第7章 光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、第7章 光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體目標(biāo)光伏系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)離網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1 光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體目標(biāo)不同類型的光伏系統(tǒng)，設(shè)計(jì)的總體目標(biāo)是不同的：對并網(wǎng)光伏系統(tǒng)而言，一切工作都是圍繞使得整個(gè)光伏電站在全年能夠向電網(wǎng)輸出最多的電能這個(gè)目的，所以設(shè)計(jì)的總體目標(biāo)是盡量減少能量損失，使得光伏系統(tǒng)全年能夠得到最大的發(fā)電量；對離網(wǎng)光伏系統(tǒng)而言，由于目前光伏發(fā)電成本還較高，因此更關(guān)注如何在充分滿足負(fù)載的用電需要前提下，達(dá)到配備的光伏組件和蓄電池容量最小，做到可靠性與經(jīng)濟(jì)性的最佳結(jié)合；1 光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體目標(biāo)對風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)而言，設(shè)計(jì)時(shí)要注意充分發(fā)揮太陽能和風(fēng)力資源互補(bǔ)優(yōu)勢，使光伏發(fā)

2、電和風(fēng)力機(jī)發(fā)電配置比例合理，來彌補(bǔ)單一能源的不足，以提高系統(tǒng)供電的可靠性，降低系統(tǒng)的成本；對以柴油機(jī)作為備用電源的光伏/柴油機(jī)混合系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮光伏系統(tǒng)的發(fā)電能力，只是在冬天太陽輻照量低時(shí)，才起動(dòng)柴油機(jī)補(bǔ)充電力。這需要進(jìn)行嚴(yán)格的優(yōu)化設(shè)計(jì)，合理配備光伏系統(tǒng)和柴油機(jī)功率及蓄電池的容量。建設(shè)一座合理、完善的大型光伏電站，是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要進(jìn)行一系列設(shè)計(jì)，如光伏系統(tǒng)的容量設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)（包括輔助設(shè)備選配），方陣支架設(shè)計(jì)，防火、防雷、接地等安全設(shè)計(jì)，熱環(huán)境設(shè)計(jì)，建筑設(shè)計(jì)，包裝、運(yùn)輸、安裝、調(diào)試及運(yùn)行設(shè)計(jì)，維護(hù)及檢測設(shè)計(jì)，以及人員培訓(xùn)、資料管理等，最后還要進(jìn)行成本核算及經(jīng)濟(jì)和社會效益

3、介析等。2 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)GB50797-2012光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范概述2.1 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的容量設(shè)計(jì)容量設(shè)計(jì)是決定光伏系統(tǒng)性能最重要的關(guān)鍵步驟1. 影響發(fā)電量的因素（1）并網(wǎng)光伏系統(tǒng)裝機(jī)容量光伏電站裝機(jī)容量是指系統(tǒng)中所有太陽能電池組件實(shí)際功率之和。在應(yīng)用中由于允許組件的標(biāo)稱功率有一定偏差，往往實(shí)際功率要小于標(biāo)稱功率。顯然，裝機(jī)容量對于并網(wǎng)光伏電站的發(fā)電效果是起決定性作用的，在其他條件相同時(shí)，并網(wǎng)光伏電站裝機(jī)容量（功率）越大，無疑發(fā)電量也越多。2 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（2）性能比PRPR（Performance Ratio）又稱系統(tǒng)綜合效率，是衡量光伏系統(tǒng)性能的一個(gè)重要指標(biāo)，定義為光伏系統(tǒng)輸

4、出給電網(wǎng)的電能與方陣接收到的太陽能量之比，計(jì)算式如下：式中，Yf是光伏電站單位功率的發(fā)電量（單位：kWh/kW），有2 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)frPRYYPVf0EYP式中，EPV為光伏電站平均每年（或每月）的發(fā)電量；P0為光伏電站的額定容量。Yr是當(dāng)?shù)厮矫嫔系姆逯等照諘r(shí)數(shù)（h），有式中，H為當(dāng)?shù)厮矫嫔掀骄磕辏ɑ蛎吭拢┑奶柨傒椪樟浚籊為標(biāo)準(zhǔn)測試條件下，地面太陽輻射強(qiáng)度，G=1000W/m2。2 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)rHYG并網(wǎng)光伏電站中，PR的大小與系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝，零部件質(zhì)量的好壞、平衡部件（包括逆變器、控制設(shè)備等）的效率和連接線路等造成的損失，以及運(yùn)行維護(hù)情況等很多因素有關(guān)，大致可以分為以

