配电工程十二培训讲学

1、Page 1太陽能光電設計配电工程十二Page 2太陽能光電設計一、專用術語說明 以下模板或組列之電氣特性係指於標準測試條件以下模板或組列之電氣特性係指於標準測試條件(模模板溫度板溫度25C，AM 1.5，1,000W/m2 日照日照)下模板或組列的輸下模板或組列的輸出電氣特性。出電氣特性。 太陽光發電系統太陽光發電系統(Photovoltaic system)：以太陽電池組列為主之再生能源發電系統。太陽電池模板太陽電池模板(solar module)：以太陽電池(Solar cell)經串、併聯及封裝製成之發電應用單元(unit)。太陽電池組列太陽電池組列(solar array)：以太陽電

2、池模板經排列及串、併聯組成之發電系統組件。最大輸出功率最大輸出功率(Maximum power, Pmax)：太陽電池模板或組列於標準測試條件之下最大輸出功率。Page 3太陽能光電設計最大輸出功率電壓最大輸出功率電壓(Maximum power voltage, Vmax)：太陽電池模板或組列於最大輸出功率時之電壓值。仟峰瓦仟峰瓦(kWp)：以仟瓦為單位之太陽電池組列最大輸出功率。開路電壓開路電壓(Open circuit voltage, Voc)：太陽電池模板或組列於標準測試條件之下開路電壓值(電流為零)。短路電流短路電流(Short circuit current, Isc)：太陽電池

3、模板或組列於標準測試條件之下短路電流值(電壓為零)。最大功率追蹤最大功率追蹤(Maximum Power Point Tracking, MPPT )：直/交流轉換器以不斷調整輸入電壓或電流之方式，使太陽電池組列可隨時保持在最大功率輸出之功能。 Page 4太陽能光電設計一、專用術語說明一、專用術語說明二、系統架構說明二、系統架構說明三、孤島效應三、孤島效應四、發電原理四、發電原理五、實務應用系統五、實務應用系統六、實務系統設計及實例六、實務系統設計及實例七、太陽能電池模板規範摘要七、太陽能電池模板規範摘要八、市電相關規定八、市電相關規定Page 5太陽能光電設計二、系統架構說明1.可再生能源

4、并网發電應用的背景22燃料电池燃料电池Page 6太陽能光電設計 独立供电系统独立供电系统 PVPV组件组件 蓄电池蓄电池 充放电控制器充放电控制器 并网系统并网系统 PVPV组件组件 并网逆变器并网逆变器 计量装置计量装置 公用电网公用电网DCDC负载负载逆变器逆变器 + AC+ AC负载负载2. 光伏发电系统的组成Page 7太陽能光電設計3.几种常见光伏建筑用并网逆变器的拓朴结构Page 8太陽能光電設計Page 9太陽能光電設計工作方式：早晨弱光时由幾台逆变器中随機一台開始工作。當第一台满功率时接入第二台逆变器，依次投入。傍晚弱光时逐台退出。优点：降低空载损耗，充分利用了太陽能。逆变器

5、轮流工作，延長寿命。缺点：光伏阵列全部並联，並联损耗较大，要求光伏阵列朝向一致。4. 大型光伏电站的技術方案Page 10太陽能光電設計5. 主从供电技術方案的實際並用Page 11太陽能光電設計一、專用術語說明一、專用術語說明二、系統架構說明二、系統架構說明三、孤島效應三、孤島效應四、發電原理四、發電原理五、實務應用系統五、實務應用系統六、實務系統設計及實例六、實務系統設計及實例七、太陽能電池模板規範摘要七、太陽能電池模板規範摘要八、市電相關規定八、市電相關規定Page 12太陽能光電設計三、孤島效應所谓孤岛效应是指当电网的部分线路因故障或维修而停电时，停电线路由所连的并网发电装置继续供电，

6、并连同周围负载构成一个自给供电的孤岛的现象。Page 13太陽能光電設計孤岛效應發生的机理 光伏并网发电系统的功率流图光伏并网发电系统的功率流图 Page 14太陽能光電設計网侧开关K跳开后孤岛若功率匹配，则a处电压及其频率变化不大，逆变器将继续向负载供电，形成由光伏并网发电系统和周围负载构成的一个自给供电的孤岛。Page 15太陽能光電設計孤岛效应发生的充要条件是：功率匹配孤岛效应发生的充要条件是：功率匹配 发电装置提供的有功功率与负载的有功功率相匹配 发电装置提供的无功功率与负载的无功功率相匹配即满足相位平衡关系： 。 0invload孤岛效应发生的充要条件反孤岛效应： 非计划的,不受控,

