02、并网光伏系统设计-V1.2
家用分布式光伏系统设计(并网型)
家用分布式光伏系统设计
摘要：太阳能是最普遍的自然资源，也是取之不尽的可再生能源。分布式光伏发电特指采用光伏组件，将太阳能直接转换为电能的分布式发电系统。它是一种新型的、具有广阔发展前景的发电和能源综合利用方式，它倡导就近发电，就近并网，就近转换，就近使用的原则，不仅能够有效提高同等规模光伏电站的发电量，同时还有效解决了电力在升压及长途运输中的损耗问题。
目前应用最为广泛的分布式光伏发电系统，是建在建筑物屋顶的光伏发电项目，方便接入就近接入公共电网，与公共电网一起为附近的用户供电。从发电入网角度出发，根据家庭用电情况可以给出系统施工要求、设计方法以及光伏组件、逆变器的选择等。
关键词：太阳能分布式光伏发电系统
1.前言
太阳能是一种重要的，可再生的清洁能源，是取之不尽用之不竭、无污染、人类能够自由利用的能源。太阳每秒钟到达地面的能量高达50万千瓦，假如把地球表面0.1%的太阳能转换为电能，转变率5%，每年发电量可达5.6×1012kW·h，相当于目前世界上能耗的40倍。从长远来看，太阳能的利用前景最好，潜力最大。近30年来，太阳能利用技术在研究开发、商业化生产和市场开拓方面都获得了长足发展，成为快速、稳定发展的新兴产业之一。
本文简单地阐述了家用分布式光伏发电系统设计方法和施工要求，仅供参考。
2.太阳能光伏发电应用现状
太阳能转换为电能的技术称为太阳能光伏发电技术（简称PV技术）。太阳能光伏发电不仅可以部分代替化石燃料发电，而且可以减少CO2和有害气体的排放，防止地球环境恶化，因此发展太阳能光伏产业已经成为全球各国解决能源与经济发展、环境保护之间矛盾的最佳途径之一。目前发达国家如美国、德国、日本的光伏发电应用领域从航天、国防、转向了民用，如德国的“百万屋顶计划”使许多家庭不仅利用太阳能光伏发电解决了自家供电，而且这些家庭还办成了一所所私人的“小型电站”，能够源源不断地为公用电网提供电能。
太阳能光伏系统在数据中心工程设计中的应用
太阳能光伏系统在数据中心
工程设计中的应用
广东省电信规划设计院有限公司建筑设计研究院
摘要
进入21 世纪以来，人类社会正面临着一系列重大的挑战。全球经济发展，人口迅速增加，使人类对能源的需求量不断增加。在过去20 年中,全世界能源消耗量增加了40%，其中
85%以上使用的是矿物燃料。按目前探明的储藏与开发速度的比例计算，到本世纪中叶，人类必将面临矿物燃料枯竭的局面。
为了减少大气污染、保护人类生态环境、保证能源的长期稳定供应，必须实施可持续发展战略,逐步改变现有的能源结构，大力开发利用新能源。在新能源中，公认技术含量最高、最有发展前途的是太阳能光伏发电。
目前在我国，太阳能光伏发电多应用于路灯、住宅等用电负荷小、光伏发电输出功率较低的场合，而大型的光伏系统，如鸟巢体育馆等案例则数量较少。在数据中心使用太阳能光伏系统在我国则基本为空白。基于此现状，本文阐述了华南某数据中心太阳能光伏系统的设计，为类似的工程设计提供了参考。
关键词
太阳能光伏系统光伏组件光伏方阵太阳能控制器蓄电池逆变器
引言
近几年来，我国光伏产业经历了高速发展期。特别是在2007 年，我国光伏产业呈现出爆发式增长，使得我国一跃成为全球第一大生产国。另外，高纯多晶硅技术以及其他许多关键生产技术装备的研发和国产化工作也取得了长足的发展。
在太阳能光伏系统应用的范围上，我国仍与发达国家存在差距。以日本为例，工厂、学校、商业建筑、政府大楼、住宅等建筑都已大量应用太阳能光伏系统。而在欧美，已有部分数据中心开始应用太阳能光伏系统，其中美国凤凰城新建的数据中心安装了占地11 英亩的光伏方阵，输出功率达4.5MW 。
光伏发电并网系统设计介绍
光伏发电并网系统设计介绍
一、一般规定
1.1 光伏系统接入方案应结合电网规划、分布式电源规划，按照就近分散接入与就地平衡消纳的原则进行设计。
