3KW家庭屋頂光伏太陽能發(fā)電系統(tǒng)

word文檔可自由復(fù)制編輯摘要隨著不可再生能源的日益稀缺，伴隨的環(huán)境污染日益惡劣，因此新能源的開發(fā)得到了極大的推廣。太陽能光伏發(fā)電是新能源和可再生能源的重要組成部分，它集開發(fā)利用綠色可再生能源、改善環(huán)境、改善人民生活條件于一體，被認(rèn)為是當(dāng)今最有發(fā)展前景的新能源技術(shù)，因而越來越受到人們的青睞。太陽能光伏發(fā)電的廣泛應(yīng)用將對(duì)保護(hù)生態(tài)環(huán)境、走經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展道路起到重要作用。

太陽能光伏發(fā)電的利用有兩種方式，一種是將太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的電力輸送到電網(wǎng)中然后供給負(fù)載使用，稱謂并網(wǎng)發(fā)電方式。另一種是憑借蓄電池來進(jìn)行能量存儲(chǔ)的獨(dú)立發(fā)電方式，它主要用于因架設(shè)線路困難市電無法到達(dá)的場(chǎng)合。本論文主要介紹南京某3kW屋頂光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的最佳設(shè)計(jì)，其中包括光伏組件的布局，光伏組件的串并聯(lián)設(shè)計(jì)，匯流箱設(shè)計(jì)，屋面的處理，配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)等等因素。這些直接影響屋頂光伏并網(wǎng)發(fā)電站的合理性、穩(wěn)定性和用戶的經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵字：屋頂光伏并網(wǎng)；配電系統(tǒng)；防雷設(shè)計(jì)；匯流箱AbstractAsnon-renewableenergysourcesincreasinglyscarce,alongwithworseningenvironmentalpollution,sothenewenergydevelopmenthasbeengreatlypromoted.Solarphotovoltaicpowergenerationisanimportantpartofnewandrenewablesourcesofenergy,itscollectiondevelopmentandutilizationofgreenrenewableenergyandimprovetheenvironment,improvethelivingconditionsofthepeopleinone,isbelievedtobethemostpromisingnewenergytechnologies,andthusmoreandmorepeopleofallages.Widespreadadoptionofsolarpowerwillprotecttheecologicalenvironment,andtaketheroadofsustainableeconomicdevelopmentplayedanimportantrole.Solarphotovoltaicpowergenerationintwoways,onebeingemittedbysolarphotovoltaicpowergenerationsystemusedinloadandsupplyelectricitytothegrid,andgrid-connectedpowergeneration.Anotherisanindependentpowerwithbatteriesforenergystorage,itismainlyusedintransmissionduetoerectiondifficultiesmainscannotbereachedfortheoccasion.ThispaperintroducestheNanjing3kWrooftopphotovoltaicgrid-connectedgenerationsystem,thebestdesign,includinglayoutofPVmodules,PVmoduleandparalleldesign,combinerboxdesign,roof,electricaldistributionsystemdesign,Systemlightningprotectiondesign,amongotherfactors.Thesedirectlyaffecttheroofgrid-connectedPVstationsofrationality,stabilityanduserbenefits.Keywords:photovoltaicpowergenerationanddistributionsystemlightningprotectiondesignofcombinerboxKeywords：Roofgrid-connectedPV;generationanddistributionsystem;lightningprotectiondesignofcombinerbox目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要 1Abstract 2目錄 31 緒論 51.1 課題的背景 51.2 光伏系統(tǒng)原理 51.3 太陽能光伏發(fā)電的優(yōu)點(diǎn) 61.4 本次設(shè)計(jì)的總體概述 62 光伏方陣總體設(shè)計(jì) 