光伏电站设计技术廖东进课后参考答案

项目1太阳能资源获取系统解答1.利用倾斜面辐射估算方法，安装固定安装方式，估算年辐射量情况。地理名称地位位置（纬度、经度）RETScreen仿真倾斜面估算倾斜角设计北京40，1161371.8KWh/m21595KWh/m234°杭州30,1201204KWh/m21266KWh/m221°广州23,1121228KWh/m21279KWh/m219°银川38，1061654KWh/m22010KWh/m238°拉萨29，912052KWh/m22388KWh/m233°成都30,1031135KWh/m21213KWh/m224°以下是通过RETScreen或PVSYS软件获取内容。(1)北京地理位置仿真辐辐照度（水平）倾斜面辐照度及倾斜角设计(2)杭州地理位置仿真辐辐照度（水平）倾斜面辐照度及倾斜角设计(3)广州地理位置仿真辐辐照度（水平）倾斜面辐照度及倾斜角设计（3）银川地理位置仿真辐辐照度（水平）倾斜面辐照度及倾斜角设计（5）拉萨仿真辐辐照度（水平）倾斜面辐照度及倾斜角设计（6）成都仿真辐辐照度（水平）倾斜面辐照度及倾斜角设计

2.从上述我国太阳能资源分布情况及单位换算关系，填写下表。表2-3我国太阳能资源分布表等级年总辐射量（MJ/m2）年总辐射量（KWH/m2）平均日辐射量（KWH/m2）极丰富带＞6300＞1750＞4.79很丰富带5040-63001400-17503.84-4.79丰富带3780-50401050-14002.88-3.84一般＜3780＜1050＜2.84解答：（1）年总辐射量（MJ/m2）和（KWH/m2）的单位，可根据数据表查询，如表1-3我国太阳能资源表中可知。（2）平均日辐射（KWH/m2），可根据年总辐射量（KWH/m2）除以365天得到。

3.下表是下表是浙江杭州地区的辐射量数据表，请按照要求转换。月份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月辐射量（MJ/m2/d）8.148.759.1112.1714.9014.7218.9016.9914.6212.8510.7610.08峰值日照时数（h/d）2.262.432.533.384.144.095.254.724.063.572.992.80解答：根据1KWh=3.6MJ关系。如1月平均每天辐射量为8.14MJ/m2;则可转为8.14/3.6等于2.26KWh，即峰值日照时数为2.26h。

4.分析说明，利用总辐射表如何测量太阳反射、直射、散射值。（1）总辐射可测量所有辐射能量。包括直射、反射和散射。（2）如果总辐射表水平放置，获得的辐射量为直射和散射。（3）如果总辐射表水平倒置，获得的辐射量为反射和散射。（4）如果总辐射表水平放置，用工具遮挡直射光（如上方放置遮挡物），获得的辐射量为散射，通过量表加减也可过的散射和直射量。

5.利用太阳能光侧系统测量一日太阳能资源情况，并进行数据分析。如下数据表，测量某地水平面上的直射、散射辐照度情况（）：（1）晴朗天气时间总辐射W/m2散射W/m2直射W/m221/03/9004:0000021/03/9005:0000021/03/9006:0015.20615.2010.005721/03/9007:00200.5117.58321/03/9008:00406.3154.1252.2121/03/9009:00553.3256.2297.121/03/9010:00698.9285.6413.3121/03/9011:00795321.2473.821/03/9012:00825.3316.2509.121/03/9013:00803253.1549.921/03/9014:00713.6161.9551.721/03/9015:00526.8123.9402.9121/03/9016:00321.4986.799234.6921/03/9017:00118.6951.70366.9921/03/9018:001.19921.19770.001521/03/9019:0000021/03/9020:0000021/03/9021:00000从表中可以看出，水平面的总辐射等于直射和散射之和。也应该分析出当前为晴朗天气。阴天情况时间总辐射W/m2散射W/m2直射W/m208/10/9004:0000008/10/9005:0000008/10/9006:008.20287.59630.606508/10/9007:0062.50557.9974.507208/10/9008:00122.99114.28.792208/10/9009:00156.8145.611.19708/10/9010:00166.5154.412.10108/10/9011:00177.116413.10408/10/9012:00173.39160.712.69808/10/9013:00166.5153.712.808/10/9014:00157.9146.611.30308/10/9015:0094.40587.76.70508/10/9016:0046.09942.7973.302208/10/9017:003.1982.99830.199608/10/9018:0000008/10/9019:0000008/10/9020:00000