7、 必须禁止; 利用孤岛效应：有计划的, 提高了对重要负荷供电的可靠性,需要加入新的控制策略,甚至需要对分布式发电系统结构的重新配置,目前存在一系列技术和经济障碍.Page 16太陽能光電設計孤岛效应使电压及其频率失去控制，电压和频率可能发生较大的波动，从而对电网和用户设备造成损坏；孤岛系统被重新接入电网时，由于重合闸时系统中的分布式发电装置可能与电网不同步，可能使电路断路器装置受到损坏，并且可能产生很高的冲击电流，从而损害孤岛系统中的分布式发电装置，甚至导致电网重新跳闸；孤岛效应可能导致故障不能清除（如接地故障或相间短路故障），可能损害电网设备，并且干扰电网正常供电的自动或手动恢复；孤岛效应使

8、得一些被认为已经与所有电源断开的线路带电，这会给相关人员（如电网维修人员和用户）带来电击的危险!孤岛效应不利的影响Page 17太陽能光電設計一、專用術語說明一、專用術語說明二、系統架構說明二、系統架構說明三、孤島效應三、孤島效應四、發電原理四、發電原理五、實務應用系統五、實務應用系統六、實務系統設計及實例六、實務系統設計及實例七、太陽能電池模板規範摘要七、太陽能電池模板規範摘要八、市電相關規定八、市電相關規定Page 18太陽能光電設計四、發電原理Page 19太陽能光電設計利用電位差發電，無電磁波產生 太陽電池(solar cell)是以半導體製程的製作方式做成的，其發電原理是將太陽光照射

9、在太陽電池上，使太陽電池吸收太陽光能透過圖中的p-型半導體及n-型半導體使其產生電子(負極)及電洞(正極)，同時分電子與電洞而形成電壓降，再經由導線傳輸至負載。簡單的說，太陽光電的發電原理，是利用太陽電池吸收0.2m0.4m波長的太陽光，將光能直接轉變成電能輸出的一種發電方式。由於太陽電池產生的電是直流電，因此若需提供電力給家電用品或各式電器則需加裝直/交流轉換器，將直流電轉換成交流電，才能供電至家庭用電或工業用電。 Page 20太陽能光電設計太陽電池種類 半導體材料 市場模組發電轉換效率 矽矽(硅硅) silicon 目前太陽光電系統中應用最為廣泛 晶矽Crystalline 單晶矽 Si

10、ngle Crystallin 1220% 多晶矽Poly Crystallin 1018% 非晶矽Amorphous Si、SiC、SiGe、SiH、SiO 69% 多化合物多化合物Compound 應用於太空及聚光型太陽光電系統 單晶Single Crystallin GaAs、InP 1830% 多晶Poly Crystallin CdS、CdTe、CuInse 1012% 奈米及有機奈米及有機Nano & Organic應用於有機太陽電池，屬研發階段 TiO2 1%以下 Page 21太陽能光電設計Page 22太陽能光電設計Page 23太陽能光電設計又稱為單結晶、晶圓型。製

11、程貴，發電量佳， 礙於晶圓型式，多半截圓型或圓弧造型，舖設時面積上無法達到最大利用及吸收。 Page 24太陽能光電設計又稱為多結晶。製程上較便宜，發電量略遜單晶矽，可截為正方形，舖設時可達到最大面積利用及吸收。其晶狀分佈，具有應N效果，可為建築物外觀加分。另外，雖其結理易造成碎裂，但晶體可再利用做為項鍊等裝飾品。 Page 25太陽能光電設計非晶矽(可撓式) 成本便宜，發電率較差，且容易造成裂質化。但由於可直接鍍在玻璃及塑膠上面，與建築物可做最佳結合。除可做太陽光電系統發電用，室內型民生消費品也常見其應用，如：電子計算機、搖頭娃娃、玩具等。 Page 26太陽能光電設計一、專用術語說明一、專