1.2 光伏系统宜采用10kV及以下电压等级接入电网。
1.3 光伏系统模式可采用自发自用/余量上网和全额上网两种模式。
1.4 自发自用/余量上网模式的光伏系统并网容量不应超过所接入变压器容量。
1.5 光伏系统接入电压等级应根据装机容量选取，并满足下列要求：
1 单个并网点容量为8kWp及以下宜接入220V；
2 单个并网点容量为8kWp～400kWp宜接入380V；
3 单个并网点容量为400kWp~6MWp宜接入10kV；
4 自发自用/余量上网模式总装机容量超过1MWp，宜接入10kV；
5 最终并网电压等级应综合参考有关标准和电网实际条件，通过技术经济比选论证后确定。
1.6 光伏系统在变电站低压并网时，单台变压器的并网点不应超过1个，项目规划审批范围内总并网点数量不应超过4个。
1.7 光伏系统在并网处应设置并网专用开关柜（箱），并应设置专用标识和“警告”、“双电源”等提示性文字和符号。
二、10kV并网
2.1 10kV光伏系统的并网点应按如下进行选择：
1 自发自用/余量上网模式的并网点可为用户开关站、配电室或箱变的10kV母线，如图2.1所示；
2 全额上网模式的并网点可为公共电网10kV母线或线路，如图2.2 所示。
图2.1 10kV自发自用/余量上网模式一次系统接线示意图
图2.210kV全额上网模式一次系统接线示意图
2.2 10kV光伏系统的并网系统一般由光伏进线柜、压变柜、计量柜、并网柜、隔离柜、无功补偿柜及站用电等设备组成。如图2.3所示。
(完整word版)光伏并网建模与仿真
光伏发电并网系统建模与仿真
【摘要】：为开展太阳能光伏发电并网系统的研究，本文通过电压空间矢量脉宽调制SVPWM 技术 其谐波小、直流侧电压利用率高、算法简单、等特点应用于光伏发电系统中的方法，能够提高对光伏电池输出直流电压的利用，从而达到改善整个光伏发电系统的性能。 【关键词】：光伏并网系统； SVPWM 技术
1．光伏并网发电系统结构
三相光伏并网发电系统包括以下三个部分：光伏阵列模块、逆变器、控制器和电网，图1是光伏并网发电系统结构图，图中光伏电池板接受太阳光照射，将太阳能转换成直流电，经并网逆变器逆变为交流电与配电网络并网运行。
图1 光伏并网发电系统结构图
1.1.光伏电池数学模型
光伏电池是光伏电源的最小单元，通常将一系列小功率的光伏电池组成光伏组件，再根据功率等级通过串并联形成光伏阵列、得到光伏电源。光伏电池的基本结构是能够将光能转换为电能的PN 结，图2显示了其精确的等效模型，由光生电流源、二极管、串联和并联电阻组成。光伏电池产生的光生电流Ｉph 与光照强度λ成正比，流经二极管的电流、I d 随着结电压Ｕd 及逆向饱和电流Ｉsat 的不同而变化。
图2 光伏电池的等效电路
相应的U -I 特性为：
()[1]s q U IR s
AkT
ph d sh
U IR I I I e
R ++=---
（1.1）
式中，玻尔兹曼常数k=1.38×10-23J/K ；q=1.6×10-19C ，为电子的电荷量；T 为温度；R sh 和R s 为并联和串联电阻;A 为二极管的理想因子,1≤A ≤2，当光伏电池输出高电压时A =1，当光伏电池输出低电压时
光伏系统设计之分布式光伏并网时电度表的正确连接方式
分布式光伏并网时电能表的连接方式
近年来，得益于不断下降的系统成本以及日益增加的应用领域和持续强有力的政策支持，分布式光伏发电整体呈快速发展。目前，分布式光伏发电系统以户用光伏为主，越来越多的普通大众开始接触光伏，但是很多人对光伏并网时光伏电能表的连接却缺乏一些专业的知识。所以，今天古瑞瓦特就给大家详细介绍下，光伏并网时电能表的正确连接方式。
1、分布式光伏发电项目电能计量
1.1 电能计量方案
