太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體配置與相關(guān)設(shè)計參考模板

1、第6章 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體配置與相關(guān)設(shè)計本章主要介紹太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體配置與設(shè)計，即各種電力電子設(shè)備、部件的配置選型和相關(guān)附屬設(shè)施的設(shè)計。主要包括光伏控制器、交流逆變器的選型與配置，組件支架及固定方式的確定與基礎(chǔ)設(shè)計，交流配電系統(tǒng)、防雷與接地系統(tǒng)的配置與設(shè)計，監(jiān)控和測量系統(tǒng)的配置，直流配線箱及所用電纜的設(shè)計選擇等。6.1 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體配置太陽能光伏系統(tǒng)的整體配置主要是根據(jù)上一章計算出的太陽能電池方陣和蓄電池容量，來合理地選配其他電力電子設(shè)備并根據(jù)需要和系統(tǒng)的大小決定各個相關(guān)附屬設(shè)施的取舍，例如有些中小型光伏發(fā)電系統(tǒng)由于容量或者環(huán)境的因素，就可以不考慮配置防雷接地系統(tǒng)和監(jiān)

2、控測量系統(tǒng)等。6.1.1太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的配置構(gòu)成太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)完整的配置構(gòu)成如圖6-1所示。主要由太陽能光伏組件或方陣、直流接線箱、控制器、逆變器、交流配電箱（系統(tǒng))、蓄電池組、防雷接地系統(tǒng)、監(jiān)控測量系統(tǒng)等組成。其中,需要選配的內(nèi)容主要是：太陽能電池組件的形狀和尺寸的確定、直流接線箱(成品)的選型、控制器的選型、逆變器的選型、交流配電柜（成品）的選型、蓄電池的選型、監(jiān)控測量系統(tǒng)及其軟件的選型及直流輸送電纜的選型等。而需要設(shè)計的內(nèi)容主要有：太陽能電池組件或方陣固定支架和基礎(chǔ)的設(shè)計、直流接線箱的設(shè)計、交流配電柜的設(shè)計、防雷接地系統(tǒng)的設(shè)計等。下面就先介紹選型配置部分的內(nèi)容。圖6-1太陽能光伏

3、發(fā)電系統(tǒng)配置構(gòu)成示意圖6.1.2 設(shè)備、部件的配置和選型1.太陽能電池組件或方陣的形狀與尺寸的確定在上一章的太陽能電池組件或方陣的設(shè)計計算中，雖然根據(jù)用電量或計劃發(fā)電量計算出了電池組件或整個方陣的總的容量和功率，確定了電池組件的串并聯(lián)數(shù)量，但是還需要根據(jù)太陽能電池的具體安裝位置來確定電池組件的形狀及外型尺寸，以及整個方陣的整體排列等。有些異型和特殊尺寸的電池組件還需要與生產(chǎn)廠商定制。2 / 54例如從尺寸和形狀上講，同一功率的電池組件可以做成長方形，也可以做成正方形或圓形、梯形等其他形狀；從電池片的用料上講，同一功率的電池組件可以是單晶硅或多晶硅組件，也可以是非晶硅組件等，這就需要我們來選擇和

4、確定。電池組件的外形和尺寸確定后，才能進行組件的組合、固定和支架、基礎(chǔ)等內(nèi)容的設(shè)計。附錄2提供了太陽能光伏發(fā)電常用晶體硅電池組件規(guī)格尺寸和技術(shù)參數(shù)等可供選型時參考。2.直流接線箱的選型直流接線箱也叫直流配電箱，小型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)一般不用直流接線箱，電池組件的輸出線就直接接到了控制器的輸入端子上。直流接線箱主要是在中、大型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，用于把太陽能電池組件方陣的多路輸出電纜集中輸入、分組連接，不僅使連線井然有序，而且便于分組檢查、維護，當太陽能電池方陣局部發(fā)生故障時，可以局部分離檢修，不影響整體發(fā)電系統(tǒng)的連續(xù)工作。圖6-2是單路直流接線箱內(nèi)部基本電路，圖6-3所示的是多路直流接線箱的

5、內(nèi)部基本電路，它們由分路開關(guān)、主開關(guān)、避雷防雷器件、接線端子等構(gòu)成，有些直流接線箱還把防反充二極管也放在其中。直流接線箱一般由逆變器生產(chǎn)廠家或?qū)I(yè)廠家生產(chǎn)并提供成型產(chǎn)品。選用時主要考慮根據(jù)光伏方陣的輸出路數(shù)、最大工作電流和最大輸出功率等參數(shù)進行選擇。當沒有成型產(chǎn)品提供或成品不符合系統(tǒng)要求時，就要根據(jù)實際需要自己設(shè)計制作了。圖6-4是圖6-3所示的電路直流接線箱的實體連接圖，圖6-5是某大型光伏發(fā)電系統(tǒng)直流接線箱的局部連接實體圖，供讀者選型和自行設(shè)計時參考。3.光伏控制器的選型光伏控制器要根據(jù)系統(tǒng)功能、系統(tǒng)直流工作電壓、電池方陣輸入路數(shù)、蓄電池組數(shù)、負載狀況以及用戶的特殊要求等確定光伏控制器的類

6、型。一般小功率光伏發(fā)電系統(tǒng)采用單路脈沖寬度調(diào)制型控制器，大功率光伏發(fā)電系統(tǒng)采用多路輸入型控制器或帶有通信功能和遠程監(jiān)測控制功能的智能控制器。選型時還要注意，控制器的功能并不是越多越好，注意選擇在本系統(tǒng)中適用和有用的功能，拋棄多余的功能，否則不但增加了成本，而且還增添了出現(xiàn)故障的可能性?？刂破鬟x擇時要特別注意其額定工作電流必須同時大于太陽能電池組件或方陣的短路電流和負載的最大工作電流。為適應(yīng)將來的系統(tǒng)擴容，和保證系統(tǒng)長時期的工作穩(wěn)定，建議控制器的選型最好選擇高一個型號。例如，設(shè)計選擇12V/5A的控制器就能滿足系統(tǒng)使用時，實際應(yīng)用可考慮選擇12V/8A的控制器。下列幾個表是合肥陽光電源和德國施德