12、用術語說明二、系統架構說明二、系統架構說明三、孤島效應三、孤島效應四、發電原理四、發電原理五、實務應用系統五、實務應用系統六、實務系統設計及實例六、實務系統設計及實例七、太陽能電池模板規範摘要七、太陽能電池模板規範摘要八、市電相關規定八、市電相關規定Page 27太陽能光電設計五、實務應用系統Page 28太陽能光電設計使用蓄電池，白天太陽光電系統發電，並供負載及充電，夜間由電池供電，可以自給自足。定義：使用蓄電池且換流器(Inverter)無逆送電功能之太陽光電發電系統。 適用地點：高山、離島、基地台等市電無法到達處 1.工作方式：白天 PV 發電供負載並充電、夜間由電池供電，可以自給自足(

13、必需搭配蓄電池) Page 29太陽能光電設計考慮點： 系統設計考慮因素多(組列、蓄電池容量、負載與陰天日數等安全係數，最佳化設計複雜) 一般充電控制器無 MPPT，搭配蓄電池使發電效能較差 蓄電池每日50%DOD深度放電、0.2C充電，壽命短 太陽光發電量與負載需求量不搭配時、太陽光之發電能量利用率偏低 (負載需求搭配與安全係數為互相矛盾之設計) PV-柴油發電機，PV-風力.等混合系統為改善之方法 Page 30太陽能光電設計Page 31太陽能光電設計定義：換流器(Inverter)具有逆送電功能，可操作於併聯模式之太陽光電發電系統。 適用地點：電力正常送達之任何地點 工作方式 ：白天

14、PV系統併聯發電、夜間由台電供電。方 將市電電力系統當作一個無限大、無窮壽命的免費蓄電池 優點：系統簡單、不需安全係數設計、維護容易。 具最大功率追蹤(MPPT)，發電效率高。 太陽光之發電能量利用率高 缺點：停電時為將自動關機，因而無電可用，無防災功能。 一般併聯型Inverter無法直接搭配蓄電池使用 (具特殊功能者例外) Page 32太陽能光電設計系統範例 應用領域民生 收音機、測電表、手錶、計算機、太陽能照相機、手電筒、電池充電器、野營燈 道路、交通 路燈、交通號誌、道路指示牌、標誌燈、太陽能電動車充電站、高速公路緊急電話、偏遠道路緊急電話、停車計時器、停車場控制門系統、高速公路防音

15、壁PV系統、公路休息區PV系統、太陽能車、平交道指示燈、候車亭PV系統、車站屋頂型PV系統 農林漁牧 農宅用電、溫室栽培PV系統、農業灌溉用、自動灑水系統、農牧電籬、牛乳冷藏、漁業養殖揚水通氣、自動餵食器 通訊 無線通信用、中繼站基地台、緊急電話中繼站、電話通信PV系統、Radio受信PV系統、微波中繼站 建築物 住宅用供電系統、緊急供電系統、緊急照明系統、帷幕牆、遮陽棚、採光罩、屋瓦 產業用 緊急供電系統、管線電氣防蝕、輸油管流量計PV系統、市場廣告塔、海上石油平台、各種計測站PV系統、發電廠情報指揮中心 緊急防災 勤務指揮中心、緊急避難所、醫療院所、公園、學校、地震觀測站、森林嘹望台、避難

16、指示燈、氣象觀測所、水位警報PV系統、河川安全燈、防波堤安全PV燈 離島、偏遠區 中途驛站電化PV、離島用PV系統、山岳地帶PV系統 Page 33太陽能光電設計系統設置成本高：建議使用於邊際效益高之用電（防災、緊急輔助電力）。總體經濟效益：減少環境污染、解決尖峰用電之不足與短缺、能源多元化之風險分擔與開創自主能源。遮蔽陽光直曬：降低建築物之熱效應（被動省能）；同時轉換太陽光為電能，供應建物自主能源（主動節能），一舉兩得。Page 34太陽能光電設計柴油發電機 太陽光發電系統 設置費用 1kW=23萬元 1kW=30萬元 使用壽命 710年 20年 使用燃料 柴油 太陽光潔淨能源（免費） 系統

