太阳能光伏发电系统的安装施工与检查测试

第 7 章 太阳能光伏发电系统的安装施工与检查测试太阳能光伏发电系统是涉及多种专业领域的高科技发电系统，不仅要进行合理可靠、经济实用的优化设计，选用高质量的设备、部件，还必须进行认真、规范的安装施工和检测调试。系统容量越大，电流电压越高，安装调试工作就越重要。否则，轻则会影响光伏发电系 统的发电效率，造成资源浪费，重则会频繁发生故障，甚至损坏设备。另外还要特别注意在 安装施工和检测全过程中的人身安全、设备安全、电气安全、结构安全及工程安全问题，做到规范施工、安全作业，安装施工人员要通过专业技术培训合格，并在专业工程技术人员的现场指导和参与下进行作业。7.1 太阳能光伏发电系统的安装施工太阳能光伏发电系统的安装施工分为两大类，是太阳能电池方阵在屋顶或地面的安装，及配电柜、逆变器、避雷系统等电器设备的安装；二是太阳能电池组件间的连线及各设备之 间的连接线路铺设施工。光伏发电系统安装施工的主要内容如图 7-1 所示。7.1.1 太阳能光伏发电系统的安装施工1. 安装位置的确定在光伏发电系统设计时，就要在计划施工的现场进行勘测，确定安装方式和位置，测量安装场地的尺寸，确定电池组件方阵的朝向方位角和倾斜角。太阳能电池方阵的安装地点不能有建筑物或树木等遮挡物，如实在无法避免，也要保证太阳能方阵在上午 9 时到下午 16 时能接收到阳 光 。 太阳能电池方阵与方阵的间距等都应严格按照设计要求确定。2. 电池方阵基础与支架的施工首先进行场地平整挖坑，按设计要求的位置制作浇注光伏电池方阵的支架基础。基础预埋件要平整牢固。当要在屋顶 安装电池方阵时，要使基座预埋件与屋顶主体结构的钢筋牢固焊接或连接， 如果受到结构限制无法进行焊接或连接的， 应采取措施加大基座与屋顶的附着力，并采用面介绍的铁线拉紧法或支架延长固定法等加以部分按照国家标准《屋面工程质量验收规范》渗水、漏雨现象发生。太阳能电池方阵支架应釆用热镀锌钢材或普通角钢制作， 沿海地区可考虑采用不诱钢等 耐腐蚀钢材制作。支架的焊接制作质量要符合国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》 (GB 50205-2001) 的要求。普通钢材支架的全部及热镀锌钢材支架的焊接部位， 要进行涂防锈漆等防腐处理。 太阳能电池支架与基础之间应焊接或安装牢固。3. 电池组件的安装（ 1）太阳能光伏电池组件在存放、搬运、安装等过程中，不得碰撞或受损，特别要注意防止组件玻璃表面及背面的背板材料受到硬物的直接冲击。（ 2）组件安装前应根据组件生产厂家提供的出厂实测技术参数和曲线，对电池组件进行分组，将峰值工作电流相近的组件串联在一起，将峰值工作电压相近的组件并联在一起，以充分发挥电池方阵的整体效能。（ 3）将将分好组的组件依次摆放到支架上，并用螺丝穿过支架和组件边框的固定孔，将组件与支架固定。（ 4）按照方阵组件串并联的设计要求，用电缆将组件的正负极进行连接。对于接线盒直接带有连接线和连接器的组件，在连接器上都标注有正负极性，只要将连接器接插件直接插接即可。电缆连接完毕，要用绑带、钢丝卡等将电缆固定在支架上，以免长期风吹摇动造成电缆磨损或接触不良。（ 5） 安装中要注意方阵的正负极两输出端， 不能短路， 否则可能造成人身事故或引起火灾。在阳光下安装时，最好用黑塑料薄膜、包装纸片等不透光材料将太阳能电池组件遮盖， 以免输出电压过高影响连接操作或造成施工人员触电的危险。（ 6） 安装斜坡屋顶的建材一体化太阳能电池组件时， 互相间的上下左右防雨连接结构必须严格施工，严禁漏雨、漏水，外表必须整齐美观，避免光伏组件扭曲受力。 