天和家太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用案例

1、天和家太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用案例天和家/43kWp屋頂并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計一、項H簡介1（天和家園住宅小區(qū)概況浙江省慈溪市天和家園住宅小區(qū)占地面積64 788m2，總建筑面積13 （4萬m2。 小區(qū)住宅整體布置方式為南北朝向，南北均無高大建筑物，無遮陰情況，日照充 分。小區(qū)建筑住宅以多層為主，屋頂呈人字形，樓高22. 2-22. 86m。計劃在天和家 園20號樓屋頂裝設(shè)太陽能電池板，建住宅小區(qū)太陽能光伏發(fā)電示范電站。20號樓 LI前處于在建狀態(tài)，-屋頂可利用面積有:西側(cè)平臺，面積87m ;斜屋面，W-W共7 塊，總面積（斜面）113.9mo ;露臺，LL共5個，總面積11-57233. 44m

2、。2（設(shè)計要求a（該項U有一定的公眾影響力。美觀與否非常重要，要求光伏電池組件的安裝 應(yīng)保持屋頂?shù)娘L(fēng)格和美觀，并與小區(qū)及周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)。b（該光伏電站主要提供天和家園小區(qū)公用設(shè)施用電，包括:地下車庫西區(qū)照明 燈35（2kW，地下車庫東區(qū)照明（燈21（4kW,智能化設(shè)備2kW等。要求在陰雨天氣 時，'應(yīng)能使用城市電網(wǎng)為公用負(fù)荷供電。c（光伏電站建設(shè)費用計入小區(qū)開發(fā)成本。建成后隨小區(qū)移交物業(yè)管理，要求節(jié) 省投資。維護(hù)管理方便。二、光伏發(fā)電系統(tǒng)運行方式的選擇太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的運行方式可分為兩類。即：獨立運行和并網(wǎng)運行。獨立運行的光伏發(fā)電系統(tǒng)需要有蓄電池作為儲能裝置，主要用于無電網(wǎng)的邊遠(yuǎn)地區(qū)

3、。由 于必須有蓄電池儲能裝置，所以整個系統(tǒng)的造價很高。在有公共電網(wǎng)的地區(qū)。光伏 發(fā)電系統(tǒng)一般與電網(wǎng)連接，即采用并網(wǎng)運行方式。并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)點是可以省去蓄電池，而將電網(wǎng)作為自己的儲能單元。曲于蓄電池在存儲和釋放電能的過 程中，伴隨著能量的損失，且蓄電池的使用壽命通常僅為5, 8年，報廢的蓄電池乂 將對環(huán)境造成污染，所以，省去蓄電池后的光伏系統(tǒng)不僅可大幅度降低造價，還具 有更高的發(fā)電效率和更好的環(huán)保性能，且維護(hù)簡單、方便。在建筑密度很大的城市 住宅小區(qū)中，能夠安裝太陽能電池板的面積有限，住宅小區(qū)屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)的容 量通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其變壓器的容量，即光伏系統(tǒng)的發(fā)電功率始終小于小區(qū)負(fù)載的功 率

4、，沒有剩余電能送入上級城市電網(wǎng)。綜合考慮，該光伏發(fā)電系統(tǒng)擬采用并網(wǎng)運行方式（并在小區(qū)內(nèi)局部并網(wǎng)，不考 慮將電能輸入上級城市電網(wǎng)，系統(tǒng)原理圖如圖1所示。采取小區(qū)內(nèi)局部并網(wǎng)運行方 式提高了上級城市電網(wǎng)的安全性。圖L住宅小區(qū)太陽能光伏發(fā)電局部并竭方案三、系統(tǒng)設(shè)計1 （設(shè)計依據(jù)該系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)有：光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)要求(GB/T19939-2005);當(dāng)?shù)貧庀?資料;建設(shè)方提供的相關(guān)資料及要求。2(光伏系統(tǒng)太陽能電池組件的配置方案(1) 最佳方陣傾角的確定0/0/0/0/02-3024和東經(jīng)12102 -12142之間，處于北亞熱帶南慈溪市介于北 緯302緣，屬季風(fēng)型氣候。平均年日照時數(shù)2038小時，太

