02、并网光伏系统设计-V1.2

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
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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。
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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
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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
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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） 。
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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：