太阳能光伏发电系统的整体配置与相关设计说明

第6章太阳能光伏发电系统的整体配置与相关设计本章主要介绍太阳能光伏发电系统的整体配置与设计，即各种电力电子设备、部件的配置选型和相关附属设施的设计。主要包括光伏控制器、交流逆变器的选型与配置，组件支架及固定方式的确定与基础设计，交流配电系统、防雷与接地系统的配置与设计，监控和测量系统的配置，直流配线箱及所用电缆的设计选择等。

6.1 太阳能光伏发电系统的整体配置

太阳能光伏系统的整体配置主要是根据上一章计算出的太阳能电池方阵和蓄电池容量，来合理地选配其他电力电子设备并根据需要和系统的大小决定各个相关附属设施的取舍，例如有些中小型光伏发电系统由于容量或者环境的因素，就可以不考虑配置防雷接地系统和监控测量系统等。

6.1.1太阳能光伏发电系统的配置构成

太阳能光伏发电系统完整的配置构成如图6-1所示。主要由太阳能光伏组件或方阵、直流接线箱、控制器、逆变器、交流配电箱（系统)、蓄电池组、防雷接地系统、监控测量系统等组成。其中,需要选配的容主要是：太阳能电池组件的形状和尺寸的确定、直流接线箱(成品)的选型、控制器的选型、逆变器的选型、交流配电柜（成品）的选型、蓄电池的选型、监控测量系统及其软件的选型及直流输送电缆的选型等。而需要设计的容主要有：太阳能电池组件或方阵固定支架和基础的设计、直流接线箱的设计、交流配电柜的设计、防雷接地系统的设计等。下面就先介绍选型配置部分的容。

图6-1太阳能光伏发电系统配置构成示意图

6.1.2 设备、部件的配置和选型

1.太阳能电池组件或方阵的形状与尺寸的确定

在上一章的太阳能电池组件或方阵的设计计算中，虽然根据用电量或计划发电量计算出了电池组件或整个方阵的总的容量和功率，确定了电池组件的串并联

数量，但是还需要根据太阳能电池的具体安装位置来确定电池组件的形状及外型尺寸，以及整个方阵的整体排列等。有些异型和特殊尺寸的电池组件还需要与生产厂商定制。

例如从尺寸和形状上讲，同一功率的电池组件可以做成长方形，也可以做成正方形或圆形、梯形等其他形状；从电池片的用料上讲，同一功率的电池组件可以是单晶硅或多晶硅组件，也可以是非晶硅组件等，这就需要我们来选择和确定。电池组件的外形和尺寸确定后，才能进行组件的组合、固定和支架、基础等容的设计。附录2提供了太阳能光伏发电常用晶体硅电池组件规格尺寸和技术参数等可供选型时参考。

2.直流接线箱的选型

直流接线箱也叫直流配电箱，小型太阳能光伏发电系统一般不用直流接线箱，电池组件的输出线就直接接到了控制器的输入端子上。直流接线箱主要是在中、大型太阳能光伏发电系统中，用于把太阳能电池组件方阵的多路输出电缆集中输入、分组连接，不仅使连线井然有序，而且便于分组检查、维护，当太阳能电池方阵局部发生故障时，可以局部分离检修，不影响整体发电系统的连续工作。

图6-2是单路直流接线箱部基本电路，图6-3所示的是多路直流接线箱的部基本电路，它们由分路开关、主开关、避雷防雷器件、接线端子等构成，有些直流接线箱还把防反充二极管也放在其中。

直流接线箱一般由逆变器生产厂家或专业厂家生产并提供成型产品。选用时主要考虑根据光伏方阵的输出路数、最大工作电流和最大输出功率等参数进行选择。当没有成型产品提供或成品不符合系统要求时，就要根据实际需要自己设计

制作了。

图6-4是图6-3所示的电路直流接线箱的实体连接图，图6-5是某大型光伏发电系统直流接线箱的局部连接实体图，供读者选型和自行设计时参考。

3.光伏控制器的选型

光伏控制器要根据系统功能、系统直流工作电压、电池方阵输入路数、蓄电池组数、负载状况以及用户的特殊要求等确定光伏控制器的类型。一般小功率光

伏发电系统采用单路脉冲宽度调制型控制器，大功率光伏发电系统采用多路输入型控制器或带有通信功能和远程监测控制功能的智能控制器。选型时还要注意，控制器的功能并不是越多越好，注意选择在本系统中适用和有用的功能，抛弃多余的功能，否则不但增加了成本，而且还增添了出现故障的可能性。

控制器选择时要特别注意其额定工作电流必须同时大于太阳能电池组件或方阵的短路电流和负载的最大工作电流。为适应将来的系统扩容，和保证系统长时期的工作稳定，建议控制器的选型最好选择高一个型号。例如，设计选择12V/5A的控制器就能满足系统使用时，实际应用可考虑选择12V/8A的控制器。

下列几个表是电源和德国施德凯生产的各种光伏控制器的技术参数与规格尺寸，供选型时参考。

4.光伏逆变器的选型

光伏逆变器选型时一般是根据光伏发电系统设计确定的直流电压来选择逆变器的直流输入电压，根据负载的类型确定逆变器的功率和相数，根据负载的冲击性决定逆变器的功率余量。逆变器的持续功率应该大于使用负载的功率，负载的启动功率要小于逆变器的最大冲击功率。在选型时还要考虑为光伏发电系统将来的扩容留有一定的余量。

在离网（独立）光伏发电系统中，系统电压的选择应根据负载的要求而定。负载电压要求越高系统电压也应尽量高，当系统中没有12V直流负载时，系统电压最好选择24V、48V 或以上，这样可以使系统直流电路部分的电流变小。系统电压越高，系统电流就越小，从而可以使系统损耗变小。

在并网光伏发电系统中，逆变器的输入电压是每块（每串）太阳能电池组件峰值输出电压或开路电压的整数倍（如17V、34V或21V、42V等），并且在工作时，系统工作电压会随着太阳能辐射强度随时变化，因此并网型逆变器的输入直流电压有一定的输入围。

表6-5和表6-6列出了电源公司生产的部分逆变器产品的技术参数与规格尺寸，供选型时参考。

5.蓄电池的选型

蓄电池的选型一般是根据光伏发电系统设计和计算出的结果，来确定蓄电池或蓄电池组的电压和容量，选择合适的蓄电池种类及规格型号，再确定其数量和串并联连接方式等。为了使逆变器能够正常工作，同时为了给负载提供足够的能量，必须选择容量合适的蓄电池组，使其能够提供足够大的冲击电流来满足逆变器的需要，以应付一些冲击性负载如电冰箱、冷柜、水泵和电动机等在启动瞬间产生的很大电流。

利用下面的公式可以用来验证一下我们前面设计计算出的蓄电池容量是否能够满足冲击性负载功率的需要：