光伏发电工程技术 第2版 课件全套 项目1-5 光伏发电系统的组成及案例分析-10MW集中式光伏发电系统设计、施工与运行维护

光伏发电工程技术目录CONTENTS光伏发电系统的组成及案例分析项目1项目2项目3家用3kW光伏发电系统的设计施工与运行项目4项目5

光伏发电系统设计基础

某校园3.6kW离网光伏发电系统的设计施工与运行10MW光伏发电系统设计、施工与运维

光伏发电系统的组成及案例分析项目1任务1.1太阳能电池的工作原理分析【学习目标】1.能阐述半导体的特性。2.能阐述N型和P型半导体的形成过程及特性。3.能阐述PN结的形成过程及特性。4.能阐述太阳能电池的工作原理。5.能说明太阳能电池等效电路组成。光伏发电工程技术1.1.1半导体的基础知识1.共价键结构

硅和锗都是4价元素。

最外层原子轨道上具有4个电子，称为价电子。

相邻的原子就被共有的价电子联系在一起，称为共价键结构。光伏发电工程技术1.1.1半导体的基础知识2.本征半导体

纯净的半导体称为本征半导体。

在温度为零开尔文（相当于−273.15℃）时，外围电子不能自由移动。

当温度升高或受光照时，少数价电子挣脱共价键的束缚成为自由电子，在共价键中将留下一个空位，称为空穴。

本征半导体中电子和空穴总是成对地出现，称为电子-空穴对。光伏发电工程技术1.1.1半导体的基础知识3.P型半导体

在本征半导体（锗或硅）中掺入3价元素硼，使得半导体中的空穴载流子增多，导电能力增强，这种半导体主要是依靠空穴来导电，故称为空穴型半导体或P型半导体。

在P型半导体中，空穴是多数载流子，电子是少数载流子。光伏发电工程技术1.1.1半导体的基础知识4.N型半导体

在本征半导体(锗或硅)中掺入5价元素磷，使得半导体中的电子载流子增多，导电能力增强。这种半导体主要靠电子导电，故称为电子型半导体或N型半导体。

在N型半导体中，电子是多数载流子，空穴是少数载流子。光伏发电工程技术1.1.1半导体的基础知识5.PN结

当将P、N型两半导体材料连接在一起时，两侧的电子和空穴的浓度相差很大，产生扩散运动。

复合的结果在交界处两侧出现了不能移动的正负两种杂质离子组成的空间电荷区，这个空间电荷区称为PN结。光伏发电工程技术1.1.1半导体的基础知识5.PN结

在交界处形成了一个由N区指向P区的内电场（又称为势垒电场）。内电场的产生对P区和N区中的多数载流子的相互扩散运动起阻碍作用，称为漂移运动。

漂移运动使空间电荷区重新变窄，削弱了内电场强度。多数载流子的扩散运动和少数载流子的漂移运动最终达到平衡，使PN结的宽度一定。光伏发电工程技术1.1.2太阳能电池的工作原理（光生伏特效应）光生伏特效应工作原理:

光生伏特效应简称为光伏效应，指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象。

其工作原理如下：光生电子-空穴对在耗尽区产生后，立即被内建电场分离，光生电子被推向N区，光生空穴被推向P区。在P区有过剩的空穴，在N区有过剩的电子，便在PN结两侧形成了正负电荷的积累，即光生伏特效应。

外接负载后，光电流从P区经负载流至N区，太阳能便变成了电能。

光伏发电工程技术1.1.3太阳能电池等效电路图

太阳能电池等效电路a)理想形式b)实际形式流过负载工作电流为:IL＝Iph−Id=Iph−IO(eqU/(AkT)−1)

式中

IO—反向饱和电流；

U—等效二极管端电压；

q—电子电量，1.6×10−19C；

T—绝对温度；

k—波尔兹曼常数，1.38×10−23J/K

A—二极管曲线因子，取值在1～2。光伏发电工程技术1.1.4太阳能发电的优缺点1.光伏发电的主要优点（1）太阳能取之不尽，用之不竭。（2）应用范围广。（3）太阳能处处可得到，不必远距离运输，避免长距离输电线路的损失。（4）不用燃料，运行成本很低。（5）无机械转动部分，操作、维护简单，运行稳定可靠。（6）太阳能发电过程中不易产生污染废弃物，是理想的清洁能源。（7）太阳能发电系统建设周期短，方便灵活，可以根据负荷的增减，任意添加或减少太阳能方阵，避免浪费。（8）太阳能电池生产资料丰富。（9）能量回收期短，能量增值效应明显。

光伏发电工程技术1.1.4太阳能发电的优缺点2.光伏发电的主要缺点（1）能量密度低。（2）占地面积大。（3）地面应用时有间歇性，在晚上或阴雨天不能或减少发电。

光伏发电工程技术1.1.5我国太阳能资源

太阳是以光辐射的方式将能量输送到地球表面的，按接受太阳能辐射量的大小，我国大致上可分为5类地区。1类地区2类地区3类地区4类地区5类地区任务1.2光伏发电系统的分类及案例分析【学习目标】1.能阐述光伏发电系统的分类及具体应用。2.能说明离网和并网光伏发电系统各组成部分及作用。3.能分析离网和并网光伏发电系统的工作过程。4.能识别离网和并网光伏发电系统中的主要设备（部件）。光伏发电工程技术1.2.1光伏发电系统的分类1.按光伏发电系统按接入公共电网方式分类离网光伏发电系统并网光伏发电系统光伏发电工程技术1.2.1光伏发电系统的分类2.按是否有储能装置分类离网光伏发电系统(带储能装置系统)光伏水泵系统(不带储能装置系统)光伏发电工程技术1.2.1光伏发电系统的分类3.按负荷形式不同分类

按可分为直流系统、交流系统和交直流混合系统。

无蓄电池的直流光伏发电系统有蓄电池的直流光伏发电系统交流光伏发电系统交直流混合光伏发电系统光伏发电工程技术1.2.1光伏发电系统的分类4.按系统装机容量的大小分类

中型光伏电站装机容量≤1MWp

1MWp≤装机容量≤30MWp；装机容量>30MWp。小型光伏电站

大型光伏电站光伏发电工程技术1.2.1光伏发电系统的分类5.并网光伏发电系统按向主电网馈电的方式分类有逆流并网光伏发电系统无逆流并网光伏发电系统光伏发电工程技术1.2.1光伏发电系统的分类6.按并网光伏发电系统建设是否集中分类集中式并网光伏发电系统（1）集中式并网光伏发电系统光伏发电工程技术1.2.1光伏发电系统的分类6.按并网光伏发电系统建设是否集中分类分布式式并网光伏发电系统（2）分布式并网光伏发电系统光伏发电工程技术1.2.1光伏发电系统的分类7.按是否与建筑结合分类地面光伏发电系统光伏建筑一体化系统光伏发电工程技术1.2.2离网光伏发电系统组成及案例分析1.离网光伏发电系统组成离网（独立）光伏发电系统的组成光伏发电工程技术1.2.2离网光伏发电系统组成及案例分析1.离网光伏发电系统组成光伏发电工程技术1.2.2离网光伏发电系统组成及案例分析2.离网光伏发电系统的工作过程离网光伏发电系统原理框图光伏发电工程技术1.2.2离网光伏发电系统组成及案例分析3.离网光伏发电系统的应用案例太阳能路灯系统