5、下幾個(gè)方面： 失配損失 在太陽電池方陣實(shí)際安裝時(shí)，往往由于組件數(shù)目很多，來不及進(jìn)行挑選，而隨意搭配，這樣整個(gè)方陣的總功率就會小于各個(gè)組件的功率之和。2 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)連接損失組件之間或組件到匯流箱、逆變器等需要用電纜連接，由于電纜本身具有電阻，加上有大量的連接點(diǎn)，安裝時(shí)稍有不慎，就會造成接觸不良。有些連接電纜線徑太細(xì)，也會造成較大的線路損耗。遮蔽損失太陽電池方陣沒有及時(shí)清冼、被樹木，建筑物或前排方陣等物體遮擋都會影響光伏系統(tǒng)的發(fā)電量，造成遮蔽損失。2 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)太陽電池組件很多都向大型發(fā)展，往往串聯(lián)的電池片很多，即使被遮蔽的面積不大，也會對輸出功率造成很大影響。2 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)

6、計(jì)輸出功率約減少50%輸出功率大約減少100%溫度影響太陽電池組件的額定功率是在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下測定的，如果在運(yùn)行時(shí)，太陽電池的溫度高于25，其輸出功率將會減少。特別是在南方，夏天溫度較高時(shí)，太陽電池方陣的輸出功率會有一定程度的下降。平衡系統(tǒng)(BOS)的效率在光伏系統(tǒng)中，除了光伏方陣以外，還有控制器、逆變器、變壓器等平衡部件，也會消耗能量。停機(jī)故障2 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（3）太陽輻照量太陽輻照量無疑是影響光伏電站發(fā)電量的另一個(gè)決定性因素。同樣功率的光伏方陣，安裝在不同地區(qū)，發(fā)電量就不一樣。 如果能夠得到運(yùn)行期間的太陽輻射數(shù)據(jù)，就可確定光伏電站的發(fā)電量。然而，由于太陽輻射的隨機(jī)性，一般無法精確預(yù)測

7、運(yùn)行時(shí)每天的太陽輻照量。所以在設(shè)計(jì)光伏電站時(shí)，通常只能采用當(dāng)?shù)貧庀笈_提供的太陽輻射的歷史資料作為參考依據(jù)，為了盡量接近實(shí)際情況，應(yīng)采用當(dāng)?shù)囟嗄辏ㄖ辽?0年，最好20年以上）太陽輻射量的數(shù)據(jù)取平均值。2 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要指出的是，氣象部門提供的太陽輻照量數(shù)據(jù)都只是水平面上的太陽輻射資料，而太陽電池方陣通常是傾斜放置的，因此需要將水平面上太陽輻照量換算成傾斜方陣面上的輻照量。太陽電池方陣與地面的傾角不同，各個(gè)月份接收的太陽輻照量也不一樣，因此在當(dāng)?shù)靥栞椪諚l件一定的情況下，可以通過調(diào)整太陽電池方陣的傾角來增加接收到的太陽輻照量，以達(dá)到提高光伏系統(tǒng)發(fā)電量的目的。如果方陣傾角選擇不當(dāng)，即使相差1

8、%，對于一個(gè)兆瓦級光伏電站，每年就會損失上萬度的電能。2 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2. 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)發(fā)電量的估算（1）確定現(xiàn)場參數(shù)現(xiàn)場參數(shù)包括光伏電站容量（功率）、當(dāng)?shù)貧庀髿{地理?xiàng)l件、多年（至少10年）水平面上的太陽輻射值及各月平均值等。（2）得出方陣最佳傾角對于并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，所產(chǎn)生的電能可以全部輸入電網(wǎng)，能夠得到充分的利用，因此確定太陽電池方陣的傾角就比較簡單，只要取方陣面上全年能接收到最大輻照量所對應(yīng)的傾角，就是太陽電池方陣的最佳傾角。2 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（3）確定性能比PR對于不同的光伏電站，實(shí)際使用情況千變?nèi)f化，因此性能比PR也各不相同。國際能源署(IEA)光伏發(fā)電項(xiàng)目組(PVPS)對于并