现行的分布式光伏发电项目实行发电量、上网电量、下网电量分别计量独立结算的原则，上、下网电量按国家规定的上网电价和销售电价分别计算购、售电费。相应的，电能表分为关口计量电能表和并网电能计量表两类。关口计量电能表用于用户与公共电网间的上、下电量计算；并网电能计量表用于发电量统计和电价补贴。自发自用电量为发电量与上网电量之差。
分布式光伏发电项目接入配电网前，应明确上网电量和下网电量的关口计量点，原则上设置在产权分界点，即分布式光伏发电项目与公共电网明显断开点处开关设备的电网侧。关口计量点需配置专用关口计量电能表，并将计费信息上传至运行管理部门。同时，应在其并网点设置并网电能计量表。户用光伏电能计量接线如图1所示：
图1 户用光伏电能计量接线示意图
1.2 电能计量装置
为确保计量的准确性和相关信息的及时通信，用于分布式光伏发电项目的电能计量装置应满足以下要求：
（1）通过10KV电压等级接入的分布式光伏发电项目，关口计量点应安装同型号、同规格、准确度相同的主、副电能表各一套。220/380V电压等级接入的分布式光伏发电项目，电能表单套配置。
光伏系统设计之分布式光伏并网时电度表的正确连接方式
分布式光伏并网时电能表的连接方式
近年来，得益于不断下降的系统成本以及日益增加的应用领域和持续强有力的政策支持，分布式光伏发电整体呈快速发展。目前，分布式光伏发电系统以户用光伏为主，越来越多的普通大众开始接触光伏，但是很多人对光伏并网时光伏电能表的连接却缺乏一些专业的知识。所以，今天古瑞瓦特就给大家详细介绍下，光伏并网时电能表的正确连接方式。
1、分布式光伏发电项目电能计量
1.1 电能计量方案
现行的分布式光伏发电项目实行发电量、上网电量、下网电量分别计量独立结算的原则，上、下网电量按国家规定的上网电价和销售电价分别计算购、售电费。相应的，电能表分为关口计量电能表和并网电能计量表两类。关口计量电能表用于用户与公共电网间的上、下电量计算；并网电能计量表用于发电量统计和电价补贴。自发自用电量为发电量与上网电量之差。
分布式光伏发电项目接入配电网前，应明确上网电量和下网电量的关口计量点，原则上设置在产权分界点，即分布式光伏发电项目与公共电网明显断开点处开关设备的电网侧。关口计量点需配置专用关口计量电能表，并将计费信息上传至运行管理部门。同时，应在其并网点设置并网电能计量表。户用光伏电能计量接线如图1所示：
图1 户用光伏电能计量接线示意图
1.2 电能计量装置
为确保计量的准确性和相关信息的及时通信，用于分布式光伏发电项目的电能计量装置应满足以下要求：
（1）通过10KV电压等级接入的分布式光伏发电项目，关口计量点应安装同型号、同规格、准确度相同的主、副电能表各一套。220/380V电压等级接入的分布式光伏发电项目，电能表单套配置。
分布式光伏工程实训系统实训指导书v1.1付印版-终板(1)
目录
第一章分布式光伏工程实训系统概述 (1)
1.1 分布式光伏工程实训系统案例背景 (1)
1.2 光伏发电系统基本认识 (2)
1.2.1 离网光伏发电系统结构认识 (2)
1.2.2 分布式光伏发电系统认识 (5)
第二章分布式光伏工程实训系统组成 (7)
2.1 设备组成 (7)
2.2 设备概述 (7)
2.3 设备详述 (8)
2.3.1分布式光伏装调实训平台（Demeter131A-T） (8)
2.3.2分布式光伏并网隔离系统（Demeter131A-GCIS） (23)
2.3.3 瑞亚分布式光伏智能运维系统 (25)
2.3.4 瑞亚分布式光伏仿真规划软件(ES522B) (26)
2.4 组态软件 (30)
2.4.1 力控组态软件 (30)
第三章分布式光伏工程基础实训 (35)
3.1光伏组件的连接与测试 (35)
3.1.1任务简介 (35)
3.1.2光伏组件原理 (35)
3.1.3任务操作步骤 (37)
3.2离网光伏工程直流系统搭建与测试 (39)