6.分析我国光伏发电装机量。截止2022年底，我国光伏发电累计装机392GW，其中2018年新增装机容量为44.26GW，全年光伏发电量1775亿千瓦时；2019年新增装机容量为30.1GW，全年光伏发电量2242.6亿千瓦时；2020年新增装机容量为48.2GW，全年光伏发电量2605亿千瓦时；2021年新增装机容量为54.88GW，全年光伏发电量3259亿千瓦时；2022年新增装机容量约为87.41GW。全年光伏发电量4071亿千瓦时；2022年我国风电、光伏发电量达到1.19万亿千瓦时，比2021年增加2073亿千瓦时，同比增长21%，接近全国城乡居民生活用电量。项目2光伏电池组件及方阵容量设计习题解答1.查询我国不同地区太阳能资源，并设置合适的最佳倾斜角，使各地区固定按照的光伏电池倾斜面获取最大年辐照度。下表为杭州、上海、北京、银川等地的地理位置情况。按照上述内容，请为此地区的光伏电池方阵设计方阵安装方式。地区年辐射量方位角倾斜角杭州1204KWh/m20°21°北京1595KWh/m20°34°银川2010KWh/m20°38°解答：（1）从项目1相关内容内容可知。地理名称地位位置（纬度、经度）RETScreen仿真倾斜面估算倾斜角设计北京40，1161371.8KWh/m21595KWh/m234°杭州30,1201204KWh/m21266KWh/m221°广州23,1121228KWh/m21279KWh/m219°银川38，1061654KWh/m22010KWh/m238°拉萨29，912052KWh/m22388KWh/m233°成都30,1031135KWh/m21213KWh/m224°（2）在方位角设置上，北半球朝正南，即方位角为0°

2.根据光伏单体电池特性，分别测量两块不同光伏电池组件的输出特性，并绘制光伏电池的伏安特性曲。解答：测量过程分析。务必保持光照强度和电池表面的温度无较大变化。开路点，当输出电池断开时的电压。短路点，当输出电池短路时的电压。从开路点或短路点，不断调整负责阻值，时输出电压发生变化，并记录当前的电压和电流值。将开路点、短路点，以及不同电压值下的电流值，按照电压或电流变化顺序连接曲线即可。图形结构如下图所示，坐标参数仅供参考。

4.通过实验方式验证太阳能单体电池的短路电流Isc与光照强度之间的关系。解答：在实验平台中，需要设置多种光照强度，并记录光照响度值。（1）当关照强度最弱时（可能室内是有光的），记录光照度和电流值（短路电流）（2）不到调整光强（主要电池表面温度不要有大变化），记录光照度和电流值以此类推。图形结构如下图所示，坐标参数仅供参考。类似线性关系。

5.通过实验方式验证开路电压与光照强度关系。解答：在实验平台中，需要设置多种光照强度，并记录不同光照强度下的开路电压。（1）当关照强度最弱时（可能室内是有光的），记录光照度和开路电压值（2）不到调整光强（主要电池表面温度不要有大变化），记录光照度和开路电压值以此类推。发现关照强度变化后，开路电压变化不大，或基本不变。6.分析影响单体电池最大功率要素，并阐述解决方法。解答（可从内部结构和应用环境等角度说明），如：一是内部结构：光伏电池的内部结构，特别是p型半导体、n型半导体和pn结构的组成，对光子的吸收、载流子的分离和漂移效率有直接影响。解决方法：通过优化p型半导体和n型半导体的厚度和材料，改进pn结构，可以提升光伏电池的发电效率。二是外部环境：温度、光照强度、污染和阴影等外部环境因素会影响光伏电池的工作效率。例如，温度升高会降低光伏电池的工作效率，而光照强度越大，光伏电池的工作效率越高。解决方法：合理安排光伏电池的布局和方位，选择合适的地理位置，并采取防护措施，可以有效地改善外部环境，提高光伏电池的发电效率。三是太阳辐照强度：太阳的辐照是导致光伏电池产生伏特效应的直接影响因素，辐照强度的大小直接影响光伏电池输出功率的大小。解决方法：合理选择太阳能电池板的方向和倾斜角，以及选择合适的设置场所，以提高接收到的太阳辐照强度，从而提高光伏电池的发电量。同时也可以从控制设备角度出发，分析电池最大功率的影响要素。