5、陽年輻射量4 000、4800MJ/m,0年日照白分率47,。查閱相關(guān)資料可知，太陽能電池組件方陣最佳傾角為30o(2) 太陽能電池組件的選擇與布置)太陽能電池組件的選擇前，高效晶體硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已達(dá)21,以上，大批量生產(chǎn)的單 晶硅光伏電池組件的光電轉(zhuǎn)換效率也已達(dá)到14,以上。該系統(tǒng)選用了常州天合光能 有限公司生產(chǎn)的rlSM 一 175D型高效單晶硅電池組件(其外形如圖2所示。圖2 1SM-175D型電池組件外形圖TSM - 175D型電池組件技術(shù)參數(shù)如下，峰值功率:Pm二175WP;開路電壓： 二43. 58V;最佳工作電壓:U二36. 2V;短路電流:IM. 97A;最佳工作電

6、流：，OCSCm=4. 85A;重量:G=16kg;尺寸：長X 寬X 厚二 1 581 mmX809mmX40mm。(b)太陽能電池組件的布置將太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用于城市住宅小區(qū)時，與建在邊遠(yuǎn)地區(qū)、荒漠地區(qū)的獨立 光伏電站有很多不同點，不能簡單地將太陽能電池方陣按最佳傾角的要求布置，必 須要充分考慮與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)和美觀。根據(jù)建設(shè)方提供的加號樓屋面圖參見圖（3） 以及現(xiàn)場考察情況，電池方陣布置方案如下：2&（西側(cè)平臺面積87m。采用鋸齒型方陣。共安裝組件36塊，方陣傾角為o30o 功率為:175WpX36=6300W。2b （斜屋面曠W,共7塊小屋面可安裝太陽能組件，總面積（斜面）113

7、. 9m, 170與斜屋面平行安裝組件87塊，方陣傾角為斜屋面坡度31。功率為:175WX87=15 225Wpoc （頂層露臺上方裝飾性花架有LL共5個可安裝太陽能組件。面積15233.44m。，考慮露臺的采光和建筑的整體布局和美觀。將露臺上方裝飾性花 架2前半部分空出一定面積，保持裝飾性花架的原貌，后部約有163 m安裝組 件，0共安裝組件126塊，為減少風(fēng)壓及屋頂?shù)拿烙^，方陣傾角為7。功率為:175WpX126=22050Wpo該布置方案共安裝了 TSM-175D型高效單晶硅太陽能組件 249塊，總功率為43 575Wo ,設(shè)計按43kWp配置、計算。P（3）太陽能組件的分組串接從系統(tǒng)效

8、率考慮，直流電壓越高效率就越高，住宅用電電壓為220400V。安裝 組件時，原則上要在同一日照條件使用串聯(lián)的組件，否則，其他組件會受輸出量最 低組件的影響導(dǎo)致整體輸出嚴(yán)重下降。該方案屋面布置的太陽能電池組件在安裝后 的光照有兩種情況：a（平臺、露臺上方裝飾性花架安裝的組件將不會受到建筑物等的擋光影響;b（斜屋面安裝的組件在每天的不同時間段，其光照將會受到不同方向建筑的一 定影響。為了將組件吊接后的熱斑效應(yīng)損耗降到最低，將受到不同方向建筑物影響的組 件進(jìn)行分組。將受到相同方向建筑物影響的組件歸為一組。并且在系統(tǒng)中釆用多組 串逆變器（在后面的逆變器中詳述）。為了平衡逆變器的功率，每臺多組串逆變器都

9、 接入了多組的組件。山多組串逆變器的每路MPPT （最大功率跟蹤）電路對每路組件 進(jìn)行最大功率點跟蹤，從而使因擋光引起的組件功率損失降低到最低限（電池組件被圈的為一組）。度。電池組件分組數(shù)參見圖3所示3（并網(wǎng)逆變器選擇和配置方案）并網(wǎng)逆變器的選擇并網(wǎng)逆變器是并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的重要電力電子設(shè)備（其主要功能是把來自太陽能電池方陣輸出的直流電轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)電力相同電壓和頻率的交流電，并把電力輸送 給與交流系統(tǒng)連接的負(fù)載，同時還具有極大限度地發(fā)揮太陽能電池方陣性能的功能 和異?；蚬收蠒r的保護(hù)功能，即:？盡可能有效地獲取因天氣變化而變動的太陽能電 池方陣輸出所需的自動運行和停機功能，以及最大功率跟蹤控制功能;

