02、并网光伏系统设计-V1.2

1光伏系统培训课程——严晓宇电话： +86 25 52095811 传真： +86 25 52095699 电邮： LiuFeng@ceeg.cn 地址：江苏省南京市江宁经济技术开发区水阁路 6号（ 211153） 2011-10-111 并网光伏系统容量规划目 录2 光伏组件选型3 配电设计4 光伏逆变器相关内容5 电缆选型6 综合布线7 防雷接地设计2并网光伏系统原理图（一）按接入电网不同分为：公共电网并网光伏系统用户侧并网光伏系统太陽光発電并网光伏系统原理图（二）逆向回流给商用电网的电力 从商用电网上引入的电力部分8 10 12 14 16A B CB时间运行模型发电量晴天8 10 12 14 16时间阴天8 10 12 14 16时间雨天发电负荷AAC CB B BC C负荷发电负荷发电太阳能发电系统提供的电力部分运行模型发电量运行模型发电量太阳能电池 逆变器～ 商用负荷 发电量 负荷消费电力＜( 白天 )在运行模式Ｂ的状态下电力的流向太阳能电池 逆变器～ 商用负荷 发电量 负荷消费电力≧( 白天 )在运行模式Ａ的状态下电力的流向 在运行模式Ｃ的状态下电力的流向太阳能电池 逆变器～ 商用负荷3一、 并网光伏系统容量规划要建成一个合理、完善的光伏系统，容量设计极为关键。设计原则：容量设计需要在场地调研后与客户就光伏系统安装位置 面积取得一致置、面积取得 致。场地调研包括了：1、光伏系统现场的 地理位置 ：地点、纬度、经度和海拔；2、该地区的 气象资料 ：包括逐月的太阳能总辐射量、直接辐射量以及散射辐射量，年平均气温和最高、最低气温，最长连续阴雨天数，最大风速以及冰雹、降雪等特殊气象情况等。3、接入电网条件：与接入点的距离，接入点的间隔等；3一、 并网光伏系统容量规划要建成一个合理、完善的光伏系统，容量设计极为关键。设计原则：容量设计需要在场地调研后与客户就光伏系统安装位置 面积取得一致置、面积取得 致。场地调研包括了：1、光伏系统现场的 地理位置 ：地点、纬度、经度和海拔；2、该地区的 气象资料 ：包括逐月的太阳能总辐射量、直接辐射量以及散射辐射量，年平均气温和最高、最低气温，最长连续阴雨天数，最大风速以及冰雹、降雪等特殊气象情况等。3、接入电网条件：与接入点的距离，接入点的间隔等；5气象资料整合峰值日照时数 3.75Peak sunshine hour: 3.75? NASA气象数据库光伏系统规模等级划分6光伏建筑一体化（ BIPV）（ 1～ 5kW）目前比较常见的光伏系统分类● 光伏建筑 体化（ BIPV）（1 5kW）● 大型光伏电站 （ LPVGS）（ 100kW～ 100MW）● 小功率光伏并网模块 （ AC MODULE）组件技术类型，安装区域面积决定了系统的容量 ， 根据常规标准组件尺寸，特定面积内可以容纳的组件大体数目可以确定。组件的数目确定即可大体确定 PV 系统的功率容量。（关于组件的选型将在下节详细介绍）在现场情况不明，资料缺失较大的情况下，可使用经验法则： 10m2 的 PV 面积约有 1kWP的系统容量，对系统容量进行估算（不能作为设计依据） 。7设计要点：安装倾角计算法系统设计采用 Klien 和 Theilacker 提出的计算倾斜面上月平均太阳辐照量的方法 。Klien 和 Theilacker 的计算方法：倾斜面上的太阳辐射总量 由直接太阳辐射量、天空散射辐射量和地面反射辐射量三部分组成 并认为天空散射辐射量是均匀分布的量和地面反射辐射量三部分组成，并认为天空散射辐射量是均匀分布的。