7.用2.3W的光伏单体电池，设计功率138W电池组件，并绘制示意图。解答：需要多少个2.3W的单体电池：从总功率138W除以2.3W，可以看出，需要60个单体电池。误差在允许范围内。可采用6*10片的结构制作组件。8.分别使用190W单晶组件和115W多晶组件，搭建2KW光伏发电系统的组件内容，测量实际情况，填写下表。组件规格串联情况并联情况开路电压短路电流峰值电压峰值电流单晶硅190W5232.8*57.82*226.2*57.252*5对晶硅115W9258.6*93.26*244.5*92.58*2解答：（组件功率调整，方法相似）（1）单晶硅190W组件。查询组件参数。通过查询，190W的电池组件可能参数如下：峰值电流7.25A，峰值电压26.2V。2KW光伏系统，大于需要10-11块组件。一般采用串联数5，并联数2的结构，共10块组件。（2）多晶硅115W组件。通过查询，115W的电池组件参数可能如下：2KW光伏系统，大于需要17-18块组件。条件可行情况下，一般采用偶数。可选用串联数9，并联数2的结构，共18块组件。9.分析在纯并联光伏电池电路如何放置旁路二极管，防止热斑效应的产生。参考如下：

10分析在纯串联光伏电池电路如何放置旁路二极管，防止热斑效应的产生。参考如下：11.通过实验的方式验证热斑效应对串、并联电池组输出功率的影响。解答：该问题可理解为，在串、并联结构下，不同程度的热斑效应对系统输出影响。下面以串联结构说明，如图结构。1.调节负载，使其工作在开路点d，此时工作电流为零，组开路电压VGd等于电池1和电池2的开路电压之和；2.调节负载，使其工作在c点，电池1和电池2都有正的功率输出；3.调节负载，使其工作在b点，此时电池1仍然工作在正功率输出，而受遮挡的电池2已经工作在短路状态，没有功率输出，但也还没有成为电池1的负载；4.调节负载，使其工作在短路状态a点，此时电池1仍然有正的功率输出，而电池2上的电压已经反向，电池2成为电池1的负载；5.应当注意到，并不是仅在电池组处于短路状态才会发生“热斑效应”，从b点到a点的工作区间，电池2都处于接收功率的状态，如旁路型控制器在蓄电池充满时将通过旁路开关将太阳电池短路，此时就很容易形成热斑。通过实验方式，在串、并联电路加入防反充（防逆流）二极管，对电池组输出功率的影响。解答：重点从下面问题出发。防反充二极管的作用之一是防止太阳能电池组件或方阵在不发电时，蓄电池的电流反过来向组件或方阵倒送，不仅消耗能量，而且会使组件或方阵发热甚至损坏；作用之二是在电池方阵中，防止方阵各支路之间的电流倒送。这是因为串联各支路的输出电压不可能绝对相等，各支路电压总有高低之差，或者某一支路因为故障、阴影遮蔽等使该支路的输出电压降低，高电压支路的电流就会流向低电压支路，甚至会使方阵总体输出电压的降低。在各支路中串联接入防反充二极管就避免了这一现象的发生。在独立光伏发电系统中，有些光伏控制器的电路上已经接入了防反充二极管，即控制器带有防反充功能时，组件输出就不需要再接二极管了。防反充二极管存在有正向导通压降，串联在电路中会有一定的功率消耗，一般用的硅整流二极管管压降为0.7V左右，大功率管可达1～2V。肖特基二极管虽然管压降较低，为0.2～0.3V，但其耐压和功率都较小，适合小功率场合应用。

在给定的两种规格电池组件样板，完成电路设计，并测量开路电压、短路电流、峰值电压、峰值电流、最大功率（测量方法与单体电池相同）。并记入如下如下数据表。组件规格串联情况并联情况开路电压短路电流峰值电压峰值电流250W102350V10.4A290V10A110W102390V4.1A320V4A解答：在测量时，要尽量保持温度和关照强度不变(尽量保持同时测量)，假设光照轻度600W，温度25摄氏度，并都最大功率输出。下面给出两种规格电池参数曲线。并填写上述表格数据。电池组件1参数如下（250W），并10个组件串联：电池组件2参数如下（110W），并10个组件串联：项目3储能技术习题解答1.简述储能种类及其特点？解答：分类名称特点物理储能抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能采用水、空气等作为储能介质；储能介质不发生化学变化化学储能铅酸电池、锂离子电池、液流电池、熔融盐电池、镍氢电池电化学电容器利用化学元素做储能介质；充放电过程伴随储能介质的化学反应或者变价其他储能超导储能、燃料电池、金属一空气电池