72.1 光伏組件的選型 72.2 光伏組件的串并聯(lián)方式 72.3 太陽能電池組件的布置及安裝 82.3.1 組件的最佳傾角 82.3.2 組件的最小間距 82.4 組件的安裝事項(xiàng) 82.4.1 安裝系統(tǒng)地點(diǎn)的要求 82.4.2 平面和斜面屋頂式安裝 93 光伏匯流箱 113.1 光伏匯流箱的功能 113.2 光伏匯流箱的設(shè)計(jì)特點(diǎn) 113.3 光伏匯流箱安裝注意事項(xiàng) 124 并網(wǎng)逆變器 134.1 并網(wǎng)逆變器原理及選擇 134.2 容量匹配設(shè)計(jì) 144.3 MPP電壓范圍與電池組電壓匹配 144.4 最大輸入電流與電池組電流匹配 144.5 轉(zhuǎn)換效率 145 光伏系統(tǒng)的電氣接入方案 155.1 電氣接線圖 155.2 電纜的選型 155.2.1 家用電纜的選型 155.2.2 光伏電纜的選型 176 防雷設(shè)計(jì) 186.1 雷電的三種形式 186.2 防直擊雷的措施 186.3 防雷電感應(yīng)措施 196.4 防止雷電波侵入 207 維護(hù)檢修設(shè)計(jì) 218 總結(jié) 239 致謝 2410 參考文獻(xiàn) 2511 附錄 26緒論課題的背景隨著我國(guó)現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，全社會(huì)對(duì)能源的需求日益迫切，在大規(guī)模的過度開采下，石油、煤炭等不可再生資源變得日益稀缺，并將很快面臨枯竭的命運(yùn)。因此，新能源的開發(fā)與使用已經(jīng)成為焦點(diǎn)，并且開始在很多地區(qū)得到推廣。其中太陽能發(fā)電是最有前景的技術(shù)之一，從環(huán)境保護(hù)和能源戰(zhàn)略上都具有重大意義。在人們對(duì)能源需求急劇增加，而化石能源日益匱乏的背景下，開發(fā)和利用太陽能等可再生能源越來越受到重視。世界各國(guó)政府紛紛把充分開發(fā)利用太陽能作為可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略決策，其中光伏發(fā)電最受矚目。太陽能光伏發(fā)電是新能源的重要組成部分，被認(rèn)為是當(dāng)前世界上最有發(fā)展前景的新能源技術(shù)，各發(fā)達(dá)國(guó)家均投入巨額資金競(jìng)相研究開發(fā)，并積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，大力開拓市場(chǎng)應(yīng)用。新世紀(jì)伊始，眾多國(guó)家紛紛制定雄心勃勃的發(fā)展規(guī)劃，推動(dòng)光伏技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。各國(guó)可再生能源法的頒布、快速發(fā)展的光伏屋頂計(jì)劃、各種減免稅收政策和補(bǔ)貼政策以及逐漸成熟的綠色電力價(jià)格，為光伏市場(chǎng)的發(fā)展提供了良好的基礎(chǔ)。近幾年光伏發(fā)電快速發(fā)展，光伏市場(chǎng)開始由邊遠(yuǎn)農(nóng)村和特殊應(yīng)用向并網(wǎng)發(fā)電和與建筑結(jié)合供電的發(fā)展，光伏發(fā)電已由補(bǔ)充能源向替代能源過渡。根據(jù)國(guó)際權(quán)威機(jī)構(gòu)的預(yù)測(cè)，到21世紀(jì)60年代，即2060年，全球直接利用太陽能的比例將會(huì)發(fā)展到占世界能源構(gòu)成的13～15％，成為人類的基礎(chǔ)能源之一。李克強(qiáng)認(rèn)為，工業(yè)化與信息化的深度融合是產(chǎn)業(yè)升級(jí)的方向和動(dòng)力。他注意到，發(fā)達(dá)國(guó)家依靠信息技術(shù)和電力技術(shù)的結(jié)合，可再生能源發(fā)電上網(wǎng)比例可以達(dá)到50％，而中國(guó)存在風(fēng)電、光伏發(fā)電并網(wǎng)難的問題。李克強(qiáng)要求，智能電網(wǎng)不能只對(duì)大用戶開放，而要利用信息技術(shù)，鼓勵(lì)發(fā)展小規(guī)模、分布式發(fā)電。在他的推動(dòng)下，國(guó)家電網(wǎng)已向單位、家庭的屋頂光伏發(fā)電開放。特別是國(guó)家電網(wǎng)公司發(fā)布的《關(guān)于做好分布式電源并網(wǎng)服務(wù)工作的意見》的實(shí)施，極大的激發(fā)了單位和家庭個(gè)人投資分布式發(fā)電項(xiàng)目的熱情，對(duì)新能源分布式發(fā)電及并網(wǎng)的推廣與應(yīng)用起到了積極的促進(jìn)作用。光伏系統(tǒng)原理屋頂光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)就是將太陽能發(fā)電設(shè)備組件安裝在屋頂上，其中包括：光伏組件、組件支架、防雷匯流箱、直流配電柜、光伏并網(wǎng)逆變器、交流配電柜、升壓變壓器系統(tǒng)等。系統(tǒng)與常規(guī)電網(wǎng)相連，共同承擔(dān)供電任務(wù)。當(dāng)有陽光照射時(shí)，逆變器將光伏發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)的直流電轉(zhuǎn)變成正弦交流電，產(chǎn)生的交流電可以直接供給家庭交流負(fù)載使用，然后將剩余的電能輸入電網(wǎng)，或者直接將產(chǎn)生的全部電能并入電網(wǎng)。