太阳能路灯工作原理。光伏发电工程技术1.2.3并网光伏发电系统组成及案例分析1.并网光伏发电系统的组成光伏发电站的组成示意图光伏发电工程技术1.2.3并网光伏发电系统组成及案例分析1.并网光伏发电系统的组成（1）光伏阵列水泥柱基础固定式的实景图单轴跟踪系统双轴跟踪系统光伏发电工程技术1.2.3并网光伏发电系统组成及案例分析1.并网光伏发电系统的组成（2）直流防雷汇流箱光伏发电工程技术1.2.3并网光伏发电系统组成及案例分析1.并网光伏发电系统的组成（3）直流配电柜光伏发电工程技术1.2.3并网光伏发电系统组成及案例分析1.并网光伏发电系统的组成（4）并网逆变器光伏发电工程技术1.2.3并网光伏发电系统组成及案例分析1.并网光伏发电系统的组成（5）交流配电柜光伏发电工程技术1.2.3并网光伏发电系统组成及案例分析1.并网光伏发电系统的组成（6）计算机监控系统计算机监控系统光伏发电工程技术1.2.3并网光伏发电系统组成及案例分析2.并网光伏发电系统的工作过程光伏发电工程技术1.2.3并网光伏发电系统组成及案例分析3.500kW并网光伏发电系统案例分析500kW并网光伏发电系统框图谢

谢光伏发电工程技术目录CONTENTS光伏发电系统的组成及案例分析项目1项目2项目3家用3kW光伏发电系统的设计施工与运行项目4项目5

光伏发电系统设计基础

某校园3.6kW离网光伏发电系统的设计施工与运行10MW光伏发电系统设计、施工与运维

光伏发电系统设计基础项目2任务2.1光伏发电系统的总体设计【学习目标】1）能画出光伏发电系统的实用设计流程图。2）能阐述光伏发电系统设计内容及设计应考虑的问题。光伏发电工程技术2.1.1光伏发电系统设计的内容

太阳能发电系统的设计分为软件设计和硬件设计，软件设计先于硬件设计。

离网光伏发电系统的设计内容图光伏发电工程技术2.1.2光伏发电系统设计的原则科学原则安全原则高效原则智能化可扩展性可靠原则成本原则光伏发电工程技术2.1.3设计考虑的相关因素1．负载的特性和用电特点负载特性从以下几方面考虑：①负载是直流负载还是交流负载；②负载是冲击性负载（如电动机、电冰箱等）还是非冲击性负载（如电热水器、直流灯等）；③从负载使用时间的角度考虑。光伏发电工程技术2.1.3设计考虑的相关因素2．光伏阵列的方位角和倾角

方位解指阵列的垂直面与正南方向的夹角。倾角是光伏阵列平面与水平地面的夹角。方位角和高度角

倾角光伏发电工程技术2.1.3设计考虑的相关因素3．阴影对发电量的影响

有阴影时的发电量比无阴影的要减少约10%～20%。光伏发电系统设计之初，就要特别考虑地势差异，考虑到组件前后阵列的间距可能带来的阴影等。在系统安装时要特别注意设备选型，光伏发电工程技术2.1.3设计考虑的相关因素4．最长连续阴雨天数

最长连续阴雨天数是指需要蓄电池向负载维持供电的天数，也称为系统自给天数。

确定最长连续阴雨天数的主要依据是光伏发电系统所在的地区的光照数据、系统总负载和负载类型以及用户对供电可靠性的要求等。光伏发电工程技术2.1.4太阳辐射的计量及峰值日照时数1．太阳辐射的计量

太阳以辐射形式发射的能量称为太阳辐射功率或辐射通量，单位为瓦（W）；太阳投射到单位面积上的辐射功率（辐射通量）称为辐射度或辐照度，单位为瓦/平方米（W/m2）。

其换算关系为：1kW·h/m2=85.98cal/cm2=3.6MJ/m2=100mW·h/cm2光伏发电工程技术2.1.4太阳辐射的计量及峰值日照时数2．峰值日照时数

（1）概念

1）日照时间是指太阳光在一天当中从日出到日落实际的照射时间。2）日照时数是指某个地点，一天当中太阳光达到一定的辐照度（一般以气象台测定的120W/m2为标准）时直到小于此幅度所经过的时间。3）平均日照时数是指某地的一年或若干年的日照总时数的平均值。4）峰值日照时数是将当地的太阳能辐射量折算成标准测试条件下（1000W/m2）的时数。光伏发电工程技术2.1.4太阳辐射的计量及峰值日照时数2．峰值日照时数

（2）换算

如果斜面辐射量的单位是MJ/m2，就有：

峰值日照时数=A/(3.6×365)式中，A为倾斜面的上年辐照总量，单位为MJ/m2；3.6为单位换算系数，1kW·h=1

000（J/s）×3

600s=3.6×106J=3.6MJ。例如：某地的方阵面上的年辐照为6

207MJ/m2，则年峰值日照时数为6207÷3.6÷365=4.72h任务2.2认识太阳能电池片和光伏组件【学习目标】1）能识别太阳能电池片、光伏组件的基本结构。2）能阐述光伏组件的制作工序过程。3）能对太阳能电池片、光伏组件进行测试。光伏发电工程技术2.2.1太阳能电池片的识别与测试1．太阳能电池片的外部结构

常用的硅太阳能电池片有单晶硅型和多晶硅型两种。

a)

b)太阳能电池片外形图a)单晶硅太阳能电池

b)多晶硅太阳能电池光伏发电工程技术2.2.1太阳能电池片的识别与测试1．太阳能电池片的外部结构

电池片的结构图a)正面

b)背面

a)

b)光伏发电工程技术2.2.1太阳能电池片的识别与测试2.电池片的内部结构晶硅电池技术是以硅片为衬底，根据硅片的差异区分为P型电池和N型电池。P型电池

N型电池光伏发电工程技术2.2.1太阳能电池片的识别与测试2.电池片的内部结构P型电池和P型硅电池比较：光伏发电工程技术2.2.1太阳能电池片的识别与测试3.太阳能电池片的尺寸

目前主流PERC电池片的尺寸、效率和功率参考表注：电池片生产厂家不同、档位各有不同，以上信息仅做参考。光伏发电工程技术2.2.1太阳能电池片的识别与测试4．太阳能电池的分类（1）按所用材料分类太阳能电池按所用材料分类光伏发电工程技术2.2.1太阳能电池片的识别与测试4．太阳能电池的分类（1）按所用材料分类非晶薄膜电池

a)b)c)

化合物电池的实物图a)铜薄膜电池b)碲化镉薄膜电池

c)砷化镓（GaAs）太阳能电池光伏发电工程技术2.2.1太阳能电池片的识别与测试4．太阳能电池的分类（2）按构造分类

太阳能电池按结构分类光伏发电工程技术2.2.1太阳能电池片的识别与测试4．太阳能电池的分类（3）按衬底材料进行分类

硅太阳能电池按衬底材料分类光伏发电工程技术2.2.1太阳能电池片的识别与测试5.主流及新型太阳能电池简介

（1）BSF电池

BSF电池(AluminiumBackSurfaceField)也叫铝背场电池。BSF电池制作工艺光伏发电工程技术2.2.1太阳能电池片的识别与测试5.主流及新型太阳能电池简介（2）PERC电池

PERC电池（PassivatedEmitterRearCell），也叫钝化发射极和背面电池。常规电池与PERC电池对比光伏发电工程技术2.2.1太阳能电池片的识别与测试5.主流及新型太阳能电池简介（3）TOPCon电池

TOPCon（TunnelOxidePassivatedContact）电池也叫隧穿氧化层钝化接触电池，核心技术是背面钝化接触。N-TOPCon电池结构光伏发电工程技术2.2.1太阳能电池片的识别与测试5.主流及新型太阳能电池简介（4）HJT电池

HJT电池—异质结电池（HeterojunctionTechnologyCell）的基本原理是在N型硅片基底上采用非晶硅沉积的方式形成异质结并作为钝化层。N-HJT电池结构及工艺流程光伏发电工程技术2.2.1太阳能电池片的识别与测试5.主流及新型太阳能电池简介（5）IBC电池

