太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計

1、10KW太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)摘要：本文對10KW太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)進行了研究和設(shè)計，整個設(shè)計包括了電池組件及其支架、逆變器、配電室、系統(tǒng)的防雷保護等各個部分的設(shè)計，并且對系統(tǒng)的安裝、調(diào)試、驗收做了具體的安排。這套系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)換效率高、供電穩(wěn)定可靠、安裝方便、勿需維護等特點。對于常規(guī)電的一種補充和替代，這種環(huán)保的新能源會得到越來越廣泛的應(yīng)用。太陽能并網(wǎng)發(fā)電是太陽能電源的發(fā)展方向，代表了21世紀最具吸引力的能源利用技術(shù)?，F(xiàn)在，大規(guī)模利用太陽能并網(wǎng)發(fā)電在許多發(fā)達國家已經(jīng)成為現(xiàn)實。關(guān)鍵詞：太陽能、并網(wǎng)發(fā)電，逆變器、轉(zhuǎn)換效率10KW Photovoltaic grid-connected systemAbs

2、tract:This article made design and research about 10KW Photovoltaic grid-connected system. The whole design not only involves module, support structure of solar module, inverter and cable, but also offered the installation, commissioning and test. This system takes advantage of reliable supplying, c

3、onvenient installation, high efficiency and free maintenance, has been used widely and is compensation of normal power supply. Photovoltaic grid-connected system is the trend of solar energy development, representing the energy utilization technology in the 21 century. A lot of photovoltaic grid-con

4、nected systems have been used in developed countries.Key words: solar; grid-connected; inverter; conversion efficiency.10KW太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)1.太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)簡介太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)通過把太陽能轉(zhuǎn)化為電能，不經(jīng)過蓄電池儲能，直接通過并 網(wǎng)逆變器，把電能送上電網(wǎng)。太陽能并網(wǎng)發(fā)電代表了太陽能電源的發(fā)展方向，是21世紀最具吸引力的能源利用技術(shù)。與離網(wǎng)太陽能發(fā)電系統(tǒng)相比，并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：（1）利用清潔干凈、可再生的自然能源太陽能發(fā)電，不耗用不可再生的、資源有限的含碳化

5、石能源，使用中無溫室氣體和污染物排放，與生態(tài)環(huán)境和諧，符合經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。（2）所發(fā)電能饋入電網(wǎng)，以電網(wǎng)為儲能裝置，省掉蓄電池，比獨立太陽能光伏系統(tǒng)的建設(shè)投資可減少達一，從而使發(fā)電成本大為降低。省掉蓄電池并可提高系統(tǒng)的平均無故障時間和蓄電池的二次污染。（3）光伏電池組件與建筑物完美結(jié)合，既可發(fā)電又能作為建筑材料和裝飾材料，使物質(zhì)資源充分利用發(fā)揮多種功能，不但有利于降低建設(shè)費用，并且還使建筑物科技含量提高、增加“賣點”。（4）分布式建設(shè)，就近就地分散發(fā)供電，進入和退出電網(wǎng)靈活，既有利于增強電力系統(tǒng)抵御戰(zhàn)爭和災(zāi)害的能力，又有利于改善電力系統(tǒng)的負荷平衡，并可降低線路損耗。（5）可起調(diào)峰作用。

6、聯(lián)網(wǎng)太陽能光伏系統(tǒng)是世界各發(fā)達國家在光伏應(yīng)用領(lǐng)域競相發(fā)展的熱點和重點，是世界太陽能光伏發(fā)電的主流發(fā)展趨勢，市場巨大，前景廣闊。2.并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的原理及組成太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)是利用光生伏打效應(yīng)原理制成的，它是將太陽輻射能量直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電系統(tǒng)。它主要由太陽能電池方陣和逆變器兩部分組成。如下圖所示:白天有日照時，太陽能電池方陣發(fā)出的電經(jīng)過并網(wǎng)逆變器將電能直接輸送到交流電網(wǎng)上，或?qū)⑻柲芩l(fā)出的電經(jīng)過并網(wǎng)逆變器直接為交流負載供電。圖21.并網(wǎng)發(fā)電原理圖（1）太陽能電池組件一個太陽能電池只能產(chǎn)生大約0.5伏的電壓，遠低于實際使用所需電壓。為了滿足實際應(yīng)用的需要，需要把太陽能電池連接成組件。太陽能電

