格的光伏阵列，在电气设计时，可适合于安装不同朝向或不同规格的光伏阵列，在电气设计时，可 将同一朝向且规格

36、相同的光伏阵列通过单台逆变器并网发电，多台逆将同一朝向且规格相同的光伏阵列通过单台逆变器并网发电，多台逆 变器分布式并网发电方案实现联网功能。变器分布式并网发电方案实现联网功能。 2.1.4 2.1.4 主要设备配置和选型主要设备配置和选型 2.1.4.12.1.4.1光伏组件选型光伏组件选型 光伏组件类型光伏组件类型 光伏组件通常分为晶体硅组件和非晶硅组件（薄膜组件）。光伏组件通常分为晶体硅组件和非晶硅组件（薄膜组件）。 晶体硅组件又可以分为单晶硅组件和多晶硅组件。晶体硅组件又可以分为单晶硅组件和多晶硅组件。 光伏组件的技术性能相比，晶体硅光伏组件技术成熟，且产品性能光伏组件的技术性能相比，

37、晶体硅光伏组件技术成熟，且产品性能 稳定，使用寿命长，故障率极低，运行维护最为简单。稳定，使用寿命长，故障率极低，运行维护最为简单。 商业用化使用的光伏组件中，单晶硅组件转换效率最高，多晶硅其商业用化使用的光伏组件中，单晶硅组件转换效率最高，多晶硅其 次，但两者相差不大，最后是薄膜组件。次，但两者相差不大，最后是薄膜组件。 单晶硅组件单晶硅组件多晶硅组件多晶硅组件薄膜组件薄膜组件 薄膜组件具有与建筑结合良好的适应性、更强的弱光响应，更优薄膜组件具有与建筑结合良好的适应性、更强的弱光响应，更优 异的高温性能、更低的成本以及对更强的抗遮挡能力。异的高温性能、更低的成本以及对更强的抗遮挡能力。 与建

38、筑相合的与建筑相合的BIPVBIPV组件，主要有以下几类型：组件，主要有以下几类型： 1) 1)双玻璃光伏组件：由两片玻璃，中间复合太阳能电池片组成复双玻璃光伏组件：由两片玻璃，中间复合太阳能电池片组成复 合层，电池片之间由导线串、并联汇集引线的整体构件，具有良好的合层，电池片之间由导线串、并联汇集引线的整体构件，具有良好的 透光特性，能满足建筑对采光的要求；透光特性，能满足建筑对采光的要求； 2) 2)瓦形太阳电池组件：可以代替屋顶上的瓦的太阳电池组件，直瓦形太阳电池组件：可以代替屋顶上的瓦的太阳电池组件，直 接在未铺设瓦的屋顶上；接在未铺设瓦的屋顶上； 3)PV-LED 3)PV-LED一

39、体化组件：采用双层玻璃，一面为太阳照射面，另一一体化组件：采用双层玻璃，一面为太阳照射面，另一 面为发光二极管发光面。白天电池把太阳光能转化成电能储存起来，面为发光二极管发光面。白天电池把太阳光能转化成电能储存起来， 夜晚储存的电能给夜晚储存的电能给LEDLED照明提供能量；照明提供能量； 4) 4)光伏遮阳组件：是将太阳能光伏技术与传统的遮阳装置结合在光伏遮阳组件：是将太阳能光伏技术与传统的遮阳装置结合在 一起的新型光伏建筑构件。一起的新型光伏建筑构件。 晶硅电池在不同辐照下开路电压和短路电流关系晶硅电池在不同辐照下开路电压和短路电流关系 温度相同时，随着日照强度的增加，光伏组件开路电压几乎

40、不温度相同时，随着日照强度的增加，光伏组件开路电压几乎不 变，短路电流有所增加。变，短路电流有所增加。 光伏组件电气特性光伏组件电气特性 晶硅组件在不同辐照和温度下的功率特性曲线晶硅组件在不同辐照和温度下的功率特性曲线 温度相同时，随着日照强度的增加，光伏组件开路电压几乎温度相同时，随着日照强度的增加，光伏组件开路电压几乎 不变，短路电流有所增加，最大输出功率增加；不变，短路电流有所增加，最大输出功率增加； 日照强度相同时，随着温度的升高，光伏组件的开路电压下降，日照强度相同时，随着温度的升高，光伏组件的开路电压下降， 短路电流有所增加最大输出功率减小；无论在任何温度和日照强度短路电流有所增加