IBC（InterdigitatedBackContact）-交叉指式背接触电池技术。N-IBC电池结构光伏发电工程技术2.2.1太阳能电池片的识别与测试6．太阳能电池片的主要技术参数太阳能电池片分选仪的实物图及IV、PV曲线光伏发电工程技术2.2.1太阳能电池片的识别与测试6．太阳能电池片的主要技术参数（1）开路电压（Uoc）在标准测试条件（STC）下，电池片没有接负载（即开路）时的端电压，约为0.6V。（2）短路电流（Isc）在标准测试条件（STC）下，电池片短路时的输出电流。（3）最大功率（Pm）在标准测试条件（STC）下，电池片所能输出的最大功率。（5）峰值电压（Um）峰值电压也叫最大工作电压或最佳工作电压。（6）峰值电流（Im）峰值电流也叫最大工作电流或最佳工作电流。光伏发电工程技术2.2.1太阳能电池片的识别与测试6．太阳能电池片的主要技术参数（7）填充因子（FF）（8）效率（EFF）太阳能电池的转换效率等于太阳能电池的输出功率与入射到太阳能电池表面的能量之比。（9）等效串联电阻太阳能电池片内部的等效串联电阻会影响其正向伏安特性和短路电流。光伏发电工程技术2.2.1太阳能电池片的识别与测试7.太阳能电池片的光照度特性和温度特性太阳能电池片的光照度特性曲线太阳能电池片的温度特性曲线光伏发电工程技术2.2.2光伏组件的识别与测试1．光伏组件的结构光伏组件的结构图光伏发电工程技术2.2.2光伏组件的识别与测试2．光伏组件的分类光伏组件有以下几种不同的分类。（1）按照基体材料分类（2）按照结构分类（3）按照用途分类（4）按使用状态分类（5）按封装材料分类光伏发电工程技术2.2.2光伏组件的识别与测试3．传统光伏组件的制作工序

光伏组件的封装结构图伏组件的制作工序图光伏发电工程技术2.2.2光伏组件的识别与测试3．传统光伏组件的制作工序（1）电池片的分选（2）单片焊接电池片的单片焊接光伏发电工程技术2.2.2光伏组件的识别与测试3．传统光伏组件的制作工序（3）串联焊接电池片的串联焊接光伏发电工程技术2.2.2光伏组件的识别与测试3．传统光伏组件的制作工序（4）组件叠层组件叠层光伏发电工程技术2.2.2光伏组件的识别与测试3．传统光伏组件的制作工序（5）EL检测EL检测光伏发电工程技术2.2.2光伏组件的识别与测试3．传统光伏组件的制作工序（5）组件层压层压机光伏发电工程技术2.2.2光伏组件的识别与测试3．传统光伏组件的制作工序（7）修边（8）装框装框机光伏发电工程技术2.2.2光伏组件的识别与测试3．传统光伏组件的制作工序（9）安装接线盒（10）成品测试光伏组件测试仪接线盒光伏发电工程技术2.2.2光伏组件的识别与测试4．光伏组件全自动生产线

随着自动化技术的进步，人工成本的增加，目前主流生产光伏组件的企业均采用光伏组件全自动化生产线进行生产某公司生产的太阳能光伏组件的自动化流水线结构光伏发电工程技术2.2.2光伏组件的识别与测试5．光伏组件的性能光伏组件典型I-V曲线最大功率点Pm（Ump×Imp）、开路电压（Uoc）和短路电流（Isc）。光伏发电工程技术2.2.2光伏组件的识别与测试5．光伏组件的性能（1）最大功率Pm（2）开路电压Uoc（3）短路电流Isc（4）最大工作电压Ump（5）最大工作电流Imp（6）转换效率光伏发电工程技术2.2.2光伏组件的识别与测试6.新型光伏组件（1）双面光伏组件双面光伏组件的原理光伏发电工程技术2.2.2光伏组件的识别与测试6.新型光伏组件双面双玻光伏组件结构光伏发电工程技术2.2.2光伏组件的识别与测试6.新型光伏组件（2）MWT组件

MWT技术(metalWrapThrough金属穿孔缠绕)，是一种将电池的正负电极均制备在电池的背面(正负电极背面化)。MWT背接触结构和组件实物

MWT电池结构和实物光伏发电工程技术2.2.2光伏组件的识别与测试7．光伏阵列光伏阵列光伏发电工程技术2.2.2光伏组件的识别与测试7．光伏阵列太阳能光伏阵列示意图光伏发电工程技术2.2.2光伏组件的识别与测试8．太阳能电池（组件）的热斑效应

遮挡物在太阳电池组件上就形成了阴影，局部被遮挡的太阳能电池（或组件）由未被遮挡的那部分太阳能电池（或组件）来提供负载所需的功率，使该部分太阳电池如同一个工作于反向偏置下的二极管，其电阻和压降较大，从而消耗功率而导致发热，这就是热斑效应。旁路二极管接法示意图a)接一个旁路二极管b)接两个旁路二极管c)接3个旁路二极管任务2.3蓄电池的结构、充放电控制与测试【学习目标】1）能阐述蓄电池的结构组成。2）能阐述蓄电池的充、放电电路的工作过程。3）能分析普通蓄电池充放电控制电路、基于UC3906的铅酸蓄电池充电器电路工作过程。4）能根据蓄电池的型号说明其内涵。5）能对蓄电池充电和放电情况进行测试。光伏发电工程技术2.3.1铅酸蓄电池的结构及原理分析1．铅酸蓄电池的结构