3.2.1任务简介 (39)
3.2.2离网光伏工程直流系统原理 (39)
3.2.3任务操作步骤 (41)
3.3离网光伏工程交流系统搭建与测试 (44)
3.3.1任务简介 (44)
3.3.2离网光伏工程交流系统原理 (44)
3.3.3任务操作步骤 (46)
3.4分布式光伏工程并网系统搭建与测试 (48)
3.4.1任务简介 (48)
3.4.2分布式光伏工程并网系统原理 (49)
3.4.3任务操作步骤 (50)
3.5分布式光伏工程离并网系统搭建与测试 (53)
光伏并网系统的工作原理
第1章光伏并网系统的工作原理
1.1光伏并网系统
光伏并网系统就是将太阳能光伏系统与电力网相连接的系统。并网逆变器是并网光伏发电系统的核心部件和技术关键。除了将光伏阵列发出的直流电转换为交流电，与普通逆变器不同的是，并网逆变器还需对转换的交流电的频率、电压、电流、相位、有功与无功、电能品质（电压波动、高次谐波）等进行控制，使转换后的交流电的电压、频率与电网交流电的电压、频率一致。
一般来说，并网逆变器具有如下功能：
（1）自动开关。根据日出到日落的日照条件，尽量发挥光伏阵列输出功率的潜力，在此范围内实现自动开始和停止。
（2）最大功率跟踪（MPPT）控制。在不同的外界温度和太阳光照强度条件下，使光伏阵列尽量保持最大功率输出的工作状态。
（3）并网时抑制高次谐波电流流入电网，减少对电网的影响。
（4）防止孤岛运行。系统所在地发生停电，但由于光伏发电继续供电，逆变器的输出电压并未变动。此时，就不能正常检测出是否停电，一旦再恢复来电，就有可能造成事故，这种情况称为孤岛运行。为保护设备维修人员不受到伤害，并网逆变器需要具备此功能。
（5）自动电压调整。由于大量的太阳能光伏系统与电网相联，晴天时太阳能光伏系统的剩余电能会同时送往电网，使电网的电压上升，导致供电质量下降。为保持电网的电压正常，运转过程中要能够自动防止并网逆变器输出电压上升。但对于小容量的太阳能光伏系统来说，几乎不会引起电压上升，所以一般省去此功能。
（6）异常情况排解与停止运行。当系统所在地电网或逆变器发生故障时，及时查出异常，控制逆变器停止运转。
光伏发电系统设计计算方法概要
Φ------为光伏系统所处纬度(北半球为正，南半球为负；
H-------为后排光伏组件底边至前排遮挡物上边的垂直高度；
D=0.707H/tan〔arc sin(0.648cosΦ—0.399sinΦ〕
举例：设Φ=32°
D=0.707H/tan〔arc sin(0.648cos32°—0.399sinΦ32°〕
=0.707H/tan〔arc sin(0.648×0.848—0.399×0.529 〕
=0.707H/tan〔arc sin(0.549—0.211= 0.707H/tan〔arc sin0.338〕
=0.707H/tan18.6°=0.707H/0.336=2.1H
(四光伏方阵总功率与占地面积的关系：
光伏方阵总功率与占地面积的关系取决于光伏组件的安装方式、光伏组件种类(晶体硅或薄膜电池及其光伏组件光电转换效率。组件安装方式可分为两种：
1 复盖型：如复盖在坡屋面或平屋面或墙面上的安装方式。这种方式能安装的光伏方阵总功率较多。根椐组件不同光电转换率，大致如下：
a 晶体硅组件(光电转换率15-17%：130—145WP /m2 ；
b 薄膜电池(光电转换率5-7%：43-60 WP /m2
2 锯齿型：在平屋顶或平地上安装倾斜光伏组件方式。这种安装方式，有利于提高光伏方阵的发电量。但从前面所述，为防止前排遮挡后排，前后排之间必须有一定间距。这种间距随着光伏发电系统所在纬度的增大而增加。对于我国大部分地区而言，每平方米能安装的组件功率仅为复盖型的一半。即
a 晶体硅组件(光电转换率15-17%：65—72WP /m2 ；；
并网光伏发电系统容量的设计与计算.