7、池組件包含一定數(shù)量的太陽能電池，這些太陽能電池通過導(dǎo)線連接。如一個組件上，太陽能電池的數(shù)量是36片，這意味著一個太陽能組件大約能產(chǎn)生17伏的電壓。通過導(dǎo)線連接的太陽能電池被密封成的物理單元被稱為太陽能電池組件，具有一定的防腐、防風(fēng)、防雹、防雨的能力，廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域和系統(tǒng)。當(dāng)應(yīng)用領(lǐng)域需要較高的電壓和電流而單個組件不能滿足要求時，可把多個組件組成太陽能電池方陣，以獲得所需要的電壓和電流。（2）直流/交流逆變器將直流電變換成交流電的設(shè)備。由于太陽能電池發(fā)出的是直流電，而一般的負載是交流負載，所以逆變器是不可缺少的。逆變器按運行方式，可分為獨立運行逆變器和并網(wǎng)逆變器。獨立運行逆變器用于獨立運行的太

8、陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，為獨立負載供電。并網(wǎng)逆變器用于并網(wǎng)運行的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)將發(fā)出的電能饋入電網(wǎng)。逆變器按輸出波形又可分為方波逆變器和正弦波逆變器。3.10KW太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計3.1設(shè)計總則（1）太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在原有的線路基礎(chǔ)上增加，采取盡量不改造原有回路的原則。因此，將光伏系統(tǒng)的并網(wǎng)點選擇在并網(wǎng)點的低壓配電柜上。（2）考慮到并網(wǎng)系統(tǒng)在安裝及使用過程中的安全及可靠性，在并網(wǎng)逆變器直流輸入加裝直流配電接線箱。（3）并網(wǎng)逆變器采用三相四線制的輸出方式。3.2電池組件及方陣支架的設(shè)計3.2.1電池組件選用型號為120（34）P1447x663，主要參數(shù)為：輸出峰值功率120Wp、峰值電壓1

9、7V、峰值電流7.05、開路電壓22V、短路電流7.5A。太陽能電池由18塊串聯(lián)成1路，共5路，需要120Wp規(guī)格組件90塊方陣總功率為：120x18x5=10800Wp。太陽能電池方陣的主要技術(shù)參數(shù)為：（1）工作電壓306V，開路電壓396V；（2）工作電流35A，短路電流37.5A；（3）轉(zhuǎn)換效率大于14%；（4）工作溫度-4090。太陽能電池方陣的主要特點：（1）采用高效率晶體硅太陽電池片，轉(zhuǎn)換效率高：14%；（2）使用壽命長：25年，衰減小；（3）采用無螺釘緊固鋁合金邊框，便于安裝，抗機械強度高；（4）采用高透光率鋼化玻璃封裝，透光率和機械強度高；（5）采用密封防水的多功能接線盒。3.

10、2.2方陣支架及光電場設(shè)計太陽能電池支架采用混凝土標樁、槽鋼底框、角鋼支架（見支架基礎(chǔ)圖、支架加工圖），支架傾角30度。3.3并網(wǎng)逆變器并網(wǎng)逆變器采用最大功率跟蹤技術(shù)，最大限度地把太陽能電池板轉(zhuǎn)換的電能送入電網(wǎng)。逆變器自帶的顯示單元可顯示太陽能電池方陣電壓、電流，逆變器輸出電壓、電流、功率，累計發(fā)電量、運行狀態(tài)、異常報警等各項電氣參數(shù)。同時具有標準電氣通訊接口，可實現(xiàn)遠程監(jiān)控。具有可靠性高、具有多種并網(wǎng)保護功能（比如孤島效應(yīng)等）、多種運行模式、對電網(wǎng)無諧波污染等特點。根據(jù)以上要求選用德國進口Line Back 10KW并網(wǎng)逆變器。本逆變器的特征如下：（1）無變壓器，實現(xiàn)了小型輕量化。（2）功能