铅酸密封蓄电池的结构图光伏发电工程技术2.3.1铅酸蓄电池的结构及原理分析1．铅酸蓄电池的结构（1）正、负极板正、负极板是由板栅和活性物质组成的。（2）隔板（膜）普通铅酸蓄电池采用隔板，而VRLA蓄电池采用隔膜。（3）蓄电池的壳体（电池槽、盖）蓄电池的壳体（电池槽、盖）是由PP塑料、橡胶等材料制成的，是盛放正、负极板和电解液等的容器。光伏发电工程技术2.3.1铅酸蓄电池的结构及原理分析1．铅酸蓄电池的结构（4）电解液一是使极板上的活性物质发生溶解和电离，产生电化学反应；二是起导电作用。（5）安全阀作用有两个：一是安全使用；二是密封作用。（6）正负接线端正接线柱标“＋”号或涂红色，负接线柱标“－”号或涂蓝色、绿色。光伏发电工程技术2.3.1铅酸蓄电池的结构及原理分析2．铅酸蓄电池的原理分析目前公认的是哥来德斯东和特利浦两人提出的“双硫酸化理论”。铅酸蓄电池充放电反应原理化学反应式为：光伏发电工程技术2.3.1铅酸蓄电池的结构及原理分析3.胶体电池铅酸蓄电池包括胶体和液体两大类。胶体铅酸蓄电池是用胶体电解液代换了硫酸电解液。光伏发电工程技术2.3.2铅酸蓄电池的充电控制1．充电过程中的阶段划分充电过程一般分为主充、均充和浮充。1）主充一般是快速充电。以慢充作为主充模式，一般采用的是低电流的恒流充电模式。2）为了消除铅酸蓄电池组深度放电或长期浮充后平衡现象而进行的充电叫作均衡充电，简称为均充。3）为保护蓄电池不过充，在蓄电池快速充电至80%～90%容量后，一般转为浮充（恒压充电）模式，以适应后期蓄电池可接受充电电流的减小。光伏发电工程技术2.3.2铅酸蓄电池的充电控制2．主充、均充、浮充各阶段的自动转换1）时间控制，即预先设定各阶段充电时间，由时间继电器或CPU控制转换时刻。2）设定转换点的充电电流或蓄电池端电压值，当实际电流或电压值达到设定值时，自动进行转换。3）采用积分电路在线监测蓄电池的容量，当容量达到一定值时，则发出信号改变充电电流的大小。光伏发电工程技术2.3.2铅酸蓄电池的充电控制3．充电程度的判断1）观察蓄电池去极化后的端电压变化。2）检测蓄电池的实际容量值，并与其额定容量值进行比较，即可判断其充电程度。3）检测蓄电池端电压判断。光伏发电工程技术2.3.2铅酸蓄电池的充电控制4．停充控制1）定时控制。定时器可由时间继电器或者由单片机充当。2）电池温度控制。对VRLA电池而言，正常充电时，蓄电池的温度变化并不明显，但是，当电池过充时，其内部气体压力将迅速增大，负极板上氧化反应使内部发热，温度迅速上升（每分钟可升高几个摄氏度）。3）电池端电压负增量控制。在电池充足电后，其端电压将呈现下降趋势，据此可将电池电压出现负增长的时刻作为停充时刻。光伏发电工程技术2.3.3铅酸蓄电池充放电控制电路分析1．普通蓄电池充放电控制电路普通蓄电池充放电控制电路如图光伏发电工程技术2.3.3铅酸蓄电池充放电控制电路分析2．基于UC3906的铅酸蓄电池充电器电路UC3906是密封铅酸蓄电池充电专用芯片，它具有密封铅酸蓄电池最佳充电所需的全部控制和检测功能。UC3906内部框图光伏发电工程技术2.3.3铅酸蓄电池充放电控制电路分析2．基于UC3906的铅酸蓄电池充电器电路12V密封铅酸电池双电平浮充充电器电路光伏发电工程技术2.3.4蓄电池的主要技术参数（1）蓄电池的容量（A·h）蓄电池的容量是指电池储存电量的多少。1）理论容量。2）实际容量。3）额定容量。蓄电池的电量分为理论容量、实际容量、额定容量:光伏发电工程技术2.3.4蓄电池的主要技术参数（2）蓄电池的电压1）开路电压。电池在开路状态下的端电压称为开路电压。2）工作电压。工作电压指电池接通负载后在放电过程中显示的电压，又称为端电压。3）浮充电压。铅蓄电池的浮充电压是指电源对电池进行浮充时设定的电压值。4）放电终止电压。铅蓄电池以一定的放电率在25℃环境温度下放电至能再反复充电使用的最低电压称为放电终止电压。光伏发电工程技术2.3.4蓄电池的主要技术参数（3）放电时率和放电倍率1）放电时率。放电时间率以放电时间的长短来表示蓄电池放电的速率，即蓄电池在规定的放电时间内，以规定的电流放出的容量。放电时间率可用下式确定，即光伏发电工程技术1.1.4太阳能发电的优缺点（3）放电时率和放电倍率2）放电倍率。放电倍率是放电电流为蓄电池额定容量的一个倍数，即式中，X为放电倍率；I为放电电流；C为蓄电池的额定容量。小时率/h0.51451020倍率/A2C1C0.25C0.2C0.1C0.05C小时率和倍率之间的关系表光伏发电工程技术1.1.4太阳能发电的优缺点（4）内阻电池内阻包括欧姆内阻和极化内阻。在蓄电池使用过程中，电池放出的容量占其额定容量的百分比称为放电深度（DOD）。（5）放电深度与荷电状态蓄电池的荷电状态（SOC），其表达式式中，Cr、Ct分别为某时刻蓄电池的剩余电量和总电量。任务2.4光伏控制器的功能、分类、电路结构与测试【学习目标】1）能阐述光伏控制器的功能。2）能阐述最大功率点跟踪（MPPT）的控制原理和控制方法。3）能阐述光伏控制器的工作过程。4）能读懂实用光伏控制器的主要技术参数。5）能对实验用光伏控制器进行测试。光伏发电工程技术2.4.1光伏控制器的功能、分类1．光伏控制器的功能

将光伏组件（阵列）产生的直流电能提供给蓄电池充电，同时防止蓄电池的过充电或过放电。还具有防止反充功能、过载和短路等保护功能。

按照输出功率的大小不同，可分为大中小功率光伏控制器。

按照电路方式的不同，可分为串联型、并联型、多路控制型、脉宽调制型、智能型和最大功率跟踪型。

按放电过程控制方式的不同，可分为常规放电控制型和剩余电量放电全过程控制型。

还有采用微处理电路的智能控制器。2．光伏控制器的分类光伏发电工程技术2.4.2光伏控制器电路结构及工作过程光伏控制电路的工作原理框图光伏发电工程技术2.4.2光伏控制器电路结构及工作过程1.串联型控制器

当蓄电池充满电时，开关器件断开充电回路，停止为蓄电池充电；当蓄电池电压回落到一定值时，充电电路再次被接通，继续为蓄电池充电。串联型控制器的原理框图优点：结构简单，价格便宜；缺点：电路的电压损失较大，使充电效率有所降低。光伏发电工程技术2.4.2光伏控制器电路结构及工作过程检测控制电路包括过电压检测控制和欠电压检测控制两部分。检测控制电路光伏发电工程技术2.4.2光伏控制器电路结构及工作过程2.并联型控制器

当蓄电池充满电时，把在光伏组件（或阵列）的输出分流到旁路电阻器或功率模块上去，以热的形式消耗掉；当蓄电池电压回落到一定值时，再断开旁路恢复充电。并联型控制器的原理框图优点：设计简单，价格便宜。缺点：有限的负载操作和有通风要求。光伏发电工程技术2.4.2光伏控制器电路结构及工作过程3.多路控制器

多路控制器将光伏组件（或阵列）分成多个支路接入控制器中。它可以依据蓄电池的充电状态，自动设定不同的充电电流。

多路控制器的原理框图光伏发电工程技术2.4.2光伏控制器电路结构及工作过程4.脉宽调制型控制器

脉宽调制型（PWM）控制器它以脉冲方式控制开、关光伏组件的输入。

脉宽调制型（PWM）控制器的原理框图优点：1.既保护蓄电池，又能充分利用能量。

2.实现光伏系统的最大功率跟踪功能。光伏发电工程技术2.4.2光伏控制器电路结构及工作过程5.智能控制器

智能控制器采用带MCU或CPU对光伏电源系统的运行参数进行高速实时采集，并按照一定的控制规律由软件程序对单路或多路光伏阵列进行切离/接通控制。

智能控制器的原理框图光伏发电工程技术2.4.2光伏控制器电路结构及工作过程3.多路控制器

多路控制器将光伏组件（或阵列）分成多个支路接入控制器中。它可以依据蓄电池的充电状态，自动设定不同的充电电流。

多路控制器的原理框图光伏发电工程技术2.4.3光伏阵列最大功率点跟踪（MPPT）控制技术

光伏阵列输出特性具有非线性特征，并且其输出受光照强度、环境温度和负载情况影响。

如果把光伏阵列与蓄电池直接连接起来，一方面蓄电池的内阻不会随着太阳能电池输出的最大功率点的变化而变化，从而使无法对太阳能电池的输出进行调节，造成资源的浪费；另一方面蓄电池的充电电压随外界环境的变化而变化，不稳定的电压对蓄电池进行充电，会影响蓄电池的寿命。

把实时调整太阳能电池的工作点，使之始终工作在最大功率点附近的过程，称为最大功率点跟踪（MaximumPowerPointtracking，MPPT）。光伏发电工程技术2.4.3光伏阵列最大功率点跟踪（MPPT）控制技术

（MPPT）控制是实时检测光伏阵列的输出功率，采用一定的控制算法预测当前工况下阵列可能的最大功率输出，通过改变当前的阻抗情况来满足最大功率输出的要求。1.MPPT技术原理MPPT控制技术方法的原理示意图光伏发电工程技术2.4.3光伏阵列最大功率点跟踪（MPPT）控制技术

光伏阵列的最大功率点跟踪（MPPT）控制技术常用的有恒电压跟踪方法、干扰观察法、电导增量法和模糊逻辑控制等。2.MPPT控制技术方法（1）恒电压跟踪（CVT）法干扰观察法的原理示意图恒电压跟踪法的工作原理示意图