屋顶坡度超过 10°时， 要设置施工脚踏板， 防止人员或工具物品滑落。严禁下雨天在屋顶面施工。（ 7）太阳能电池组件安装完毕之后要先测量总的电流和电压，如果不合乎设计要求，就应该对各个支路分别测量。当然为了避免各个支路互相影响，在测量各个支路的电流与电压时，各个支路要相互断开。7.1.2 光伏控制器和逆变器等电气设备的安装1. 控制器的安装小功率控制器安装时要先连接蓄电池，再连接太阳能电池组件的输入，最后连接负载或逆变器，安装时注意正负极不要接反。中、大功率控制器安装时，由于长途运输的原因，要先检查外观有无损坏，内部连接线和螺钉有无松动等，中功率控制器可固定在墙壁或者摆放 在工作台上，大功率控制器可直接在配电室内地面安装。控制器若需要在室外安装时，必须 符合密封防潮要求。控制器接线时要将工作开关放在关的位置，先连接蓄电池组输出引线，再连接太阳能电池方阵的输出引线，在有阳光照射时闭合开关，观察是否有正常的直流电压和充电电流，一切正常后，可进行与逆变器的连接。2. 逆变器的安装逆变器在安装前同样要进行外观及内部线路的检查， 检查无误后先将逆变器的输入开关断开， 再与控制器的输出接线连接。 接线时要注意分清正负极极性， 并保证连接牢固。 接线完毕， 可接通逆变器的输入开关， 待逆变器自检测正常后， 如果输出无短路现象， 则可以打开输出开关， 检查温升情况和运行情况， 使逆变器处于试运行状态。逆变器的安装位置确定可根据其体积、 重量大小分别放置在工作台面、 地面等，若需要在室外安装时，必须符合密封防潮要求。7.1.3 防雷与接地系统的安装施工1. 防雷器的安装（ 1）安装方法。防雷器的安装比较简单， 防雷器模块、 火花放电间隙模块及报警模块等， 都可以非常方便地组合并直接安装到配电箱中标准的 35mm导轨上。（ 2）安装位置的确定一般来说，防雷器都要安装在根据分区防雷理论要求确定的分区交界处。 B级（ III 级）防雷器一般安装在电缆进入建筑物的入口处，例如安装在电源的主配电柜中。 C级（ II 级）防雷器一般安装在分配电柜中，作为基本保护的补充。D级（ I 级）防雷器属于精细保护级防雷，要尽可能地靠近被保护设备端进行安装。防雷分区理论及防雷器等级是根据 DIN VDE 0185 和 IEC 61312-1 等相关标准确定的。(3) 电气连接。防雷器的连接导线必须保持尽可能短， 以避免导线的阻抗和感抗产生附加的残压降。如果现场安装时连接线长度无法小于 0.5m 时，则防雷器的连接方式必须使用 V 字形方式连接（如图 7-2 所示）。同时，布线时必须将防雷器的输入线和输出线尽可能地保持较远距离的排布。另外布线时要注意将已经保护的线路和未保护的线路 （包括接地线） ， 绝对不要近距离平 行排布，它们的排布必须有一定空间距离或通过屏蔽装置进行隔离，以防止从未保护的线路 向已经保护的线路感应雷电浪涌电流。防雷器连接线的截面积应和配电系统的相线及零线（ L1、 L2、 L2、 N）的截面积相同或按照表 7-1 方式选取。(4) 零线和地线的连接零线的连接可以分流相当可观的雷电流，在主配电柜中，零线的连接线截面积应不小于 16mm2，当在一些用电量较小的系统中，零线的截面积可以相应选择的较小些。 防雷器接地 线的截面积一般取主电路截面积的一半， 或按照表7-1 方式选取。（ 5）接地和等电位连接。防雷器的接地线必须和设备的接地线或系统保护接地可靠连接。如果系统存在雷击保护等电位连接系统，防雷器的接地线最终也必须和等电位连接系统可靠连接。 