7、凱生產(chǎn)的各種光伏控制器的技術(shù)參數(shù)與規(guī)格尺寸，供選型時參考。4.光伏逆變器的選型光伏逆變器選型時一般是根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計確定的直流電壓來選擇逆變器的直流輸入電壓，根據(jù)負載的類型確定逆變器的功率和相數(shù)，根據(jù)負載的沖擊性決定逆變器的功率余量。逆變器的持續(xù)功率應(yīng)該大于使用負載的功率，負載的啟動功率要小于逆變器的最大沖擊功率。在選型時還要考慮為光伏發(fā)電系統(tǒng)將來的擴容留有一定的余量。在離網(wǎng)（獨立）光伏發(fā)電系統(tǒng)中，系統(tǒng)電壓的選擇應(yīng)根據(jù)負載的要求而定。負載電壓要求越高系統(tǒng)電壓也應(yīng)盡量高，當系統(tǒng)中沒有12V直流負載時，系統(tǒng)電壓最好選擇24V、48V 或以上，這樣可以使系統(tǒng)直流電路部分的電流變小。系統(tǒng)電壓越高，

8、系統(tǒng)電流就越小，從而可以使系統(tǒng)損耗變小。在并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器的輸入電壓是每塊（每串）太陽能電池組件峰值輸出電壓或開路電壓的整數(shù)倍（如17V、34V或21V、42V等），并且在工作時，系統(tǒng)工作電壓會隨著太陽能輻射強度隨時變化，因此并網(wǎng)型逆變器的輸入直流電壓有一定的輸入范圍。表6-5和表6-6列出了合肥陽光電源公司生產(chǎn)的部分逆變器產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)與規(guī)格尺寸，供選型時參考。5.蓄電池的選型蓄電池的選型一般是根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計和計算出的結(jié)果，來確定蓄電池或蓄電池組的電壓和容量，選擇合適的蓄電池種類及規(guī)格型號，再確定其數(shù)量和串并聯(lián)連接方式等。為了使逆變器能夠正常工作，同時為了給負載提供足夠的能量

9、，必須選擇容量合適的蓄電池組，使其能夠提供足夠大的沖擊電流來滿足逆變器的需要，以應(yīng)付一些沖擊性負載如電冰箱、冷柜、水泵和電動機等在啟動瞬間產(chǎn)生的很大電流。利用下面的公式可以用來驗證一下我們前面設(shè)計計算出的蓄電池容量是否能夠滿足沖擊性負載功率的需要：其中蓄電池容量單位是Ah，逆變器功率單位是w，蓄電池電壓是V。蓄電池選型舉例如表6-7所示。附錄3提供了光伏發(fā)電系統(tǒng)常用儲能電池及器件的規(guī)格尺寸和技術(shù)參數(shù)，可供蓄電池選型時參考。6.直流輸送電纜的選型在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中低壓直流輸送部分使用的電纜，因為使用環(huán)境和技術(shù)要求的不同，對不同部件的連接有不同的要求，總體要考慮的因素有：電纜的絕緣性能、耐熱阻

10、燃性能、抗老化性能及線徑規(guī)格等。具體要求如下。（1）組件與組件之間的連接電纜，一般使用組件接線盒附帶的連接電纜直接連接，長度不夠時還可以使用專用延長電纜如圖6-6所示。依據(jù)組件功率大小的不同，該類連接電纜有截面積為2.5mm2、4.0mm2、6.0mm2等的三種規(guī)格。這類連接電纜使用雙層絕緣外皮，如圖6-7所示，具有優(yōu)越的防紫外線、水、臭氧、酸、鹽的侵蝕能力，優(yōu)越的全天候能力和耐磨損能力。（2）蓄電池與逆變器之間的連接電纜，要求使用通過UL測試的多股軟線，盡量就近連接。選擇短而粗的電纜可使系統(tǒng)減小損耗，提高效率，增強可靠性。（3）電池方陣與控制器或直流接線箱之間的連接電纜，也要求使用通過UL測

11、試的多股軟線，截面積規(guī)格根據(jù)方陣輸出最大電流而定。各部位直流電纜截面積依據(jù)下列原則確定：組件與組件之間的連接電纜、蓄電池與蓄電池之間的連接電纜、交流負載的連接電纜；一般選取的電纜額定電流為各電纜中最大連續(xù)工作電流的1.25倍；電池方陣與方陣之間的連接電纜、蓄電池（組）與逆變器之間的連接電纜，一般選取的電纜額定電流為各電纜中最大連續(xù)工作電流的1.5倍。7.測量系統(tǒng)與軟件的選型太陽能光伏發(fā)電中的監(jiān)控測量系統(tǒng)是各相關(guān)企業(yè)針對太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)開發(fā)的軟件平臺，一般可配合逆變器系統(tǒng)對系統(tǒng)進行實時監(jiān)視記錄和控制，系統(tǒng)故障記錄與報警以及各種參數(shù)的設(shè)置，還可通過網(wǎng)絡(luò)進行遠程監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸。監(jiān)控測量系統(tǒng)運行界面