（2）干扰观察法光伏发电工程技术2.4.3光伏阵列最大功率点跟踪（MPPT）控制技术（3）电导增量法2.MPPT控制技术方法

电导增量法也是MPPT控制常用的算法之一。通过光伏阵列P-U曲线可知最大值Pmax处的斜率为零，所以可以比较光伏阵列的瞬时电导和电导的变化量来实现最大功率跟踪。

（4）模糊逻辑控制

模糊逻辑控制（FuzzyLogicControl）基于模糊推理系统，其本质是以设备操作者的经验和直觉为基础，而传统控制系统则通常建立在被控对象的数学模型之上。

光伏发电工程技术2.4.3光伏阵列最大功率点跟踪（MPPT）控制技术3.最大功率点跟踪太阳能型控制器光伏发电工程技术2.4.4光伏控制器电路案例一个实际光伏控制器的结构框图光伏发电工程技术2.4.4光伏控制器电路案例1.光伏组件（阵列）电压采集模块

光伏组件（阵列）电压采集模块电路光伏发电工程技术2.4.4光伏控制器电路案例

通过电流输出型霍尔电流传感器SMNA100L来直接采集电流，然后进行分压、分流、滤波和跟随等一系列调理，最后将采样的电流数据输入到单片机MSP430中，进行电流大小判断2.电流采集模块3.蓄电池温度采集模块蓄电池温度采集模块电路光伏发电工程技术2.4.4光伏控制器电路案例

光强采集模块的基本原理是，太阳光光强与太阳能电池的电流成正比，通过检测太阳能电池的电流即可采集到太阳能阵列的光强。4.光强采集模块5.充放电控制模块a.光强采集模块电路b.充放电控制模块电路光伏发电工程技术2.4.5光伏控制器的主要技术参数（1）系统电压（2）最大充电电流（3）太阳能电池方阵输入路数（4）电路自身损耗（5）蓄电池过充电保护电压（HVD）（6）蓄电池充电保护的关断恢复电压（HVR）（7）蓄电池的过放电保护电压（LVD）（8）蓄电池过放电保护的关断恢复电压（LVR）（9）蓄电池充电浮充电压

光伏发电工程技术2.4.4光伏控制器电路案例（10）温度补偿（11）工作环境温度（12）其他保护功能1）控制器输入、输出短路保护功能。2）防反充保护功能。3）极性反接保护功能。4）防雷击保护功能。5）耐冲击电压和冲击电流保护。光伏发电工程技术2.4.4光伏控制器电路案例为某光伏控制器主要技术参数:电气参数低压断开电压21.6V电气参数描述具体参数低压恢复电压25.2V光伏输入电压≤50V其他额定充电电流20A人机接口数码管显示屏，按键1个系统电压24V散热方式铝型材散热器蓄电池过压保护电压29.6V接线方式PCB接线端子，≤16mm²工作温度-20℃~+50℃额定放电电流20A储存温度-30℃+60℃自损耗≤14mA工作温度10%~90%充电回路压降0.26V尺寸196×111×54mm放电回路压降0.15V重量407g充电控制模式多阶段充电控制USB接口5V1A浮充充电电压27.6V防护等级IP30提升充电电压28.8V负载控制模式普通、光控提升充电时间2hs蓄电池类型胶体、密封、开口铅酸蓄电池任务2.5光伏逆变器的功能、分类、电路结构与测试【学习目标】1）能阐述光伏逆变器的功能。2）能阐述孤岛效应的概念、危害及采取的措施。3）能阐述光伏逆变器电路结构的主要组成及各部分作用。4）能阐述各种光伏逆变器电路的工作过程。5）能读懂实用离网和并网光伏逆变器的主要技术参数。6）能对实验用离网光伏逆变器进行测试。光伏发电工程技术2.5.1光伏逆变器的功能、分类

光伏逆变器除了具有将直流转化交流功能外，还具有自动运行和停机、防孤岛效应、最大功率点跟踪（MPPT）控制等功能。1．光伏逆变器的功能（1）自动运行和停机功能（2）防孤岛效应功能

当电网失压时，防孤岛效应保护应在2s内动作，将光伏系统与电网断开。逆变器可采用两种“孤岛效应”检测方法，包括被动式和主动式两种。（3）电压自动调整功能（4）最大功率点跟踪控制功能光伏发电工程技术2.5.1光伏逆变器的功能、分类

按逆变器输出的相数，分为单相逆变器和三相逆变器。

按逆变器的线路原理，分为自激振荡型逆变器、阶梯波叠加逆变器、脉宽调制型逆变器和谐振型逆变器。

根据逆变器在光伏发电系统中的用途，分为独立型光伏逆变器和并网用逆变器。

按照逆变器输出能量的去向不同，分为有源逆变器和无源逆变器。

按照逆变器输出电压的波形，分为方波逆变器、阶梯波逆变器和正弦波逆变器。2．光伏逆变器的分类光伏发电工程技术2.5.1光伏逆变器的功能、分类3．逆变器的基本电路结构逆变器的基本电路结构光伏发电工程技术2.5.2光伏逆变器电路结构及工作过程1.基本电路的工作原理a)电路

b)波形

逆变器基本原理光伏发电工程技术2.5.2光伏逆变器电路结构及工作过程2.单相推挽逆变器电路原理

单相推挽逆变器电路3.半桥式逆变器电路原理

半桥式逆变器电路光伏发电工程技术2.5.2光伏逆变器电路结构及工作过程4.全桥式逆变器电路原理

全桥式逆变器电路光伏发电工程技术2.5.2光伏逆变器电路结构及工作过程5.三相逆变电路原理

电压型三相桥式逆变电路光伏发电工程技术2.5.2光伏逆变器电路结构及工作过程6.正弦脉宽调制技术（SPWM）

控制原理光伏发电工程技术2.5.2光伏逆变器电路结构及工作过程光伏发电工程技术2.5.2光伏逆变器电路结构及工作过程6.正弦脉宽调制技术（SPWM）双极性SPWM单极性SPWM光伏发电工程技术2.5.3光伏逆变器电路案例1离网光伏逆变器电路一款家用逆变器电源的电路图光伏发电工程技术2.5.3光伏逆变器电路案例2．组串式并网逆变器电路组串式逆变器及电路框图光伏发电工程技术2.5.4光伏逆变器的主要技术参数（1）逆变器效率（2）额定输出容量（功率）（3）额定输出电压（4）输出电压的波形失真度（5）额定输出频率（6）负载功率因数（7）系统输入电压1．离网逆变器的主要技术参数光伏发电工程技术2.5.4光伏逆变器的主要技术参数（8）抗浪涌能力（9）保护措施

1）输入欠电压保护。

2）输入过电压保护。

3）过电流保护。

4）输出短路保护。

5）输入反接保护。

6）防雷保护。（10）通讯功能

1．离网逆变器的主要技术参数光伏发电工程技术2.5.4光伏逆变器的主要技术参数1）最大输入功率2）最大输入电压3）额定输入电压4）MPPT电压范围5）满载mppt工作范围6）启动电压7）MPPT路数及每路MPPT输入组件串数8）最大直流电流9）最大短路电流

2.并网逆变器主要技术参数（1）直流侧参数光伏发电工程技术2.5.4光伏逆变器的主要技术参数

1）额定输出功率

2）最大输出功率

3）额定输出容量（视在功率）

4）功率因数

5）效率

2.并网逆变器主要技术参数（2）交流侧技术参数任务2.6防雷及光伏阵列支架的设计【学习目标】1）能阐述防雷设备的防雷原理。2）能阐述光伏发电系统的防雷措施。3）能进行光伏发电系统防雷及光伏阵列支架的设计。4）能进行阵列支架倾斜角选取。5）能进行光伏阵列前后排距离的计算。光伏发电工程技术2.6.1光伏发电系统的防雷设计

