光伏组件基本结构知识

光伏组件基本结构知识TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、光伏发电系统 1\o"CurrentDocument"二、光伏电站系统的主要组成部分 2\o"CurrentDocument"1、光伏组件 3\o"CurrentDocument"2、光伏逆变器 7\o"CurrentDocument"3、直流防雷智能汇流箱 10\o"CurrentDocument"4、就近升压箱室变电站 11\o"CurrentDocument"5、高压开关柜 12\o"CurrentDocument"6、SVG及连接变 13\o"CurrentDocument"7、主变 148、高压配电设备 15\o"CurrentDocument"9、中性点接地保护装置 16\o"CurrentDocument"10、自动化系统 17\o"CurrentDocument"三、光伏系统的设计 17\o"CurrentDocument"1、设计依据 17\o"CurrentDocument"2、设计流程 18\o"CurrentDocument"3、设计阶段 18\o"CurrentDocument"4、设计原则 19\o"CurrentDocument"四、光伏电站的运营与维护 20\o"CurrentDocument"1、维护要求 20\o"CurrentDocument"2、日常维护 20\o"CurrentDocument"五、光伏组件施工知识 23一、光伏发电系统光伏发电系统是利用太阳能组件和配套电气设备将太阳能转换成所需要电能的发电系统。当光线照射到太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收，使电子发生了跃迁，成为自由电子，该自由电子在PN结两侧聚集形成电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的功率输出。该过程的实质是光子能量转换成电能的过程。Semiccnductar3815日MTDdBI垃射胎L.股Reflect-FrectfFilmn型半第端N-TypeSwilcwchciws力iw「口电ll光伏电站主要由光伏方阵、防雷汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、交流配电柜、SVG无功补偿系统、升压系统、高压保护系统、直流系统、计量接入系统、监控通讯系统、交直流电缆、气象站、支撑系统、防雷保护系统、照明系统、消防系统、暖通系统、给排水系统、安保系统等构成；另设计单元逆变房、低压配电室、高压配电室、消防通讯室、综合楼（用于站区生活办公、监控管理）。

W猾*1轨分布式光伏发电系统主要分为并网光伏发电系统和离网光伏发电系统。并网发电系统又分为集中式光伏发电系统和分布式光伏发电系统。二、光伏电站系统的主要组成部分集中式光伏发电系统规模较大，安装集中，整体升压输送到电网。建设地点主要是荒山荒坡、滩涂、戈壁、鱼塘等地。集中式光伏发电系统主要由光伏组件、直流汇流箱、并网逆变器、交流配电柜、光伏支架、监控系统、电缆等部分组成。itflMJ泣ftt旷流相.戏分朝安年受品叫 高飙开亲事Fil汕极国小“HUI。itflMJ泣ftt旷流相.戏分朝安年受品叫 高飙开亲事Fil汕极国小“HUI。_111111m电他战班中上世幽史中.如500Kx.小网卡也占Jdffifflfl-ILSH.ffi 高小开关怆n选配电机5MK*芹阿逆也审TifiRTfl流出但小50M.抒H企变W1I-I32R1、光伏组件1.1光伏组件的基本概念太阳电池组件—实用型功率系统的基本单元，是光伏系统的主要组成部分。是将太阳光的辐射能直接转换为电能的重要器件，是利用光生伏打效应，将太阳辐射直接转化为直流电能成熟进行输出也是光伏发电系统的核心部件。为使太阳电池在工程中应用，对硅电池片进行电气连接及结构集成和封装成“太阳电池组件”（简称“组件”）。将多个电气性能相同的太阳电池组件按一定数量串联后，就构成了光伏组串。一个或多个光伏组串通过支架固定安装后便构成了光伏阵列。多个光伏阵列通过计划的排列后便构成了光伏方阵。市面较的太阳电池组件主流种类有单晶硅、多晶硅、非晶硅薄膜