12、一般可以顯示: 當前發(fā)電功率、日發(fā)電量累計、月發(fā)電量累計、年發(fā)電量累計、總發(fā)電量累計、累計減少CO2排放量等相關(guān)，如圖6-8所示。逆變器各種運行數(shù)據(jù)提供RS485接口與監(jiān)控測量系統(tǒng)主機連接。監(jiān)控測量系統(tǒng)一般用在中大型光伏發(fā)電系統(tǒng)中，可根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要性和投資預算等因素考慮選用。8.交流配電柜的選型交流配電柜是在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，連接在逆變器與交流負載之間的接受和分配電能的電力設(shè)備，它主要由開關(guān)類電器（如空氣開關(guān)、切換開關(guān)、交流接觸器等）、保護類電器（如熔斷器、防雷器等）、測量類電器（如電壓表、電流表、電能表、交流 互感器等）以及指示燈、母線排等組成。交流配電柜按照負荷功率大小分為大型

13、配電柜和小型配電柜；按照使用場所的不同，分為戶內(nèi)型配電柜和戶外型配電柜；按照電壓等級不同，分為低壓配電柜和高壓配電柜。中小型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)一般采用低壓供電和輸送方式，選用低壓配電柜就可以滿足輸送和電力分配的需要。大型光伏發(fā)電系統(tǒng)大都采用高壓配供電裝置和設(shè)施輸送電力，并入電網(wǎng)，因此要選用符合大型發(fā)電系統(tǒng)需要的高低壓配電柜和升、降壓變壓器等配電設(shè)施。交流配電柜一般可以由逆變器生產(chǎn)廠家或?qū)I(yè)廠家設(shè)計生產(chǎn)并提供成型產(chǎn)品。當沒有成型產(chǎn)品提供或成品不符合系統(tǒng)要求時，就要根據(jù)實際需要自己設(shè)計制作了。圖6-9是一款最簡單的交流配電柜產(chǎn)品的內(nèi)部電路圖。無論是選購或者設(shè)計生產(chǎn)光伏發(fā)電系統(tǒng)用交流配電柜，都要符合

14、下列各項要求。（1）選型和制造都要符合國標要求，配電和控制回路都要采用成熟可靠的電子線路和電力電子器件。（2）操作方便，運行可靠，雙路輸入時切換動作準確。（3）發(fā)生故障時能夠準確、迅速切斷事故電流，防止故障擴大。（4）在滿足需要、保證安全性能的前提下，盡量做到體積小、重量輕、工藝好、制造成 本低。（5）當在高海拔地區(qū)或較惡劣的環(huán)境條件下使用時，要注意加強機箱的散熱，并在設(shè)計時對低壓電器元件的選用留有一定余量，以確保系統(tǒng)的可靠性。（6）交流配電柜的結(jié)構(gòu)應(yīng)為單面或雙面門開啟結(jié)構(gòu)，以方便維護、檢修及更換電器元件。（7）配電柜要有良好的保護接地系統(tǒng)。主接地點一般焊接在機柜下方的箱體骨架上，前后柜門和儀

15、表盤等都應(yīng)有接地點與柜體相連，以構(gòu)成完整的接地保護，保證操作及維護檢修人員的安全。（8）交流配電柜還要具有負載過載或短路的保護功能。當電路有短路或過載等故障發(fā)生時，相應(yīng)的斷路器應(yīng)能自動跳閘或熔斷器熔斷，斷開輸出。6.2 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計6.2.1 太陽能光伏組件（方陣）支架和基礎(chǔ)的設(shè)計1.太陽能電池組件及方陣支架的設(shè)計（1）桿柱安裝類支架的設(shè)計。桿柱安裝類支架一般應(yīng)用于各種太陽能路燈、庭院燈、高速公路攝像機太陽能供電等，設(shè)計時需要有太陽能電池組件的長寬尺寸及電池組件背面固定孔的位置、孔距等尺寸，還要了解使用地的太陽能電池組件最佳傾斜角或者在系統(tǒng)設(shè)計中確定的經(jīng)過修正的最佳傾斜角等。設(shè)

16、計支架可以根據(jù)需要設(shè)計成傾斜角固定、方位角可調(diào)，傾斜角和方位角都可調(diào)等?；驹O(shè)計原理示意圖如圖6-10所示。支架的框架材料一般選用扁方鋼管或角鋼制作，立柱選用圓鋼管。材料的規(guī)格大小和厚薄要根據(jù)電池板的尺寸和重量來定，表面要進行噴塑或電鍍處理。圖6-11至圖6-17給出了部分太陽能電池組件桿柱安裝支架的實例圖片，供大家設(shè)計制作時參考。（2）屋頂類支架的設(shè)計。屋頂類支架的設(shè)計要根據(jù)不同的屋頂結(jié)構(gòu)分別進行，對于斜面屋頂可設(shè)計與屋頂斜面平行的支架，支架的高度離屋頂面10cm左右，以利于太陽能電池組件的通風散熱，也可以根據(jù)最佳傾斜角角度設(shè)計成前低后高的支架，以滿足電池組件的太陽能最大接收量。平面屋頂一般

17、要設(shè)計成三角形支架，支架傾斜面角度為太陽能電池的最佳接收傾斜角，三種支架設(shè)計示意如圖6-12所示。如果在屋頂采用混凝土水泥基礎(chǔ)固定支架的方式時，需要將屋頂?shù)姆浪畬咏议_一部分，摳開混凝土表面，最好找到屋頂混凝土中的鋼筋，然后和基礎(chǔ)中的預埋件螺栓焊接在一起。不能焊接鋼筋時，也要使做基礎(chǔ)部分的屋頂表面凸凹不平,增加屋頂表面與混凝土基礎(chǔ)的附著力，然后對屋頂防水層破壞部分做二次防水處理。對于不能做混凝土基礎(chǔ)的屋頂一般都直接用角鋼支架固定電池組件，支架的固定就需要釆用鋼絲繩（或鐵絲）拉緊法、支架延長固定法等。如圖6-13所示。三角形支架的電池組件的下邊緣離屋頂面的間隙要大于15cm以上，以防下雨時屋頂面泥