41、最大输出功率减小；无论在任何温度和日照强度 下，光伏组件总有一个最大功率点，温度（或日照强度）不同，最下，光伏组件总有一个最大功率点，温度（或日照强度）不同，最 大功率点位置也不同。大功率点位置也不同。 S-280DS-280D在不同辐照度条件下和不同温度条件下在不同辐照度条件下和不同温度条件下I-VI-V和和P-VP-V特性曲线特性曲线 光伏组件主要技术指标光伏组件主要技术指标 效能参数：效能参数： u组件效率组件效率: : u额定功率额定功率 u输出功率误差：一般输出功率误差：一般3%3% u填充系数：填充系数：串联电阻越小同时并联电阻的耗损电流越小，填充系 数就越大。 u弱光等级下的效率

42、衰减（每平方米弱光等级下的效率衰减（每平方米200W的日光辐射）的日光辐射） u衰减率：衰减率： 一般一般5 5年不超过年不超过5%5%，1010年不超过年不超过10%10%，2525年不超过年不超过20%20% u温度系数温度系数：（开路电压、短路电流、最大功率）：（开路电压、短路电流、最大功率） 从性能偏差、弱光特性和温度特性进行评价。从性能偏差、弱光特性和温度特性进行评价。 1)1)光伏组件选型应满足使用场合的要求（如建筑物的类型和使用要求），光伏组件选型应满足使用场合的要求（如建筑物的类型和使用要求）， 选用大功率、高效率的晶体硅组件，从性价比考虑，宜优先单晶硅，并且单选用大功率、高效

43、率的晶体硅组件，从性价比考虑，宜优先单晶硅，并且单 晶硅组件效率不低于晶硅组件效率不低于15%15%，多晶硅组件效率不低于，多晶硅组件效率不低于14%14%。 2) 2)光伏建筑一体化组件选型时需满足以下要求：美观性主要是光学要求、光伏建筑一体化组件选型时需满足以下要求：美观性主要是光学要求、 颜色、形状质感和透光率；结构性主要是承压、防雨、隔音、隔热等；安全颜色、形状质感和透光率；结构性主要是承压、防雨、隔音、隔热等；安全 性主要是电性能安全、结构可靠；功能性主要是温度通风要求、防热斑、方性主要是电性能安全、结构可靠；功能性主要是温度通风要求、防热斑、方 便安装等。便安装等。 光伏组件选型考

44、虑因素光伏组件选型考虑因素 3)3)光伏组件的电性能与逆变设备的匹配：光伏组件性能参数具有离散光伏组件的电性能与逆变设备的匹配：光伏组件性能参数具有离散 的特性，主要表现在：的特性，主要表现在： a.a.光伏组件自身电性能参数的差异。即使同一公司不同标称功率的组光伏组件自身电性能参数的差异。即使同一公司不同标称功率的组 件都会具有不同的衰减率。另外，在件都会具有不同的衰减率。另外，在2525年的使用寿命内光伏组件会有不超年的使用寿命内光伏组件会有不超 过过20% 20% 的衰减，由于组件衰减不可能同步，组件的最大输出功率差异也比的衰减，由于组件衰减不可能同步，组件的最大输出功率差异也比 较大；

45、较大； b. b.光伏组件实际接受到的太阳辐射量差异。在相同环境里，由于障碍光伏组件实际接受到的太阳辐射量差异。在相同环境里，由于障碍 物造成的阴影、灰尘分布的不均匀等，使光伏组件实际发电量有差异。光物造成的阴影、灰尘分布的不均匀等，使光伏组件实际发电量有差异。光 伏组件性能参数的离散性或者辐照强度条件的差异均会造成光伏组串在并伏组件性能参数的离散性或者辐照强度条件的差异均会造成光伏组串在并 联情况下的能量损失，并且差异会随着工作时间加长而越来越大。联情况下的能量损失，并且差异会随着工作时间加长而越来越大。 温度对组件电性能影响分析：温度对组件电性能影响分析： 当电池的工作温度升高时，晶体硅和