在沒有充足陽光照射的時(shí)候，負(fù)載用電全部由電網(wǎng)供給。太陽能光伏發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)1、太陽能資源隨處可得，可就近供電。不必長(zhǎng)距離輸送，避免了長(zhǎng)距離輸電線路所造成的電能損失，同時(shí)也節(jié)省了輸電成本。這同時(shí)也為家用太陽能發(fā)電系統(tǒng)在輸電不便的西部大規(guī)模使用提供了條件。2、太陽能光伏發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換過程簡(jiǎn)單，沒有中間過程和機(jī)械運(yùn)動(dòng)，不存在機(jī)械磨損，發(fā)電效率高3、太陽能光伏發(fā)電本身不使用燃料，不排放包括溫室氣體和其他廢氣在內(nèi)的任何物質(zhì)，不污染空氣，不產(chǎn)生噪聲，對(duì)環(huán)境友好，不會(huì)遭受能源危機(jī)或燃料市場(chǎng)不穩(wěn)定而造成的沖擊，是綠色環(huán)保的新型可再生能源。4、太陽能光伏發(fā)電過程不需要冷卻水，可以安裝在沒有水的荒漠戈壁上。光伏發(fā)電還可以很方便地與建筑物結(jié)合，構(gòu)成光伏建筑一體化發(fā)電系統(tǒng)，不需要單獨(dú)占地，可節(jié)省寶貴的土地資源。5、太陽能光伏發(fā)電操作、維護(hù)簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。一套光伏發(fā)電系統(tǒng)只要有太陽能電池組件就能發(fā)電，加之自動(dòng)控制技術(shù)的廣泛采用，基本上不需人值守，維護(hù)成本低。6、太陽能光伏發(fā)電工作性能穩(wěn)定可靠，使用壽命(30年以上)。晶體硅太陽能電池壽命可達(dá)20~35年。7、太陽能電池組件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，便于運(yùn)輸和安裝。光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)周期短，而用根據(jù)用電負(fù)荷容量可大可小，方便靈活，極易組合、擴(kuò)容。對(duì)于緩解常規(guī)能源的短缺和減少環(huán)境污染具有重要的意義。本次設(shè)計(jì)的總體概述本課題為3kW家庭屋頂光伏太陽能發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工，但并沒有實(shí)際去完成項(xiàng)目，而是參考其它已建成使用的并網(wǎng)光伏發(fā)電項(xiàng)目與理論知識(shí)結(jié)合，本課題設(shè)計(jì)一個(gè)3kWp的小型系統(tǒng)，針對(duì)普通家庭的用電的需求，擬設(shè)在南京某建筑屋頂，可利用面積為40平米，整體面向正南，屋面基本為平面結(jié)構(gòu)也考慮斜面屋頂。平均每天發(fā)電5.5kWh,即可供一個(gè)1kW的負(fù)載工作5.5小時(shí)，并且實(shí)施并網(wǎng)操作。光伏方陣總體設(shè)計(jì)光伏組件的選型為了有效合理利用太陽能，必須選擇轉(zhuǎn)換效率比較高的光伏組件作為系統(tǒng)的發(fā)電單元，當(dāng)然性價(jià)比也很重要。這樣選擇不僅能夠節(jié)約高效合理的使用有限面積，而且可以達(dá)到高發(fā)電量的要求。項(xiàng)目采用了190W多晶硅層壓太陽能電池組件，其參數(shù)見表1。項(xiàng)目名稱技術(shù)參數(shù)峰值功率190W峰值工作電壓34.5V峰值工作電流5.5A開路電壓42V短路電流6.82A尺寸1585*810*35mm重量16.8kg開路電壓溫度系數(shù)-0.31%/℃工作溫度-40℃～+85℃表2-1光伏組件的串并聯(lián)方式光伏組件的串并聯(lián)方式不僅和光伏組件的技術(shù)參數(shù)有關(guān)，而且與光伏并網(wǎng)逆變器的技術(shù)參數(shù)、光伏組件發(fā)電效率有關(guān)，同時(shí)也與整個(gè)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的施工方便、發(fā)電效率、造價(jià)成本等等都有很大的關(guān)系。光伏組件原則上必須在同一日照的條件下進(jìn)行串聯(lián)否則整體的發(fā)電效率肯定會(huì)受到輸出能量最低的光伏組件的影響，從而導(dǎo)致整體發(fā)電效率的下降。按照預(yù)期假設(shè)，則需要在屋頂布置16塊光伏組件，功率約為3kW，需要占用屋頂面積為不到30㎡。以8塊光伏電池串聯(lián)為1組，再用2組并聯(lián)的方式，即8串2兵方式接入一臺(tái)并網(wǎng)逆變器。太陽能電池組件的布置及安裝組件的最佳傾角南京位于北緯31°14′～32°37′,屬于北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，水量充沛，光能資源充足，年峰值日照小時(shí)數(shù)為1300h左右。根據(jù)光伏設(shè)計(jì)軟件計(jì)算，光伏組件方陣最佳傾角為23度。組件的最小間距設(shè)太陽能電池組件方陣陣前后安裝時(shí)的最小間距D。一般確定原則：冬至當(dāng)天早9:00至下午3:00太陽能電池組件方陣不應(yīng)被遮擋。計(jì)算公式如下：式中：φ：為緯度(在北半球?yàn)檎?