10、？保護(hù)電網(wǎng)安 全所需的防單獨運行功能和自動電壓調(diào)整功能？電網(wǎng)或并網(wǎng)逆變器發(fā)生異常時，安 全脫網(wǎng)或停下逆變器的功能。已進(jìn)入實用階段的并網(wǎng)逆變器的回路方式有電網(wǎng)頻率 變壓器絕緣方式、高頻變壓器絕緣方式和無變壓器方式3種。其中無變壓器回路方 式因在成本、尺寸、質(zhì)量和效率等方面具有優(yōu)勢而被廣泛采用。該系統(tǒng)的并網(wǎng)逆變 器選用德國艾思瑪公司（SMA）生產(chǎn)的Sunny Mini Central系列SMC6000TL型無變壓 器集中式逆變器和Sunny Boy系列SB5000TL MultiString型無變壓器多組吊逆變 器，具有過壓保護(hù)、對地故障保護(hù)、孤島效應(yīng)保護(hù)、過載保護(hù)、短路故障保護(hù)等完 善的保護(hù)功能

11、，并具有內(nèi)置逆變采集器和RS485、RS232通信接口，可方便地獲取逆變器的運行參數(shù)（直流輸入電壓和電流、交流輸岀電壓和電流、功率、電網(wǎng)頻率等）。其技術(shù)參數(shù)如表1所示。A*®袁1井網(wǎng)逆變H技術(shù)Tab.l Technical parameter of grid-connected inverter最大輸入路數(shù)3 ”3 最大光伏功率6kW»6®kW»Jft大直流電壓750V700V最大宜流電流3x6.3A3x75A最大直流功率53kW氏2kW最大MPP電壓600V500V量大交沆功率.5kW6kW輸入電圧范隔MPPT125T 處 V335-7OOV交流電流諧

12、波<4%<4%最大效章913%97.7%多組串逆變器采用了每路獨立的最大功率跟蹤，可以處理不同朝向和不同型號 的光電組件，也可以彌補不同連接串中的光電組件數(shù)量和部分陰影的影響。因而可 以有效地避免屋面安裝的組件因陰影引起的功率損失。（b）逆變器與電池組件的分組匹配逆變器與電池組件的分組串接如圖4所示。在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下逆變器所接入的 每路組件數(shù)量、輸入電壓、功率如表2所示。對照表1可知，該方案逆變器與電池 組件的配置是合理的，滿足要求。4 （太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)負(fù)載的選擇從嚴(yán)格意義上說，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是將整個城市的電網(wǎng)系統(tǒng)作為自己的儲能 單元，因而，光伏系統(tǒng)所帶負(fù)載時任意的，不存在選

13、擇問題。但由于我國可再生 能源法剛剛于2006年1月1日實施。可再生能源法的“上網(wǎng)電價法”和“全網(wǎng)平攤”法規(guī)尚未實施，這就帶來了住宅小區(qū)移交物業(yè)管理后電費管理上的困 難。因而，為了更好地保證上級城市電網(wǎng)的安全，方便管理，太陽能并網(wǎng)光伏系統(tǒng) 負(fù)載的選擇原則應(yīng)是使屋頂并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的發(fā)電功率小于所帶負(fù)載的用電功率，并 且盡可能使負(fù)載的用電時間與光伏系統(tǒng)的發(fā)電時間相匹配。#天和家園設(shè)置了高壓環(huán)網(wǎng)站一座，在小區(qū)各負(fù)荷點設(shè)置了 7個箱變，其中2#箱變?yōu)?00 kV?A, 6箱變1000kV(A(其它均為630 kV?A。與光伏系統(tǒng)公共#接入點相連的4箱變變壓器容量為630kV?A,主要供小區(qū)公用負(fù)荷用電。

14、天和 家園公用負(fù)載主要有:地下車庫西區(qū)照明燈35(2kW，地下車庫東區(qū)照明燈21(4kW,智能化設(shè)備2 kW,以及小區(qū)景觀燈、圍墻燈等。地下車庫照明負(fù)荷曲 線與太陽光日照曲線接近，因此，選擇地下車庫照明和智能化設(shè)備用電為光伏系統(tǒng) 的負(fù)荷?？傌?fù)荷功率為58(6kW,大于光伏系統(tǒng)的峰值功率43kW ,且所安裝的光伏 系統(tǒng)峰值功率43kWo不到所連4#箱變?nèi)萘康?0,保證了無電能輸入上級城市電 網(wǎng)，符合設(shè)計要求。袈2謹(jǐn)變器與電池組件分繪匹配Tab.2 Divided group氏 match of inverter and battery nuxlule| 主 v 3 弓17Ixi 01*»