9、網(wǎng)光伏系統(tǒng)做了大量的調(diào)查和分析，最近的研究指出，一般的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)其PR在0.60.8之間；對于按照最佳傾角安裝在屋頂和地面的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，推薦分別用PR=75%和PR=80%來進(jìn)行計(jì)算。最近又有研究報(bào)告指出，在德國，PR值高的光伏電站可以超過80%，最好的光伏電站甚至超過了85%。2 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（4）計(jì)算公式并網(wǎng)光伏系統(tǒng)每年的發(fā)電量可用如下公式進(jìn)行估算： 式中Eout為并網(wǎng)光伏電站全年輸出的電能(kWh/y)；Ht為光伏方陣面上全年接收到的太陽總輻照量與標(biāo)準(zhǔn)測試條件下的地面太陽輻射強(qiáng)度G=1000W/m2相除后得到的峰值日照時(shí)數(shù)(h)；P0為光伏系統(tǒng)額定功率(kW)；PR為系統(tǒng)性能比

10、。2 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)outt0EHP PR例：計(jì)劃在上海地區(qū)的廠房屋頂上建造一座1MW并網(wǎng)光伏電站，試估算完成后各月的最大發(fā)電量。解：根據(jù)上海地區(qū)的氣象資料，計(jì)算出不同傾斜面上的太陽輻照量并進(jìn)行比較，得到上海地區(qū)在朝向正南時(shí)，全年能接收到的最大太陽輻照量所對應(yīng)的傾角為22，此即為方陣最佳傾角。由此計(jì)算得出傾斜面上各個(gè)月份的平均太陽輻照量，取PR=0.75，計(jì)算出并網(wǎng)光伏電站各個(gè)月份的發(fā)電量，結(jié)果見下表2 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)將各月的發(fā)電量相加，即可得全年總發(fā)電量為989629kWh?？梢娖骄?W裝機(jī)容量，在上海地區(qū)如按最佳傾角安裝，每年可以發(fā)電將近lkWh。以上討論沒

11、有考慮太陽能電池性能的衰減問題。太陽能電池在工作一定時(shí)間后，由于電池性能的衰減，其輸出功率會有所下降。此外，由于封裝材料的老化等原因，也會造成太陽能電池方陣輸出功率的減少。通常認(rèn)為，對于晶體硅太陽電池，其年性能衰減率，為0.8%1%，如果是非晶硅太陽電池，其衰減率可能更大一些。2 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)若考慮光伏電池性能衰減，在計(jì)算光伏系統(tǒng)在壽命周期n年內(nèi)的發(fā)電量時(shí)，如以光伏電站建成時(shí)算作第0年，則光伏系統(tǒng)在壽命周期內(nèi)的總發(fā)電量Eout,n應(yīng)修正為2 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1out,nt001nnEHP PRr2.2 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)的連接1. 光伏電站等級及并網(wǎng)要求GB50797-2012光伏發(fā)電

12、站設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定：光伏發(fā)電站發(fā)電母線電壓應(yīng)根據(jù)接入電網(wǎng)的要求和光伏發(fā)電站的安裝容量，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定，并宜符合下列規(guī)定：1) 光伏發(fā)電站安裝總?cè)萘啃∮诨虻扔?MWp時(shí)，宜采用0.4kV10kV電壓等級； 2) 光伏發(fā)電站安裝總?cè)萘看笥?MWp，且不大于30MWp時(shí)，宜采用10kV35kV電壓等級；3) 光伏發(fā)電站安裝總?cè)萘看笥?0MWp時(shí)，宜采用35kV電壓等級；2 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)光伏電站向當(dāng)?shù)亟涣髫?fù)載提供電能和向電網(wǎng)發(fā)送電能的質(zhì)量，在諧波、電壓偏差、電壓不平衡度、直流分量、電壓波動(dòng)和閃變等方面應(yīng)滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。（1）諧波和波形畸變GB/T 14549-1993 電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧

13、波（2）電壓偏差GB/T 12325-2008 電能質(zhì)量 供電電壓偏差（3）電壓波動(dòng)和閃變GB/T 12326-2008 電能質(zhì)量 電壓波動(dòng)和閃變2 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（4）電壓不平衡度GB/T 15543-2008 電能質(zhì)量 三相電壓不平衡（5）直流分量光伏電站并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，向電網(wǎng)饋送的直流電流分量不應(yīng)超過其交流額定值的0.5%；對于不經(jīng)過變壓器直接接入電網(wǎng)的光伏電站，因逆變器效率等特殊因素可放寬到1%2 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（6）功率因數(shù)大型和中型光伏電站的功率因數(shù)應(yīng)能夠在0.98（超前）0.98（滯后）范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，在其無功輸出范圍內(nèi)，應(yīng)具備根據(jù)并網(wǎng)電壓水平調(diào)節(jié)無功輸出，參與電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)的