、南半球?yàn)樨?fù))，根據(jù)項(xiàng)目地點(diǎn)經(jīng)緯度計(jì)算；H：為光伏方陣陣列的高度；光伏方陣陣列間距應(yīng)不小于D。圖2-1根據(jù)選用的光伏電池參數(shù)計(jì)算得到D=0.45m。組件的安裝事項(xiàng)安裝系統(tǒng)地點(diǎn)的要求家庭屋頂光伏系統(tǒng)需要考慮的條件是可使用面積、房屋結(jié)構(gòu)和承重要求等。屋面承重能力必須大于20kg/m2。不考慮房梁是木質(zhì)結(jié)構(gòu)的房屋，因?yàn)楣夥到y(tǒng)使用年限長(zhǎng)達(dá)25年，木質(zhì)房梁易腐壞，所以不建議進(jìn)行安裝。若在斜面屋頂（如圖2-2和圖2-3）建設(shè)太陽能光伏電站，不能像平面結(jié)構(gòu)那樣方便的設(shè)計(jì)和選擇最佳傾角。如在平面屋頂上（如圖2-4），為了便于光伏組件和屋頂結(jié)合，一般都在屋面上直接平鋪支架，由地理元素決定得北半球鋪朝南面，南半球鋪朝北面原則，能夠最大效率利用光能。支架與屋頂采用夾具連接，光伏電池組件再安裝于支架上。這種方式不僅美觀，而且可以實(shí)現(xiàn)屋頂面積利用最大化。圖2-2圖2-3圖2-4平面和斜面屋頂式安裝屋頂太陽能電池組件陣列應(yīng)采取抗風(fēng)壓措施。設(shè)計(jì)初期應(yīng)向建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)提出要求,按抗風(fēng)力等級(jí)要求對(duì)電池板方陣載荷進(jìn)行力學(xué)計(jì)算。在整個(gè)屋面上采用鍍鋅不銹鋼支架組裝的方式，組裝非常方便，同時(shí)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(diǎn),將支架的重心設(shè)計(jì)在屋面的承重梁上，不僅解決屋面承重能力，也不破壞屋面防水層，還適應(yīng)南京的氣候環(huán)境特點(diǎn)。支架材料的選擇電池組件的支架框架要求簡(jiǎn)單、結(jié)實(shí)、耐用。但無論哪種安裝結(jié)構(gòu)，都要確保牢固支撐以及組件的固定良好，目標(biāo)是能夠使光伏方陣穩(wěn)固的工作多年，并能夠抵住各種惡劣天氣的侵襲。許多組件制造商同時(shí)也專門為自己產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)了固定裝置。方陣支架重量要輕，以便運(yùn)輸和安裝。制造安裝電池方陣支架的材料，要能夠耐受風(fēng)吹雨淋的侵蝕及各種腐蝕。專門定制安裝材料會(huì)比較昂貴，不同的材料成本又不盡相同。鋁材：重量輕，結(jié)實(shí)，耐腐蝕。鋁角鐵是一種容易加工的材料，用常用的工具就可以鉆孔，而且這種材料很容易與多種光伏組件框架配合。缺點(diǎn)是鋁不容易焊接。角鐵：容易加工，但也容易被腐蝕，鍍鋅角鐵抗腐蝕性相對(duì)較好，但是安裝支架或螺栓會(huì)使其生銹，特別是環(huán)境比較潮濕的季節(jié)。這種材料容易買到，可以直接焊成支架。在實(shí)際工程中，電鍍鋁、電鍍鋼以及不銹鋼都是較為理想的方陣支架材料。平面屋頂式安裝在屋頂上選擇合適的安裝平面，根據(jù)電池組件支架的規(guī)格在屋頂適當(dāng)?shù)奈恢么蚩?，通過用螺栓將支架固定在屋頂上。各種安裝方法會(huì)增加屋頂承重及風(fēng)應(yīng)力等問題。在整個(gè)組件安裝完畢后，用防水膠把屋頂打孔縫隙填實(shí)，防止雨水滲透。施工期間要特別注意安全，應(yīng)在房屋周邊搭建腳手架。由于氣流通路完全環(huán)繞電池組件周圍，組件可保持相對(duì)較低的工作溫度，從而提高了效率。有些支架安裝方式可以按照季節(jié)調(diào)節(jié)傾角，以提高光伏系統(tǒng)效率。屋頂欄桿離方陣邊緣距離應(yīng)該大于1米，欄桿高度應(yīng)按實(shí)際情況確定，但周圍墻及欄桿不得影響方陣表面的光照。如安裝面積有限，則可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件適當(dāng)調(diào)整。斜面屋頂安裝在屋頂安裝U型卡件，方陣支架與U型卡件連接，能夠方便、可靠地固定于建筑屋面。鋪設(shè)油毛氈或用密封膠把孔填實(shí)，光伏組件安裝從屋檐由左向右橫向安裝，再自下向上一層一層安裝。保證各組件連接外的防滲漏功能。若有雨水滲漏，都能順暢的沿組件邊框下趟，不會(huì)滲漏到組件下面。根據(jù)方陣的數(shù)量以及屋面安裝面積合理排列方陣。并且保證背板留有空間通風(fēng)散熱。如果方陣距離屋頂超過8cm，那么方陣就會(huì)保持比較低的溫度從而輸出更多的電量。不推薦光伏組件與建筑屋頂平齊安裝，因?yàn)檫@樣組件將難以測(cè)試和更換，而且方陣也會(huì)因?yàn)楣ぷ鳒囟容^高而導(dǎo)致性能下降。光伏匯流箱光伏匯流箱的功能太陽能發(fā)電系統(tǒng)主要有光伏電池陣列、光伏匯流箱、光伏逆變器和電網(wǎng)組成。太陽光經(jīng)過太陽能電池陣列被轉(zhuǎn)換為直流電，然后再通過逆變器變?yōu)榻涣麟姴⑷腚娋W(wǎng)或者直接供給負(fù)載使用。但是，由于光伏電池的轉(zhuǎn)換效率不高，所以光伏電站往往占用很多的土地，范圍比較大。為了減少光伏電池陣列和逆變器之間的連線，并在電池陣列和逆變器之間進(jìn)行保護(hù)，就需要把多路太陽能電池陣列輸出進(jìn)行匯流、保護(hù)后，變?yōu)檩^少路的輸出輸入到逆變器里。而光伏匯流箱就是起到這么一個(gè)作用。