18、水濺到電池組件玻璃表面，使組件玻璃臟污。屋頂組件支架的制作材料可以用角鋼焊接，也可選擇定制組件固定專用鋼制沖壓結(jié)構(gòu)件。圖6-14是用角鋼制作的三角形組件支架實體圖。圖6-15是屋頂用鋼制沖壓結(jié)構(gòu)件固定電池組件的結(jié)構(gòu)和方法示意圖。圖6-16(a)和圖6-16(b)是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)屋頂工程安裝實例圖片。（3）地面方陣支架的設(shè)計。地面用光伏方陣支架一般都是用角鋼制作的三角形支架，其底座是水泥混凝土基礎(chǔ)，方陣組件排列有橫向排列和縱向排列兩種方式，如圖6-17所示，橫向排列一般每列放置35 塊電池組件，縱向排列每列放置24塊電池組件。支架具體尺寸要根據(jù)所選用的電池組件規(guī)格尺寸和排列方式確定，支架基礎(chǔ)

19、的設(shè)計在下一節(jié)中具體介紹。圖6-18是兩個地面方陣固定安裝應(yīng)用實例，供參考。2.太陽能光伏組件及方陣基礎(chǔ)的設(shè)計（1）桿柱類安裝基礎(chǔ)的設(shè)計桿柱類安裝基礎(chǔ)和預埋件尺寸如圖6-19所示，具體尺寸大小根據(jù)桿柱高度不同列于表6-8。該基礎(chǔ)適用于金屬類電線桿、燈桿等，當蓄電池需要埋入地下時，按照圖6-19(b)設(shè)計施工。（2）地面方陣支架基礎(chǔ)的設(shè)計地面方陣支架的基礎(chǔ)尺寸如圖6-20所示，對于一般土質(zhì)每個基礎(chǔ)地面以下部分根據(jù)方陣大小一般選擇40040mm400mm（長寬高）和 500mm500mm400mm（長寬高） 兩種規(guī)格。對于在比較松散的土質(zhì)地面做基礎(chǔ)時，基礎(chǔ)部分的長寬尺寸要適當放大，高度要加高，或者

20、制作成整體基礎(chǔ)。對于大型光伏發(fā)電系統(tǒng)的光伏方陣基礎(chǔ)要根據(jù)GB 500072002 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范中的相關(guān)要求進行勘察設(shè)計。（3）混泥土基礎(chǔ)制作的基本技術(shù)要求?；A(chǔ)混凝土水泥、砂石混合比例一般為1:2?；A(chǔ)上表面要平整光滑，同一支架的所有基礎(chǔ)上表面要在同一水平面上?；A(chǔ)預埋螺桿要保證垂直并在正確位置，單螺桿要位于基礎(chǔ)中央，不要傾斜?；A(chǔ)預埋件螺桿高出混凝土基礎(chǔ)表面部分螺紋在施工時要進行保護，防止受損。施工后要保持螺紋部分干凈，如粘有混凝土要及時檫干凈。在土質(zhì)松散的沙土、軟土等位置做基礎(chǔ)時，要適當加大基礎(chǔ)尺寸。對于太松軟的土質(zhì)，要先進行土質(zhì)處理或重新選擇位置。6.2.2 直流接線箱的設(shè)計直流

21、接線箱由箱體、分路開關(guān)、總開關(guān)、防雷器件、防逆流二極管、端子板等構(gòu)成。下面就以圖6-21所示電路為例，介紹直流接線箱的設(shè)計及部件選用。1.機箱箱體機箱箱體的大小根據(jù)所有內(nèi)部器件數(shù)量及排列所占用的位置確定，還要考慮布線排列整齊規(guī)范，開關(guān)操作方便，不宜搞得太擁擠。箱體根據(jù)使用場合的不同分為室內(nèi)型和室外型，根據(jù)材料的不同分為鐵制和不銹鋼制和工程塑料制作。金屬制機箱使用板材厚度一般為1.01.6mm。機箱可以根據(jù)需要定制，也可以直接購買尺寸合適的機箱產(chǎn)品。2.分路開關(guān)和主開關(guān)設(shè)置在太陽能電池方陣輸入端的分路開關(guān)是為了在太陽能電池方陣組件局部發(fā)生異常或需要維護檢修時，從回路中把該路方陣組件切斷，與方陣分

22、離。主開關(guān)安裝在直流接線箱的輸出端與交流逆變器輸入端之間。對于輸入路數(shù)較少的系統(tǒng)或功率較小的系統(tǒng)，分路開關(guān)和主幵關(guān)可以合二為一，只設(shè)置一種開關(guān)。但必要的熔斷器等依然需要保留。當接線箱要安裝到有些不容易靠近的場合時，也可以考慮把主開關(guān)與接線箱分離另行安裝。無論是分路開關(guān)還是主開關(guān)，都要采用能滿足各自太陽能電池方陣最大直流工作電壓和通過電流的開關(guān)器件，所選開關(guān)器件的額定工作電流要大于等于回路的最大工作電流，頷定工作電壓大于等于回路的最高工作電壓。但是目前市場上的各種開關(guān)器件大多是為用在交流電路生產(chǎn)的，當把這些開關(guān)器件用在直流電路中時，開關(guān)觸點所能承受的工作電流約為交流電路的1/21/3，也就是說，

23、在同樣工作電流狀態(tài)下，開關(guān)能承受的直流電壓是交流電壓的1/21/3。例如某開關(guān)器件的技術(shù)參數(shù)里，標明額定工作電流5A，額定工作電壓為AC220V/DC110V就是這個意思。因此，當系統(tǒng)直流工作電壓較高時，應(yīng)選用直流工作電壓滿足電路要求的開關(guān)，如沒有參數(shù)合適的開關(guān)，也可以多用12組開關(guān)，并將開關(guān)按照如圖6-22所示方法串聯(lián)連接，這樣連接后的開關(guān)將可以分別承受450V和800V的直流工作電壓。3.防雷器件防雷器件是用于防止雷電浪涌侵入到太陽能電池方陣、交流逆變器、交流負載或電網(wǎng)的保護裝置。在直流接線箱內(nèi)，為了保護太陽能電池方陣，每一個組件串中都要安裝防雷器件。對于輸入路數(shù)較少的系統(tǒng)或功率較小的系統(tǒng)