2.比较超级电容储能与铅酸蓄电池储能特点。解答：使用寿命长，充放电大于50万次，是锂离子电池（Li-Ion）电池的500倍，是镍氢电池（Ni-MH）和镍镉电池（Ni-Cd）的1000倍，如果对超级电容每天充放电20次，连续使用可达50年以上。充电速度快，充电10秒～10分钟可达到其额定容量的95％以上。超级电容器在其额定电压范围内可以被充电至任意电位，且可以完全放出。而电池则受自身化学反应限制工作在较窄的电压范围，如果过放可能造成永久性破坏。(3)产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染，是理想的绿色环保电源。(4)在很小的体积下达到法拉级的电容量，无须特别的充电电路和控制放电电路，和电池相比过充、过放都不对其寿命构成负面影响。(5)保用不当会造成电解质泄漏等现象。它内阻较大，因而不可以用于交流电路使用。(6)超级电容器在其额定电压范围内可以被充电至任意电位，且可以完全放出，而电池则受自身化学反应限制工作在较窄的电压范围，如果过放可能造成永久性破坏。(7)超级电容器与传统电容器的不同超级电容器在分离出的电荷中存储能量，用于存储电荷的面积越大、分离出的电荷越密集，其电容量越大。

4.一个离网光伏发电系统负载如下所示,确定蓄电池容量。解答（案例）：一家用离网光伏发电负载用电及类型如下表4-7所示。该地区最低的光照辐射是1月份，倾斜面峰值日照时数为4.0，组件损耗系数取0.9，离网逆变器工作效率为0.8，蓄电池充放电效率0.9，蓄电池放电效率的修正系数取1.05，蓄电池的维修保养率取0.8，蓄电池的放电深度取0.5，连续阴雨天数取5。表4-7家用离网系统负载用电负载电器名称规格型号耗电功率数量每日工作时间日耗电量Wh照明节能灯11W86528电脑液晶显示150W281000电冰箱150L100W124800洗衣机550W11550微波炉1000W122000空调1.5P1200W144800卫星天线50W16300彩色电视21LCD150W16900水泵400W12800总计3838W11678图4-25离网系统结构1.电池组件选配家用离网系统负载为交流负载，每天消耗电能11678Wh，则逆变器输入端提供电能为14597.5wh，系统电压选取48V，所以每天为蓄电池提供304Ah电能。根据：可计算出如下表4-5所示的电池组件选型配置方法。304/(2.92*4*0.9*0.9*0.8)=304/(10.53*4*0.9*0.9*0.8)表4-8电池组件选配型号功率峰值电压峰值电流串联数并联数总功率W110034.2V2.92A233、4080002125W34.2V3.65A2266500318017.1V10.53496480424534.2V7.162146860530034.2V8.772116600可见，选择180W电池组件最经济。2.蓄电池容量选择该地区最大连续阴雨天5天，则蓄电池放电容量为304Ah×5=1520Ah。根据：11678Wh/24h=486.6wh=120*1.05*486.6/(0.8*0.5*0.8=0.32)=191600wh/48=3991Ah/可得：C=4987.5Ah(3991Ah)。下表为各类蓄电池选型配置情况。3838 394表4-9蓄电池选型与配置电池类型额定电压V10h放电容量串联数并联数6GFM-80012870-900466GFM-1000121060-1090456GFM-1500121700-1720433.光伏控制器选型根据上述分析，蓄电池通过控制器每天提供304Ah，则平均流过控制器电流为12.7A，工作电压为48V。可选择如下表4-10参数的光伏控制器。表4-10光伏控制器参数额定工作电流50A额定工作电压48V太阳能板电压<100V浮充电压54.8V欠压保护42.8V欠压恢复50.4V4.光伏逆变器选择系统离网逆变器输入电压48V，输出220V交流电，从负载工作表可知，负载最大功率总和为3838W。则可以采用48V转220V的5KW纯正弦波光伏逆变器。下表4-11参数的离网逆变器。输出电压220VAC工作电压48VDC功率5000W瞬间功率100000W输出波形纯正弦波输出频率50Hz/60Hz空载损耗<28W效率>90%输入电压40-60V保险丝10A五、系统框图