光伏匯流箱用于連接光伏陣列與逆變器的設(shè)備，其防護(hù)等級(jí)為IP65，具備防雷及過流保護(hù)功能，并監(jiān)測(cè)光伏陣列的單串電流、電壓、防雷箱體內(nèi)溫度情況。為了提高系統(tǒng)的可靠性和實(shí)用性，可在光伏匯流箱里配置光伏專用直流防雷模塊、直流熔斷器、斷路器、監(jiān)控模塊等，方便用戶及時(shí)準(zhǔn)確的掌握光伏電池板的工作情況，保證太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)揮最大功效。光伏匯流箱的電氣原理圖見附錄1。無論太陽能電站大小，一般需要在光伏組件與逆變器之間增加直流匯流裝置。使用光伏匯流箱，可以根據(jù)逆變器輸入的直流電壓范圍，把一定數(shù)量的規(guī)格相同的光伏組件串聯(lián)組成1個(gè)光伏組件串列，再將若干個(gè)串列接入光伏陣列防雷匯流箱，通過防雷器與斷路器后輸出，方便了后級(jí)逆變器的接入。光伏匯流箱的設(shè)計(jì)特點(diǎn)1）箱體結(jié)構(gòu)安全、可靠，保證元件安裝后及操作時(shí)無搖晃、不變形，在該箱體設(shè)計(jì)中對(duì)機(jī)蓋及底均增加了加強(qiáng)筋，具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。2）設(shè)計(jì)保證防護(hù)等級(jí)IP65，采用了機(jī)蓋四周封閉密封膠條方案，具備防水、防灰、防銹、防煙霧，滿足室外安裝的使用要求。3）每路電池串列的正負(fù)極都配有光伏專用保險(xiǎn)絲進(jìn)行保護(hù)；4）匯流箱采用自供電模式，節(jié)省了匯流箱安裝時(shí)的電源布線，給前期施工布線也帶來了方便；5）直流輸出母線配有光伏專用高壓防雷器，正極對(duì)地、負(fù)極對(duì)地、正負(fù)極之間都具備防雷功能；6）采用正負(fù)極分別串聯(lián)的四極斷路器提高直流耐壓值；7）匯流箱配置智能監(jiān)控單元，檢測(cè)每路電流、輸出電壓、箱體內(nèi)溫度、雷擊狀態(tài)等信息；8）提供了擴(kuò)展功能，可與PC機(jī)進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程檢測(cè)；9）具備多種通訊方式，提供RS485接口和無線Zigbee接口；光伏匯流箱安裝注意事項(xiàng)光伏匯流箱設(shè)計(jì)的一般正常使用環(huán)境條件為a）使用環(huán)境溫度：-25℃～+55℃（無陽光直射）；相對(duì)濕度≤95%，無凝露；b）符合GB7251.1中6.1.2.3中污染等級(jí)≤3的規(guī)定；c）海拔高度≤3000m；d）無劇烈震動(dòng)沖擊,垂直傾斜度≤5°；e）空氣中應(yīng)不含有腐蝕性及爆炸性微粒和氣體。白天安裝光伏組件時(shí)，應(yīng)用不透光的材料遮住光伏組件，否則在太陽光下，光伏組件會(huì)產(chǎn)生很高的電壓，可能導(dǎo)致電擊危險(xiǎn)。保險(xiǎn)絲承受來自逆變器和光伏陣列的高壓。嚴(yán)禁在工作時(shí)觸碰保險(xiǎn)絲。檢查和更換保險(xiǎn)絲前必須將直流斷路器斷開，但注意此時(shí)直流斷路器的所有端子仍會(huì)有高壓，必須更換與原型號(hào)相同等級(jí)的熔絲。并網(wǎng)逆變器并網(wǎng)逆變器原理及選擇并網(wǎng)逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件和技術(shù)關(guān)鍵。并網(wǎng)逆變器可將光伏組件發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，并且還可以對(duì)轉(zhuǎn)換的交流電的頻率、電壓、電流、相位、有功和無功、電能品質(zhì)（電壓波動(dòng)、高次諧波）等進(jìn)行控制。并網(wǎng)逆變器主要分高頻變壓器型、低頻變壓器型和無變壓器型三大類。根據(jù)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)以及業(yè)主的具體要求，主要從安全性和效率兩個(gè)層面來考慮變壓器類型。以下是它們之間的對(duì)照表4-1：類型因素安全性轉(zhuǎn)換效率成本價(jià)格重量、尺寸高頻變壓器型中低中中低頻變壓器型高中高大無變壓器型低高低小表4-1家用光伏系統(tǒng)是小系統(tǒng)，不需很高的技術(shù)指標(biāo)，逆變器不帶隔離變壓器時(shí)，能源轉(zhuǎn)換效率更高,再結(jié)合成本等因素，表4-2EversolTL3000的逆變器的主要參數(shù)如下。產(chǎn)品圖片項(xiàng)目名稱技術(shù)參數(shù)最大輸入功率3300W最大輸入電壓500V最大輸入電流18A直流輸入路數(shù)2路MPPT跟蹤路數(shù)1路接入電網(wǎng)類型單相額定交流輸出功率3000W并入電網(wǎng)的電壓范圍200-270V并入電網(wǎng)的頻率范圍47-50.5Hz尺寸360*415*145mm重量15.6kg防護(hù)等級(jí)IP65散熱方式自然對(duì)流表4-2項(xiàng)目根據(jù)安裝容量選擇EversolTL3000逆變器，采用世界先進(jìn)的高頻技術(shù)，最大轉(zhuǎn)換率97.2%，MPPT跟蹤精度高達(dá)99.5%。最大功率點(diǎn)電壓可達(dá)500V，可串聯(lián)更多的電池板，減少直流端損耗；高品質(zhì)的產(chǎn)品和全天候室內(nèi)外應(yīng)用。