46、非晶硅电池组件都会出现当电池的工作温度升高时，晶体硅和非晶硅电池组件都会出现T T温温 度工作时（度工作时（AM1.5AM1.5，10001000瓦瓦/ /平方米）的最大输出功率下降的情况，但平方米）的最大输出功率下降的情况，但 下降幅度是不同的。其计算公式是：下降幅度是不同的。其计算公式是： Pmeffec=PmX1+a(T-25 Pmeffec=PmX1+a(T-25) 其中其中PmeffecPmeffec为组件在为组件在T T温度工作时（温度工作时（AM1.5AM1.5，10001000瓦瓦/ /平方米）平方米） 的最大输出功率；的最大输出功率；PmPm为组件在为组件在2525，标准测试

47、条件下（，标准测试条件下（AM1.5AM1.5， 10001000瓦瓦/ /平方米）的最大输出功率；平方米）的最大输出功率；a a为组件的功率温度系数（非为组件的功率温度系数（非 晶硅太阳电池最佳输出功率晶硅太阳电池最佳输出功率PmPm的温度系数约为的温度系数约为-0.19%-0.19%，单晶硅、多晶，单晶硅、多晶 硅电池最佳输出功率硅电池最佳输出功率PmPm的温度系数约为的温度系数约为-0.5%-0.5%） 2.1.4.2 2.1.4.2 光伏并网逆变器选型光伏并网逆变器选型 并网逆变器类型并网逆变器类型 并网逆变器主要功能是实现直流与交流的逆变。按是否带变压器并网逆变器主要功能是实现直流与

48、交流的逆变。按是否带变压器 可分为无变压器型和有变压器型。对于无变压器型逆变器，最大效率可分为无变压器型和有变压器型。对于无变压器型逆变器，最大效率 98.5%98.5%和欧洲效率和欧洲效率98.3%98.3%；对于有变压器型逆变器，最大效率；对于有变压器型逆变器，最大效率 97.1% 97.1%和和 欧洲效率欧洲效率96.0%96.0%。 按组件接入情况划分组串式、多组串式、组件式和集中式。按组件接入情况划分组串式、多组串式、组件式和集中式。 光伏并网逆变器分类光伏并网逆变器分类 集中式组串式组件式 不同接入方式并网逆变器特性对比不同接入方式并网逆变器特性对比 依据功率不同和是否带变压器，型

49、号各异。组串型光伏并网逆变依据功率不同和是否带变压器，型号各异。组串型光伏并网逆变 器型号常有器型号常有1.5KW1.5KW、2.5 KW2.5 KW、3 KW3 KW、10 KW10 KW、20 KW20 KW、30 KW30 KW、50 KW50 KW；电；电 站型光伏并网逆变器常有：站型光伏并网逆变器常有：100 KW100 KW、250 KW250 KW、500 KW500 KW、800KW800KW、1000KW1000KW、 1250KW1250KW。型号中若带。型号中若带K K，则表示带变压器，若带，则表示带变压器，若带TLTL，则表示无变压器。，则表示无变压器。 三相工频隔离并

50、网逆变器优点：结构简单、具有电气隔离、抗冲击三相工频隔离并网逆变器优点：结构简单、具有电气隔离、抗冲击 性能好、安全可靠；缺点：效率相对较低、较重；其电气原理图如下性能好、安全可靠；缺点：效率相对较低、较重；其电气原理图如下 图所示。例如对应于合肥阳光产品有：图所示。例如对应于合肥阳光产品有：SG50K3SG50K3、SG100K3SG100K3、SG250K3SG250K3， 其额定电网电压为其额定电网电压为380VAC380VAC。 三相工频隔离并网逆变器电气原理图三相工频隔离并网逆变器电气原理图 三相直接逆变不隔离光伏并网逆变器优点：效率高、体积小、结构简三相直接逆变不隔离光伏并网逆变器