17、運作 加ATS，停電時方可啟動，需人員每月定期測試運轉 平時、緊急時均可使用，隨時可了解運轉狀況，不須操作 設置空間 設備、煙管、隔音、油槽需室內空間 利用露台、屋頂、牆面空間 缺點 噪音、空污、油料運輸、儲油危險、維運成本高 夜間不發電（可利用蓄電池設計供電，年維運費0.2） 總發電度數（1kw計） （年停電年測試運轉時數）10年（20min6次15min12月）10年5hr1kW10年50kWh 日發電度數365天20年3hr1kW365天20年21900kWh（度） 每度電成本 2萬元50kWh400元/度 30萬元21900kWh13.7元/度 Page 35太陽能光電設計運用多元化能

18、源分擔風險情況比較說明如下： 市電-停電時風險極高。 市電柴油發電機-發電機故障時風險高。 市電柴油發電機太陽光發電系統-發揮三者優點：互補，同時故障機率小，風險最低。 Page 36太陽能光電設計一、專用術語說明一、專用術語說明二、系統架構說明二、系統架構說明三、孤島效應三、孤島效應四、發電原理四、發電原理五、實務應用系統五、實務應用系統六、實務系統設計及實例六、實務系統設計及實例七、太陽能電池模板規範摘要七、太陽能電池模板規範摘要八、市電相關規定八、市電相關規定Page 37太陽能光電設計六、實務系統設計及實例電力需求估算： 平時： 緊急時： 模組面積估算： 日照強度：1kW/m2 日照時

19、間：3.84h/d 模板效率：12 電力需求（日照強度日照時間模板效率綜合係數） 綜合係數：溫度變化、污損、線損、Inverter效率蓄電池充放電補償 平時：0.650.8 緊急時：0.57 設置容量計算：模板效率依太陽電池種類而異 太陽發電系統設置容量設置面積日照強度模板效率 發電量計算： 太陽發電系統發電量設置容量日照時間綜合係數 是否符合電力需求估算 進行模板陣列及蓄電池容量設計 模板陣列設計： 模板功率： W 模板輸出電壓： V 1.直交流轉換器(Inverter)輸入電壓： V 陣列串聯數Inverter輸入電壓模板輸出電壓 單串功率： 陣列併列數設置容量單串功率 選擇最佳陣列： 最

20、佳陣列：較經濟之設置容量 串併數設計： 蓄電池電壓： /個 蓄電池容量： Ah/個Inverter電壓：輸入電壓 額定電壓 V V V V 串聯數Inverter額定電壓蓄電池電壓 併列數蓄電池需求容量Inverter額定電壓 蓄電池數量 個 列 個 蓄電池需求容量設計： 補償係數：1.45 無日照天數： 日 蓄電池需求容量緊急電力需求無日照天數補償係數補償係數：蓄電池內阻抗、放電停止電壓、電壓降低補償 蓄電池需求容量 Page 41太陽能光電設計案例 電力需求估算： 平時： 緊急時： 115kWh/d；770人用電量 83.2kWh/d；500人用電量 模組面積估算： 日照強度：1kW/m2

21、 日照時間：3.84h/d 模板效率：12 電力需求（日照強度日照時間模板效率綜合係數） 綜合係數：溫度變化、污損、線損、Inverter效率蓄電池充放電補償 平時：0.650.8 緊急時：0.57 115kWh/d1kW/m23.84h/d120.75332 m2 83.2kWh/d1kW/m23.84h/d120.57317 m2 設置容量計算：模板效率依太陽電池種類而異 太陽發電系統設置容量設置面積日照強度模板效率 332m21kW/m21239.8kW40kW 發電量計算： 太陽發電系統發電量設置容量日照時間綜合係數 平時：40kW3.84h/d0.75115.2Wh/d 緊急時：40

22、kW3.84h/d0.5787.5 kWh/d 是否符合電力需求估算 進行模板陣列及蓄電池容量設計 模板陣列設計： 模板功率：120W 模板輸出電壓：16.9V 1.直交流轉換器(Inverter)輸入電壓：300V 陣列串聯數Inverter輸入電壓模板輸出電壓 300V16.9V17.75片（取整數17 or 18） 單串功率： 17片120W2040W 18片120W2160W 陣列併列數設置容量單串功率 40kW17片/串120W19.6列20列 40kW18片/串120W18.5列19列 選擇最佳陣列： 最佳陣列：較經濟之設置容量 120W17片/串20列40800W340片(最佳陣