14、能力。小型光伏電站輸出有功功率大于其額定功率的50%時(shí)，功率因數(shù)應(yīng)不小于0.98（超前或滯后），輸出有功功率在20%50%之間時(shí)，功率因數(shù)應(yīng)不小于0.95（超前或滯后）。2 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2. 光伏系統(tǒng)的并網(wǎng)類型（1）單機(jī)并網(wǎng)對于功率不大的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，可以將太陽電池組件經(jīng)串、并聯(lián)后，直接與單臺逆變器連接，逆變器的輸出端經(jīng)過計(jì)量電表后，接入電網(wǎng)。這種類型的并網(wǎng)方式特別適合于功率為15kW的光伏系統(tǒng)。屋頂上安裝的戶用光伏系統(tǒng)常常采用這種連接方式。2 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（2）多支路并網(wǎng)多支路并網(wǎng)方式適合應(yīng)用于系統(tǒng)功率較大且整個(gè)太陽電池方陣的工作條件并不相同的情況，如有的太陽電池子方陣有陰影遮擋

15、、各個(gè)光伏子方陣的傾角或方位角并不相同，或有多種型號、不同電壓的光伏子方陣同時(shí)工作。這時(shí)可以采取每個(gè)太陽電池子方陣配備一臺逆變器，輸出端經(jīng)過計(jì)量電表后，接入電網(wǎng)。這種類型的并網(wǎng)方式應(yīng)用很廣，特別是在光伏與建筑相結(jié)合(BIPV)的系統(tǒng)中，為了滿足建筑結(jié)構(gòu)的要求，常常會使得各個(gè)太陽電池子方陣的工作條件各不相同，因此只能采用這種連接方式。2 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（3）并聯(lián)并網(wǎng)并聯(lián)并網(wǎng)方式適用于大功率光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，要求每個(gè)子方陣具有相同的功率和電壓的組件串并聯(lián)，而且太陽電池子方陣的安裝傾角也都一樣。這樣可以連接多個(gè)逆變器并聯(lián)運(yùn)行。逆變器的投入和退出完全由數(shù)據(jù)采集器依據(jù)太陽電池方陣的總功率進(jìn)行分配，可最大

16、限度地降低逆變器低負(fù)載時(shí)的損耗。同時(shí)由于逆變器輪流工作，不必要時(shí)不投入運(yùn)行，從而大大延長了逆變器的使用壽命?；哪夥娬净蛟诳諘缣幇惭b的光伏電站可以采用這種連接方式2 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3. 光伏系統(tǒng)的入網(wǎng)方式（1）小型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)如戶用屋頂光伏系統(tǒng)，通常是由太陽電池方陣通過匯流箱，接到直流防雷開關(guān)、并網(wǎng)逆變器、交流防雷開關(guān)直接并入220V或380V電網(wǎng)，需要時(shí)可以配置部分?jǐn)?shù)據(jù)收集、記錄裝置。這類并網(wǎng)光伏系統(tǒng)接入電網(wǎng)的方式有兩種：“凈電表計(jì)量”方式“上網(wǎng)電價(jià)”方式2 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)光伏系統(tǒng)輸出端通常是接在進(jìn)戶電表之后。太陽電池所發(fā)的電能首先滿足室內(nèi)負(fù)載用電需要，如有多余時(shí)輸入電網(wǎng)，在陰

17、雨天和晚上則由電網(wǎng)給室內(nèi)負(fù)載供電。在這種情況下，可以只配置一只雙向電度表。在用戶使用電網(wǎng)的電能時(shí)，電度表正轉(zhuǎn)；在光伏系統(tǒng)向電網(wǎng)供電時(shí)，電度表反轉(zhuǎn)。這樣用戶根據(jù)電度表顯示的數(shù)字交納電費(fèi)時(shí)，就扣除了光伏系統(tǒng)所產(chǎn)生電能的費(fèi)用。2 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)“凈電表計(jì)量”方式這種方法還有一種類型，稱為“連網(wǎng)不并網(wǎng)”。太陽電池方陣所發(fā)電能，供自身負(fù)載使用，不夠時(shí)可以由電網(wǎng)補(bǔ)充，但太陽電池方陣所發(fā)的電能，除了自身負(fù)載使用外還有多余時(shí)，不允許輸入電網(wǎng)，也就是只容許電網(wǎng)單向給負(fù)載供電，不能由太陽電池方陣向電網(wǎng)輸電。這時(shí)，光伏系統(tǒng)配備的逆變器就要具備防止反向逆流供電的功能，但是不需要復(fù)雜的并網(wǎng)功能。2 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)