IP65的保護(hù)等級(jí)可以保證設(shè)備在各種惡劣環(huán)境下仍然穩(wěn)定工作。容量匹配設(shè)計(jì)并網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要求電池陣列與所接逆變器的功率容量相匹配，一般的設(shè)計(jì)思路是：組件標(biāo)稱功率×組件串聯(lián)數(shù)×組件并聯(lián)數(shù)＝電池陣列功率在容量設(shè)計(jì)中，并網(wǎng)逆變器的最大輸入功率應(yīng)近似等于電池陣列功率，已實(shí)現(xiàn)逆變器資源的最大化利用。MPP電壓范圍與電池組電壓匹配根據(jù)太陽能電池的輸出特性，電池組件存在功率最大輸出點(diǎn)，并網(wǎng)逆變器具有在特點(diǎn)輸入電壓范圍內(nèi)自動(dòng)追蹤最大功率點(diǎn)的功能，因此電池陣列的輸出電壓應(yīng)處于逆變器MPP電壓范圍以內(nèi)。電池組件電壓×組件串聯(lián)數(shù)＝電池陣列電壓一般的設(shè)計(jì)思路是電池陣列的標(biāo)稱電壓近似等于并網(wǎng)逆變器MPP電壓的中間值，這樣可以達(dá)到MPPT的最佳效果。最大輸入電流與電池組電流匹配電池組陣列的最大輸出電流應(yīng)小于逆變器最大輸入電流。為了減少組件到逆變器過程中的直流損耗，以及防止電流過大對(duì)逆變器造成過熱或電氣損壞，逆變器最大輸入電流值與電池陣列的電流值的差值應(yīng)盡量大一些。電池組件短路電流×組件并聯(lián)數(shù)＝電池陣列最大輸出電流轉(zhuǎn)換效率并網(wǎng)逆變器的效率標(biāo)示一般分最大效率和歐洲效率，通過加權(quán)系數(shù)修正的歐洲效率更為科學(xué)。逆變器在其它條件滿足的情況下，轉(zhuǎn)換效率應(yīng)越高越好。光伏系統(tǒng)的電氣接入方案電氣接線圖本方案主要適用于自發(fā)自用/余量上網(wǎng)（接入用戶電網(wǎng)）的家用光伏電站系統(tǒng)，見圖。首先需要在家庭戶內(nèi)配電箱內(nèi)安裝一臺(tái)微型式斷路器和一臺(tái)具有雙向計(jì)量功能的智能電能表。通過該空氣開關(guān)控制接入電網(wǎng)，增加一個(gè)明顯的開斷點(diǎn)，滿足自動(dòng)斷開、閉鎖功能，低電壓失電要求，符合電網(wǎng)安全運(yùn)行要求；雙向計(jì)量功能的智能電能表精度不低于2.0級(jí)，作為計(jì)量關(guān)口。其次，需要在并網(wǎng)交流配電箱內(nèi)安裝一臺(tái)精度不低于2.0級(jí)的計(jì)量多功能表，作為校核電能表，電能表電流電壓回路接線接入低壓側(cè)盡量回路。圖5-1電氣主接線圖電纜的選型家用電纜的選型（1）壓降估計(jì)導(dǎo)線線徑一般按如下公式計(jì)算：S=IL/r×U`式中：I~導(dǎo)線中通過的最大電流（A）；L~導(dǎo)線回路的長(zhǎng)度（m）；r~導(dǎo)電率，銅取57，鋁取34；U`~允許的電源降（V）；S~導(dǎo)線的截面積（mm2）；說明：

①U`電壓降可由整個(gè)系統(tǒng)中所用的設(shè)備（如探測(cè)器）范圍分給系統(tǒng)供電用的電源電壓額定值綜合起來考慮選用。

②計(jì)算出來的截面積往上靠，絕緣導(dǎo)線載流量估算（2）截面電流通常金屬導(dǎo)線截面存在最大通過電流，除了計(jì)算電纜壓降之外，還需驗(yàn)證電纜界面電流是否滿足條件。鋁芯絕緣導(dǎo)線載流量與截面的倍數(shù)關(guān)系如下表5-1。截面/mm2倍數(shù)電流/A1991.59142.5923483267481066016590254100353.5123503150703210952.52381202.5300表5-1通過上表可以估算出電纜截面的安全載流量。估算方法如下：十下五；百上二；二五三五四三界；七零九五兩倍半；穿管溫度八九折；銅線升級(jí)算；裸線加一半。意思是：十下五就是十以下乘以五；百上二就是百以上乘以二；二五三五四三界就是二五乘以四，三五乘以三；七零九五兩倍半就是七零和九五線都乘以二點(diǎn)五；穿管溫度八九折就是隨著溫度的變化而變化，在算好的安全電流數(shù)上乘以零點(diǎn)八或零點(diǎn)九；銅線升級(jí)算就是在同截面鋁芯線的基礎(chǔ)上升一級(jí)，如二點(diǎn)五銅芯線就是在二點(diǎn)五鋁芯線上升一級(jí)，則按四平方毫米鋁芯線算。裸線加一半就是在原已算好的安全電流數(shù)基礎(chǔ)上再加一半?，F(xiàn)在一般家用電纜規(guī)格是1.5mm2或2.5mm2，在安裝光伏系統(tǒng)的時(shí)候，需要考慮光伏系統(tǒng)裝機(jī)容量和自家原有電纜規(guī)格的關(guān)系，看原有電纜能否滿足光伏系統(tǒng)的承載電流，尤其是電表進(jìn)線的規(guī)格大小。光伏電纜的選型光伏系統(tǒng)中電纜的選擇主要考慮如下因素：1）電纜的絕緣性能；2）電纜的耐熱阻燃性能；3）電纜的防潮，防光；4）電纜的敷設(shè)方式；5）電纜芯的類型（銅芯，鋁芯）；6）電纜的大小規(guī)格。光伏系統(tǒng)中不同的部件之間的連接，因?yàn)榄h(huán)境和要求的不同，選擇的電纜也不相同。以下分別列出不同連接部分的技術(shù)要求：1）組件與組件之間的連接：必須進(jìn)行測(cè)試，耐熱90℃，防酸，防化學(xué)物質(zhì)，防潮，防曝曬。電纜使用在戶外，直接暴露在陽光下，光伏系統(tǒng)的直流部分應(yīng)選用耐氧化、耐高溫、耐紫外線的電纜。