ρθθ 2cos12cos1)( -+++-= HHRHHH dbdT （ kWh/m 2/day ）其中：H 为水平面的总辐射量 Hd 为水平面的散射量；为光电板倾角；为地物表面的反射率，在工程计算中一般 取 0.2，有雪覆盖的地面取 0.7。Rb为倾斜面与水平面的直射量之比。Klien S A, Theilacker J C. Journal of Solar Energy Engineering. 1981, 103: 29-33.光伏系统理想的安装状态时无阴影覆盖设计要点：阵列间距分析系统设计光伏系统理想的安装状态时无阴影覆盖。不过，由于并网系统安装在不同区域时，阴影有时不可避免。阴影会大量减少光伏阵列的能量输出，应当尽量避免。首先应该避免的是组件阵列互相间可能造成的阴影遮挡成的阴影遮挡。8系统设计系统设计9设计要点：阴影遮挡分析系统设计阴影对晶体硅组件能量输出造成的影响临时阴影：鸟粪、落叶、积雪灰尘、其他的污点等系统设计热斑效应10光伏组件安装区域周边的建筑物、树木等植物以及植物系统设计场地阴影未来的生长等都会对光伏组件造成遮挡。山东德州系统设计自阴影建筑物自身以及附加物（遮阳板、卫星天线、避雷针 / 带等）产生的阴影11光伏系统被阴影覆盖，会及大地影响到其能量输出，在大量的系统中 阴影导致其年发产出减少 10% 甚系统设计大量的系统中，阴影导致其年发产出减少 5%到 ，甚至对组件、设备造成损坏，严重影响了系统效能和安全。我院为了避免阴影对光伏系统能量输出产生影响，保证系统发电量始终最大化，自主研发了相应的分析软件，对系统进行全方位的可视化分析系统进行全方位的可视化分析。例如：我院对全球最大单体建筑 BIPV 工程——京沪高铁南京南站屋顶光伏并网示范工程所做的可视化分析三维动画阴影分析系统设计12三维动画阴影分析系统设计系统设计三维动画阴影分析13可视化辐射量分析WESTEAST二、光伏组件选型14不同类型的组件最佳组件参数选择检测员：朱琪琪 日期： 2011.4.415（我公司生产组件效率达 16%以上），三、配电设计161、根据安装位置的不同，应对配电设备的防护等级提出相应要求（除汇流箱外，配电设备一般推荐推荐于防雨、避免太阳直接设计原则照射和通风条件良好的地方）。2、设备应与系统容量相互匹配。3、选型时，应确保配电设备有足够数量的端口来连接相应回路。4 选型时 要考虑到将来可能产生的维护工作、选型时，要考虑到将来可能产生的维护工作。5、配电设备内有相应的防雷装置。下面以汇流箱的选型设计为例。光光伏阵列防雷汇流箱一（以16路光伏串列次回路原理框图系统为例）17光伏阵列防雷汇流箱串列电流监测原理框图光伏阵列防雷汇流箱结构组成18四、光伏逆变器相关内容逆变器主要功能19并网逆变器的分类（一）1. 直接耦合系统根2. 工频隔离系统3. 高频隔离系统据工作方式进行分4. 高频不隔离系统类工频逆变器：指逆变部分是低频的，特点是输出是一个铁芯变压器，很重。逆变出来的电压是交流的，直接可以使用。高频逆变器：逆变部分是高频的，逆变输出变压器是高频变压器，输出的电压需要整流以后，还需要用电子元件通过开关产生交流电压。在目前的光伏并网系统设计中，一般采用工频逆变器，根据实际需要，选择直接耦合或者工频隔离系统。