5.分析铅酸蓄电池结构、工作原理、技术参数等。参考解答：（1）铅酸蓄电池结构主要由正极板、负极板、接线端子、隔板、安全阀、电解溶液、跨桥、电池盖、接头密封材料及附件等部分组成。（2）工作原理。蓄电池通过充电过程将电能转化为化学能，使用时通过放电将化学能转化为电能。铅酸蓄电池充放电反应原理化学反应式为：PbO2＋2H2SO4＋Pb=PbSO4＋2H2O＋PbSO4当铅酸蓄电池接通外电路负载放电时，正极板上的PbO2和负极板的Pb都变成了PbSO4，电解液的硫酸变成了水；充电时，正负极板上的PbSO4分别恢复原来的PbO2和Pb，电解液中的水变成了硫酸。（3）技术参数。(1)蓄电池的容量。处于完全充电状态下的铅酸蓄电池在一定的放电条件下，放电到规定的终止电压时所能给出的电量称为电池容量，以符号C表示。(2)放电率。根据蓄电池放电电流的大小，放电率分为时间率和电流率。时间率是指在一定放电条件下，蓄电池放电到终了电压时的时间长短。(3)终止电压。终止电压是指在蓄电池放电过程中，电压下降到不宜再放电时（非损伤放电）的最低工作电压。(4)电池电动势。蓄电池的电动势在数值上等于蓄电池达到稳定时的开路电压。(5)浮充寿命。蓄电池的浮充寿命是指蓄电池在规定的浮充电压和环境温度下，蓄电池寿命终止时浮充运行的总时间。(6)循环寿命。蓄电池经历一次充电和放电，称为一个循环（一个周期）。(7)过充电寿命。过充电寿命是指采用一定的充电电流对蓄电池进行连续过充电，一直到蓄电池寿命终止时所能承受的过充电时间。(8)自放电率。蓄电池在开路状态下的储存期内，由于自放电而引起活性物质损耗，每天或每月容量降低的百分数称为自放电率。(9)电池内阻。电池的内阻不是常数，而是一个变化的量，它在充放电的过程中随着时间不断的变化，这是因为活性物质的组成、电解液的浓度和温度都在不断变化。(10)比能量。比能量是指电池单位质量或单位体积所能输出的电能，单位分别是Wh/kg或Wh/L。6.蓄电池型号为12GFM-800的蓄电池，表示什么意思？解答：24V，固定式阀控密封型蓄电池，20小时率额定容量为800Ah。例如：6QA-120表示有6个单体电池串联，标称电压为12V，启动用蓄电池，装有干荷电式极板，20小时率额定容量为120Ah。GFM-800表示为1个单体电池，标称电压为2V，固定式阀控密封型蓄电池，20小时率额定容量为800Ah。6-GFMJ-120表示有6个单体电池串联，标称电压为12V，固定式阀控密封型胶体蓄电池，20小时率额定容量为120Ah。7.下表为南都电源几组蓄电池型号，如果要设计一个蓄电池容量C为3330AH的蓄电池组，应该如何选择。电池类型10h放电容量3h放电容量1h放电容量CFM-800870～900620～673.3403～469.3GFM-10001060～1090825～900625～675GFM-15001700～17201216～1237800～850解答：由于为定义蓄电池组的系统电压，仅从蓄电池组的并联数考虑。方案1：用2组1500Ah电池并联使用。上述测试数据可以看出，1500Ah的电池容量比较富余，其10h容量平均可以达到1700Ah，如果采用2组并联，容量可以达到3330Ah以上，可以满足要求。这一方面的优点是容量可以达到要求并有点富余，同时只需要2组电池，维护相应较少，电池占的空间要少。方案2：用4组1000Ah电池并联使用。1000Ah电池10h的放电平均容量为1060Ah，如果采用4组并联，其容量可以达到4240Ah，足以达到3330Ah，容量比较富余。