太阳能光伏系统的设计和应用王斯成.pdf

1EU-China EEP 中国 -欧盟能源和环境项目王斯成2009年 1月 8日太阳能光伏系统的设计和应用中国农村可再生能源培训项目第十二讲1、独立光伏发电系统的设计和应用2、与建筑结合的光伏发电系统（ BIPV ）3、 BIPV 的设计要点4、 BIPV 实例5、发电侧并网的大型光伏电站（ LS-PV ）6、聚光太阳电池介绍7、自动跟踪系统介绍8、大型并网光伏电站的设计要点9、太阳能路灯10、光伏发电系统的技术标准目 录231、独立光伏发电系统的设计和应用（续）4光伏发电系统的负载要求35光伏系统对负载的要求和选择（一）1、负荷的分类： 直流／交流，特性（冲击性／非冲击性），重要／一般；不同类型的交流负载 ：z 电阻性负载：白炽灯泡，电子节能灯、电加热器等。—— 电流与电压同相，无冲击电流；z 电感性负载：例如电动机，电冰箱，水泵等。—— 电压超前于电流，有冲击性；z 电力电子类负载：荧光灯（带电子镇流器的），电视机，计算机等。—— 有冲击电流。6光伏系统对负载的要求和选择（二）电感性负载的浪涌电流：z 电动机：额定电流的 5-8倍，时间为 50 .150 msz 电冰箱：额定电流的 5-10倍，时间为 100 .200 msz 彩电的消磁线圈和显示器：额定电流的 2-5倍，时间为 20 .100 msz 电力电子类负载的峰值电流 (振幅系数 >1)?currentvoltage47光伏系统对负载的要求和选择（三）负荷参数和对电源的要求： 电压、电流、功率、功率因数，波形，频率等；8光伏系统对负载的要求和选择（四）负载的数量、每日工作时间、时段以及负载的同时率；今后可能再增加的负载（如果是光伏电站，其容量应当能够覆盖建站后 5年的负荷增长）。1826494合 计715010011150220AC洗衣机696010018120220AC电冰箱5601001230220AC收录机41601001440220ACDVD32801001470220AC电视机221680659220AC节能灯1日耗电（ Wh ）同时率（％）数量工作时间功率（ W）电压（ V）DC/AC负载编号59光伏系统对负载的要求和选择（五）结论：1、用高效率电器 不用 : 白炽灯泡，使用 : 荧光灯2、不用电加热器（电热水器、电暖器、电饭煲等）；3、禁止使用：冲击钻、电焊机、空调；4、对于冲击电流大的负荷，如电冰箱、洗衣机、电视机、水泵等时，要求逆变器留有较大余量以保证可靠性，另外增加逆变器的软起动功能和合适的过流延时；5、对于某些具有待机功能的电器，如电脑、遥控电视等，一定要彻底关机，不要用待机状态；断电时，也应当将逆变器关断以减少不用电时的损耗；6、户用电源除太阳电池外应尽可能装在一体化机箱内，并且做成即插即用（ plug and play ).10光伏发电系统的系统配置和设备选型611光伏电站的系统配置和设备选型系统配置太阳电池组件 (品种和安装 )蓄电池 (品种、质量和运行维护 )充电控制器 (功能和品种 )直流 /交流逆变器 (品种、质量、效率和容量选择 )充电控制器 (功能和品种 )输出电子限荷器 (功能和品种 )备用电源的考虑整流充电设备 (功能和品种 )照明灯具 的选择 (可靠性和寿命 )其他部件 (端子、导线、包装、说明书）12光伏发电系统配置控制器蓄电池DC/AC逆变器 AC 负载DC 负载太阳电池713直流光伏发电系统DC 9W X 2pcsenergy saving lamp12V-5Acharging controllerbattery12V/40Ah20Wp PV module14交流光伏发电系统100Wp PV module21 inchcolor TVcharging controllerbattery 12V/150AhAC energysaving lampDC/AC inverter815光伏电站设备配置图太阳电池蓄电池组输入防雷隔离箱太阳能充电控制器直流 / 交流逆变器输出电子限荷器交流配电设备输出防雷隔离箱可选柴油发电机组可选整流充电设备16风光互补发电系统AC Loads917太阳能电站的土建施工和方阵基础18101920112122122324132526太阳能村庄供电系统输电线路142728152930163132太阳能村庄供电系统的防雷接地1733设备的防雷和接地措施 1：架设避雷针防止低空直击雷措施 2: 太阳电池方阵支架可靠接地；措施 3：太阳电池方阵接线箱内，输入、输出处加装压敏电阻，各机壳均可靠接地；措施 4：机房设备需可靠接地。