18、計(jì)“凈電表計(jì)量”方式光伏系統(tǒng)輸出端通常是接在進(jìn)戶電表之前（即電網(wǎng)一側(cè)），光伏系統(tǒng)所發(fā)電力全部輸入電網(wǎng)，室內(nèi)負(fù)載用電完全由電網(wǎng)供應(yīng)，所以常常需要配備“買入”和“賣出”兩只電度表。國外推廣“太陽能屋頂”計(jì)劃，政府采取專門扶植政策，鼓勵(lì)私人用戶安裝戶用光伏系統(tǒng)，通常就采用這種方式，用戶屋頂光伏系統(tǒng)所發(fā)的綠色電能由電網(wǎng)高價(jià)收購，而用戶家庭所使用的電能則由電網(wǎng)提供，按平價(jià)交納電費(fèi)。2 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)“上網(wǎng)電價(jià)”方式（2）大型光伏電站大型光伏電站如同常規(guī)發(fā)電站一樣，將所發(fā)電力全部輸入電網(wǎng)。只是由于太陽電池組件數(shù)目非常多，需要分成許多子方陣，要配備很多匯流箱，有時(shí)需要多個(gè)直流配電柜。光伏方陣輸出端必須安

19、裝具有斷弧能力的開關(guān)。光伏方陣發(fā)出的電能經(jīng)總直流配電柜后與逆變器相連，逆變器輸出的低壓交流電經(jīng)過交流配電柜后，再通過升壓變壓器并入高壓電網(wǎng)。升壓變壓器應(yīng)選擇合適的聯(lián)結(jié)方式以隔離逆變系統(tǒng)產(chǎn)生的直流分量，并且在接入公共電網(wǎng)的光伏電站和電網(wǎng)連接處應(yīng)設(shè)置有明顯斷點(diǎn)的隔離開關(guān)。光伏發(fā)電系統(tǒng)的交流側(cè)還應(yīng)配置接地檢測裝置，過電壓、過2 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)電流保護(hù)裝置，指示儀表和計(jì)量儀表。在交流和直流端都要配備防雷裝置，此外還應(yīng)配置主控和監(jiān)視系統(tǒng)，其功能可以包括數(shù)字信號的傳感和采集，以及必要的處理、記錄、傳輸、顯示系統(tǒng)數(shù)據(jù)。2 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.3 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)的大致步驟（1）掌

20、握基本數(shù)據(jù)獲取光伏系統(tǒng)安裝地點(diǎn)、當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料及地理?xiàng)l件，光伏系統(tǒng)的容量規(guī)模等。（2）現(xiàn)場勘察了解安裝場地的地形、地貌，以及太陽電池方陣安裝現(xiàn)場的朝向、面積及具體尺寸，觀察有高大建筑物或樹木等障礙物遮擋陽光，大致確定是否需要分成若干個(gè)子方陣安裝。特別是BIPV系統(tǒng)，更要詳細(xì)了解現(xiàn)場具體情況，以便確定各個(gè)子方陣的位置及對于安裝朝向、傾角等的影響。還要規(guī)劃安排輔助建筑具體位置，以及接入電網(wǎng)的位置等。2 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（3）選擇合適的并網(wǎng)逆變器理論上，逆變器的額定功率應(yīng)稍大于太陽電池方陣的功率，但由于一般地區(qū)的太陽輻照度經(jīng)常在標(biāo)準(zhǔn)測試條件(1000W/m2)之下，在一些場合選擇逆變器的功率也可稍