2）方陣內(nèi)部和方陣之間的連接：可以露天或者埋在地下，要求防潮、防曝曬。建議穿管安裝，導(dǎo)管必須耐熱90℃。3）方陣和逆變器之間的接線：必須進(jìn)行測(cè)試，耐熱90℃，防酸，防化學(xué)物質(zhì)，防潮，防曝曬。電纜使用在戶外，直接暴露在陽光下，光伏系統(tǒng)的直流部分應(yīng)選用耐氧化、耐高溫、耐紫外線的電纜。電纜大小規(guī)格設(shè)計(jì)，必須遵循以下原則：1）交流負(fù)載的連接，選取的電纜額定電流為計(jì)算所得電纜中最大連續(xù)電流的1.25倍。逆變器的連接，選取的電纜額定電流為計(jì)算所得電纜中最大連續(xù)電流的1.25倍。方陣內(nèi)部和方陣之間的連接，選取的電纜額定電流為計(jì)算所得電纜中最大連續(xù)電流的1.56倍。2）考慮溫度對(duì)電纜的性能的影響。3）考慮電壓降不要超過2％。4）適當(dāng)?shù)碾娎|尺徑選取基于兩個(gè)因素，電流強(qiáng)度與電路電壓損失。完整的計(jì)算公式為：線損=電流×電路總線長(zhǎng)×線纜電壓因子（可由電纜制造商處獲得）。防雷設(shè)計(jì)雷電的三種形式直擊雷直擊雷是帶電積云與地面目標(biāo)之間的強(qiáng)烈放電。雷電直接擊在受害物上，產(chǎn)生電效應(yīng)、熱效應(yīng)和機(jī)械力，從而對(duì)設(shè)施或設(shè)備造成破壞，對(duì)人畜造成傷害。直擊雷的電壓峰值通?？蛇_(dá)幾萬V甚至幾百萬V，電流峰值可達(dá)幾十kA乃至幾百kA，其破壞性之所以很強(qiáng)，主要是由于雷云所蘊(yùn)藏的能量在極短的時(shí)間(其持續(xù)時(shí)間通常只有幾微秒到幾百微秒)就能釋放出來，從瞬間功率來講，是巨大的。感應(yīng)雷電感應(yīng)雷的能量遠(yuǎn)小于直擊雷，但感應(yīng)雷發(fā)生的可能性遠(yuǎn)大于直擊雷。感應(yīng)雷分為由靜電感應(yīng)形成的雷和由電磁感應(yīng)形成的雷兩種。靜電感應(yīng)雷：當(dāng)雷云來臨時(shí)地面上的一切物體，尤其是導(dǎo)體，由于靜電感應(yīng)，都聚集起大量的雷電極性相反的束縛電荷，在雷云對(duì)地或?qū)α硪焕自崎W擊放電后，束縛電荷就變成了自由電荷，從而產(chǎn)生很高的靜電電壓(感應(yīng)電壓)，其過電壓幅值可達(dá)到幾萬到幾十萬V，這種過電壓往往會(huì)造成建筑物內(nèi)的導(dǎo)線、接地不良的金屬物導(dǎo)體和大型的金屬設(shè)備放電。電磁感應(yīng)雷：雷電放電時(shí)，由于雷電流的變化率大而在雷電流的通道附近產(chǎn)生迅速變化的強(qiáng)磁場(chǎng)。這種迅速變化的磁場(chǎng)能在鄰近的導(dǎo)體上感應(yīng)出很高的電動(dòng)勢(shì)。雷電波侵入當(dāng)架空線路或埋地較淺的金屬管道、線纜直接受到雷擊或因附近落雷而感應(yīng)出高電壓時(shí)，感應(yīng)過電壓會(huì)產(chǎn)生脈沖浪涌，如大量的電荷不能中途迅速入地，就會(huì)形成雷電沖擊波沿導(dǎo)線或管道傳播。這個(gè)傳導(dǎo)過電壓會(huì)影響或破壞很大范圍內(nèi)之連接的設(shè)備。防直擊雷的措施安裝光伏系統(tǒng)時(shí)，防雷接地系統(tǒng)的施工質(zhì)量關(guān)系到工作人員和系統(tǒng)設(shè)備的安全問題。常規(guī)防雷電可分為防直擊雷電、防感應(yīng)雷電和綜合性防雷電。防直擊雷電的避雷裝置一般由三部分組成，即接閃器、引下線和接地體(1)接閃器的選擇安裝于屋頂?shù)墓夥疥?，如果處于接閃裝置的保護(hù)范圍內(nèi)，不可能遭到大于所選滾球半徑雷電流直接雷擊。接閃器分為避雷針、避雷線和避雷帶，應(yīng)根據(jù)實(shí)際選用。根據(jù)建筑物的防雷類別，使用滾球法來確定避雷針的高度和數(shù)量。此外，還應(yīng)注意保持光伏支架和避雷針之間的隔離距離?，F(xiàn)在的建筑屋頂，有的有避雷設(shè)施，有的沒有避雷設(shè)施。對(duì)于安裝于屋頂?shù)墓夥疥嚨姆览?，要充分利用和防護(hù)已有的防雷設(shè)施，既降低成本，又考慮防雷效果。以避雷針作為接閃器的防雷電原理是：避雷針通過導(dǎo)線接入地下，與地面形成等電位差，利用自身的高度，使電場(chǎng)強(qiáng)度增加到極限值的雷電云電場(chǎng)發(fā)生畸變，開始電離并下行先導(dǎo)放電；避雷針在強(qiáng)電場(chǎng)作用下產(chǎn)生尖端放電，形成向上先導(dǎo)放電；兩者會(huì)合形成雷電通路，隨之瀉入大地，達(dá)到避雷效果。實(shí)際上，避雷針是引雷針，可將周圍的雷電引來并提前放電，將雷電電流通過自身的接地導(dǎo)體傳向地面，避免保護(hù)對(duì)象直接遭雷擊。避雷針之外還有避雷線，它是通過防護(hù)對(duì)象的制高點(diǎn)向另外制高點(diǎn)或地面接引金屬線的防雷電，它的防護(hù)作用等同于在弧垂上每一點(diǎn)都是一根等高的避雷針。后來發(fā)展了避雷帶，就是在屋頂四周的女兒墻或屋脊、屋檐上安裝金屬帶做接閃器來防雷電。避雷帶的防護(hù)原理與避雷線一樣，由于它的接閃面積大，接閃設(shè)備附近空間電場(chǎng)強(qiáng)度相對(duì)比較強(qiáng)，更容易引雷電先導(dǎo)，使附近尤其比它低的物體受雷擊的幾率大大減少。從防雷范圍等級(jí)從小到大可分為=1\*GB3①單針型避雷針=2\*GB3②雙支等高避雷針=3\*GB3③多根避雷針=4\*GB3④避雷線與避雷針的組合。