24、，也可以在太陽能電池方陣的總輸出電路中安裝。防雷器件接地側(cè)的接線可以一并接到接線箱的主接地端子上。關(guān)于防雷器件的具體內(nèi)容，將在防雷接地系統(tǒng)的設(shè)計一節(jié)中詳細介紹。4. 端子板和防反充二極管元件端子板可根據(jù)需要選用，輸入路數(shù)較多時考慮使用，輸入路數(shù)較少時，則可將引線直接接入幵關(guān)器件的接線端子上。端子板要選用符合國標要求的產(chǎn)品。防反充二極管一般都裝在電池組件的接線盒中，當組件接線盒中沒有安裝時，可以考慮在直流接線箱中加裝。防反充二極管的性能參數(shù)已經(jīng)在前面介紹過，大家可根據(jù)實際需要選用。為方便二極管與電路的可靠連接，建議安裝前在二極管兩端的引線上，焊接兩個銅焊片或小線鼻子。6.2.3 交流配電柜的設(shè)計

25、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的交流配電柜與普通交流配電柜大同小異。也要配置總電源開關(guān),并根據(jù)交流負載設(shè)置分路開關(guān)。面板上要配置電壓表、電流表，用于檢測逆變器輸出的單相或三相交流電的工作電壓和工作電流等，電路結(jié)構(gòu)如圖6-23所示。對于相同部分完全可以按照普通配電柜的模式進行設(shè)計，對配電柜的功能和技術(shù)要求等內(nèi)容，也在前面配電柜選型中介紹了。在此主要介紹一下光伏發(fā)電系統(tǒng)交流配電柜與普通配電柜的不同部分，供設(shè)計時參考。1.接有防雷器裝置太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的交流配電柜中一般都接有防雷器裝置，用來保護交流負載或交流電網(wǎng)免遭雷電破壞。防雷器一般接在總開關(guān)之后，具體接法如圖6-24所示。2.接有發(fā)電和用電兩塊電度表在可

26、逆流的太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，除了正常用電計量的電度表之外，為了準確地計量發(fā)電系統(tǒng)饋入電網(wǎng)的電量（賣出的電量）和電網(wǎng)向系統(tǒng)內(nèi)補充的電量（買入的電量），就需要在交流配電柜內(nèi)另外安裝兩塊電度表進行用電量和發(fā)電量的計量，其連接方法如圖6-25所示。6.2.4 防雷與接地系統(tǒng)的設(shè)計由于光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要部分都安裝在露天狀態(tài)下，且分布的面積較大，因此存在著受直接和間接雷擊的危害。同時，光伏發(fā)電系統(tǒng)與相關(guān)電器設(shè)備及建筑物有著直接的連接，因此對光伏系統(tǒng)的雷擊還會涉及相關(guān)的設(shè)備和建筑物及用電負載等。為了避免雷擊對光伏發(fā)電系統(tǒng)的損害，就需要設(shè)置防雷與接地系統(tǒng)進行防護。1.關(guān)于雷電及開關(guān)浪涌的有關(guān)知識雷電是一種大氣

27、中的放電現(xiàn)象。在云雨形成的過程中，它的某些部分積聚起正電荷，另一部分積聚起負電荷，當這些電荷積聚到一定程度時，就會產(chǎn)生放電現(xiàn)象，形成雷電。雷電分為直擊雷和感應(yīng)雷，直擊雷是指直接落到太陽能方陣、直流配電系統(tǒng)、電氣設(shè)備及其配線等處，以及近旁周圍的雷擊。直擊雷的侵入途徑有兩條，一條是上述所說的直接對太陽能方陣等放電，使大部分高能雷電流被引入到建筑物或設(shè)備、線路上；另一條途徑是雷電直接通過避雷針等可以直接傳輸雷電流入地的裝置放電，使得地電位瞬時升高，一大部分雷電流通過保護接地線反串入到設(shè)備、線路上。感應(yīng)雷是指在相關(guān)建筑物、設(shè)備和線路的附近及更遠些的地方產(chǎn)生的雷擊，引起相關(guān)建筑物、設(shè)備和線路的過電壓，這

28、個浪涌過電壓通過靜電感應(yīng)或電磁感應(yīng)的形式串入到相關(guān)電子設(shè)備和線路上，對設(shè)備線路造成危害。除了雷電能夠產(chǎn)生浪涌電壓和電流外，在大功率電路的閉合與斷開的瞬間、感性負載和容性負載的接通或斷開的瞬間、大型用電系統(tǒng)或變壓器等斷開等也都會產(chǎn)生較大的開關(guān)浪涌 電壓和電流，同樣會對相關(guān)設(shè)備、線路等造成危害。對于較大型的或安裝在空曠田野、高山上的光伏發(fā)電系統(tǒng)，特別是雷電多發(fā)地區(qū)，必須配備防雷接地裝置。2.太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的防雷措施和設(shè)計要求（1）太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)或發(fā)電站建設(shè)地址選擇，要盡量避免放置在容易遭受雷擊的位置和場合。（2）盡量避免避雷針的投影落在太陽能電池方陣組件上。（3）根據(jù)現(xiàn)場狀況，可采用避雷針