21、小于太陽能電池方陣的功率。對于一定容量的大型光伏電站，如何配置逆變器要仔細(xì)考慮，因?yàn)槟孀兤饔胁煌囊?guī)格和型號。例如，1MW的光伏電站，是選擇功率比較大的1MW的逆變器1臺，還是選擇用幾臺小功率逆變器，如500kW的2臺或100kW的10臺，這要從多方面來綜合考慮。功率大的逆變器效率較高，單位造價(jià)也比較便宜，維護(hù)也相對容易；但功率太大的逆變器在投入或退出時(shí)，會對并網(wǎng)點(diǎn)電能質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響，2 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并且如果出現(xiàn)故障，造成停機(jī)，后果就比較嚴(yán)重，當(dāng)然還要考慮產(chǎn)品的可靠性等因素。如果有多個(gè)工作條件不同的子方陣，一般情況下，可以分別采用多個(gè)對應(yīng)的并網(wǎng)逆變器。特別是BIPV系統(tǒng)，太陽電池方陣

22、往往分布范圍很廣，朝向和傾角也各不相同，產(chǎn)生的工作電壓等可能都不相同，發(fā)電情況也不一樣，這時(shí)最好還是連接到不同的逆變器。總之，配備多大功率并網(wǎng)逆變器及需要用幾臺，應(yīng)該結(jié)合多項(xiàng)因素進(jìn)行綜合評估，當(dāng)然還要考慮逆變器的單價(jià)，以確定既安全可靠又經(jīng)濟(jì)合理的方案，最后決定并網(wǎng)逆變器的規(guī)格、型號。2 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（4）確定光伏系統(tǒng)并網(wǎng)方式根據(jù)光伏系統(tǒng)容量等級，按照有關(guān)規(guī)范，確定光伏系統(tǒng)并網(wǎng)方式，明確與電網(wǎng)連接的節(jié)點(diǎn)，落實(shí)擬接入變電站的位置及連接方法。（5）決定太陽能電池的串、并聯(lián)數(shù)目根據(jù)逆變器的輸入電壓范圍取中間值，與所采用的太陽電池組件的最佳輸出電壓相除，可得出太陽電池組件的串聯(lián)數(shù)目。盡量使得太陽電

23、池組件串的工作電壓處在逆變器輸入電壓范圍的中部。例如，采用100kW逆變器，其輸入電壓是450820V，其中間值為635V。如果太陽電池組件的功率是180W，最佳輸出電壓是35V，可用18塊組件串聯(lián)，組件串輸出電壓是630V，每個(gè)組件串的功率就是3240W。然后根據(jù)子方陣容量，決定太陽電池組件的并聯(lián)數(shù)目。2 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（6）計(jì)算太陽能電池方陣的最佳傾角根據(jù)當(dāng)?shù)亻L期水平面上太陽輻照量的數(shù)據(jù)，計(jì)算得到傾斜面上全年能接收到最大太陽輻照量所對應(yīng)的傾角，即為太陽電池方陣的最佳傾角，同時(shí)可得到全年和各個(gè)月份在傾斜的太陽電池方陣表面上的太陽輻照量。（7）決定太陽能電池的串、并聯(lián)數(shù)目根據(jù)現(xiàn)場的大小和太

24、陽電池組件的尺寸，以及太陽電池方陣的傾角等條件，確定太陽電池組件的安裝方案，包括連接電纜走向及匯流箱的位置，落實(shí)防雷、接地的具體措施等。2 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（8）確定輔助設(shè)備的配置及型號按照有關(guān)技術(shù)規(guī)范，確定光伏系統(tǒng)中需要配置的交直、流配電柜，防雷開關(guān)，升壓變壓器及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等輔助設(shè)備所需的功能和采用的型號。（9）估算光伏電站的發(fā)電量，評估其發(fā)電成本、經(jīng)濟(jì)及社會效益。離網(wǎng)光伏系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)就是要使得光伏系統(tǒng)的配置能夠恰到好處，做到既能保證光伏系統(tǒng)的長期可靠運(yùn)行，充分滿足負(fù)載的用電需求；同時(shí)又能使配備的太陽電池組件和蓄電池的容量最小，節(jié)省投資，具有最好的經(jīng)濟(jì)效益。若設(shè)計(jì)不合理，會導(dǎo)致光伏系統(tǒng)