电池、砷化镓薄膜电池、硒铟铜薄膜电池，其中以多晶硅电池应用较广。1.2光伏组件的安装形式支架系统作为光伏阵列的支撑部分，连接基础与光伏组件;将光伏组件按照设计的规定分为若干个方阵。太阳电池组件的安装形式主要有以下5种建筑一体化BIPV、建筑一体化BIPV、地面固定安装、单轴跟踪式、双轴跟踪式。建筑一体化BIPV

屋面安装BAPV地面固定安装单轴跟踪式双轴跟踪式1.3设备选型（1）光伏组件光伏组件转换效率需满足国家要求。非晶硅薄膜太阳电池虽具有弱光性好，受温度影响小等优点，但非晶硅太阳电池换效率相对较低，且在长时间的光照下会出现衰减现象。CIGS薄膜电池转换效率高，但成本高。单晶硅、多晶硅太阳能电池技术成熟、性能稳定、光电转化效率相对较高，已被广泛应用于大型并网光伏电站项目。单晶硅比多晶硅组件的光电转化效率略高，但单晶硅组件的价格比多晶硅组件的价格略高近10%左右。多晶硅太阳能电池组件的功率规格较多，目前光伏电站使用的有60芯片组件（60块165*165硅片串联，功率约250-265Wp，峰值电压约30V），和72芯片组件（72块165*165硅片串联，功率约300-315WP，峰值电压约36V）。72芯片的组件可节省支架成本，但安装费用、其他电器设备单位成本也偏高。（2）光伏支架光伏支架一般采用固定倾角式钢制支架。单轴跟踪系统约可增加12%的发电量（依不同纬度）。双轴系统约可增加20%的发电量（依不同纬度）。跟踪系统投入成本高、维护成本高，稳定性差，仅高纬度项目会考虑。（3）支架基础支架基础一般有钢制螺旋桩、混泥土灌注桩、混凝土预制桩、混凝土预制基础（配重式）。螺旋桩适合土层较好、腐蚀性少的场地，工期快。混凝土灌注桩现场调节性能好，成本稍低。2、光伏逆变器基本概念光伏逆变器将直流电转换成交流电，是光伏系统的最主要电气设备。主要分为并网逆变器、离网逆变器、组合型逆变器。并网逆变器又包括：微型逆变器、组串型逆变器、集中型逆变器。并网逆变器是负责将光伏直流电能转变为交流电能、实现和公用电网的连接重要设备，具备电网信号检测、防孤岛保护、直流输入检测和最大功率跟踪、通讯等功能。主要分集中逆变器、组串逆变器和组件逆变器。集中逆变器一般用于大型地面电站，并具备低电压穿越功能，同时要求不自带隔离变压器。集中逆变器和组串逆变器均可用于中小型用户侧并网系统。组串逆变器一般采用非隔离方式，可户外安装。组件逆变器是采用交流母线的方式，将每块电池组件单独进行电力变换输出，系统结构简单，一般用于小型家用分布式并网发电系统。逆变器原理图法至.器单鸵变土居法至.器单鸵变土居逆变罂简单.原理图常规所说的〃电平”就是指电路中两点或几点在相同阻抗下电量的相对比值。相对于传统的两电平全桥逆变器，三电平NPC逆变器具有一系列优点：1）开关损耗小，效率高；2）开关动作时dv/dt小，引起的电磁干扰（EMI）小；3）输出电压波形为三电平，谐波含量少，所需的滤波电感量小，有利于降低系统成本和功率损耗。设备选型逆变器应具有一定的抗干扰能力、环境适应能力、顺势过载能力及各种保护功能。在满载时，效率必须在95％以上，在10%额定功率下，也要保证90％以上的转换效率。逆变器采用集成直流柜方案可降低成本。逆变器的MPPT电压范围尽可能宽，最大直流电压尽可能高。逆变器输入直流电压有较宽的范围。由于太阳能光伏电池的端电压随负载和日照强度的变化范围比较大。直流电压高可已降到成本。大型电站1MW单元常用两台500kW的逆变器分裂运行。100kW和250kW大机在分布式电站应用较多。针对山地光伏电站不同的倾角和朝向，宜采用组串式逆变器已提高发电性能。需考虑海拨、污秽等级的降容因素。3、直流防雷智能汇流箱3.1基本概念汇流箱主要作用就是对光伏电池阵列的输入进行一级汇流，用于减少光电池阵列接入到逆变器的连线，优化系统结构，提高可靠性和可维护性。