这种雷云之间或雷云与大直之迅猛的放电过程产生强烈的闪电并伴随巨大的声音，即雷电。1．雷电的基本概念光伏发电工程技术2.6.1光伏发电系统的防雷设计（1）直击雷及危害（2）感应雷及危害（3）雷电侵入波2．雷电的基本形式及危害

光伏发电工程技术2.6.1光伏发电系统的防雷设计

独立光伏电站易遭受雷击的部位有两处，即太阳能电池板和机房。3．独立光伏电站易遭雷击的主要部位光伏发电工程技术2.6.1光伏发电系统的防雷设计

防雷系统由外部防雷系统、内部防雷系统、过电压保护系统组成。

外部防雷系统由接闪器、引下线和接地装置3部分组成；内部防雷系统主要由避雷器、接地装置两部分组成。4．雷电的防护设备（1）接闪器

避雷针光伏发电工程技术2.6.1光伏发电系统的防雷设计

避雷线

避雷带光伏发电工程技术2.6.1光伏发电系统的防雷设计4．雷电的防护设备（2）引下线（3）接地装置（4）防雷器引下线接地装置防雷器光伏发电工程技术2.6.1光伏发电系统的防雷设计（1）离网光伏电站的防雷保护装置设计避雷针是防护直击雷破坏的主要装置。对感应雷和雷电波的防护，工程中选用防雷器。（2）太阳能电池阵列的防雷设计1）直击雷防护设计。5．离网光伏发电系统的防雷设计

防直击雷的原理图光伏发电工程技术2.6.1光伏发电系统的防雷设计（2）静电感应过电压防护设计。（3）直流输入、输出电缆的防雷设计

太阳能电池板背面引出的导线一般采用BV-1×4mm2或BV-1×6mm2型电缆线，导线的脉冲绝缘耐压大于30kV，与供电系统设备达到绝缘配合。

汇流箱内加装了防雷器，即分别在正极对地、负极对地间安装防雷器。

光伏阵列至机房控制器的直流电缆采用铠装电缆，其金属外皮均与太阳电池阵列支架连接，并可靠接地。

在控制器的直流输入端同样将铠装电缆的金属外皮可靠接地。5．离网光伏发电系统的防雷设计光伏发电工程技术2.6.1光伏发电系统的防雷设计（4）机房内设备的防雷设计对机房内的设备，只需进行感应雷电（静电感应、电磁感应）和雷电波的防护。（5）输电线路的防雷设计在架空线路的火线与零线间安装防雷器件。（6）独立光伏电站（系统）接地装置独立光伏电站（系统）接地装置的作用是把雷电流尽快地散到大地。5．离网光伏发电系统的防雷设计光伏发电工程技术2.6.1光伏发电系统的防雷设计（7）光伏发电系统防雷实例5．离网光伏发电系统的防雷设计一般离网光伏发电系统的防雷示意图光伏发电工程技术2.6.1光伏发电系统的防雷设计6．并网光伏电站防雷设计大型并网光伏电站的典型防雷方案光伏发电工程技术2.6.1光伏发电系统的防雷设计（1）光伏阵列的防雷

架设避雷针防止低空直击雷；将光伏方阵支架可靠接地；汇流箱内，输入、输出处加装防雷器；各机壳均可靠接地。（2）交直流配电柜、逆变器、通信设备的防雷

逆变器、交直流配电柜不仅要注意防感应雷，而且要注意雷电电磁脉冲。（3）升压站的防雷

如果是10kV直接上网，就应在电站第一级出线电杆处加装断路器和防雷器。6．并网光伏电站防雷设计光伏发电工程技术2.6.2光伏阵列支架的设计（1）根据材料分类根据光伏支架主要受力杆件所采用材料的不同，可分为铝合金支架、钢支架。1.光伏支架的类型光伏支架按材料分类支架类型铝合金支架钢支架防腐性能一般采用阳极氧化（>15μm）；铝在空气中能形成保护膜，后期使用不需要防腐维护；防腐性能好一般采用热浸镀锌（>65μm）；后期使用中需要防腐维护；防腐性能较差机械强度铝合金型材变形量约是钢材的2.9倍钢材强度约是铝合金的1.5倍材料重量约2.71t/m3约7.85t/m3材料价格铝合金型材价格约为钢材的3倍适用项目对承重有要求的家庭屋顶电站；抗腐蚀性有要求的工业厂房屋顶电站强风地区、跨度比较大等对强度有要求的电站光伏发电工程技术2.6.2光伏阵列支架的设计（2）根据安装方式分类根据安装方式可分为固定式光伏支架和跟踪式光伏支架。1.光伏支架的类型光伏发电工程技术2.6.2光伏阵列支架的设计1）固定式光伏支架

1.光伏支架的类型

固定式光伏支架分类光伏发电工程技术2.6.2光伏阵列支架的设计1）固定式光伏支架

①最佳倾角固定1.光伏支架的类型

平顶屋面混凝土压载支架平顶屋面条形混凝土基础支架光伏发电工程技术2.6.2光伏阵列支架的设计1）固定式光伏支架

②斜屋面固定式1.光伏支架的类型

轻钢屋顶安装系统瓦片屋顶安装系统光伏发电工程技术2.6.2光伏阵列支架的设计1）固定式光伏支架

③固定倾角可调式1.光伏支架的类型固定倾角可调试光伏发电工程技术2.6.2光伏阵列支架的设计2）跟踪式光伏支架

①平单轴跟踪系统②斜单轴跟踪系统③双轴跟踪系统1.光伏支架的类型

平单轴跟踪系统试

平单轴跟踪系统试双轴跟踪系统光伏发电工程技术2.6.2光伏阵列支架的设计应在安装地进行设计阵列支架。在保证强度和刚度的前提下，尽量节约材料，简化制造工艺，降低成本。支架的焊接制造质量需求符合国家规范，尽量做到重量轻以便于输送和安装。2.光伏支架设计原则3.阵列支架倾斜角选取

离网光伏发电系统的方阵最佳倾角推荐方阵倾角在当地纬度的基础上再增加5°～15°。化。并网光伏发电系统的方阵最佳倾角推荐倾角等于当地纬度。光伏发电工程技术2.6.2光伏阵列支架的设计

一般的确定原则是冬至日当天早晨9:00到下午3:00时间段组件阵列均不应被遮挡。4．光伏阵列前后排的距离

阵列前后排间距的示意图式中，φ为安装光伏发电系统所在地区的纬度，H为前排组件最高点与后排组件最低点的差距。任务2.7光伏发电站的并网设计【学习目标】1）能阐述光伏电站的主要并网技术。2）能阐述光伏电站并网接入电压等级。3）能阐述光伏电站主要并网接入方式。光伏发电工程技术2.7.1设计原则与2.7.2电站级别

严格按照《国家电网公司光伏电站接入电网技术规定》设计方案，并执行。1.原则2.级别

按照光伏电站接入电网的电压等级，可将光伏发电站分为小型、中型或大型。

小型光伏电站——接入电压等级为0.4kV低压电网的光伏电站。

中型光伏电站——接入电压等级为10～35kV电网的光伏电站。

大型光伏电站——接入电压等级为66kV及以上电网的光伏电站。光伏发电工程技术2.7.3设计方案应考虑的问题

向电网发送电能的质量应满足国家相关标准。1．电能质量问题2．功率控制和电压调节问题

大、中型光伏电站应具有限制输出功率变化率的能力，按照电网调度机构远程设定的调节方式、参考电压、电压调差率等参数参与电网电压调节，起动时输出的、停机时切除的有功功率变化不应超过所设定的最大功率变化率。光伏发电工程技术2.7.3设计方案应考虑的问题3．电网异常响应问题

2．功率控制和电压调节问题

光伏电站需具备一定的过电流能力，在120％倍额定电流以下，光伏电站连续可靠工作时间应不小于1min；在120％～150％额定电流内，光伏电站连续可靠工作时间应不小于10s。光伏发电工程技术2.7.3设计方案应考虑的问题