措施 5：控制室进、出线处均增设防雷隔离箱，内装防雷保安器，防止感应雷；措施 6：负载设备通过具有防雷保护装置的安全插座连接电源。34雷击对电路板的损坏1835防雷措施防低空雷防感应雷LN可恢复的防雷器不可恢复的防雷器36NLN L LN LNJK FL-220/114防雷隔离箱防雷模块第一组线路输入输出端子第二组线路输入输出端子防 雷 接 地汇流排防雷隔离箱技术参数标称通流量：≥ 20KA （ 8／ 20μ S）， 5次；最大通流量： 50KA （ 8／ 20μ S）， 1次；响应时间：＜ 25nS;残压小于： 600V；1937接地装置接地装置示意图1-接地体 2-接地干线3-接地支线 4-电气设备34将电气设备的任何部分，都与大地间作良好的电气联接，称为接地。埋入地中并且与大地直接相接触的金属体或金属体组，称为接地体或接地极。埋在地下的钢管、角钢或钢筋混凝土基础等都可做为接地极使用。联接电气设备与接地极之间的金属导线，称为接地线。接地线又有接地干线和支线之分。接地线和接地体的全称为接地装置。如图所示。38光伏发电系统的安装、调试和运行2039光伏系统的安装、调试和运行（一）? 太阳电池的安装 ： 安装地点（防止遮挡），太阳电池支架，电池板的螺丝，电缆的选型（抗高低温和紫外线老化），电缆的密封引出，方阵引出线，安装方向、角度和安全，接头注意牢靠和防腐； 光伏电站还要考虑方阵基础 ，安装高度，电池板的一致性，接线箱（含防反充二级管和防雷保安器），太阳电池方阵间距以及方阵支架的接地等。? 太阳电池的调试： 安装结束要检查正负极性，测量开路电压和短路电流，并检查接线质量； 光伏电站安装完毕要先测量总的电压和电流，如果不正常，则应当断开各个支路分别测量。40国内方阵接线箱2141国外方阵接线箱太阳电池方阵间距计算计算当太阳电池子阵前后安装时的最小间距 D。一般确定原则：冬至当天早 9： 00至下午 3： 00 太阳电池方阵不应被遮挡。2243按照国家标准公式计算间距：当光伏电站功率较大，需要前后排布太阳电池方阵，或当太阳电池方阵附近有高达建筑物或树木的情况下，需要计算建筑物或树木的阴影，以确定方阵间的距离或太阳电池方阵与建筑物的距离。一般确定原则：冬至当天早 9： 00至下午 3： 00 太阳电池方阵不应被遮挡。计算公式如下：太阳高度角的公式： sinα = sinφ sinδ +cosφ cosδ cosω太阳方位角的公式： sinβ = cosδ sinω /cosα式中： φ 为当地纬度；δ 为太阳赤纬，冬至日的太阳赤纬为 -23.5度；ω 为时角，上午 9:00的时角为 45度。D = cosβ× L， L = H/tanα ， α = arcsin (sinφ sinδ +cosφ cosδ cosω )44太阳电池地面安装2345太阳电池屋顶安装（一）46太阳电池屋顶安装（二）2447太阳电池立柱安装48冬季施工，立柱埋地安装2549光伏系统的安装、调试和运行（二）? 蓄电池的安装 ： 安装位置尽可能靠近太阳电池的进线和控制器，电缆和接头的选择和连接（最好事先做好），蓄电池的安装方向，安装顺序和安全，防止短路（使用绝缘工具），接头注意绝缘、牢靠和防腐蚀；开口电池要注意安装时不要泄漏，要求单独放置； 光伏电站蓄电池的安装还要考虑蓄电池的组合。电池组电压很高，为了避免误触电和以外短路，一般串联回路中留出一只连接板先不接，与控制器接好后，确定无短路现象后最好再接通这一连接板。蓄电池室的地面防腐，蓄电池室的通风、防冻、防高温、防爆和排水。? 蓄电池的调试： 安装结束（蓄电池和控制器两侧都已接好）要测量蓄电池的电压，正负极性，并检查接线质量和安全性。开口电池还要测量电液比重； 光伏电站安装完毕要先测量蓄电池总电压和单只电压。单只电压要求一致（静止开路电压的差别不得超过 0.1V）。如果是固定式电瓶，还应当测量比重（充满后）和调整液面高度。安装完毕要将蓄电池盖盖好，以免失水。50蓄电池箱内安装2651蓄电池落地和上架安装52光伏系统的安装、调试和运行（三）? 控制器的安装 ： 户用控制器一般已经安装在一体化机箱内。安装时注意先连接蓄电池，再连接太阳电池和输出，连接时注意正负极性并注意接线质量和安全性 ； 光伏电站大型控制器一般都经过远程运输，所以就位后先检查内部连线和螺丝是否松动，拧紧后再开始接线。大型控制器同样要求先接入蓄电池。