方案3：用4组800Ah电池并联使用。800Ah电池10h的放电平均容量为880Ah，如果采用4组并联，其容量可以达到3500Ah，足以达到3330Ah，容量比较富余。这一方案优点是使用4组为800Ah的电池并联，容量更充分、富余；其缺点是要并联使用4组电池，相对于1500Ah的电池，成本要增加，所占用的场地或则体积和空间要增加，维护工作也要大些。所以，最好选用用2组1500Ah电池并联使用。项目4光伏直流控制设备习题解答分析太阳能光伏控制器蓄电池检测控制电路的工作原理。解答：检测控制电路是由带回差控制的运算放大器组成。A1比较器及相关电路为过电压检测控制电路。A1的同相输入端由R1等电阻提供对应“过电压切断”的基准电压，而反相输入端接被测蓄电池，当蓄电池电压小于“过电压切断电压”时，A1的反相输入电位小于相同输入电位，则其输出端G1由低点平跳变至高电平，可使后续的充电回路开关闭合，即重新接通充电回路。简述铅蓄电池充电、放电特性。铅酸蓄电池放电特性铅蓄电池的放电特性就是指蓄电池的在恒定流放电状态下的电解液相对密度ρ(15℃)、蓄电池端电压Uf随放电时间变化的规律,电解液相对密度是随放电时间的增大按直线规律减小的。放电过程中，蓄电池两端电压的变化规律由三个阶段组成.铅酸蓄电池充电特性充电过程中，电解液相对密度基本以直线逐渐上升。这是因为采用等流充电，充电机每单位时间向蓄电池输入的电量相等，每单位时间内电解液中的水变为硫酸的量也基本相等。充电过程中，铅蓄电池端电压上升的规律由四个阶段组成：分析典型光伏控制器的选配方法。解答：主要从以下因素考虑。（1）系统工作电压指太阳能发电系统中蓄电池组的工作电压，这个电压要根据直流负载的工作电压或交流逆变器的配置来确定，一般有12V、24V、48V、110V和220V等。（2）光伏控制器的额定输入电流和输入路数光伏控制器的额定输入电流取决于太阳能电池组件或方阵的输入电流，光伏控制器的额定输入电流应等于或大于太阳能电池的输入电流。（3）光伏控制器的额定负载电流光伏控制器的额定负载电流是光伏控制器输出到直流负载或逆变器的直流输出电流，该数据要满足负载或逆变器的输入要求。除上述主要技术数据要满足设计要求以外，使用环境温度、海拔高度、防护等级和外形尺寸等参数以及生产厂家和品牌简述定电压、功率反馈法、扰动观测法等最大功率点跟踪方法的原理。（1）定电压法：当日照强度较高时，曲线的最大功率点几乎都分布在一条垂直线的两侧，这说明光伏阵列的最大功率输出点大致对应于某一恒定电压，构成了定电压跟踪式的MPPT控制。（2）功率反馈法： 功率反馈法的基本原理是通过采集太阳能电池阵列的直流电压值和直流电流值，采用硬件或者软件计算出当前的输出功率，由当前的输出功率P和上次记忆的输出功率来控制调整输出电压值。（3）扰动观测法：先让光伏组件按照某一电压值输出，测得它的输出功率，然后再在这个电压的基础上给一个电压扰动（增加电压或减小电压），再测量输出功率，比较测得的两个功率值，如果功率值增加了，则继续给相同方向的扰动，如果功率值减少了，则给反方向的扰动。简述直流汇流箱的结构和选配方法。解答：主要从相关技术参数选择角度出发进行选配。直流汇流箱绝缘防护等级要达到IP65。同时可接入多路路以上的太阳电池串列。可根据实际需求进行选择。每路电流，需要满足实际峰值电流需求。每路光伏组串具有二极管防反保护功能，配有光伏专用避雷器，正极负极都具备防雷功能，采用正负极分别串联的四极断路器提高直流耐压值，可承受的直流电压值不小于DC1000V。直流汇流箱还装设有浪涌保护器，具有防雷功能。