光伏电站和并网点设备的防雷和接地应符合《光伏（PV）发电系统过电压保护—导则》中的规定，不得与市电配电网共用接地装置。光伏电站并网点设备应按照《建筑物电气装置第7-712部分：特殊装置或场所为要求太阳光伏（PV）发电系统》的要求接地或接保护线。5．防雷与接地问题

6．电站监控问题

向电网调度机构提供的信号至少应包括如下内容：电站并网状态、辐照度、电站有功和无功输出、发电量、功率因数、并网点的电压和频率、注入电力系统的电流、变压器分接头档位、主断路器开关状态、故障信息等。光伏发电工程技术2.7.4光伏电站的并网技术1.光伏逆变技术

某逆变器电气结构光伏发电工程技术2.7.4光伏电站的并网技术2.最大功率跟踪技术

最大功率点跟踪的原理框图光伏发电工程技术2.7.4光伏电站的并网技术

孤岛现象是指当电网供电因故障事故或停电维修而跳脱时，各个用户端的分布式并网发电系统未能即时检测出停电状态而将自身切离市电网络，而形成由分布电站并网发电系统和周围的负载组成的一个自给供电的孤岛。

对于一个并网系统必须能够进行反孤岛效应检测。

基于逆变器的防孤岛效应保护技术分为主动式防孤岛保护技术和被动式防孤岛保护技术。3.孤岛效应与防孤岛保护技术

光伏发电工程技术2.7.4光伏电站的并网技术

光伏电站低电压穿越技术（lowvoltageridethrough，简写LVRT）是指当电网故障或扰动引起的光伏电站并网点电压波动时，在一定的范围内，光伏电站能够不间断地并网运行。4.低电压穿越技术

大中型光伏电站LVRT曲线光伏发电工程技术2.7.5光伏系统接入电压等级

低压配电网：0.4kV，即发即用、多余的电能送入电网。

中压电网：10kV、35kV，通过升压装置将电能馈入电网。

高压电网：110kV，通过升压装置将电能馈入电网，远距离传输。2.7.5光伏系统接入电压等级

光伏发电工程技术2.7.5光伏系统接入电压等级光伏发电工程技术2.7.6光伏发电系统接入电网方式（1）可逆流低压并网系统可逆流低压并网系统光伏发电工程技术2.7.6光伏发电系统接入电网方式（2）不可逆流低压并网系统不可逆流低压并网系统光伏发电工程技术2.7.6光伏发电系统接入电网方式（3）10kV高压并网光伏发电系统10kV高压并网光伏发电系统光伏发电工程技术2.7.6光伏发电系统接入电网方式（4）35kV高压并网光伏发电系统35kV高压并网光伏发电系统谢

谢光伏发电工程技术目录CONTENTS光伏发电系统的组成及案例分析项目1项目2项目3家用3kW光伏发电系统的设计施工与运行项目4项目5

光伏发电系统设计基础

某校园3.6kW离网光伏发电系统的设计施工与运行10MW光伏发电系统设计、施工与运维某校园3.6kW离网光伏发电系统的设计施工与运行项目3任务3.13.6kW离网光伏发电系统设计【学习目标】1）能进行负载用电量的计算。2）能进行光伏组件（阵列）容量的计算，完成光伏组件的选型。3）能进行蓄电池容量的计算，完成蓄电池的选型。4）能完成光伏控制器的选型。5）能完成光伏离网逆变器的选型。6）能完成直流汇流箱的选型。7）能完成光伏支架的选型。8）能完成接地和防雷系统的设计。9）能完成光伏发电系统中电缆的选型。光伏发电工程技术3.1.1离网光伏发电系统的设计原则及步骤

离网光伏发电系统设计的总原则是，在保证满足负载供电需要的前提下，使用最少的光伏组件功率和蓄电池容量，以尽量减少初始投资。

1.设计原则2.设计步骤

可按以下步骤进行设计：收集资料→理论计算→设备选型→方阵设计→电气设计→辅助设计

列出所有负载（交流和直流）的名称、功率大小、额定工作电压和每天工作时间；

将负载分类，并按工作电压分组，计算每一组总的用电量，算出系统每天总的用电量；

选定系统直流工作电压，计算整个系统在这一电压下所要求的平均安时数（A·h）数，即算出所有负载的每天平均耗电量之和。1.负载用电量计算光伏发电工程技术3.1.2离网光伏发电系统的设计过程光伏发电工程技术3.1.2离网光伏发电系统的设计过程

1）基本计算方法及步骤。2.蓄电池容量的计算和选型式中，电量的单位是A﹒h，如果电量的单位是W﹒h，先将W﹒h折算成A﹒h，换算关系如下：（1）蓄电池容量计算

光伏发电工程技术3.1.2离网光伏发电系统的设计过程光伏发电工程技术3.1.2离网光伏发电系统的设计过程2)实用蓄电池容量计算公式。

光伏发电系统的平均放电率计算公式为2.蓄电池容量的计算和选型考虑温度、放电率等对蓄电池容量影响后，蓄电池的容量为：对于多路不同负载的光伏发电系统，负载工作时间需要用权平均法进行计算，加权平均负载工作时间的计算方法为：（1）蓄电池容量计算

光伏发电工程技术3.1.2离网光伏发电系统的设计过程光伏发电工程技术3.1.2离网光伏发电系统的设计过程

【例3-4】建立一套光伏供电系统为一个地处偏远的通信基站供电。该系统的负载有两个：负载1工作电流为1A，每天工作24h；负载2工作电流为5A，每天工作12h。该系统所处的地点的24h平均最低温度为−20℃，系统的自给时间为5天。通信系统一般采用直流48V供电。使用深循环工业用蓄电池（最大放电深度为80%）。试计算蓄电池的容量。解：由蓄电池最大放电深度-温度的关系图（参见图a所示）可以确定最大允许放电深度约为50%。图a蓄电池最大放电深度−温度修正曲线

图b蓄电池的实际温度与容量修正曲线（200h率）光伏发电工程技术3.1.2离网光伏发电系统的设计过程

可根据蓄电池提供商提供的容量-温度曲线图（参见图b所示），找到与平均放电率计算数值最为接近的放电率，且在−20℃时在该放电率下所对应的温度修正系数，代入公式中计算蓄电池容量。也可根据经验确定温度修正系数，即取0.75。放电率修正系数可参考蓄电池厂家提供的说明书，此处取0.85，因此蓄电池容量为:光伏发电工程技术3.1.2离网光伏发电系统的设计过程2.蓄电池容量的计算和选型3）参考公式3。

光伏发电工程技术3.1.2离网光伏发电系统的设计过程光伏发电工程技术3.1.2离网光伏发电系统的设计过程2.蓄电池容量的计算和选型

4）参考公式4。

也可用公式4计算蓄电池容量：

可简化为

C=3.75TP0

光伏发电工程技术3.1.2离网光伏发电系统的设计过程2.蓄电池容量的计算和选型

5）参考公式5。

光伏发电工程技术3.1.2离网光伏发电系统的设计过程

【例3-6】南京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5天，计算蓄电池组的容量。

解：光伏发电工程技术3.1.2离网光伏发电系统的设计过程2.蓄电池容量的计算和选型

（2）蓄电池组的串并联计算

光伏发电工程技术3.1.2离网光伏发电系统的设计过程2.蓄电池容量的计算和选型光伏发电工程技术3.1.2离网光伏发电系统的设计过程2.蓄电池容量的计算和选型

（3）蓄电池的选型

根据离网光伏系统特殊的使用环境及条件，对蓄电池有如下要求：①有深循环放电性能；②循环使用寿命长；③过充电、过放电耐受能力强；④有免维护或少维护的特点；⑤低温下也具有良好的充电、放电特性；⑥具有较高的能量效率；⑦具有很高的性能价格比。光伏发电工程技术3.1.2离网光伏发电系统的设计过程3.光伏组件（阵列）容量的计算和选型