在实际光伏发电系统中，系统所带负载是光伏发电系统设计的重要因素，特别对于电
阻性负载、电感性负载、电力电子负载系统容量设计有不同要求。下表为光伏发电功率与带
负载类型配置速配表。
发电功 额定 峰值 输出电
率（W） 负载 负载 压(V)
（W） （W）
源自文库
50
50
75
DC12
输出电 流(A)
DC4.1
照明
●
彩电
四、太阳能发电系统功率与带负载配置
交流负载分电阻性负载、电感性负载、电力电子负载。
电阻性负载：电流与电压相同，无冲击电流。例如：白炽灯、电子节能灯、电加热器
等。
电感性负载：电压超前电流，有冲击性。例如电动机、电冰箱、水泵。
电力电子负载：有冲击电流。例如荧光灯（带电子镇流器）、电视机、计算机等。
电感性负载的浪涌电流：
序号 负载名称
直流/ 负载功率 数 功率合计 每天工作时 每日耗电
交流
(W)
量 （W）
间（h） 量（Wh）
1 彩色电视机
AC
120
1
120
4
480
2
计算机
AC
300
1
300
3
900
3
电冰箱
AC
95
1
95
12
1140
太阳能光伏课程设计
Legends, Horiz Glob Global on horizontal
planeTilted Glob Gobal on tilted plane
3.3
供暖公司的屋顶是朝东南方向，而太阳是东升西落，为了使屋顶达到最好的利用，我们将选择日照强度大和日照时间长的地方安放太阳能电池板，具体分析如下：
《太阳能光伏发电系统》
课程设计
课题名称：供暖公司屋顶并网光伏供电系统设计
专业班级：
学生XX：
学生学号：
指导教师：
设计时间：
第1章 绪论
1.1 设计背景
随着世界人口的持续增长和经济的不断发展，对于能源供应的需求量日益增加，而在目前的能源消费结构中，主要还是依赖煤炭、石油和天然气等化石燃料。为了应对化石燃料逐渐短缺的严重局面，必须逐步改变能源消费结构，大力开发以太阳能为代表的可再生能源，在能源供应领域走可持续发展的道路，才能保证经济的繁荣发展和人类社会的不断进步。
太阳能发电是利用电池组件将太阳能直接转变为电能的装置。太阳能电池组件(Solar cells)是利用半导体材料的电子学特性实现P-V转换的固体装置，在广大的无电力网地区，该装置可以方便地实现为用户照明及生活供电，一些发达国家还可与区域电网并网实现互补。
分布式太阳能发电系统是一个实现改变能源结构的系统。其巧妙地利用屋顶等空闲的地方进行太阳能电池的发电，并将所产生的电能通过逆变器传输到电网中。从而实现高效的利用空间来进行太阳能发电，进而推动能源结构的转型。本次我们将为某供暖公司的屋顶进行光伏并网系统的设计。
分布式光伏发电系统设计浅析
分布式光伏发电系统设计浅析
摘要：概述光伏发电的发展前景和分布式光伏的系统类型。通过模拟设计
100kWp可逆流并网分布式光伏发电系统，阐述系统构建原理，说明关键设备功能，解析参数计算方法。
关键词：分布式光伏；并网；可逆流；双碳
引言
目前，我国可再生能源正处于高速发展阶段，可再生能源发电总装机容量已
经突破11亿千瓦。在“碳达峰、碳中和”目标下，提高可再生能源比例已成为“十四五”时期能源发展的重点。2022年4月1日起实施的《建筑节能与可再生
能源利用通用规范》GB55015-2021中明确要求“新建建筑应安装太阳能系统。”
光伏发电系统必将成为建设低碳建筑的重要着力点。本文主要针对分布式光伏发
电系统进行解析，希望对读者有所帮助。
1 系统类型
分布式光伏根据其是否并网，分为独立光伏发电系统和并网光伏发电系统。
1.1 独立光伏系统
独立光伏发电系统与电网物理上分隔，主要针对供电可靠性要求不高的负荷。根据储能装置配置情况不同可分为带储能装置的独立系统和不带储能装置的独立
系统。
1.2 并网光伏系统
并网光伏系统利用并网逆变器和并网柜接入电网，将直流电转换成满足电能
质量要求的交流电。根据并网方式不同分为可逆流并网系统和不可逆流并网系统。
2 系统设计
本节以100kWp可逆流并网分布式光伏发电系统为例，阐述系统构成、模拟
参数计算。系统主要由以下设备构成：光伏方阵、光伏汇流箱、直流配电柜、并
网逆变器、交流配电柜、交流并网柜、双向电能表。
2.1 光伏方阵
光伏方阵是将若干个光伏组件在机械和电气上按一定方式组装在一起并且有
独立光伏系统设计与应用培训教材-V1.0
一、独立光伏系统概述
1.4、独立光伏系统的分类
3.大型太阳能发电系统(Large DC) 特点： 与上述两种系统一样适用于直流电源系统，但是这种光伏系统通常 负载功率较大，为了保证能够可靠地给负载提供稳定的电力供应，其 相应的系统规模也较大，需要配备较大的光伏组件阵列以及较大的太 阳能蓄电池组。 应用： 常用形式有通信、遥测、监测设备电源，农村 的集中供电，航标灯塔、路灯等。我国在西部一 些无电地区建设的部分乡村光伏电站就是采用的 这种形式，中国移动公司和中国联通公司在偏僻 无电网地区建设的通讯基站也有采用这种光伏系 统供电的。如山西万家寨的通讯基站工程