29、、避雷帶和避雷網(wǎng)等不同防護措施對直擊雷進行防護，減少雷擊概率。并應(yīng)盡量采用多根均勻布置的引下線將雷擊電流引入地下。多根引下線的分流作用可降低引下線的引線壓降，減少側(cè)擊的危險，并使引下線泄流產(chǎn)生的磁場強度減小。（4）為防止雷電感應(yīng)，要將整個光伏發(fā)電系統(tǒng)的所有金屬物，包括電池組件外框、設(shè)備、機箱機柜外殼、金屬線管等與聯(lián)合接地體等電位連接，并且做做到各自獨立接地，圖6-26是光伏發(fā)電系統(tǒng)等電位連接示意圖。（5）在系統(tǒng)回路上逐級加裝防雷器件，實行多級保護，使雷擊或開關(guān)浪涌電流經(jīng)過多級防 雷器件泄流。一般在光伏發(fā)電系統(tǒng)直流線路部分釆用直流電源防雷器，在逆變后的交流線路部分， 使用交流電源防雷器。防雷器在

30、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用如圖6-27所示。（6）光伏發(fā)電系統(tǒng)的接地類型和要求主要包括以下幾個方面。防雷接地。包括避雷針（帶)、引下線、接地體等，要求接地電阻小于30,并最好 考慮單獨設(shè)置接地體。安全保護接地、工作接地、屏蔽接地。包括光伏電池組件外框、支架，控制器、逆變器、配電柜外殼，蓄電池支架、金屬穿線管外皮及蓄電池、逆變器的中性點等，要求接地電阻4。當安全保護接地、工作接地、屏蔽接地和防雷接地等四種接地共用一組接地裝置時，其接地電阻按其中最小值確定；若防雷己單獨設(shè)置接地裝置時，其余三種接地宜用一組接地裝置，其接地電阻不應(yīng)大于其中最小值。條件許可時，防雷接地系統(tǒng)應(yīng)盡量單獨設(shè)置，不與其他接地系

31、統(tǒng)共用。并保證防雷接地系統(tǒng)的接地體與公用接地體在地下的距離保持3m以上。3 接地系統(tǒng)的材料選用避雷針一般選用直徑1216mm的圓鋼，如果釆用避雷帶，則使用直徑8mm的圓鋼或厚度4mm的扁鋼。避雷針高出被保護物的高度，應(yīng)大于等于避雷針到被保護物的水平距離，避雷針越高保護范圍越大。接地體宜采用熱鍍鋅鋼材，其規(guī)格一般為：直徑為50mm的鋼管，壁厚不小于3.5mm；50mmx50mmx5mm角鋼或40mmx4mm的扁鋼，長度一般為1.52.5m。接地體的埋設(shè)深度為上端離地面0.7m以上。引下線一般使用直徑為8mm的圓鋼。要求較高的要使用截面積為35mm2的多股銅線。4.防雷器的選型防雷器也叫電涌保護器

32、（Surge Protection Device， 形如圖6-28所示。防雷器內(nèi)部主要有熱感斷路器和金屬氧化物壓敏電阻組成，另外還可以根據(jù)需要同 NPE火花放電間隙模塊配合使用。其結(jié)構(gòu)示意圖如 圖6-29所示。光伏發(fā)電系統(tǒng)常用防雷器品牌有OBO、DEHN(德和盛）等。其中常用的型號為OBO的V25-B+C/3、 V25-B+C/4、V25-B+C/3+NPE、V20-C/3、V20-C/3+NPE交流電源防雷器和V20-C/3-PH直流電源防雷器， DEHN 的 DLG PV 1000、DG PV 500 SCP、DG PV 500 SCPFM、DGMTN275 和 DVMTNC255 等。表

33、 6-9 是OBO的V25-B+C和V20-C防雷器模塊的技術(shù)參數(shù)，供選型時參考。下面是光伏發(fā)電系統(tǒng)常用防雷器主要技術(shù)參數(shù)的具體說明。（1）最大持續(xù)工作電壓（Uc）:該電壓值表示可允許加在防雷器兩端的最大工頻交流電壓有效值。在這個電壓下，防雷器必須能夠正常工作，不可出現(xiàn)故障。同時該電壓連續(xù)加載在防雷器上，不會改變防雷器的工作特性。（2）額定電壓（Un):是指防雷器正常工作下的電壓。這個電壓可以用直流電壓表示，也可以用正弦交流電壓的有效值來表示。（3）最大沖擊通流量（Imax）:是指防雷器在不發(fā)生實質(zhì)性破壞的前提下，每線或單模塊對地，通過規(guī)定次數(shù)、規(guī)定波形的最大限度的電流峰值數(shù)。最大沖擊通流量一

34、般大于額定放電電流的2.5倍。（4）額定放電電流（In）:額定放電電流也叫標稱放電電流，是指防雷器所能承受的 8/20%雷電流波形的電流峰值。（5）脈沖沖擊電流（Iimp):是指在模擬自然界直接雷擊的波形電流（標準的10/350s雷電流模擬波形）下，防雷器能承受的雷電流的多次沖擊而不發(fā)生損壞的電流值。（6）殘壓（Ures):是指雷電放電電流通過防雷器時，其端子間呈現(xiàn)出的電壓值。（7）額定頻率（fn):是指防雷器的正常工作頻率。在防雷器的具體選型時，除了各項技術(shù)參數(shù)要符合設(shè)計要求外，還要特別考慮下列幾個參數(shù)和功能的選擇。（1）最大持續(xù)工作電壓（Uc）的選擇。氧化鋅壓敏電阻防雷器的最大持續(xù)工作電壓

35、值（Uc），是關(guān)系到防雷器運行穩(wěn)定性的關(guān)鍵參數(shù)。在選擇防雷器的最大持續(xù)工作電壓值時，除了符合相關(guān)標準要求外，還應(yīng)考慮到安裝電網(wǎng)可能出現(xiàn)的正常波動及可能出現(xiàn)的最高持續(xù)故障電壓。例如在三相交流電源系統(tǒng)中，相線對地線的最高持續(xù)故障電壓，有可能達到額定工作電壓交流220V的1.5倍，即有可能達到330V。因此在電流不穩(wěn)定的地方，建議選擇電源防雷器的最大持續(xù)工作電壓值大于330V 的模塊。在直流電源系統(tǒng)中，最大持續(xù)工作電壓值與正常工作電壓的比例，根據(jù)經(jīng)驗一般取1.5 倍到2倍。（2）殘壓（Ures)的選擇。在確定選擇防雷器的殘壓時，單純考慮殘壓值越低越好并不全面，并且容易引起誤導。首先不同產(chǎn)品標注的殘壓