（1）光伏组件（方阵）容量的计算

1）设计方法1。光伏组件（阵列）容量的计算，参考公式：光伏发电工程技术3.1.2离网光伏发电系统的设计过程3.光伏组件（阵列）容量的计算和选型

【例3-8】现需设计一套离网光伏发电系统，当地日平均峰值日照时数为3h，负载为日光灯，总功率为5kW，每天使用8小时，计算光伏组件容量。解：

光伏发电工程技术3.1.2离网光伏发电系统的设计过程3.光伏组件（阵列）容量的计算和选型

（1）光伏组件（方阵）容量的计算

式中K为辐射量修正数，单位是千焦/平方厘米·小时（kJ/cm2·h），当光伏发电系统处于有人维护和一般使用状态时，K取230；当系统处于无人维护且要求可靠时，K取251；光系统处于无法维护、环境恶劣、要求非常高时，K取276。

2）设计方法2。以年辐射总量为依据的计算方法，公式如下光伏发电工程技术3.1.2离网光伏发电系统的设计过程3.光伏组件（阵列）容量的计算和选型

【例3-11】某一太阳能路灯，使用20W/12V的节能灯作为光源，每天工作5h，要求能连续工作3个阴雨天。已知当地的全年辐射总量为580kJ/cm2，求光伏组件的功率。解：光伏发电工程技术3.1.2离网光伏发电系统的设计过程4.光伏控制器选型1）系统工作电压。2）光伏控制器的额定输入电流和输入路数。3）光伏控制器的额定负载电流。

（1）光伏控制器选型考虑的主要技术指标

光伏发电工程技术3.1.2离网光伏发电系统的设计过程4.光伏控制器选型

户用光伏发电系统容量小于1kWp，蓄电池一般为12V或24V，一般采用一组串联的接线方式。选用PWM控制器。

对于安装容量为1～5kWp的系统，先确定光伏控制器的工作电压；再确定光伏控制器的工作电流。

光伏安装容量大于5kWp的系统，一般选择使用多路多阶控制方式的光伏控制器就可以达到满意的效果，如果容量较大，就可使用多个分路多阶控制器构成大功率控制器组的形式。

（2）离网光伏发电系统的光伏控制器的选型

光伏发电工程技术3.1.2离网光伏发电系统的设计过程5.离网光伏逆变器的选型1）可靠性。2）额定输出容量。3）逆变器效率。4）起动性能。5）输出电压的调整性能。

（1）对离网逆变器的主要技术要求

光伏发电工程技术3.1.2离网光伏发电系统的设计过程5.离网光伏逆变器的选型6）系统输入电压。7）系统输出电压及频率。8）保护功能。

①输入欠电压保护。

②输入过电压保护。

③过电流保护。

④输出短路保护。

⑤输入反接保护。

⑥防雷保护。9）通讯功能。逆变器具有通讯功能，具有R485\R232\USB接口等。

（1）对离网逆变器的主要技术要求

光伏发电工程技术3.1.2离网光伏发电系统的设计过程7.光伏阵列防雷汇流箱选型

（1）汇流箱简介

光伏发电工程技术3.1.2离网光伏发电系统的设计过程7.光伏阵列防雷汇流箱选型1）汇流箱的功能。汇流箱除了具有汇流功能外，一般还具有短路保护、防反、防雷、监控等功能。2）技术参数。输入路数（常用的有6、8和16路等），最大输入电压（一般为DC1200V），每路输入电流，检测单元监测每路输入电流、输出电压等。其中汇流箱熔断器选型要求，其电流大小为1.56Isc，Isc为电池组件短路电流。3）使用环境要求。使用环境温度要求、海拔要求、防护等级及体积大小也应作为选型依据。

（2）光伏汇流箱选型应考虑的因素

光伏发电工程技术3.1.2离网光伏发电系统的设计过程8.光伏支架的选型

在保证强度和刚度的前提下，尽量节约材料，简化制造工艺，降低成本。

离网光伏发电系统的方阵最佳倾角按照最低辐射度月份倾斜面上受到较大辐射量来选取。推荐方阵倾角在当地纬度的基础上再增加5°～15°。

对于较小的光伏发电系统可以选择铝合金钢材；较大的光伏发电系统可以选择镀锌钢材。

光伏阵列前后排的距离可以通过公式计算或PVsyst软件仿真得出。9.防雷、接地系统的设计

离网光伏发电系统接地装置的作用是把雷电流尽快地散到大地。一般需要把光伏设备外壳接地，并通过并网防雷器的方式进行防雷保护。光伏发电工程技术3.1.2离网光伏发电系统的设计过程10．光伏发电系统中的光伏电缆选型光伏发电系统常用电缆主要有光伏专用电缆、动力电缆、控制电缆、通信电缆、射频电缆等。

（1）光伏发电系统电缆种类、特点及敷设方式

光伏专用电缆控制电缆动力电缆

通信电缆

射频电缆光伏发电工程技术3.1.2离网光伏发电系统的设计过程10．光伏发电系统中的光伏电缆选型1）直流供电回路宜采用两芯电缆，当需要时可采用单芯电缆。2）高温100℃以上或低温-20℃以下场所不宜用聚氯乙烯绝缘电缆。3）直埋敷设电缆时，当电缆承受较大压力或者有机械损伤危险时，应用钢带铠装电缆。4）最大工作电流作用下的电缆芯温度，不得超过按电缆使用寿命确定的允许值。5）确定电缆持续允许载流量的环境温度，如果电缆敷设在空气中或电缆沟，应取最热月日最高温度的平均值。

（2）光伏电缆选型的基本要求

光伏发电工程技术3.1.33.6kW离网光伏发电系统设计

徐州工业职业技术学院在主楼东侧建造一个光伏离网发电系统供电给主楼南广场照明供电，负载情况如表所示。用电负载数量功率(W)总功率(W)路灯1260720广场灯63602,160总功率

2,880徐州工业职业技术学院主楼南广场负载情况1.负载计算

参考上表总功率为2.88kW。2.光伏组件设计

此处系统效率η1取75%，日照峰值时数取4.5，则光伏组件功率为光伏发电工程技术3.1.33.6kW离网光伏发电系统设计AD250P6-Ab型组件项目参数名称参数情况项目参数名称参数情况电气参数最大输出功率250W机械参数电池片型号多晶156×156mm（6寸）最大工作电压30.67V电池片数量60（6×10）最大工作电流8.15A产品尺寸1640×992×40mm开路电压37.88V产品重量18.5kg短路电流8.71A玻璃钢化玻璃组件转换效率15.37%边框材料银色、阳极氧化铝工作温度-40~+85℃温度参数额定电池工作温度±45℃最大系统电压1000VDC最大功率温度系数-0.42%/℃最大系列保险丝15A开路电压温度系数-0.30%/℃

短路电压温度系数0.06%/℃AD250P6-Ab多晶硅光伏组件技术参数光伏发电工程技术3.1.33.6kW离网光伏发电系统设计光伏组件总数n=3600/250≈15光伏组件并联数n并=15/3=5根据以上计算可知，光伏组件串联数为3，并联数为5，共需15块250Wp（总功率为3750Wp）的组件构成光伏阵列，连接示意图如图所示。光伏组件串并联构成的阵列光伏发电工程技术3.1.33.6kW离网光伏发电系统设计3.光伏控制器选型

因系统电压为48V，所以光伏控制器的额定电压取值为48V。

因总的功率为3.6kW，则总的输入电流为3.6kW/48V=75A；又因负载为2.88kW，则输出电流60A。

综合以上因素，考虑一定的冗余量，选择48V/100A光伏发控制器。48V/100A光伏控制器光伏发电工程技术3.1.33.6kW离网光伏发电系统设计4.蓄电池的选型

蓄电池的容量为：选择理士GFM-300的蓄电池，相关参数如表所示