（3）智能化充放电控制器在系统能量转化中起控制作 用。控制器具有充、放电控制，过充、过放电保护，过 载保护，反接保护等一系列保护功能。光伏系统的性能 好坏与控制器有着重大关系，可以说充放电控制器是光 伏系统的心脏。目前光伏系统用控制器都以单片机对充 放电过程进行监控，大大提高了系统可靠性。
一、独立光伏系统概述
一、独立光伏系统概述
1.1、独立光伏系统的应用
4.特殊地区或场合的应用系统 • • • • 空间站、人造卫星光伏电源 铁路、油田等地区专用或备用电源系统 通讯系统、微波中继站光伏电源 信号灯-航标灯光伏电源
• • • • •
1-5kWp 系统配置同独立电站 较高的供电保证率 一般需数据采集和实时监控装置 个别系统有市电充电或切换装置
02 光伏并网逆变器选型专题
光伏并网逆变器选型专题
1 光伏并网逆变器选型
逆变器是光伏发电系统的核心设备和技术关键，其选型对于发电系统的转换效率和可靠性具有重要作用。它将方阵发出的直流电转换为易于升压后进行远距离传输的交流电，并网型逆变器还可根据并网点的电能特性调整逆变器交流输出侧的频率、电压、电流、相位、有功和无功。
1.1 并网型光伏逆变器类型及技术路线
光伏逆变器把光伏组件产生的直流电转换成交流电后馈入电网，逆变器的性能和可靠性决定着发电的电能质量和发电效益，因此光伏逆变器在整个光伏发电系统里处于一个核心地位。目前并网型光伏逆变器主要有四种技术路线，分别为集中式逆变器、组串式逆变器、集散式逆变器、微型逆变器。
1）集中式逆变器
集中式逆变器顾名思义是将光伏组件产生的直流电汇总转变为交流电后进行升压、并网。因此，逆变器的功率都相对较大。光伏电站中一般采用500kW 以上的集中式逆变器。
图 1.1-1 集中式逆变器外形图
集中式逆变器的特点如下：
（1）功率大，数量少，便于管理；元器件少，稳定性好，便于维护；
（2）谐波含量少，电能质量高；保护功能齐全，安全性高；
（3）有功率因素调节功能和低电压穿越功能，电网调节性好。
（4）集中式逆变器MPPT数量少，MPPT电压范围较窄，应对不一致性的能力差，但价格便宜。
2）组串式逆变器
组串式逆变器顾名思义是将光伏组件产生的直流电直接转变为交流电汇总后升压、并网。因此，逆变器的功率都相对较小。光伏电站中一般采用50kW以下的组串式逆变器。
图 1.1-2 组串式逆变器外形图
组串式逆变器特点如下：
光伏电源系统的设计2
摘要
系统利用50W太阳能板将太阳能转换为电能，用60Ah蓄电池将电能进行存储，通过所设计的控制器管理蓄电池的充放电，具有过充过放进行报警指示，以保护蓄电池的正常工作。电源具有直流输出和市电交流输出。为监控整个系统的储能和用电情况，设计电路对太阳能电池板输出的电流和电压，蓄电池工作时的电流和电压，逆变器输出的市电交流电流实时采样，低功耗的MSP430F149单片机对电路参数进行数据处理，利用液晶显示蓄电池的剩余电能，做到方便户外合理分配用电。
本设计设定输出功率为100W，方便户外小型电器使用，如手提电脑、小电视、电风扇和台灯等。为适于户外需要，安装了热释电红外报警器、亮度可调的节能的LED照明灯，可调节温度的半导体保温垫。系统结构合理，装配简单，使用方便，功能多样，节能环保。为家庭户外使用提供了很好的电源保障。
关键词
太阳能发电逆变器控制器蓄电池容量检测单片机
目录
第一章概述 0
1.1. 系统设计背景 0
1.2系统设计思想 0
第二章系统设计功率计算 (2)
2.1太阳能电池板 (2)
2.1.1光伏效应 (2)
2.1.2太阳能电池阵列 (3)
2.1.3太阳能电池组件选型 (4)
2.2.蓄电池的选型 (4)
2.3.蓄电池实际容量的检测 (6)
2.4.控制器的选型 (7)
2.4.1直流负载电压采样 (8)
2.4.2.直流负载电流采样 (8)
2.4.3.交流负载电流采样 (8)
2.5.充放电控制器的设计 (10)
第三章逆变器的设计 (12)
3.1.方波逆变电路的设计 (12)
3.2.变压器的设计 (14)
光伏并网系统拓扑示意图
光伏并网系统拓扑示意图
光伏并网发电系统是指将光伏阵列输出的直流电转化为与电网电压同幅值、同频、同相的交流电，并实现与电网连接的系统。
1.1 可调度式与不可调度式系统
目前常见的光伏并网发电系统，根据其系统功能可以分为两类：一种为不含蓄电池的“不可调度式光伏并网发电系统”；另一种为系统包括蓄电池组作为储能环节的“可调度式光伏并网发电系统”。两者的系统配置示意图如图1和图2所示。可调度式并网光伏系统设置有储能装置，兼有不间断电源和有源滤波的功能，而且有益于电网调峰。但是，其储能环节通常存在寿命短、造价高、体积笨重以及集成度低的缺点，因此，目前这种形式的应用较少。可调度式光伏并网发电系统与不可调度式相比，较大的不同是系统中配有储能环节，通常采用铅酸蓄电池组，其容量可根据实际需要进行配置。在功能上，可调度式系统有一定扩展和提高，主要包括：
(1). 系统控制器中除了并网逆变器部分外，还包括蓄电池充放电控制器，根据系统功能要求进行蓄电池组能量管理；
(2). 在交流电网断电时，可调度式系统可以实现不间断电源（UPS）的功能，为本地重要交流负载供电；