系统中每一个局部的等电位排也都必须和主等电位连接排可靠连接，连接线的截面积必须满足接地线的最小截面积要求。(6) 防雷器的失效保护方法。基于电气安全的原因，任何并联安装在市电电源相对零或相对地之间的电气元件，为防止故障短路，必须在该电气元件前安装短路保护器件，例如空气开关或保险丝。防雷器也不例外，在防雷器的入线处，也必须加装空气开关或保险丝，目的是当防雷器因雷击保护击穿或因电源故障损坏时，能够及时切断损坏的防雷器与电源之间的联系，待故障防雷器修复或更换后，再将保护空气开关复位或将熔断的保险丝更换，防雷器恢复保护待命状态。为保证短路保护器件的可靠起效， 一般 C级防雷器前选取安装额定电流值为32A (C 类脱扣曲线）的空气开关， B 级防雷器前可选择额定电流值约为 63A的空气开关。2. 接地系统的安装施工（ 1）接地体的埋设在进行配电室基础建设和太阳电池方阵基础建设的同时，在配电机房附近选择一地下无管道、无阴沟、土层较厚、潮湿的开阔地面，一字排列挖直径 lm、深 2m的坑 2~3 个（其中的 1 或 2 个坑用于埋设电气设备保护等地线的接地体，另一个坑用于单独埋设避雷针地线的接地体），坑与坑的间距应不小于 3m。坑内放入专用接地体或按照第 6 章中介绍内容设计制作的接地体，接地体应垂直放置在坑的中央，其上端离地面的最小高度应大于等于 0.7m， 放置前要先将 引下 线与接地体可靠连接。将接地体放入坑中后，在其周 围 填 充接地专用降阻剂，直至基本将接地体掩埋。填充过程中应同时向坑内注入一定的清水， 以使降阻剂充分起效。 最后用原土将坑填满整实。电器、设备保护等接地线的引下线最好采用截面积 35mm2接地专用多股铜芯电缆连接，避雷针的引下线可用直径 8mm圆钢连接。（ 2）避雷针的安装。避雷针的安装最好依附在配电室等建筑物旁边， 以利于安装固定， 并尽量在接地体的埋设地点附近。 避雷针的高度根据要保护的范围而定， 条件允许时尽量单独接地。7.1.4 蓄电池组的安装在小型光伏发电系统中蓄电池的安装位置应尽可能靠近太阳能电池和控制器。 在中大型光伏发电系统中， 蓄电池最好与控制器、 逆变器及交流配电柜等分室而放。蓄电池的安装位置要保证通风良好，排水方便，防止高温，环境温度应尽量保持在 10~25° C 之间。蓄电池与地面之间应采取绝缘措施，一般可垫木板或其他绝缘物，以免蓄电池与地面短路而放电。如果蓄电池数量较多时，可以安装在蓄电池专用支架上，且支架要可靠接地。蓄电池安装结束后，要测量蓄电池的总电压和单只电压，单只电压大小要相等。要注意的是，接线时辨别清楚正负极，保证接线质量。蓄电池极柱与接线之间必须紧密接触，并在极柱与连接点涂一层凡士林油膜，以防天长日久腐蚀生锈造成接触不良。7.1.5 线缆的铺设与连接1. 太阳能光伏发电系统连接线缆铺设注意事项①不得在墙和支架的锐角边缘铺设电缆，以免切割、磨损伤害电缆绝缘层引起短路，或切断导线引起断路。②应为电缆提供足够的支撑和固定，防止风吹等对电缆造成机械损伤。③布线的松紧度要适当，过于张紧会因热胀冷缩造成断裂。④考虑环境因素影响，线缆绝缘层应能耐受风吹、日晒、雨淋、腐蚀等。⑤电缆接头要特殊处理，要防止氧化和接触不良，必要时要镀锡或锡焊处理。⑥同一电路馈线和回线应尽可能绞合在一起。⑦线缆外皮颜色选择要规范，如火线、零线和地线等颜色要加以区分。⑧线缆的截面积要与其线路工作电流相匹配，截面积过小，可能使导线发热，造成线路损耗过大，甚至使绝缘外皮熔化，产生短路甚至火灾。特别是在低电压直流电路中，线路损耗尤其明显。