在提供汇流防雷功能的同时，还监测各光伏组串运行状态，输出电流、电压、功率，和防雷器状态、直流断路器状态采集，装置标配有RS485接口。3.2设备选型常用的直流防雷汇流箱有12汇1,16汇1,分支15A输出250A。正负极熔断器保护。直流配电柜或逆变器未设置防反二极管，一般需安装55A/1600V低压降防反二极管。4、就近升压箱室变电站基本概念箱式变电站（简称箱变）是一种把高压开关设备、配电变压器和低压配电装置，按一定接线方案组合在一个或几个钢结构箱体内的紧凑型成套配电装置。美式箱变采用品字形排布，前面为高、低压操作间隔，操作间隔内包括高低压接线端子，负荷开关操作柄，无载调压分节开关，插入式熔断器，油位计等；后部为注油箱及散热片，变压器绕组、铁芯、高压负荷开关和熔断器放入变压器油箱中。变压器取消油枕。美式箱变比欧式箱变结构更合理，体积小、过载能力要强（甚至允许过载2倍2个小时，过载1.6倍7个小时而不影响箱变寿命）。设备选型主变一般都是采用美式箱变容量按发电单元规模配置1000kVA。在太阳资源较好的地方，可以考虑1100kVA。必要时低压侧可以采用抽出式断路器方便检修。还需考虑海拨、污秽等级修正绝缘水平。5、高压开关柜高压开关柜是用于电力系统发电、输电、配电、电能转换和消耗中起通断、控制或保护等作用的电器产品。一般含高压断路器(熔断器)、弹簧操作机构、接地开关、高压避雷器、电流互感器、微机保护装置、各类仪表等。光伏电站常用开关柜型号：KYN61-40.5。含进线柜、出线柜、PT柜、站用电柜、SVG柜、接地变柜。常用真空断路器，SVG柜一般采用SF6断路器。特殊情况要求用充气柜。6、SVG及连接变6.1基本概念静止无功发生器(StaticVarGenerator)，简称为SVG。是指由自换相的电力半导体桥式变流器来进行动态无功补偿的装置。由三个基本功能模块构成：检测模块、控制运算模块及补偿输出模块。相比传统SVG运行稳定、响应时间快、调节平滑、运行范围宽、容量大。分直挂式和带降压变压器，内部连接方法也分星行和三角形。6.2设备选型SVG容量一般按系统接入批复配置。依电压等级及接入要求选择是否配置连接变和内部功率模块的接法。相应的开关柜宜选用SF6断路器。还需考虑海拨、污秽等级修正绝缘水平。7、主变主变是光伏电站依接入电压等级（接入点）要求设置的主升压变压器，设置与否也和项目容量有关。采用有载调压方式。设平衡绕组消除3次谐波，一般采用YN/yn0/d11连接组别。

8、高压配电设备基本概念光伏电站35kV并网接入时直接从开关柜出线。采用110kV或更高电压等级并网接入时，需设置相应高压间隔和配电装置。股分GIS和室外敞开式配电装置。主要含断路器、隔离开关、接地开关、PT、CT、母线等。设备选型高压配电装置GIS占地小、价格高、稳定性好，现场安装快。敞开式配电装置站地大、成本低。9、中性点接地保护装置变压器中性点接地保护装置专用于电力变压器中性点，以实现变压器中性点接地运行或不接地运行两种不同的运行方式；从而避免由于系统故障，引发变压器中性点电压升高造成对变压器的损害。常用形式：小电阻接地、消弧线圈接地、间隙接地、接地变接地，或组合使用。10、自动化系统光伏发电自动化系统包括微机监控系统、五防系统、远动通信系统、故障录波及解列、电能质量在线监测系统、光功率预测系统（天气预报数据采集系统）、有功、无功功率控制系统、母差保护、线路保护、光差保护、主变测控及保护、直流电源系统、火灾报警系统、视频监控系统。监控系统可对太阳能光伏电站里的电池阵列、汇流箱、逆变器、交直流配电柜、等设备进行实时监控和控制，通过各种样式的图表及数据快速掌握电站的运行情况，其友好的用户界面、强大的分析功能、完善的故障报警确保了光伏电站的完全可靠和稳定运行。三、光伏系统的设计1、设计依据（1）招标要求、业主技术要求（设计范围）（2）可行性研究报告（3）地质勘查报告（4）电气一次、二次接入系统报告及批复（5）项目租地、征地红线图（6）场地地形地貌图（7）《光伏发电站设计规范》GB50797-2012