11、模塊化，可根據(jù)需要制定出合理的安裝模塊。（3）有自立運行功能。停電時自動進行自立運行，向負荷供電。（4）自立運行或者并網(wǎng)運行時有相同容量的功率。（5）由顯示單元，可顯示輸出功率、累計電量、運行狀態(tài)及異常等內(nèi)容。（6）帶有通信功能，使用GS標準計量軟件，可由PC機計量其電流、電壓等值。（7）可全自動運行。（8）主要技術(shù)參數(shù)為：額定容量：10KVA；直流額定電壓：300V，直流額定電流：37A；直流電壓輸入范圍：160V480V；交流輸出功率因數(shù)0.99，頻率50Hz，三相AC220V；輸出電流失真度：THD5，各次THD3；逆變器效率90%。4.配電室設(shè)計由于并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)沒有蓄電池及太陽能充放電

12、控制器及交直流配電系統(tǒng)，因此，如果條件允許的話可以將并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)逆變器放在并網(wǎng)點的低壓配電室內(nèi)，否則只要單獨建一座46平米的低壓配電室就可以了。5.并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的防雷為了保證系統(tǒng)在雷雨等惡劣天氣下能夠安全運行，要對這套系統(tǒng)采取防雷措施。主要有以下幾個方面：（1）地線是避雷、防雷的關(guān)鍵，在進行配電室基礎(chǔ)建設(shè)和太陽電池方陣基礎(chǔ)建設(shè)的同時，選擇光電廠附近土層較厚、潮濕的地點，挖一2米深地線坑，采用40扁鋼，添加降阻劑并引出地線，引出線采用35mm2銅芯電纜，接地電阻應(yīng)小于4歐姆。（2）在配電室附近建一避雷針，高15米，并單獨做一地線，方法同上。（3）太陽電池方陣電纜進入配電室的電壓為DC220V，采

13、用PVC管地埋，加防雷器保護。此外電池板方陣的支架應(yīng)保證良好的接地。（4）并網(wǎng)逆變器交流輸出線采用防雷箱一級保護（并網(wǎng)逆變器內(nèi)有交流輸出防雷器）。6.系統(tǒng)建設(shè)及施工項目的施工包括：配電室及太陽電池支架的基礎(chǔ)制作、配電室，太陽電池支架制作安裝、太陽能電池方陣的安裝、電氣設(shè)備的安裝調(diào)試、系統(tǒng)的并網(wǎng)運行調(diào)試。6.1施工順序基礎(chǔ)及配電室土建施工太陽電池支架制作安裝太陽電池方陣安裝調(diào)試電氣儀表設(shè)備安裝調(diào)試并網(wǎng)運行調(diào)試試運行竣工驗收。6.2施工準備6.2.1技術(shù)準備技術(shù)準備是決定施工質(zhì)量的關(guān)鍵因素，它主要進行以下幾方面的工作：（1）先對實地進行勘測和調(diào)查，獲得當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)數(shù)據(jù)并對資料進行分析匯總，做出切合實際

14、的工程設(shè)計。（2）準備好施工中所需規(guī)范，作業(yè)指導(dǎo)書，施工圖冊有關(guān)資料及施工所需各種記錄表格。（3）組織施工隊熟悉圖紙和規(guī)范，做好圖紙初審記錄。（4）技術(shù)人員對圖紙進行會審，并將會審中問題做好記錄。（5）會同建設(shè)單位和設(shè)計部門對圖紙進行技術(shù)交底，將發(fā)現(xiàn)的問題提交設(shè)計部門和建設(shè)方，并由設(shè)計部門和建設(shè)方做出解決方案（書面）并做好記錄。（6）確定和編制切實可行的施工方案和技術(shù)措施，編制施工進度表。6.2.2現(xiàn)場準備（1）物資的存放準備一座臨時倉庫：主要貯存并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的逆變器、太陽電池、太陽電池支架、線纜及其它輔助性的材料。（2）物資準備施工前對太陽能電池組件、方陣支架、并網(wǎng)逆變器等設(shè)備進行檢查驗收，