截面积过大，又会造成不必要的浪费。因此系统各部分线缆要根据各自通过电流的大小进行选择确定。⑨当线缆铺设需要穿过楼面、屋面或墙面时，其防水套管与建筑主体之间的缝隙必须做好防水密封处理，建筑表面要处理光洁。2. 线缆的铺设与连接太阳能光伏发电系统的线缆铺设与连接主要以直流布线工程为主，而且串联、并联接线场合较多。因此施工时要特别注意正负极性。（ 1）在进行光伏电池方阵与直流接线箱之间的线路连接时，所使用导线的截面积要满足最大短路电流的需要。各组件方阵串的输出引线要做编号和正负极性的标记，然后引入直流接线箱。线缆在进入接线箱或房屋穿线孔时，要做个如图 7-3所示的防水弯，以防积水顺电缆进入屋内或机箱内。（ 2）当太阳能电池方阵（ 3）交流逆变器输出的电气方式有单相二线制、单相三线制、三相三线制和三相四线制等，连接时注意相线和零线的正确连接。7.2 太阳能光伏发电系统的检查测试太阳能光伏发电系统安装完毕后，需要对整个系统进行检查和必要的测试，使系统能够长期稳定的正常运行。7.2.1 光伏发电系统的检查光伏发电系统的检查主要是对各个电气设备、部件等进行外观检查，内容包括电池组件方阵、基础支架、接线箱、控制器、逆变器、系统并网装置和接地系统等。1. 电池组件及方阵的检查检查组件的电池片有无裂纹、 缺角和变色； 表面玻璃有无破损、 污物； 边框有无损伤、变形等。检查方阵外观是否平整、美观，组件是否安装牢固，引线是否接触良好，引线外皮有否破损等。检查组件或方阵支架是否有生锈和螺丝松动之处。2. 直流接线箱和交流配电柜的检查检查外壳有无腐蚀、生锈、变形。内部接线有无错误，接线端子有无松动，外部接线有无损伤。3. 控制器、逆变器的检查检查外壳有无腐蚀、生锈、变形。接线端子是否松动，输入、输出接线是否正确。4. 接地系统的检查检查接地系统是否连接良好，有无松动。连接线是否有损伤。所有接地是否为等电位连接。5. 配线电缆的检查太阳能光伏发电系统中的电线电缆在施工过程中，很可能出现碰伤和扭曲等， 这会导致绝缘被破坏以及绝缘电阻下降等。 因此在工程结束后， 在做上述各项检查的过程中， 同时对相关配线电缆进行外观检查， 通过检查确认电线电缆有无损伤。7.2.2 光伏发电系统的测试1. 电池方阵的测试一般情况下，方阵组件串中的太阳能电池组件的规格和型号都是相同的，可根据电池组件生产厂商提供的技术参数，查出单块组件的开路电压，将其乘以串联的数目，应基本等于组件串两端的开路电压。通常由 36 片或 72 片电池片制造的电池组件，其开路电压约为 21V或 42V左右。 如有若干块太阳能电池组件串联， 则其组件串两端的开路电压应约为 21V或 42V的整数倍。 测量太阳电池组件串两端的开路电压，是否基本符合，若相差太大，则很可能有组件损坏、极性接反或是连接处接触不良等问题。可逐个检查组件的开路电压及连接状况，找出故障。测量太阳能电池组件串两端的短路电流， 应基本符合设计要求， 若相差较大，则可能有的组件性能不良，应予以更换。若太阳电池组件串联的数目较多，可能开路电压很高，测量时要注意安全。所有太阳电池组件串都检查合格后， 进行太阳电池组件并联串的检查。 在确认所有的太阳能电池组件串的开路电压基本上都相同， 方可进行各串的并联。 并联后电压基本不变， 总的短路电流应大体等于各个组件串的短路电流之和。 在测量短路电流时， 也要注意安全， 电流太大时可能跳火花， 会造成设备或人身事故。若有多个子方阵， 均按照以上方法检查合格后， 方可将各个方阵输出的正、负极接入汇流箱或控制器，然后测量方阵总的工作电流和电压等参数。