(3). 较大容量的可调度式光伏并网发电系统还可以根据运行需要控制并网输出功率，实现一定的电网调峰功能。
虽然在功能上优于不可调度式光伏并网系统，但由于增加了储能环节，可调度式光伏并网系统存在着明显的缺点。这些缺点是目前限制可调度式光伏并网系统广泛应用的主要原因，包括：
(1). 增加蓄电池组导致系统成本增加；
(2). 蓄电池的寿命较短，远低于系统其他部件寿命：目前免维护铅酸蓄电池在合
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谐波抑制 与功率因 数补偿
孤岛防 护问题
涉及技 术领域
电网技术
电力电子 技术
微电子与 软件技术
自动控制 技术
逆变器选型要素
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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。
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逆变器转换效率 逆变器转换效率
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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 器必须自动设置且跟踪最优化运行点（MPP）。
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。
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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
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采用工频变压器隔离的大功率三相并网逆变器系统
并网逆变器的分类（二）
根据接入的光伏系统不同来进行分类： 1、组串型并网逆变器 2、集中型并网逆变器
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组串型并网逆变器 集中型并网逆变器
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涉及技 术领域
通讯监 控技术
逆变器主要技术要点
孤岛防 护问题
过电压与欠 电压等异常 保护技术
高效电能 变换与控 制
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按允许电压损失选择导线和电缆截面
（导3线）的由电导Δ率UR）% 代= 1入0rU0，N2 ∑可i=n1 p计iL算i 出，导将线或r0 电= γ缆1S 的（截式面中为：为
n
∑ piLi
S=
i =1
10 γ U N 2 Δ U R %
并根据此值选出相应的标准截面。
（4）根据所选的标准截面及敷设方式，查出r0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。
光伏阵列防雷汇流箱 结构组成
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四、光伏逆变器相关内容
逆变器主要功能
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并网逆变器的分类（一） 1.直接耦合系统 根 据 工 作 方 2.工频隔离系统 式 进 行 分 3.高频隔离系统 类 4.高频不隔离系统
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。
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可视化辐射量分析
WEST EAST
二、光伏组件选型
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不同类型的组件
最佳组件参数选择
检测员：朱琪琪
日期：2011.4.4
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（我公司生产组件效率达16%以上），
三、配电设计
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设计原则
1、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 照射和通风条件良好的地方）。
HT
=
(H
−
H d )Rb
+ Hd
1+ cosθ 2
+
H
1− cosθ 2
ρ
（kWh/m2/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.