15、;1 >二亠 2譚r鳥E.鐳近卜;：SB5W0TLDC1申聯(lián)124442 100DC2申聯(lián)124442100DC3124442 100逆變器2SMC6000TLDC1屮聯(lián)134812 273DC2申聯(lián)134812 275DC3小取134812 273逆變器3 sMceooorruDC1小聯(lián)134«12275DC2134«12 275DC3134«12 275逆變器4SMC6OO0TTLDC1申聯(lián)13m2 275DC2申聯(lián)134812275DC3申聯(lián)13481 2 275逆變祥5 SB5000TLDC193331573DC2申聯(lián)124442100DC3申聯(lián)12

16、444 2100逆變器6 SB5C00TLDC1申聯(lián)to3701 750DC2申験103701750DC3申聯(lián)103701 750逆變器7 SB5000H.DC1書聯(lián)114071925DC2串聯(lián)n4071925DC3串聯(lián)i4071925四、防雷設(shè)計1(防直擊雷描施直擊雷是指直接落到太陽能電池陣列、低壓配電線路、電氣設(shè)備以及在其旁的 雷擊。防直擊雷的基本措施是安裝避雷針。由于該光伏系統(tǒng)中的外置設(shè)備在整個環(huán) 境中不是最高建筑物，所以設(shè)訃為:把所有屋頂電池組件的鋼結(jié)構(gòu)與屋頂建筑的防 雷網(wǎng)相連，以達(dá)防雷擊的tl的，并符合光伏(PV)發(fā)電系統(tǒng)過電壓保護(hù)-導(dǎo)則(SJ/T11127)中有關(guān)規(guī)定。2(防感應(yīng)雷

17、措施太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的雷電浪涌入侵途徑，除了太陽能電池陣列外。還有配電 線路、接地線以及它們的組合。從接地線侵入是由于近旁的雷擊使大地電位上升， 相對比電源高，從而產(chǎn)生從接地線向電源側(cè)反向電流引起的。根據(jù)SJ/T1U27中有 關(guān)規(guī)定。該系統(tǒng)主要采取以下措施：&（在每路直流輸入主回路內(nèi)裝設(shè)浪涌保護(hù)裝置，并分散安裝在防雷接線箱內(nèi)。 屋頂光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在組件與逆變器之間加入防雷接線箱，不僅對屋頂太陽能電 池組件起到防雷保護(hù)作用。還為系統(tǒng)的檢測、維修、維護(hù)提供了方便。縮小了電池 組件故障檢修范圍。該設(shè)訃選用了 IP65防護(hù)等級的TRI-FL型接線箱。并隨組件 方陣直接安裝在室外。其接人方式

18、參見圖4。b（在并網(wǎng)接人控制柜中安裝避雷元件，以防護(hù)從低壓配電線侵入的雷電波及浪 涌。并網(wǎng)控制柜原理圖參見圖5所示。見城汽區(qū)CLS工閃小li電網(wǎng) LI L2 U N AT-丄一一RN Ll N L2 L3 NUN L5 N L6 N L7圖,光伏系統(tǒng)并網(wǎng)控制柜原埋國五、電纜選擇組件之間的連接電纜和組件與逆變器之間的電纜都使用在戶外，直接暴露在陽 光下，因此，該光伏系統(tǒng)直流部分選用耐氧化、耐高溫、耐紫外線的DCEYHR系列 電纜，以保證系統(tǒng)長時間的安全正常運行。六、支架設(shè)計慈溪地區(qū)為沿海地區(qū)。在抗風(fēng)壓以及抗腐蝕方面釆取了以下措施：a（所有支架采用國標(biāo)型鋼，多點結(jié)合，即:增加鋼支架與屋面結(jié)構(gòu)和相關(guān)承重 結(jié)構(gòu)的連接點，將受力點均勻分布于各承重結(jié)構(gòu)上。按抗12級臺風(fēng)要求進(jìn)行力學(xué) 設(shè)il訃算（各連接點選用特制型鋼和不銹鋼螺栓連接。b（所有支架都采用熱鍍鋅，局部外裸部分噴涂氟碳涂料來有效防腐。七、監(jiān) 控系統(tǒng)設(shè)計該監(jiān)控系統(tǒng)選用德國艾思瑪公司（SMA）配套生產(chǎn)的Sunny Boy Contwl Plus產(chǎn)品，具有強大的監(jiān)控功能：a（監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)置可連接外部傳感器的輸入測量端口和操作界面。包含8個模擬 量（如溫度、輻照度、氣壓、濕度等）和8