连接太阳电池时应当将太阳电池的输入开关打在关断状态，以免拉弧。电站控制器一般都有防雷和抗干扰保护，因此就会有接地端，一定要接地（ < 10欧姆）。? 控制器的调试： 安装结束后，首先观察蓄电池的电压是否正常，然后测量充电电流，如果有条件，再观察蓄电池的充满保护和蓄电池欠压保护电压是否正确（一般出厂前已经调好）； 光伏电站的大型控制器分为普通型和智能型。普通控制器只需要观察蓄电池电压、充电电流和放电电流，基本不须要调试。智能控制器在出厂前也已经调试好，一般现场也不须要调试，但可以检查一下电压设置点，温度补偿系数的设置，和手动功能是否正常。智能控制器一般还具有远程通信功能，安装完毕一定要对通信功能进行调试（需要MODEM 、电话和手提电脑）。27小型控制器接线光伏电站微机监控系统28光伏电站微机监控系统56光伏系统的安装、调试和运行（四）? 逆变器的安装 ： 小型户用逆变器一般已经安装在一体化机箱内。接线前先将逆变器的输入开关打至断开状态，然后接线，接线时注意正负极性并注意接线质量和安全性。接好线后首先测量从控制器过来的直流电的电压是否正常，如果正常，再打开逆变器的输入开关； 光伏电站大型逆变器一般都经过远程运输，所以就位后先检查内部连线和螺丝是否松动，拧紧后再开始接线。接线要求同小逆变器相同，但大功率逆变器一般都有防雷和抗干扰保护，因此就会有接地端，一定要接地（ < 10 欧姆）。? 逆变器的调试： 安装结束后，如果输入直流电压正常，则在空载情况下（输出开关处于断开状态），打开逆变器的输出开关，等待逆变器的自检（大约然后测量输出电压，如果正常则检查负载电阻是否正常（电阻不得小于 2欧姆），如果输出没有短路，则可以打开输出开关，使逆变器工作，然后观察逆变器的工作， 30分钟后检查逆变器的温升； 光伏电站大型逆变器的调试过程也大致相同，但光伏电站一般都配有交流配电柜，输出负载电阻的检查应当在配电柜调试完成后测量，线路电阻同样不得小于 2欧姆。2957大型逆变器的接线端子图负 载 蓄 电 池接 地58光伏系统的安装、调试和运行（五）? 其他设备的安装 ： 户用系统还应当包括灯具、开关、插座的安装，同样要注意电缆的选取，安装的可靠性和安全性； 光伏电站还要安装交流配电柜、输出限荷器、避雷针、防雷箱、输电线路和进户线等。? 光伏发电系统安装和使用时的其它注意事项：1、光伏发电系统第一次安装后应当现将蓄电池充满（一般要充 3 天），蓄电池充满后再开始正式使用；3、机间连接电缆的设计应当尽可能短，以减少电缆的损耗和成本。电缆的选取应当注意：导线压降小于 3％，导线温度 <20 度，考虑导线的强度，机外连线不得低于 0.25 mm 2;2、使用过程中如果出现连续阴天，应当适当减少负荷或适当缩短工作时间，尽可能避免蓄电池发生过放电。3059电缆的选取6012V光伏系统导线选取计算表Wire Selection According to Load Current and Wire Length (Sq. mm)(3% wire loss, 12V system, wire temperature 20 ° C)Length(m) 1 2 5 10 20 50 100 200Current(A)0.1 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.24 0.49 0.980.2 0.10 0.10 0.10 0.10 0.20 0.49 0.98 1.960.5 0.25 0.25 0.25 0.25 0.49 1.22 2.44 4.891 0.25 0.25 0.25 0.49 0.98 2.44 4.89 9.782 0.50 0.50 0.50 0.98 1.96 4.89 9.78 19.565 1.25 1.25 1.25 2.44 4.89 12.22 24.44 48.898 2.00 2.00 2.00 3.91 7.82 19.56 39.11 78.2210 2.50 2.50 2.50 4.89 9.78 24.44 48.89 97.7820 5.00 5.00 5.00 9.78 19.56 48.89 97.78 195.5650 5.00 10.00 12.50 24.44 48.89 122.22 244.44 488.89100 8.00 12.50 25.00 48.89 97.78 244.44 488.89 977.78