36、數(shù)值，必須注明測試電流的大小和波形，才能有一個共同比較的基礎(chǔ)。一般都是以20kA (8/20s)的測試電流條件下記錄的殘壓值作為防雷器的標注值，并進行比較。其次，對于壓敏電阻防雷器選用殘壓越低時，將意味著最大持續(xù)工作電壓也越低。 因此，過分強調(diào)低殘壓，需要付出降低最大持續(xù)工作電壓的代價，其后果是在電壓不穩(wěn)定地區(qū)，防雷器容易因長時間持續(xù)過電壓而頻繁損壞。在壓敏電阻型防雷器中，選擇最合適的最大持續(xù)工作電壓和最合適的殘壓值，就如同天平的兩側(cè)，不可傾向任何一邊。根據(jù)經(jīng)驗，殘壓在2kV以下（20kA、8/20s)，就能對用戶設(shè)備提供足夠的保護。（3）報警功能的選擇。為了監(jiān)測防雷器的運行狀態(tài)，當防雷器出現(xiàn)

37、損壞時，能夠通知用戶及時更換損壞的防雷器模塊，防雷器一般都附帶各種方式的損壞指示和報警功能，以適應(yīng)不同環(huán)境的不同要求。窗口色塊指示功能：該功能適合有人值守且天天巡查的場所。所謂窗口色塊指示功能就是在每組防雷器上都有一個指示窗口，防雷器正常時，該窗口是綠色，當防雷器損壞時， 該窗口變?yōu)榧t色，提示用戶及時更換。聲光信號報警功能：該功能適合用在有人值守的環(huán)境中使用。聲光信號報警裝置是用來檢查防雷模塊工作狀況，并通過聲光信號顯示狀態(tài)的。裝有聲光報警裝置的防雷器始終處于自檢測狀態(tài)，防雷器模塊一旦損壞，控制模塊立刻發(fā)出一個高音高頻報警聲，監(jiān)控模塊上的狀態(tài)顯示燈由綠色變?yōu)殚W爍的紅燈。當將損壞的模塊更換后，狀

38、態(tài)顯示燈顯示為綠色，表示防雷模塊正常工作，同時報警聲音關(guān)閉。遙信報警功能:該遙信報警裝置主要用于對安裝在無人值守或難以檢查位置的防雷器進行集中監(jiān)控。帶遙信功能的防雷器都裝有一個監(jiān)控模塊，持續(xù)不斷檢查所有被連接的防雷模塊的工作狀況，如果某個防雷模塊出現(xiàn)故障，機械裝置將向監(jiān)控模塊發(fā)出指令，使監(jiān)控模塊內(nèi)的常開和常閉觸點分別轉(zhuǎn)換為常閉和常開，并將此故障開關(guān)信息發(fā)送到遠程有相應(yīng)的顯示或聲音裝置上，觸發(fā)這些裝置工作。遙信及電壓監(jiān)控報警功能：該遙信及電壓監(jiān)控報警裝置除了上述功能外，還能在防雷器運行中對加在防雷器上的電壓進行監(jiān)控，當系統(tǒng)有任意的電源電壓下降或防雷器后備保護空氣開關(guān)（或保險絲）動作以及防雷器模塊

39、損壞等，遠距離信號系統(tǒng)均會立即記錄并報告。該裝置主要用于三相電源供電系統(tǒng)。6.3 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)配置設(shè)計實例下面介紹兩個太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體設(shè)計配置（技術(shù)方案）實例，供大家設(shè)計、選型和配置時參考。6.3.1某大廈采光廊架離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計方案1.項目簡介太陽能光伏建筑一體化（Building Integrated Photovoltaic, BIPV)是應(yīng)用太陽能發(fā)電的一種新形式，簡單地講就是將太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)和建筑的圍護結(jié)構(gòu)外表面如建筑幕墻、屋頂?shù)扔袡C的結(jié)合成一個整體結(jié)構(gòu)，不但具有圍護結(jié)構(gòu)的功能，同時又能產(chǎn)生電能供本建筑及周圍用電負載使用。還可通過建筑物輸電線路并網(wǎng)發(fā)電，向電網(wǎng)提

40、供電能。太陽能光伏方陣與建筑的結(jié)合由于不占用額外的地面空間，是光伏發(fā)電系統(tǒng)在城市中廣泛應(yīng)用的最佳安裝方式，因而倍受關(guān)注。某大廈采光廊架獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)就是太陽能光伏建筑一體化（BIPV)和太陽能光伏發(fā)電的具體示范和應(yīng)用。該采光廊架屋頂共有36塊1200mmx1200mm的玻璃構(gòu)成，總面積約為52m2，擬全部采用夾膠玻璃太陽能光伏組件構(gòu)成，形成光電采光屋頂，達到即可以采光又能進行光伏發(fā)電的目的。根據(jù)使用方要求，系統(tǒng)模式為帶蓄電池儲能的離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)，所發(fā)電量主要供地下停車場及大廈周圍夜間照明使用。2.方案設(shè)計原則及依據(jù)（1）設(shè)計原則。本光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計配置以先進性、合理性、可靠性和髙性價比為

