并网光伏系统

并网光伏系统设计要点技术部：李晓2011.10.18佳讯光电系统工程有限公司1并网光伏系统佳讯光电系统工程有限公司

并网光伏发电系统基于公共电网，与公共电网并联运行。在白天系统通过并网逆变器将光伏系统所发电量送入电网，可以直接供用户负载使用，也可出售给国家电网公司；在夜晚光伏系统停止工作。根据并网系统接入点位置不同，并网系统可分为两种模式：并网光伏系统依托公共电网存在，没有公共电网的地区不宜建设并网光伏系统。

用户侧并网专线并网2

用户侧并网多为低压（230/400V）和中压（10KV、35KV等）并网，在中压并网时须有升压变压器。佳讯光电系统工程有限公司用户侧并网

用户侧并网光伏系统的并网点设置在公共电网电能计量表后靠近用户负载侧。光伏系统所发电量优先供用户负载使用，当有剩余电量时可返送到公共电网来售电。

目前根据国内国家电网现况，大部分用户侧并网光伏系统不允许向公共电网返送电量，此时在公共电网入口处加装防逆流检测装置，当光伏系统有剩余电量时防逆流装置检测到逆向电流则切断全部或部分部分光伏系统。3佳讯光电系统工程有限公司专线并网

专线并网光伏系统是指国家电网光伏电场单独提供一个接入点，光伏系统所发电量全部送入国家电网来进行售电。专线并网基本全部为中高压并网，通过升压变压器将电压升至10KV以上电压；所针对光伏系统的总量较大，通常都是兆瓦级以上电站。

专线并网光伏系统能完全受电力公司调度，在大型电站建设时此方式较容易被电网公司接受。4佳讯光电系统工程有限公司并网系统与离网系统相比特点无储能装置、控制器逆变器为并网逆变器直流系统电压较高有并网接入装置（配电柜或变配电室）依赖公共电网5佳讯光电系统工程有限公司并网光伏系统设计流程组件方阵平面布局设计并网光伏系统设计可以分为下面几个主要方面：系统电气设计支架结构及基础安装方式设计并网接入系统设计（配电柜或者变配电房）监控、数据通信及环境检测系统设计防雷措施设计电缆选型及敷设方式6佳讯光电系统工程有限公司佳讯光电屋顶100KWp并网发电系统并网方式为用户侧400V低压并网，无需升压变压器，逆变器自身带有隔离变压器。

佳讯光电屋顶100KWp并网发电系统原理框图设计实例7佳讯光电系统工程有限公司组件方阵平面布局设计1、系统容量设计

光伏系统容量会影响后续所有设计，如组件数量、逆变器选配、汇流方式、并网接入系统等等。

在实际项目中光伏系统容量主要可能受下面各方面因素影响：项目申报或预算容量安装位置地形及面积限制并网点准入功率限制在屋顶安装型系统的设计时，屋面地形及面积一定，可调节范围较小，在设计时应特别注意其对方阵容量的限制，要综合考虑遮阴、间距及安装方式的影响光伏系统接入变电站时，其总容量宜控制在所接主变、配变接入侧线圈额定容量的30%以内；T型接入10/20KV公用线路时，其总容量宜控制在该线路最大输送容量的10～30%以内。

本项目中按照规划安装容量为100KWp，使用1台100KW逆变器，系统容量很小，不存在并网点容量的限制，故确定安装容量为100KWp，根据组件选配后最终确定。8佳讯光电系统工程有限公司2、组件选型及数量

目前常用组件分为晶硅和非晶硅组件，晶硅组件又分为单晶硅和多晶硅。其中晶硅组件较为常用，特别是在屋顶项目中由于面积有限，为保证单位面积的安装容量，多选择晶硅组件。

本项目中选用230Wp的单晶硅组件，并根据组串方式20块组件一个组串，100KW逆变器的最大直流功率为110KWp，最终确定组件数量为480块组件，系统总容量为110.4KWp。9佳讯光电系统工程有限公司3、组件组串方式

光伏组件单块电压电流很小，为满足逆变器输入要求，必须进行合理的串并联后才能接入逆变器。光伏系统直流侧电缆损耗主要来源于组件匹配损失和线路损耗，众所周知，电压越高则线路的损耗越低，所以可以说光伏方阵电压越高越好，但是在实际中方阵电压设计会考虑如下两个因素：组串最大工作电压在极限情况下不超出逆变器的MPPT范围；组串开路电压在极限低温下不超过逆变器的最大直流电压要求；10佳讯光电系统工程有限公司