一般像3kW的小新屋頂光伏方陣，只需要選用單針型避雷針就能達(dá)到要求。(2)接地系統(tǒng)所有接地都要連接在一個(gè)接地體上，光伏系統(tǒng)的接地包括以下幾個(gè)方面。防雷接地：為了防止各種雷引起的雷電流的損害，避雷針、避雷帶(線)以及低壓避雷器，連接架空線路的電纜金屬外皮必須可靠接地。工作接地：為保證安全，逆變器的中性點(diǎn)、電壓和電流互感器的二次繞組必須接地。保護(hù)接地：為防止出現(xiàn)正常情況下不帶電、在絕緣材料損壞后或其他情況下可能帶電的情況，光伏電池組件機(jī)架、控制器外殼、逆變器外殼、配電箱外殼、電纜外皮、穿線金屬管道的外皮必須接地。屏蔽接地：為了防止電磁干擾而對(duì)電子設(shè)備所做的金屬屏蔽必須接地。防雷電感應(yīng)措施防雷電感應(yīng)主要采用等電位連接。原則上說，從外部進(jìn)入建筑物的所有導(dǎo)電部件都必須接入等電位連接系統(tǒng)中，所有不帶電的金屬部件直接連接到等電位系統(tǒng)。不帶電的金屬部件包括設(shè)備、太陽電池板四周鋁合金框架與支架、金屬管道、電纜的金屬外皮都要可靠接地，每件金屬物品都要單獨(dú)接到接地干線，不允許串聯(lián)后再接到接地干線上。帶電部件(如電纜)則通過安裝電涌保護(hù)器間接接入等電位連接系統(tǒng)。防止雷電波侵入由于雷電波(雷電浪涌)侵入造成控制機(jī)房?jī)?nèi)控制器或逆變器遭損壞的概率最大，所以必須對(duì)雷電波侵入進(jìn)行防護(hù)。光伏發(fā)電系統(tǒng)的雷電浪涌入侵路徑除了光伏陣列到機(jī)房的引入線外，還有配電線路、接地線以及架空進(jìn)入室內(nèi)的金屬管道和電纜。從接地線侵入是由于附近的雷擊使大地電位上升，使得大地電位比電源高，從而產(chǎn)生從接地線向電源側(cè)的反向電流。光伏陣列到機(jī)房的引入線是雷電波侵入的主要途徑。為此，可以采取多級(jí)防護(hù)措施進(jìn)行保護(hù)。在電池陣列的主回路內(nèi)分散安裝避雷元件，在接線箱內(nèi)也安裝避雷元件；保證接線箱與制柜間距大于10m；在光伏陣列和逆變器之間的每根引入線上加裝防雷器。在控制器、逆變器內(nèi)安裝防雷元器件；在逆變器與配電柜之間安裝低壓閥式避雷器或浪涌保護(hù)器。對(duì)從低壓配電線侵入的雷電浪涌，通過安裝在配電盤中的避雷元件應(yīng)付。在雷雨多發(fā)的地域，在交流電源側(cè)安裝耐雷變壓器更加安全。對(duì)供電線路、傳輸電纜和架空線路，可在線上安裝金屬氧化物避雷器，要在每條回路的火線和零線上裝設(shè)。對(duì)架空進(jìn)入室內(nèi)的金屬管道和電纜的金屬外皮要將它們?cè)谌肟谔幙煽拷拥?，沖擊接地電阻值不得大于30Q。接地最好采用電焊的方式，若做不到電焊也可采用螺栓連接。維護(hù)檢修設(shè)計(jì)在光伏電站的日常運(yùn)行維護(hù)中，需要準(zhǔn)備以下工具和材料：烙鐵、扳手、紙筆、清潔劑、抹布、旋具、液體密度計(jì)、安全護(hù)目鏡、橡皮手套、萬用表、碳酸氫鈉、蒸餾水、可調(diào)電源、熔斷器、電池、導(dǎo)線、剝線鉗、產(chǎn)品資料和維護(hù)指南等。光伏陣列的維護(hù)光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)壽命通常在20年以上，其故障率較低。光伏系統(tǒng)的使用與維護(hù)的好壞直接影響著系統(tǒng)的使用壽命，影響著系統(tǒng)的運(yùn)行成本和發(fā)電效率。一般情況下，無需對(duì)太陽能電池組件進(jìn)行表面清潔處理，但對(duì)暴露在外的接線接點(diǎn)要進(jìn)行定期檢查，維護(hù)。保持光伏陣列采光面的清潔。在少雨和風(fēng)沙比較大的季節(jié)，應(yīng)3周清洗一次，清洗時(shí)應(yīng)先用清水沖洗，然后用干凈的柔軟的布將水擦干，切勿用有腐蝕性的溶劑沖洗，或用硬物擦拭。遇有大風(fēng)、暴雨、冰雹、大雪等情況，應(yīng)采取措施保護(hù)光伏方陣，以免損壞。組件的接線盒應(yīng)定期檢查以防風(fēng)化。定期檢查光伏組件板間連線是否牢固，方陣匯線盒內(nèi)的連接是否牢固，按需要緊固；檢查光伏組件是否有損壞或異常，如破損、柵線斷裂、出現(xiàn)熱斑等；檢查光伏組件接線盒內(nèi)的旁路二極管工作是否正常。當(dāng)光伏組件出現(xiàn)問題時(shí)，及時(shí)更換，并且詳細(xì)記錄故障組件在光伏陣列內(nèi)的具體安裝位置。每季度檢查一次各太陽能電池組件的封裝及接線街頭，如發(fā)現(xiàn)有封裝開膠進(jìn)水、電池變色及接頭松動(dòng)、脫線、腐蝕等情況，應(yīng)及時(shí)處理。定期檢查方陣支架是否牢固，支架與接地系統(tǒng)的連接是否可靠，電纜金屬外皮與接地系統(tǒng)的連接是否可靠，按需要可靠連接?？刂破骱湍孀兤麟娏骺刂破?、逆變器通常十分可靠，可以使用多年。有時(shí)因設(shè)計(jì)問題，電子元器件經(jīng)過長(zhǎng)期運(yùn)行可能會(huì)被損壞，此外，雷擊因素也可能導(dǎo)致元器件損壞。定期檢查控制器、逆變器與其它設(shè)備的連線是否牢固，檢查控制器、逆變器的接地連線是否牢固，按需要固緊。檢查控制器、逆變器內(nèi)電路板上的元器件有無虛焊現(xiàn)象、有無損壞元器件，按需要進(jìn)行焊接或更換。檢查控制器的運(yùn)行工作參數(shù)點(diǎn)與設(shè)計(jì)值是否一致，如不一致按要求進(jìn)行調(diào)整。檢查控制器顯示值與實(shí)際測(cè)量值是否一致，以判斷控制器是否正常。防雷裝置定期測(cè)