2. 绝缘电阻的测试为了了解太阳能光伏发电系统各部分的绝缘状态，判断是否可以通电，需要进行绝缘电阻测试。绝缘电阻的测试一般是在太阳能光伏系统施工安装完毕准备开始运行前、运行过程中的定期检查时以及确定出现故障时进行。绝缘电阻测试主要包括对太阳能电池方阵以及逆变器系统电路的测试。 由于太阳能电池方阵在白天始终有较高电压存在， 在进行太阳电池方阵电路的绝缘电阻测试时， 要准备一个能够承受太阳能电池方阵短路电流的开关， 先用短路开关将太阳电池阵列的输出端短路。根据需要选用 500V或 1000V的绝缘电阻计（兆欧表），然后测量太阳电池阵列的各输出端子对 地间的绝缘电阻。绝缘电阻值根据对地电压的不同其标准如表 7-2 所示。 具体测试方法如图 7-4 所示。 当电池方阵输出端装有防雷器时，测试前要将防雷器的接地线从电路中脱开， 测试完毕后再恢复原状。逆变器电路的绝缘电阻测试方法如图 7-5 所示。根据逆变器额定工作电压的不同选择 500V或 1000V的绝缘电阻计 进 行 测试。逆变器绝缘电阻测试内容主要包括输入电路的绝缘电阻测试和输出电路的绝缘电阻测试。输入电路的绝缘电阻测试时，首先将太阳能电池与接线箱分离，并分别短路直流输入电路的所有端子和交流输出电路的所有输出端子， 然后分别测量输入电路与地线间的绝缘电阻。 逆变器的输入、 输出绝缘电阻值测定标准参照表 7-2 。3. 绝缘耐压的测试对于太阳能电池方阵和逆变器， 根据要求有时需要进行绝缘耐压测试， 测量太阳能电池方阵电路和逆变器电路的绝缘耐压值。 测量的条件和方法与上面的绝缘电阻测试相同。进行太阳能电池方阵电路的绝缘耐压测试时， 将标准太阳电池方阵的开路电压作为最大使用电压， 对太阳能电池方阵电路加上最大使用电压的 1.5 倍的直流电压或 1 倍的交流电压 , 测试时间为 lOmin 左右， 检查是否出现绝缘破坏。 绝缘耐压测试时一般要将防雷器等避雷装置取下或者从电路中脱开，然后进行测试。在对逆变器电路进行绝缘耐压测试时， 测试电压与太阳能电池方阵电路的测试电压相同 , 测试时间也为 lOmin，检查逆变器电路是否出现绝缘破坏。4. 接地电阻的测试接地电阻一般使用接地电阻计进行测量， 接地电阻计还包括一个接地电极引线以及两个辅助电极。接地电阻的测试方法如图 7-6 所 示 。 测试时要将接地电极与两个辅助电极的间隔 各为 20m左右，并成直线排列。将接地电极接在接地电阻计的 E 端子，辅助电极接在电阻计的 P 端子和 C端子，即可测出接地电阻值。接地电阻计有手摇式、 数字式及钳型式等， 详细使用方法可参考具体机型的使用说明书。5. 控制器的性能测试对于有条件的场合最好对控制器的性能也进行一下全面检测，验证其是否符合 GB/T 19064— 2003 规定的具体要求。对于一般的离网光伏系统，控制器的主要功能是防止蓄电池过充电和过放电。 在与光伏系统连接前， 最好先对控制器单独进行测试。 可使用合适的直流稳压电源， 为控制器的输入端提供稳定的工作电压， 并调节电压大小， 验证其充满断开、 恢复连接及低压断开时的电压是否符合要求。 有些控制器具有输出稳压功能， 可在适当范围内改变输入电压， 测量输出是否保持稳定。 另外还要测试控制器的最大自身耗电是否满足不超过其额定工作电流的 1%的要求。若控制器还具备智能控制、设备保护、数据采集、状态显示、故障报警等功能，也可进行适当的检测。对于小型光伏系统或确认控制器在出厂前已经调试合格， 并且在运输和安装过程中并无任何损坏，在现场也可不再进行这些测试。