简述直流防雷配电柜的结构和选配方法。（1）直流防雷配电柜主要由直流输入断路器、防反二极管、光伏防雷器。直流专用电压仪表：显示直流母线的直流电压值；直流专用电流仪表：显示直流母线的直流电流值；直流专用断路器：闭合或断开直流母线电压，方便用户操作；避雷器：配有光伏专用高压防雷器,正极负极都具备防雷功能;（2）选配方法：主要考虑每路最大输入电流、输入路数、最大阵列开路电压满足实际直流配电柜选配的选择要求。例如最大输入电流/路为40A。例如输入路数为20，是指直流配电柜输入可连接20个汇流箱。项目5光伏交流控制设备习题解答1.简述离网、并网逆变器的主要特点。解答（总结参考）：（1）离网逆变器的主要特点独立运行：离网逆变器不需要外界的电力支持，可以自给自足地运行。清洁能源：离网逆变器通过太阳能系统运作，不产生任何污染物和二氧化碳的排放，实现真正的清洁能源，节省能源成本。实时监测：离网逆变器能够实时监测太阳能电池板所发出的电流、电压、功率、负载情况等信息，保证运行的准确性。适应性强：离网光伏逆变器可以适应各种环境条件下的运行，其输出电能稳定可靠，不受距离和空间的限制。安全可靠：离网光伏逆变器具有过压保护、短路保护、过流保护等多重安全保护措施，确保运行过程中的安全性。（2）并网逆变器的主要特点：系统的功率高、成本低：并网逆变器的最大特点是将光伏电池输出都工作在最大功率点处，极大的提高光伏发电效能，并且减小了“阴影”和“热斑”问题，各个交流逆变模块独立工作，大大提高光伏系统的扩展性和冗余性，实现逆变器并网的“即插即用”的特点。波形失真率低：并网逆变器纯正弦波输出时，波形失真率一般小于5%。稳压精度高：额定负载状态下，并网逆变器的输出精度一般不大于±3%。拓扑结构选择多样：并网逆变器的结构对整个光伏发电系统的安全性、发电效率、稳定可靠性等具有重要影响。通常分隔离型和非隔离型二种，隔离型又分为工频隔离和高频隔离二种，非隔离型又可分为单级并网逆变器和多级型并网逆变器。2.简述逆变器的主要技术参数特点。(l)额定输出功率。额定输出功率表示逆变器向负载或电网供电的能力。备总功率大10%～15%。并网逆变器的额定输出功率与太阳电池功率之比～般为90%。(2)输出电压的调整性能。输出电压的调整性能表征逆变器输出电压的稳压度。一般逆变器都给出当直流输入电压在允许波动范围内变化时，该逆变器输出交流电压波动偏差的百分率，即电压调整率。性能好的逆变器的电压调整率应小于等于3%。(3)整机效率。整机效率表征逆变器自身功率损耗的大小。目前，先进逆变器最大效率大于96.5%，MPPT效率大于99%。(4)启动性能。所选用的逆变器应能保证在额定负荷下可靠启动。高性能逆变器可以做到连续多次满负荷启动而不损坏功率开关器件及其他电路。另外，对逆变器还有一些重要的技术参数指标，如：(l)输出电压的波形失真度：对正弦波逆变器，应规定允许的最大波形失真度（或谐波含量）。通常以输出电压的总波形失真度表示，其值应不超过5%（单相输出允许10%）。(2)额定输出频率：对于包含电机之类的负载，如洗衣机、电冰箱等，由于其电机最佳频率工作点为50Hz，频率过高或者过低都会造成设备发热，降低系统运行效率和使用寿命，所以逆变器的输出频率应是一个相对稳定的值，通常为工频50Hz，正常工作条件下其偏差应在±1%以内。(3)负载功率因数：表征逆变器带感性负载或容性负载的能力。正弦波逆变器的负载功率因数为0.7-0.9，额定值为0.9。3.简述光伏逆变器分类及功能。解答4.简述光伏逆变器电路构成及工作原理。 解答：在实际应用中，除了小功率光伏逆变器主电路采用这种单级的(DC-AC)转换电路外，中、大功率逆变器主电路都采用两级(DC-DC-AC)或三级(DC-AC-DC-AC)的电路结构形式。一般来说，中、小功率光伏发电系统的太阳能电池组件或方阵输出的直流电压都不太高，而且功率开关管的额定耐压值也都比较低，因此逆变电压也比较低，要得到220V或者380V的交流电，无论是推挽式还是全桥式的逆变电路，其输出都必须加工频升压变压器。随着电力电子技术的发展，新型光伏逆变器电路都采用高频开关技术和软开关技术实现高功率密度的多级逆变。