(8)《光伏发电站接入电力系统技术规定》GB/Z19964-2005(9)踏勘或尽调报告(10)项目会议纪要(11)与项目情况相关的法规和标准2、设计流程»熟悉项目立项资地面光伏电站项目设计流程*确定设计阶段，机定卷册目最爱出图计划*电气专业设计f坦形型变苣探占诳、电力接入及通憎能力考查►—»熟悉项目立项资地面光伏电站项目设计流程*确定设计阶段，机定卷册目最爱出图计划*电气专业设计f坦形型变苣探占诳、电力接入及通憎能力考查►—►孽目概次及说明・孽目分析项目资料r-k__|L案至爱人报省聂邛三立「一，可好报告I.一银.二反苑复文件三史红或国/亚爵、地里蛆会图，蚪财报在—►用地五市、水保.军田、桌田，于三、之温等深轲解濠项目费科 ►哀装卷入报台及郃市京“，可研报台a鄂市京立.黄勘报台设计现场精勘出土!桂中存疑片开辰电气总平面布置 >曲走非优阵列排列葩式，有矣，闫照.苣亚区木置电气主接续 ►建宝聚统方案及关键设备达曼电气一次设计 ►片两葬分、友韦五元蒙统-奇三正电装置.站里由系统、联旺.药室韭把，三屐趣漫笈封塔等电气二次设计-C二世事护京线：丁隹三并展j利领监邑.火灾系苦浜里土建提资W总图.房贵、步昌要聂基的、兆技士矍、氐轻主装H矍、预埋首蓊总图建施图 ►位啻搂、书王配建豆.WG豆，建变叁豆，二王堂.直卷基础等结施图 ►等合嘤.直电堂.SVG宜、逆变邕.二三富、设备期L光伏支架水暖图 ►汜排出、是暖违见土建专北设计外线送出工程*设备招标技术规范3、设计阶段我国工程项目建设一般分为项目策划与决策、项目准备、项目实施、项目竣工与验收等四个阶段，光伏电站的设计也可以按这四个阶段进行划分。(1)项目策划与决策阶段：该阶段的主要任务是对工程项目投资的必要性、可能性、可行性以及为什么要投资、和谁投资、如何实施等重大问题进行科学论和多方案比较。(2)项目准备阶段：项目备案后，就可以进入项目准备阶段。在条件具备时，项目业主应在初步设计开展之前对光伏组件、逆变器等主设备进行招标。设计方一般应提供相应主设备的技术规范书。(3)项目实施阶段：项目实施阶段设计方的主要任务是围绕工程建设，提供产品或技术服务等。(4)项目竣工阶段：在项目竣工阶段，设计方的主要任务是编制竣工图。4、设计原则(1)匹配性原则：保证系统是最优化设计，各组成部分匹配良好，系统运行在最佳状态。(2)先进性原则：随着太阳能技术的发展，太阳能系统设计必须考虑先进性，使系统在一定的时期内保持技术领先性，以保证系统具有较长的生命周期。(3)实用性原则：太阳能系统设计充分考虑我国太阳能电源设备生产现状，选用有大规模实际工程应用经验的产品，采用先进成熟的技术，保证产品的稳定性、可靠性和可维性。(4)经济性原则：太阳能电源系统设计在保证系统各项技术指标的前提下，努力降低工程、设备成本，提高系统的性能价格比保证用户的投资效益。、光伏电站的运营与维护1、维护要求(1)光伏电站的运行与维护应保证系统本身安全，以及系统不会对人员造成伤害，并使系统维持最大的发电能力。(2)光伏电站的主要部件应始终运行在产品标准规定的范围之内，部件上的警示标识应保持完整，接线端牢固可靠，达不到要求的应及时更换。(3)光伏电站的主要部件在运行时，温度、声音、气味等不应出现异常情况，指示灯应正常工作并保持清洁。(4)光伏电站运维人员应具备自身职责相应的专业技能，工作前按要求做好防护措施。(5)运维的全部过程需进行详细记录并妥善保管，并对每次故障记录进行分析。2、日常维护a)光伏阵列光伏组件表面应保持清洁，定期清洗：(1)柔软洁净布料擦拭，严禁用腐蚀性溶剂和硬物擦拭。(2)辐照度低于200W/m2情况下清洗，不宜使用与组件温差较大的液体清洗组件。(3)严禁在风力较大，大雨、大雪的气象条件下清洗组件。定期检查，发现问题应立即调整或更换组件：(1)组件存在玻璃破碎、背板灼烧、明显颜色变化等;(2)电路连接间形成连通通道的气泡;(3)接线盒变形、扭曲开裂、烧毁等;(4)金属边框组件与支架结合良好，并牢固接地;(5)支架所有螺栓、焊接和连接牢固可靠，表面防腐层不存在开裂或脱落。d)直流汇流箱1)不存