光伏组件电压受温度影响较大，在设计过程中必须考虑组件在极限温度时的参数。本项目中极限温度为-15～70℃：11佳讯光电系统工程有限公司本项目逆变器选用常州佳讯的GS-CENTRAL100K3，其最大直流输入电压880V，MPPT输入电压范围450V-840V，通过上表的数据我们可以知道：20块组件一个组串在-15～70℃的极限温度时工作电压范围为481.857～637.772V，位于逆变器MPPT范围的中段，设计合理；20块组件一个组串在-15℃的极限低温时开路电压达到最大为830.776V，接近但不超过逆变器的最大输入电压，设计合理；故组串方式最终确定为20块组件一个组串，方阵共有24个组串。12佳讯光电系统工程有限公司4、方阵最佳倾角的设计与离网系统不一样的是，并网系统组件安装倾角主要保证全年发电量最大，而离网系统是保证全年各月趋于平均或保证用电最大月。光伏方阵发电量可以用在太阳能组件板面上的日平均辐照强度来量化，辐照强度越大则电池板的日峰值日照时数也越大，发电量也越大。日峰值日照时数：将组件表面一天内的总辐强度换算为标准辐照强度1000W/（m2·h）时的等效小时数。光伏方阵最佳倾角可以通过RETScreen软件模拟得出。本项目通过软件模拟，当27°倾角时组件面上年辐照强度最大。13佳讯光电系统工程有限公司

下表是在最佳倾角时斜面上的辐照强度：14佳讯光电系统工程有限公司5、方阵间距设计

遮阴对光伏组件发电量影响很大，特别是晶硅组件。遮阴可能来自两个方面：方阵周围设施对组件造成的遮阴、方阵内部前后排之间的遮阴。在光伏方阵设计中，这两方面都应避免。

在标准中要求：光伏方阵必须保证在冬至日（北半球）上午9点到下午3点之间组件不被遮挡。

此要求下方阵前后排间距可以用如下公式来计算：D=0.707H/tan[arcsin(0.648cosΦ-0.399sinΦ)]式中Φ为当地地理纬度(在北半球为正，南半球为负)，H为阵列前排最高点与后排组件最低位置的高度差）15佳讯光电系统工程有限公司

通过计算，本项目中间距至少应为1493.48mm，根据场地面积允许，对此间距放大后最终距离为1800mm。

针对方阵四周建筑的遮挡，可根据南北向阴影系数1.928和东西向阴影系数1.85分别乘以遮挡物净高度来计算阴影距离。本项目中可能造成遮挡的有南边的景观梁和东南角和西南角的两个房屋。景观梁高1500mm，因此方阵距景观梁之间必须有3000mm以上的的间距；两个房屋高4000mm，南北和东西向至少应有7800和7500以上的距离。16佳讯光电系统工程有限公司系统电气设计1、直流防雷汇流箱

光伏方阵一般组串数都较多，不能直接接入逆变器，通常都会经过多次汇流后再接入逆变器。目前一般汇流都分为二级汇流，即汇流箱汇流和配电柜汇流，薄膜组件由于组串数相对晶硅组件更多且电流较小，一般再在汇流箱之前使用专用三通和多通连接件汇流。

汇流箱一般按照能接入组串数来规定型号，常用有6进1出、8进1出和12进1出等。汇流箱里面每路输入会配置直流熔丝，输出端配置直流断路器，并配置防浪涌保护器以防止感应雷损坏设备。17佳讯光电系统工程有限公司2、直流配电柜

在光伏系统中一般针对每台逆变器设置一台直流配电柜，其主要对多个汇流箱的输出再次汇流，同时还可以具有直流输入数据检测功能。

直流配电柜内针对每路输入设置进线断路器和防反二极管，出线设置出线断路器，同样安装有防浪涌保护器，另外根据需要还可能有直流电压电流检测模块。18佳讯光电系统工程有限公司3、逆变器

并网光伏系统逆变器为并网型逆变器，其与离网逆变器最大的区别是它具有跟踪电网电能的功能，且其不能自主产生波形，只能完全跟踪电网的波形，这也正是并网系统依赖于电网的根本原因。