15、準備好安裝設(shè)施及使用的各種施工所需主要原材料和其他輔助性的材料。7.設(shè)備安裝部分7.1太陽電池組件安裝和檢驗預(yù)埋太陽電池陣列架基柱，檢查其橫列水平度，符合標準再進行鐵架組裝。檢測單塊電池板電流、電壓，合格后進行太陽電池組件的安裝。最后檢查接地線、鐵架緊固件是否緊固，太陽電池組件的接插頭是否接觸可靠，接線盒、接插頭須進行防水處理。檢測太陽電池組件陣列的空載電壓是否正常，此項工作應(yīng)由組件提供商技術(shù)人員完成。7.2總體控制部分安裝參照產(chǎn)品說明書的要求，對并網(wǎng)逆變器、太陽電池組件、交流電網(wǎng)的低壓配電室按相應(yīng)順序連接，觀察并網(wǎng)逆變器的各項運行參數(shù)，并做好相應(yīng)記錄，將實際運行參數(shù)和標稱參數(shù)做比較，分析其差

16、距，為以后的調(diào)試做準備。8.檢查和調(diào)試（1）根據(jù)現(xiàn)場考察的要求，檢查施工方案是否合理，能否全面滿足要求。（2）根據(jù)設(shè)計要求、供貨清單，檢查配套元件、器材、儀表和設(shè)備是否按照要求配齊，供貨質(zhì)量是否符合要求。對一些工程所需的關(guān)鍵設(shè)備和材料，可視具體情況按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范和標準在設(shè)備和材料制造廠或交貨地點進行抽樣檢查。（3）現(xiàn)場檢查驗收：檢查太陽電池組件方陣水泥基礎(chǔ)、配電室施工質(zhì)量是否符合要求，并做記錄。此項工作應(yīng)由組件提供商技術(shù)人員完成。（4）調(diào)試是按設(shè)備規(guī)格對已完成安裝的設(shè)備在各種工作模式下進行試驗和參數(shù)調(diào)節(jié)。系統(tǒng)調(diào)試按設(shè)備技術(shù)手冊中的規(guī)定和相關(guān)安全規(guī)范進行，完成后須達到或超過設(shè)備規(guī)格所包含的性能

17、指標。如在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)實際性能和手冊中的參數(shù)不符，設(shè)備供應(yīng)商須采取措施進行糾正，達標后才具備驗收條件。9.并網(wǎng)電站建設(shè)流程圖現(xiàn)場勘查、工程規(guī)劃、定位放線、場地平整太陽電池基礎(chǔ)電站配電室建設(shè)支架、太陽電池安裝電站圍欄建設(shè)電纜連接敷設(shè)設(shè)備安裝定位并網(wǎng)調(diào)試運行試運行驗 收圖2.并網(wǎng)電站建設(shè)流程圖10.并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)配置表表101.10KW并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)配置表序號名稱規(guī)格單位數(shù)量備注1太陽電池組件120W塊902支架線纜套53并網(wǎng)逆變器10KW臺1并網(wǎng)型3相4線4接線箱臺19避雷器及接地設(shè)備套1避雷針高要求15米10配電室平方米46如有配電室則不考慮11.10KW并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)光電場配套圖紙說明：光電場詳細設(shè)計方案將在實地考察后具體設(shè)計。配套圖紙：整體方陣正視圖、單體側(cè)視圖、方陣正視圖、方陣側(cè)視圖。參考文獻：1黃俊，王兆安電力電子技術(shù)西安交通大學(xué)出版社，20022黃麗華，紀建偉等電力系統(tǒng)分析中國水