以下面四个1MWp光伏系统布线方案为例：
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1MWp并网光伏系统
方案1
方案2
方案3
方案4
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七、接地防雷
光伏系统防雷设计关键
1、闪电的定位（定点）接受 布局雷电流泄放通道
2、雷电（浪涌）能量的泄放和均压等电位 3、防雷接地措施：
不带电金属材料直接接地 带电金属材料通过防雷器、浪涌保护器接地
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光伏系统整体防雷示意框图
3
地理位置确定
光伏系统建设方位
NJSS Construction area
• 纬度: 31.95°N
Latitude: 31.95°N
• 经度：118.8°E
Longitude：118.8°E
建立气象资料数据库
精确建立光伏系统建设场地气象数据库
4
气象资料整合
峰值日照时数 3.75 Peak sunshine hour: 3.75 属太阳能资源丰富地区，适宜安装光伏发电系统 • NASA气象数据库
六、综合布线
30Байду номын сангаас
太阳能组件 & 支撑 Modules & support 主直流电缆 Primary DC cabling 汇流箱 &二次直流电缆 Array Boxes & secondary DC cabling 电能转换箱变 :逆变器 , 变压器等 Power Conversion sub-station :Inverters , transformers , shelters 监控系统和能源分析 Monitoring Field bus & control 中压线路 MV line
防雷保护
外部防雷保护
内部防雷保护
过电压保护
接闪 器
引下线
接地
空间 屏蔽
均压 等电位
减少接
系统 近耦合
DIN VDE 0185-T.100 ENV 61024-1 IEC 61024-1
太阳能电池
逆变器
(白天) 负荷 发电量 ＜ 负荷消费电力
2
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。 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；
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。
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
系统设计
三维动画阴影分析
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系统设计
三维动画阴影分析
系统设计
三维动画阴影分析
在运行模式Ａ的状态下电力的流向
～ 商用
太阳能电池
逆变器
发电 8 10 12 14 16
时间 从商用电网上引 入的电力部分
(白天) 负荷 发电量 ≧ 负荷消费电力
8 10 12 14 16 时间
太阳能发电系统 提供的电力部分
在运行模式Ｃ的状态下电力的流向
～ 商用
太阳能电池
逆变器
负荷
在运行模式Ｂ的状态下电力的流向 ～ 商用
系统设计
设计要点：阵列间距分析
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。
7
系统设计 系统设计
8
系统设计
设计要点：阴影遮挡分析
阴影对晶体硅组件能量输出造成的影响
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）
2011-10-11
目录
1 并网光伏系统容量规划 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
并网变电站Grid Connection sub-station 公共电网Public grid
Schneider Electric Renewable Energies BU May 2009
布线原则 单位电流通过等直径的线路时，线路越长损耗越大 ，因此我们布线时考虑就近原则（最长线路和最短线路 的差值最小）布线，以降低线损。 结合电站布置的美观和电气设备的维护方便，我们 将逆变器和汇流箱的安装位置考虑：线短、对称、方便 检修和维护为最优化布置设计。 电缆采用聚氯乙烯铜芯绝缘电力电缆。 国家标准电站线损应小于3%
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。 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。
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光
伏
阵
列（ 防以
雷 汇 流 箱
路 光 伏 串
一列
次系
回统
路为
原 理
例
）
框
图
16
光伏阵列防雷汇流箱串列电流监测原理框图
I al
=
KI
′
al
=
K
t
K
p
K
tr
I
′
al
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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（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
S0 ≥ 0.5Sϕ
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。
系统设计
临时阴影：鸟粪、落叶、积雪灰尘、其他的污点等
热斑 效应
9
场地阴影
系统设计
光伏组件安装区域周边的建 筑物、树木等植物以及植物 未来的生长等都会对光伏组 件造成遮挡。
山东德州
自阴影
系统设计
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
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系统设计
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 5%到 10%，甚 至对组件、设备造成损坏，严重影响了系统效能和安全。
ηCON = PAC（有效输入功率）/ PDC(有效输入功率)
五、电缆选型
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电缆选型要素
• 按允许载流量选择 • 按允许电压损失选 导线和电缆的截面 择导线和电缆截面
• 按经济电流密度选 • 按机械强度选择导 择导线和电缆截面 线和电缆截面
初级设计时的一些简单公式
ξp
=
ΔU × I P
R=ρ L A
ρ＝1.7 ×10−8 Ωm
I=P U
ΔU = 2R × I
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导体的允许温度与允许载流量
z导体的长期允许温度θal z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Ial
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θ0=25℃的允许载流量，如果环境 温度不等于25℃，允许载流量应乘以温度修正系数Kt。
（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） 。
6
系统设计
设计要点：安装倾角计算法
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。
光伏系统规模等级划分
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目前比较常见的光伏系统分类 ● 光伏建筑一体化（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。
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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
并网光伏系统原理图（二）
太陽光発電
运 行 模B 型 发电
发 电 量
晴天 A
BC
运 行 模 CA 型
发 电 量
阴天 BA
BC 负荷
运 行 模C 型
发 电 量
雨天 B
发电
C 负荷
负荷
8 10 12 14 16
时间 逆向回流给商 用电网的电力
S0 = Sϕ
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。
S0 ≥ Sϕ
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：
∑ Δ U
X%
=
x0
10 U
2 N
n
q i Li
i =1
（2）根据 Δ U R % = Δ U al % − Δ U X % 出此时的 ΔUR %。 ΔUR% ——有功负荷在电阻上引起的电压损失， ΔUal % ——线路的允许电压损失。
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Ktr。
因此电缆的允许电流应按下式计算：