23、列)120W18片/串19列41080W342片 串併數設計： 蓄電池電壓：2V/個 蓄電池容量：200Ah/個Inverter電壓：輸入電壓 額定電壓300V 288V200V 192V 串聯數Inverter額定電壓蓄電池電壓 288V2V144個 併列數蓄電池需求容量Inverter額定電壓 120640Wh288V200Ah2.1列2列 蓄電池數量144個2列288個 蓄電池需求容量設計： 補償係數：1.45 無日照天數：1日 蓄電池需求容量緊急電力需求無日照天數補償係數補償係數：蓄電池內阻抗、放電停止電壓、電壓降低補償 蓄電池需求容量83.2kWh/d1d1.45120.64kWh

24、Page 45太陽能光電設計一、專用術語說明一、專用術語說明二、系統架構說明二、系統架構說明三、孤島效應三、孤島效應四、發電原理四、發電原理五、實務應用系統五、實務應用系統六、實務系統設計及實例六、實務系統設計及實例七、太陽能電池模板規範摘要七、太陽能電池模板規範摘要八、市電相關規定八、市電相關規定Page 46太陽能光電設計七、太陽能電池模板規範摘要本規範僅供太陽光電發電系統設置施工之參考。所有太陽電池模板產品宜具有下列各項測試證明：最大輸出功率 (Pmax)、開路電壓 (Voc)、短路電流(Isc)、操作電壓(Vop)、操作電流(Iop)；測試標準 (Standard condition)

25、為：AM1.5，光強度1000W/m2，溫度25。 Page 47太陽能光電設計測試標準陸上使用(一般地區)：IEC-61215、IEC-61646、UL-1703、IEEE-1262。 海洋上或濱海地區：IEC-61701、ASTM1597。 測試認證單位如下列機構等：European Solar Test Installation (ESTI) Laboratory、Underwriters Laboratories、Photovoltaic Testing Laboratory at Arizona State University (PTL-ASU)、TUV或其他獲得中華民國實驗室認證

26、體系及其相互承認的其他認證體系認可的太陽電池模板測試認證單位。 Page 48太陽能光電設計對所有太陽電池模板，其最大輸出功率(Pmax)在10年內不得小於額定功率(rated Power)的85%。 Page 49太陽能光電設計一、專用術語說明一、專用術語說明二、系統架構說明二、系統架構說明三、孤島效應三、孤島效應四、發電原理四、發電原理五、實務應用系統五、實務應用系統六、實務系統設計及實例六、實務系統設計及實例七、太陽能電池模板規範摘要七、太陽能電池模板規範摘要八、市電相關規定八、市電相關規定Page 50太陽能光電設計八、市電相關規定發電設備併接於低壓系統者，其總容量未滿100kW且技術

27、無困難者，得併接於單相三線110V/220V，三相三線220V之配電系統；若總容量在100kW以上而未滿500kW，得分別併接於3相4線220V/380V之配電系統。 發電設備總容量在500kW以上而未滿5,000kW/10,000kW且技術無困難者，得分別併接於11.4KV/22.8KV之高壓配電系統。 電設備總容量在10,000kW以上而未滿40,000kW者，得併接於特高壓之系統。 發電設備總容量在40,000kW以上者，依個案研討分類。 Page 51太陽能光電設計發電系統經由發電系統經由110110V/220VV/220V併接於電業之配電系統者，發電設併接於電業之配電系統者，發電設備

28、至少應具備下列保護功能：備至少應具備下列保護功能：過電壓保護。 低電壓保護。 低頻保護。 高頻保護。 過電流保護。 零相過電壓接地保護。 發電設備為無逆送電力者須加裝逆電力保護。 發電設備為有逆送電力者必須具備主動及被動防止單獨運轉保護。 發電設備採用直交流變壓器經發電設備採用直交流變壓器經110110V/220VV/220V系統與電業併接者，在系統與電業併接者，在電源引出點應裝設直交流隔離變壓器。借直流電流感應器保護者，電源引出點應裝設直交流隔離變壓器。借直流電流感應器保護者，在安全無顧慮下可省略直交流隔離變壓器。在安全無顧慮下可省略直交流隔離變壓器。 Page 52太陽能光電設計發電設備併接於電業發電設備併接於電業11.411.4KV/22.8KVKV/22.8KV