并网逆变器多带有隔离变压器，其可以滤除直流分量并完全隔离光伏系统和电网，保证逆变器输出电的电能质量。

并网逆变器具有完善的保护机制，如过压保护，短路保护，孤岛保护，过热保护，过载保护，直流接地保护

本项目选用佳讯光电产业发展公司的GS-CENTRAL100K3型逆变器。19佳讯光电系统工程有限公司4、交流配电柜光伏系统中直流电通过逆变器逆变为交流电后，需要对其进行集中分配、计量，并接入到低压电网，在小型项目中通常采用交流低压配电柜作为光伏发电的的并网接入柜直接接入并网点，对电能进行分配及计量；在中高压并网系统中交流低压配电柜直接接入变压器低压侧，升压后接入公共电网，此时一般都具有变配电室。20佳讯光电系统工程有限公司支架结构及基础安装方式设计作为光伏组件的安装支撑结构，支架在光伏系统中也相当重要，支架系统的安全性和稳定性直接影响系统的安全稳定性。组件的安装倾角也需通过支架结构来实现。光伏组件的安装环境不一样，对支架结构和基础结构的要求也不一样，如屋顶项目中屋顶会有水泥屋面、彩钢瓦屋面、水泥瓦屋面等等，每个屋顶都有其独特性；地面电站的安装环境则更为复杂，有山地、沙漠、冻土、盐碱地等等许多地质结构。安装环境的多样性也造成了支架结构和基础安装方式的多样性。目前支架结构材质最常用是热镀锌轻钢结构和铝合金结构；基础样式有预制水泥基础，地锚地桩基础等等。21佳讯光电系统工程有限公司本项目为屋顶安装项目，屋面为水泥屋面并经过防水处理，为不破坏屋面防水结构，本项目采用地网式不生根方式，且支架全部为固定倾角式安装。2223佳讯光电系统工程有限公司支架强度校核支架结构安全性至关重要，在设计中必须对支架结构进行强度校核，首先必须计算支架结构的荷载：风荷载：根据项目当地气象条件50年一遇风力雪荷载：根据项目当地气象条件50年一遇积雪深度自重荷载：包括组件自重和支架结构自重强度校核至少包含如下项目：支架主梁的抗弯、抗剪强度及变形量立柱及支撑杆件的压曲和失稳主要连接螺栓的抗拉、抗剪强度基础的抗倾覆能力在屋顶安装项目中还必须对屋面承载能力进行校核。并网接入系统设计（配电柜或者变配电房）佳讯光电系统工程有限公司本项目采用用户侧400V低压并网，并网点位于车间配电柜，故直接采用交流配电柜作为并网设施，交流柜出线直接接入并网点。本项目光伏系统所发电量主要供我公司5层楼内的负载使用，在正常使用情况下所发电量能被完全消耗，不会返送至公共电网，故不设置防逆流检测装置。24电缆选型及敷设方式佳讯光电系统工程有限公司光伏系统中电缆主要分为光伏电缆、直流电缆和交流电缆。电缆必须具有很好的抗紫外线、抗老化和阻燃等性能，以保证25年的使用寿命。

光伏电缆都选用光伏专用电缆，最常使用线径有4mm2和6mm2，主要用于组串至汇流箱和组串内的连接。

直流电缆指从汇流箱至逆变器之间的所有电缆，最常使用交联聚乙烯（YJV）电缆，线径主要有16、25、35、50、70、95、120mm2等

交流电缆指用于逆变器后的所有电缆，也常使用YJV多芯电缆。25佳讯光电系统工程有限公司根据标准要求，光伏系统直流侧电缆损耗不应超过2%，系统总线损不宜超过3%，在电缆选型设计时主要考虑两个因素：线损满足上述要求电缆载流量满足线路电流要求本项目中光伏电缆选用4mm2光伏专用电缆；直流电缆选用YJV-1*35mm2电缆；交流电缆选用YJV-3*150+1*70mm2电缆。线路总损耗最大为1.58%，满足上述要求。电缆敷设根据敷设路线环境不同，主要有桥架、穿管、直埋等敷设方式。本项目中电缆全部在室内敷设，主要采用桥架敷设方式。2627佳讯光电系统工程有限公司电缆线损计算方法电缆线损主要按照欧姆定律计算，计算方法如下：

线损=（△U/U）*100%

△U=I*R=I*ρ*L/S