25、效率很低，無法長期穩(wěn)定運(yùn)行，有些甚至根本不能正常工作。所以采用科學(xué)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，進(jìn)行最佳化設(shè)計(jì)，是建成一套合理、完善的光伏系統(tǒng)的關(guān)鍵。3 離網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)概述3.1 離網(wǎng)光伏系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本原則離網(wǎng)光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)最重要的是容量設(shè)計(jì)，內(nèi)容包括確定太陽能電池方陣和蓄電池的容量，以及確定光伏方陣的傾角。在充分滿足用戶負(fù)載用電需要的前提下，應(yīng)盡量減少太陽電池和蓄電池的容量，以達(dá)到可靠性和經(jīng)濟(jì)性的最佳結(jié)合，要避免盲目追求低成本或高可靠性的傾向。光伏系統(tǒng)和產(chǎn)品要根據(jù)負(fù)載的要求和使用地點(diǎn)的氣象及地理?xiàng)l件（如緯度、太陽輻照量、最長連陰雨天數(shù)等）進(jìn)行專門的優(yōu)化設(shè)計(jì)，所以設(shè)計(jì)前應(yīng)充分掌握這兩類數(shù)據(jù)。3 離網(wǎng)光

26、伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.2 技術(shù)條件1. 負(fù)載性質(zhì)首先要確定是直流負(fù)載還是交流負(fù)載，是沖擊性負(fù)載還是非沖擊性負(fù)載，是重要性負(fù)載還是一般性負(fù)載。直流負(fù)載可由蓄電池直接供電，交流負(fù)載則必須配備逆變器。實(shí)際負(fù)載的大小及使用情況可能千變?nèi)f化，從全天使用時(shí)間上來區(qū)分，大致可分為白天、晚上和白天連晚上三種負(fù)載。對于僅在白天使用的負(fù)載，多數(shù)可以由光伏系統(tǒng)直接供電，減少由于蓄電池充放電等引起的損耗，所以配備的光伏系統(tǒng)容量3 離網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以適當(dāng)減小；對于全部晚上使用的負(fù)載，其光伏系統(tǒng)所配備的容量就要相應(yīng)增加；白天連晚上的負(fù)載，所需要的容量則在兩者之間。此外，從全年使用時(shí)間上來區(qū)分，又可分為均衡性負(fù)載、季節(jié)性負(fù)載

27、和隨機(jī)性負(fù)載等。為了簡化，對于月平均耗電量變化不超過10%的負(fù)載也可以當(dāng)做平均耗電量都相同的均衡性負(fù)載。3 離網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2. 幾種日照的概念在不同的使用場合，會用到不同的日照概念（1）可照時(shí)間可照時(shí)間指不受任何遮蔽時(shí)，每天從日出到日落的總時(shí)數(shù)。不同地點(diǎn)的可照時(shí)間與當(dāng)?shù)氐木暥燃叭掌谟嘘P(guān)。例如，上海地區(qū)冬至日的可照時(shí)間是9.98h，9月22日的可照時(shí)間是11. 9lh。（2）日照時(shí)數(shù)日照時(shí)數(shù)是指在某個(gè)地點(diǎn)，太陽達(dá)到一定的輻照度（一般是120W/m2）時(shí)開始記錄，直至小于此輻照度時(shí)停止記錄，期3 離網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)間所經(jīng)歷的小時(shí)數(shù)。所以氣象臺測量的日照時(shí)數(shù)要小于可照對間，而且不同年份測得的日照

28、時(shí)數(shù)是不一樣的（3）日照百分率氣象臺提供的日照百分率是指日照時(shí)數(shù)與可照時(shí)間的比值的百分?jǐn)?shù)，即：日照百分率=日照時(shí)數(shù) / 可照時(shí)間（%）（4）光照時(shí)間在日出前和日落后，太陽光線在地平線以下06時(shí)，光通過大氣散射到地表產(chǎn)生一定的光照強(qiáng)度，這種光稱為曙光和暮光。光照時(shí)間即為可照時(shí)間與曙暮光時(shí)之和。一般曙暮光時(shí)隨緯度升高而加長，夏季尤為顯著。3 離網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（5）峰值日照時(shí)數(shù)峰值日照時(shí)數(shù)是將當(dāng)?shù)氐奶栞椪樟空鬯愠蓸?biāo)準(zhǔn)測試條件（輻照度1000W/m2）下的小時(shí)數(shù)。由于太陽電池的輸出功率是在標(biāo)準(zhǔn)測試條件(1000W/m2，25，AMI.5)下得到的，所以應(yīng)將曲線下的面積換算成高度為1000W/m2時(shí)