20采用工频变压器隔离的单相并网逆变器系统采用直流升压、高频变压器隔离的单相并网逆变器系统21采用工频变压器隔离的大功率三相并网逆变器系统根据接入的光伏系统不同来进行分类：并网逆变器的分类（二）1、组串型并网逆变器2、集中型并网逆变器22组串型并网逆变器集中型并网逆变器23逆变器主要技术要点孤岛防护问题涉及技术领域涉及技过电压与欠电压等异常保护技术通讯监控技术术领域电网技术电力电子技术微电子与高效电能变换与控制孤岛防护问题谐波抑制与功率因数补偿软件技术自动控制技术逆变器选型要素24逆变器选型要素逆变器选型要素并网逆变器要通过相关部门的权威测试和认证，符合电网的技术质量要求。25逆变器转换效率逆变器转换效率26逆变器跟踪效率为了把太阳能最大可能的转变成交流电 逆变为了把太阳能最大可能的转变成交流电，逆变器必须自动设置且跟踪最优化运行点（ MPP）。有效输入功率η CON = PAC （有效输入功率） / PDC (有效输入功率 )五、电缆选型27电缆选型要素按 允许电 损失? 允许电压损失 选择导线和电缆截面? 按 经济电流密度 选择导线和电缆截面? 按 机械强度 选择导? 按 允许载流量 选择导线和电缆的截面线和电缆截面初级设计时的一些简单公式PIUp×Δ=ξ IRU ×=Δ 2LR ρ=UPI =AmΩ× - 8107.1＝ρ28导体的允许温度与允许载流量z 导体的长期允许温度θ alz 对应于导体长期允许温度，导体中所允许通过的长期工作电流，称为该导体的允许载流量 I al注意： 导体的允许载流量，不仅和导体的截面、散热条件有关，还与周围的环境温度有关。在资料中所查得的导体允许载流量是对应于周围环境温度为θ =25℃的允许载流量，如果环境0温度不等于 25℃，允许载流量应乘以温度修正系数K t 。导体的允许温度与允许载流量对于电缆，还应当考虑到电缆的敷设方式对散热条件的影响。z 如果几根电缆并排直接埋于土中，由于电缆互相影响，使散热条件变坏，其允许温度还应乘以并排修正系数Kp。z 电缆埋于土中，土壤的热阻系数不同于允许电流表中所指出的数值时，应乘以土壤热阻修正系数K tr 。因此电缆的允许电流应按下式计算因此电缆的允许电流应按下式计算：altrptalal IKKKIKI ′=′=29按允许载流量选择导体截面z 三相相线截面的选择z 中性线和保护线截面的选择中性线（中性线（N N线）截面的选择①一般要求中性线截面应不小于相线截面的一半，即②对三相系统分出的单相线路或两相线路，中性线电流与相线电流相等。因此， S0与 S 相等。?SS 5.00 ≥③对三次谐波电流突出的线路，中性线电流可能会超过相线电流，因此中性线截面应不小于相线截面。?SS =0?SS ≥0按允许电压损失选择导线和电缆截面（ 1） 先取导线或电缆的电抗平均值，求出无功负荷在电抗上引起的电压损失：∑ ==ΔniiiNX LqUxU12010%%%% XalR UUU Δ-Δ=Δ %RUΔ（ 2）根据 出此时的 。%RUΔ%alUΔ—— 有功负荷在电阻上引起的电压损失，—— 线路的允许电压损失。30按允许电压损失选择导线和电缆截面（ 3）由 ，将 （式中 为导线的电导率）代入，可计算出导线或电缆的截面为：∑==ΔniiiNR LpUrU12010% Sr γ10 =并根据此值选出相应的标准截面。%10 21RNniiiUULpSΔ=∑ =γ（ 4）根据所选的标准截面及敷设方式，查出）根据所选的标准截面及敷设方式，查出r r 0和 x0，计算线路实际的电压损失，与允许电压损失比较。如不大于允许电压损失则满足要求，否则加大导线或电缆截面，重新校验，直到所选截面满足允许电压损失的要求为止。六、综合布线