这种逆变电路的前级升压电路采用推挽逆变电路结构，但工作频率都在20kHz以上，升压变压器采用高频磁性材料做铁芯，因而体积小、重量轻。低电压直流电经过高频逆变后变成了高频高压交流电，又经过高频整流滤波电路后得到高压直流电（一般均在300V以上），再通过工频逆变电路实现逆变得到220V或者380V的交流电，整个系统的逆变效率可达到90%以上，目前大多数正弦波光伏逆变器都是采用这种三级的电路结构，如图5-7所示。其具体工作过程是：首先将太阳能电池方阵输出的直流电（如24V、48V、110V、220V等）通过高频逆变电路逆变为波形为方波的交流电，逆变频率一般在几千赫兹到几十千赫兹，再通过高频升压变压器整流滤波后变为高压直流电，然后经过第三级DC-AC逆变为所需要的220V或380V工频交流电。半导体功率开关器件在控制电路的作用下以l/l00s的速度开关，将直流切断，并将其中一半的波形反向而得到矩形的交流波形，然后通过电路使矩形的交流波形平滑，得到正弦交流波形。5.简述单相推挽式逆变器工作原理。解答：该电路由2只共负极功率开关VT1、VT2和1个带有中心抽头的升压变压器组成。若输出端接阻性负载时，当t1≤t≤t2时，VT1功率管加上栅极驱动信号U1，VT1导通，VT2截止，变压器输出端端输出正电压；当t3≤t≤t4时，VT2功率管加上栅极驱动信号U2时，VT2导通，VT1截止，变压器输出端端输出负电压。因此变压输出电压Uo为交流方波；若输出端接感性负载，则变压器内的电流波形连续。VT1VT1VT2VD2VD1U2UoU1AC输出+-t1t2t3t46.什么是孤岛效应，单独运行检测方式有哪些。解答：在光伏并网发电过程中，由于光伏发电系统与电力系统并网运行，当电力系统由于某种原因发生异常而停电时，如果光伏发电系统不能随之停止工作或与电力系统脱开，则会向电力输电线路继续供电，这种运行状态被形象的称为“孤岛效应”。在逆变器电路中，检测出光伏系统单独运行状态的功能称为单独运行检测。检测出单独运行状态，并使光伏系统停止运行或与电力系统自动分离的功能就叫单独运行停止或孤岛效应防止。单独运行检测方式分为被动式检测和主动式检测两种方式。7.简述雷电对光伏发电系统的危害性。解答：雷电对光伏发电系统的危害性主要体现在以下几个方面：直击雷的危害：直击雷是指雷电直接击中光伏发电系统中的设备，产生强大的电流和电压，对设备造成严重的损坏。直击雷的电压峰值通常可达几万伏甚至更高，电流峰值可达几十安培，破坏性极强。直击雷不仅会直接损坏光伏板、逆变器等设备，还可能引发火灾等安全事故。雷电感应的危害：雷电感应是指雷电产生强大的磁场，导致附近的导体产生感应电动势和感应电流。这些感应电流和电压会对光伏发电系统中的设备造成损坏，同时可能引发电击等安全事故。雷电波侵入的危害：雷电波侵入是指雷电产生的冲击波沿着电缆等线路侵入到光伏发电系统中，导致设备损坏。雷电波侵入会对光伏发电系统中的设备和线路造成损坏，甚至可能引发火灾等安全事故。8.简述直击雷的防范措施。解答：从光伏发电系统角度来看，主要从如下方面：在直击雷防范措施过程中，一般宜采用抑制型或屏蔽型的直击雷保护措施，如安装接闪器，以减小直击雷击中的概率。并尽量采用多根均匀布置的引下线。因为多根引下线的分流作用可降低引下线沿线压降，减少侧击的危险，并使用引下线泄流产生的磁场强度减小。另外，引下线的均匀布置可使引下线泄流产生的电磁场在建筑物内空间内部部分抵消，以抑制感应雷的产生强度。接地体可采用环型地网，引下线宜连接在环型地网的四周，这样有利于雷电流的散流和内部电位的均衡。避雷针、避雷带(线)、避雷网是直接接受雷击的，统称为接闪器。接闪器的金属杆，称为避雷针；接闪器的金属线，称为避雷线或架空地线；接闪器的金属带、金属网，称为避雷带。接闪器的避雷针、避雷线和避雷带，应根据实际选用。9.简述光伏系统接地系统组成及实施方法。解答：光伏发电系统的接地包括以下几个方面。防雷接地：为了防止各种雷电所引起的雷电流的损害，避雷针、避雷带(线)以及低压避雷器，连接架空线路的电缆金属外皮必须可靠接地。工作接地：为保证安全，逆变器的中性点、电压和电流互感器的二次绕组必须接地。保护接地：为防止出现正常情况下不带电、而在绝缘材料损坏后或