29、面積相同的矩形，其寬度就是峰值日照時(shí)數(shù)。顯然，在計(jì)算光伏方陣的發(fā)電量時(shí)應(yīng)該使用峰值日照時(shí)數(shù)。3 離網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)例如，上海地區(qū)冬至日的可照時(shí)間是9.98h，但并不是在這9.98h中太陽的輻照度都是1000W/m2，而是隨時(shí)變化的，若測得在達(dá)天累計(jì)的太陽輻照量是2300Wh/m2，則該天的峰值日照時(shí)數(shù)是2.3h。19812000年期間拉薩地區(qū)平均峰值日照時(shí)數(shù)是5.33h；同期上海地區(qū)的平均峰值日照時(shí)數(shù)是3.46h；重慶地區(qū)的平均峰值日照時(shí)數(shù)是2.44h。這幾個(gè)地區(qū)可大致代表我國太陽輻照量高、中、低不同地區(qū)的峰值日照時(shí)數(shù)。3 離網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3. 溫度影響在太陽電池溫度升高時(shí)，其開路電壓要下降

30、，輸出功率會減少。因此在設(shè)計(jì)光伏電站容量時(shí)，要考慮不同季節(jié)溫度的影響。4. 蓄電池維持天數(shù)蓄電池維持的天數(shù)，通常是指在沒有光伏方陣電力供應(yīng)的情況下，完全由蓄電池儲存的電量供給負(fù)載所能維持的天數(shù)。通常，維持天數(shù)的確定與兩個(gè)因素有關(guān)：負(fù)載對電源的要求程度以及光伏系統(tǒng)安裝地點(diǎn)的最長連陰雨天數(shù)。一般可以將光伏系統(tǒng)安裝地點(diǎn)的最長連陰雨天數(shù)作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用的維3 離網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)持天數(shù)的參考，但還要綜合考慮負(fù)載對電源的要求。對于負(fù)載對電源要求不是很嚴(yán)格的光伏應(yīng)用，在設(shè)計(jì)中可取維持天數(shù)為3 5天；而負(fù)載對電源要求很嚴(yán)格的光伏系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)中維持天數(shù)通常取712天。此外，還要考慮光伏系統(tǒng)的安裝地點(diǎn)，如果在很

31、偏遠(yuǎn)的地區(qū)，必須設(shè)計(jì)較大的蓄電池容量，因?yàn)榫S護(hù)人員到達(dá)現(xiàn)場需要花費(fèi)較長時(shí)間。3 離網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.3 方陣傾角的選擇1. 方陣傾斜放置的必要性能夠增加全年方陣表面所接收到的太陽輻照量。在北半球，太陽主要在南半邊天空中運(yùn)轉(zhuǎn)，若將方陣表面向南傾斜，顯然可以增加全年所接收到的太陽輻照量。能改變各個(gè)月份方陣表面所接收到太陽輻照量的分布。這對于離網(wǎng)光伏系統(tǒng)特別重要，離網(wǎng)光伏系統(tǒng)由于充電要受到蓄電池容量的限制，夏天太陽輻照量大，蓄電池充足電后，太陽電池方陣發(fā)出的多余電能便不能利用，因此希望光伏方陣表面在各個(gè)月份接收到的太陽輻照量能盡量一致。3 離網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2. 最佳傾角的確定方陣的最佳傾角應(yīng)根據(jù)不同情況而定。對于離網(wǎng)光伏系統(tǒng)，情況比較復(fù)雜。確定離網(wǎng)光伏系統(tǒng)方陣的最佳傾角，首先要區(qū)分不同類型負(fù)載的情況。 為均衡性負(fù)載供電的獨(dú)立光伏系統(tǒng)方陣的最佳傾角，要綜合考慮方陣面上接收到太陽輻照量的均衡性和極大性等因素，經(jīng)過反復(fù)計(jì)算，在滿足負(fù)載用電要求的條件下，比較各種不同的傾角所需配置的太陽電池方陣和蓄電池容量的大小，才能得到既符合要求的蓄電池維持天數(shù)，又能使所需要的太陽電池方陣容量最小所對應(yīng)的方陣傾角。3 離網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 對于是季節(jié)性負(fù)載，最典型的是光控太陽能照明系統(tǒng)，這類系統(tǒng)的負(fù)載每天工作時(shí)間隨著季節(jié)而變化，其特點(diǎn)是以自然光線的強(qiáng)弱來決定負(fù)載工作時(shí)間