51、优点：效率高、体积小、结构简 单；缺点：无电气隔离，光伏组件两端有电网电压。其电气原理图如下单；缺点：无电气隔离，光伏组件两端有电网电压。其电气原理图如下 图所示。例如对应于合肥阳光产品有：图所示。例如对应于合肥阳光产品有：SG500KTLSG500KTL，其额定电网电压为，其额定电网电压为 270VAC270VAC。 三相直接逆变不隔离光伏并网逆变器电气原理图三相直接逆变不隔离光伏并网逆变器电气原理图 并网逆变器主要技术参数并网逆变器主要技术参数 直流输入：直流输入： u最大直流电压最大直流电压 u最大功率电压跟踪范围最大功率电压跟踪范围 u最大直流功率最大直流功率 系统：系统： u最大效率

52、最大效率 u欧洲效率欧洲效率 uMPPTMPPT效率效率 u耗电（夜间耗电（夜间/ /待机）待机） u通讯接口通讯接口 交流输出：交流输出： u额定输出功率额定输出功率 u额定电网电压额定电网电压 u额定电网频率额定电网频率 u功率因数功率因数 u总电流波形畸变率总电流波形畸变率 并网光伏系统逆变器的总额定容量应根据光伏系统装机容量确定，并网光伏系统逆变器的总额定容量应根据光伏系统装机容量确定， 并考虑系统应用场合。并网逆变器的数量应根据光伏系统装机容量及单并考虑系统应用场合。并网逆变器的数量应根据光伏系统装机容量及单 台并网逆变器额定容量确定。台并网逆变器额定容量确定。 并网逆变器选择应符合

53、以下几点：并网逆变器应具备自动运行和停并网逆变器选择应符合以下几点：并网逆变器应具备自动运行和停 止功能、最大功率跟踪控制功能和防止孤岛效应功能；应具有并网保护止功能、最大功率跟踪控制功能和防止孤岛效应功能；应具有并网保护 功能（过功能（过/ /欠压，过欠压，过/ /欠频，电网短路保护，孤岛效应保护，逆变器过载欠频，电网短路保护，孤岛效应保护，逆变器过载 保护，逆变器过热保护，直流极性反接保护，逆变器对地漏电保护），保护，逆变器过热保护，直流极性反接保护，逆变器对地漏电保护）， 与电力系统具备相同的电压、相数、相位、频率及接线方式；应满足高与电力系统具备相同的电压、相数、相位、频率及接线方式；

54、应满足高 效、节能、环保的要求效、节能、环保的要求。 逆变器需要根据功率、直流输入电压范围、开路电压、最大效率及逆变器需要根据功率、直流输入电压范围、开路电压、最大效率及 欧洲效率、是否带隔离变压器、单位投资成本以及供应商售后服务等进欧洲效率、是否带隔离变压器、单位投资成本以及供应商售后服务等进 行选型。行选型。 并网逆变器选型考虑因素并网逆变器选型考虑因素 2.1.4.32.1.4.3直流汇流设备直流汇流设备汇流箱和直流配电柜选型汇流箱和直流配电柜选型 为了减少直流侧电缆的接线数量，提供系统的发电效率，方便维护，为了减少直流侧电缆的接线数量，提供系统的发电效率，方便维护， 提高可靠性，对于大

55、型光伏并网发电系统，一般需要在光伏组件与逆变提高可靠性，对于大型光伏并网发电系统，一般需要在光伏组件与逆变 器之间增加直流汇流装置（汇流箱和直流配电柜），汇流箱进行一次汇器之间增加直流汇流装置（汇流箱和直流配电柜），汇流箱进行一次汇 流，直流配电柜进行二次汇流。流，直流配电柜进行二次汇流。 同规格、一定数量的光伏组件串联成光伏阵列组串，接入光伏阵列同规格、一定数量的光伏组件串联成光伏阵列组串，接入光伏阵列 汇流箱进行汇流，光伏阵列配置光伏专用防雷器和直流断路器，具有防汇流箱进行汇流，光伏阵列配置光伏专用防雷器和直流断路器，具有防 雷和分断功能，以方便后级逆变器的接入，保护了系统安全，大大缩短雷