41、原則。大功率控制器、交流逆變器采用國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，蓄電池組選用國優(yōu)產(chǎn)品或合資企業(yè)產(chǎn)品，太陽能電池組件采用優(yōu)質(zhì)原材料及晶體硅電池片定制生產(chǎn)。（2）設(shè)計依據(jù)。使用方提供的技術(shù)要求、圖紙及施工現(xiàn)場考察情況。民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范（JGJ162008)。電氣裝置安裝工程低壓電器施工及驗收規(guī)范（GB502541996)和電氣裝置安裝工程電力變流設(shè)備施工及驗收規(guī)范（GB 502551996)。建筑玻璃應(yīng)用技術(shù)規(guī)程（JGJ1132003)。玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范（JGJ1022003)。地面用晶體硅光伏組件設(shè)計鑒定與定型（GB/T95351998)。3.系統(tǒng)配置構(gòu)成及設(shè)計選型說明該系統(tǒng)由夾膠玻璃太陽能電池組件、蓄

42、電池組、大功率光伏控制器及離網(wǎng)交流逆變器等組成。(1)太陽能電池組件的設(shè)計。本項目太陽能電池組件容量的確定不是根據(jù)計劃用電量來計算，而是根據(jù)現(xiàn)有玻璃屋頂 的面積，在不影響采光的前提下，看看能排布多少電池片，然后根據(jù)排布的電池片數(shù)量及其轉(zhuǎn)換效率來確定整個電池方陣的總?cè)萘浚üβ剩?。排布電池片時還要考慮圖案的美觀和整體的協(xié)調(diào)，電池片的遮蓋面積不能超過總面積的50%。經(jīng)過設(shè)計和計算，決定采用夾膠玻璃太陽能電池組件，由厚度為5mm的低鐵超白鋼化玻璃和厚度為8mm的普通鋼化玻璃及 125mmx 125mm單晶桂太陽能電池片采用特殊工藝壓合制作而成，其中5mm玻璃放在電池片的受光面。這種組件具有強度高、抗老

43、化、壽命長、功率衰減小等特點。根據(jù)使用方要求設(shè)計了太陽能電池片排布方式，每塊組件排布36片電池片，排布如圖6-30所示。每塊組件的設(shè)計功率為約80W；峰值輸出電壓8.5V。設(shè)計36塊組件18塊串聯(lián)2串并聯(lián)連接組成方陣，計算最大輸出功率為80Wx36 (塊）=2880W，因采光屋頂與地平面平行，傾斜角為零，故實際最大輸出功率為2880Wx0.93-2.68kW，方陣峰值輸出電壓為8.5Vxl8 (塊）=153V，基本滿足直流110V逆變器允許輸入電壓的范圍要求，當這個電壓不符合逆變器輸入電壓范圍要求時，要重新考慮方陣組件的串并聯(lián)方式，或重新選擇輸出功率合適的24V、48V逆變器進行設(shè)計計算。方陣

44、峰值輸出電流為2680W/153V17.5A。（2）大功率光伏控制器的選型。根據(jù)光伏電池方陣的技術(shù)參數(shù)，需要選擇一款額定直流工作電壓110V，額定輸入電流大于17.5A，且電池方陣輸入路數(shù)2的光伏控制器，在這里選用了合肥陽光的大功率控制器SD11050， 該控制器額定工作電壓110V，額定輸入電流50A，電池方陣輸入路數(shù)6路，符合使用要求。（3）離網(wǎng)型交流逆變器的選型。離網(wǎng)型交流逆變器需要選擇一款額定直流輸入電壓110V，額定輸入電流大于17.5A，交流額定容量大于組件最大發(fā)電容量，即大于2.68kW。根據(jù)產(chǎn)品手冊提供的參數(shù)，選用合肥陽光的SN11030KS型離網(wǎng)逆變器符合設(shè)計要求。該逆變器的

45、額定直流輸入電壓為110V，額定直流輸入電流為30A，允許輸入電壓范圍為99150V，交流輸出額定容量為3kVA，交流額定輸出功率為2.4kW。（4）蓄電池組的容量計算及組合。根據(jù)光伏方陣的實際最大輸出功率，和建設(shè)地的峰值日照時數(shù)可以計算出光伏方陣的日平均發(fā)電量。以峰值日照時數(shù)為4.8h為例，該系統(tǒng)日平均發(fā)電量為2.68kWx4.8=12.86kWh。 可以供500W負載連續(xù)工作24h，1000W的負載連續(xù)工作12h或2000W負載連續(xù)工作6h?？紤]到該系統(tǒng)主要是為地下停車場及大廈周圍夜間照明使用，按照1000W負載連續(xù)工作12h，并保證連續(xù)3個陰雨天正常工作來計算蓄電池容量。應(yīng)用第5章中介紹

46、的蓄電池容量計算公式計算：在此選用放電深度50%的鉛酸蓄電池，放電率修正系數(shù)選0.95,由于蓄電池使用環(huán)境溫 度最低為0C，所以低溫修正系數(shù)也選0.95,計算：負載日平均用電量(Ah)=(1000Wxl2h)/220V=54.5Ah蓄電池容量=54.5x3x0.95/(0.5x0.95)=327Ah根據(jù)計算結(jié)果，直接選用2V/400Ah蓄電池55塊，串聯(lián)后得到110V/400Ah蓄電池組，可以滿足系統(tǒng)要求。（5）系統(tǒng)的主要配置一覽表因為這個光伏發(fā)電系統(tǒng)功率較小，配置和連接都不復雜，可以免去直流接線箱，將兩路輸入直接接到光伏控制器上。交流配電柜也很簡單，可以考慮加裝一級交流防雷器。因該采光廊架緊靠大廈，所以不需要考慮避雷的問題。6.3.2 100kW并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計方案 1.系統(tǒng)的主要構(gòu)成100kW太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的主要構(gòu)成如下：（1）太陽能電池組件方陣；（2）太陽能電池方陣支架及基礎(chǔ)；（3）直流側(cè)匯流箱及直流防雷配電箱；（4）光伏并網(wǎng)逆變器；（5）交流防雷配電