56、和分断功能，以方便后级逆变器的接入，保护了系统安全，大大缩短 系统安装时间。系统安装时间。 光伏防雷汇流箱根据最大光伏阵列并联输入路数，具有不同的型号光伏防雷汇流箱根据最大光伏阵列并联输入路数，具有不同的型号 常用的有常用的有6 6、8 8和和1616等。等。 直流防雷配电柜主要是将汇流箱输出的直流电缆接入后进行汇流，直流防雷配电柜主要是将汇流箱输出的直流电缆接入后进行汇流， 再接至并网逆变器。根据工程需要和对应逆变器，配置不同的直流配电再接至并网逆变器。根据工程需要和对应逆变器，配置不同的直流配电 单元。该配电柜含有直流输入断路器、防反二极管、光伏专用防雷器等，单元。该配电柜含有直流输入断路

57、器、防反二极管、光伏专用防雷器等， 操作简单和维护方便。操作简单和维护方便。 2.1.4.42.1.4.4交流配电柜选型交流配电柜选型 交流防雷配电柜主要是通过配电给逆变器提供并网接口，每个交流交流防雷配电柜主要是通过配电给逆变器提供并网接口，每个交流 配电柜单元输入与输出回路配置交流断路器，并配置交流防雷器以作电配电柜单元输入与输出回路配置交流断路器，并配置交流防雷器以作电 涌保护。配电柜根据需要配置电压表、电流表及电能计量装置等。涌保护。配电柜根据需要配置电压表、电流表及电能计量装置等。 2.1.4.5 2.1.4.5 防逆流控制器选型防逆流控制器选型 对于不可逆并网系统，为了防止光伏并网

58、系统逆向发电，系统需要对于不可逆并网系统，为了防止光伏并网系统逆向发电，系统需要 配置一套防逆流装置，通过实时监测配电变压器低压出口侧的电压、电配置一套防逆流装置，通过实时监测配电变压器低压出口侧的电压、电 流信号来调节光伏系统的发电功率（限功率、切断），从而达到光伏并流信号来调节光伏系统的发电功率（限功率、切断），从而达到光伏并 网系统的防逆流功能。根据电网接入点与逆变室位置，决定防逆流装置网系统的防逆流功能。根据电网接入点与逆变室位置，决定防逆流装置 网侧电流、电压采样和控制部分是否需要分离。即方式一防逆流控制柜网侧电流、电压采样和控制部分是否需要分离。即方式一防逆流控制柜 和防逆流控制箱

59、或方式二防逆流控制器。和防逆流控制箱或方式二防逆流控制器。 防逆流控制原理防逆流控制原理 2.1.4.6 2.1.4.6 升压变压器选型升压变压器选型 升压变压器在选型时，首先就清楚项目地的环境条件如海拔高度、升压变压器在选型时，首先就清楚项目地的环境条件如海拔高度、 环境温度、日温差、年平均温度、相对湿度、地震裂度等；以及电力系环境温度、日温差、年平均温度、相对湿度、地震裂度等；以及电力系 统条件如系统额定电压、额定频率、最高工作电压、中性点接地方式等。统条件如系统额定电压、额定频率、最高工作电压、中性点接地方式等。 接着进行变压器的型式选择，常用的有油浸式变压器、干式变压器以及接着进行变压

60、器的型式选择，常用的有油浸式变压器、干式变压器以及 组合式变压器。根据铁芯材料不同，又可以分为普通硅钢片和非晶合金，组合式变压器。根据铁芯材料不同，又可以分为普通硅钢片和非晶合金， 非晶合金由于损耗低、发热少、温升低，与硅钢片相比运行性能更稳定。非晶合金由于损耗低、发热少、温升低，与硅钢片相比运行性能更稳定。 光伏电站的主变压器选型时，需要考虑以下几方面：光伏电站的主变压器选型时，需要考虑以下几方面： 光伏电站区域单元容量：在确定主变压器的额定容量时，需要留光伏电站区域单元容量：在确定主变压器的额定容量时，需要留 有有10%10%的裕度；的裕度； 负载损耗和空载损耗：考虑光伏发电的特殊性即白天