并網(wǎng)光伏系統(tǒng)

并網(wǎng)光伏系統(tǒng)設(shè)計要點技術(shù)部：李曉2011.10.18佳訊光電系統(tǒng)工程有限公司1并網(wǎng)光伏系統(tǒng)佳訊光電系統(tǒng)工程有限公司

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)基于公共電網(wǎng)，與公共電網(wǎng)并聯(lián)運行。在白天系統(tǒng)通過并網(wǎng)逆變器將光伏系統(tǒng)所發(fā)電量送入電網(wǎng)，可以直接供用戶負載使用，也可出售給國家電網(wǎng)公司；在夜晚光伏系統(tǒng)停止工作。根據(jù)并網(wǎng)系統(tǒng)接入點位置不同，并網(wǎng)系統(tǒng)可分為兩種模式：并網(wǎng)光伏系統(tǒng)依托公共電網(wǎng)存在，沒有公共電網(wǎng)的地區(qū)不宜建設(shè)并網(wǎng)光伏系統(tǒng)。

用戶側(cè)并網(wǎng)專線并網(wǎng)2

用戶側(cè)并網(wǎng)多為低壓（230/400V）和中壓（10KV、35KV等）并網(wǎng)，在中壓并網(wǎng)時須有升壓變壓器。佳訊光電系統(tǒng)工程有限公司用戶側(cè)并網(wǎng)

用戶側(cè)并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的并網(wǎng)點設(shè)置在公共電網(wǎng)電能計量表后靠近用戶負載側(cè)。光伏系統(tǒng)所發(fā)電量優(yōu)先供用戶負載使用，當有剩余電量時可返送到公共電網(wǎng)來售電。

目前根據(jù)國內(nèi)國家電網(wǎng)現(xiàn)況，大部分用戶側(cè)并網(wǎng)光伏系統(tǒng)不允許向公共電網(wǎng)返送電量，此時在公共電網(wǎng)入口處加裝防逆流檢測裝置，當光伏系統(tǒng)有剩余電量時防逆流裝置檢測到逆向電流則切斷全部或部分部分光伏系統(tǒng)。3佳訊光電系統(tǒng)工程有限公司專線并網(wǎng)

專線并網(wǎng)光伏系統(tǒng)是指國家電網(wǎng)光伏電場單獨提供一個接入點，光伏系統(tǒng)所發(fā)電量全部送入國家電網(wǎng)來進行售電。專線并網(wǎng)基本全部為中高壓并網(wǎng)，通過升壓變壓器將電壓升至10KV以上電壓；所針對光伏系統(tǒng)的總量較大，通常都是兆瓦級以上電站。

專線并網(wǎng)光伏系統(tǒng)能完全受電力公司調(diào)度，在大型電站建設(shè)時此方式較容易被電網(wǎng)公司接受。4佳訊光電系統(tǒng)工程有限公司并網(wǎng)系統(tǒng)與離網(wǎng)系統(tǒng)相比特點無儲能裝置、控制器逆變器為并網(wǎng)逆變器直流系統(tǒng)電壓較高有并網(wǎng)接入裝置（配電柜或變配電室）依賴公共電網(wǎng)5佳訊光電系統(tǒng)工程有限公司并網(wǎng)光伏系統(tǒng)設(shè)計流程組件方陣平面布局設(shè)計并網(wǎng)光伏系統(tǒng)設(shè)計可以分為下面幾個主要方面：系統(tǒng)電氣設(shè)計支架結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)安裝方式設(shè)計并網(wǎng)接入系統(tǒng)設(shè)計（配電柜或者變配電房）監(jiān)控、數(shù)據(jù)通信及環(huán)境檢測系統(tǒng)設(shè)計防雷措施設(shè)計電纜選型及敷設(shè)方式6佳訊光電系統(tǒng)工程有限公司佳訊光電屋頂100KWp并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)方式為用戶側(cè)400V低壓并網(wǎng)，無需升壓變壓器，逆變器自身帶有隔離變壓器。

佳訊光電屋頂100KWp并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)原理框圖設(shè)計實例7佳訊光電系統(tǒng)工程有限公司組件方陣平面布局設(shè)計1、系統(tǒng)容量設(shè)計

光伏系統(tǒng)容量會影響后續(xù)所有設(shè)計，如組件數(shù)量、逆變器選配、匯流方式、并網(wǎng)接入系統(tǒng)等等。

在實際項目中光伏系統(tǒng)容量主要可能受下面各方面因素影響：項目申報或預算容量安裝位置地形及面積限制并網(wǎng)點準入功率限制在屋頂安裝型系統(tǒng)的設(shè)計時，屋面地形及面積一定，可調(diào)節(jié)范圍較小，在設(shè)計時應特別注意其對方陣容量的限制，要綜合考慮遮陰、間距及安裝方式的影響光伏系統(tǒng)接入變電站時，其總?cè)萘恳丝刂圃谒又髯?、配變接入?cè)線圈額定容量的30%以內(nèi)；T型接入10/20KV公用線路時，其總?cè)萘恳丝刂圃谠摼€路最大輸送容量的10～30%以內(nèi)。

本項目中按照規(guī)劃安裝容量為100KWp，使用1臺100KW逆變器，系統(tǒng)容量很小，不存在并網(wǎng)點容量的限制，故確定安裝容量為100KWp，根據(jù)組件選配后最終確定。8佳訊光電系統(tǒng)工程有限公司2、組件選型及數(shù)量

目前常用組件分為晶硅和非晶硅組件，晶硅組件又分為單晶硅和多晶硅。其中晶硅組件較為常用，特別是在屋頂項目中由于面積有限，為保證單位面積的安裝容量，多選擇晶硅組件。

本項目中選用230Wp的單晶硅組件，并根據(jù)組串方式20塊組件一個組串，100KW逆變器的最大直流功率為110KWp，最終確定組件數(shù)量為480塊組件，系統(tǒng)總?cè)萘繛?10.4KWp。9佳訊光電系統(tǒng)工程有限公司3、組件組串方式

光伏組件單塊電壓電流很小，為滿足逆變器輸入要求，必須進行合理的串并聯(lián)后才能接入逆變器。光伏系統(tǒng)直流側(cè)電纜損耗主要來源于組件匹配損失和線路損耗，眾所周知，電壓越高則線路的損耗越低，所以可以說光伏方陣電壓越高越好，但是在實際中方陣電壓設(shè)計會考慮如下兩個因素：組串最大工作電壓在極限情況下不超出逆變器的MPPT范圍；組串開路電壓在極限低溫下不超過逆變器的最大直流電壓要求；10佳訊光電系統(tǒng)工程有限公司

光伏組件電壓受溫度影響較大，在設(shè)計過程中必須考慮組件在極限溫度時的參數(shù)。本項目中極限溫度為-15～70℃：11佳訊光電系統(tǒng)工程有限公司本項目逆變器選用常州佳訊的GS-CENTRAL100K3，其最大直流輸入電壓880V，MPPT輸入電壓范圍450V-840V，通過上表的數(shù)據(jù)我們可以知道：20塊組件一個組串在-15～70℃的極限溫度時工作電壓范圍為481.857～637.772V，位于逆變器MPPT范圍的中段，設(shè)計合理；20塊組件一個組串在-15℃的極限低溫時開路電壓達到最大為830.776V，接近但不超過逆變器的最大輸入電壓，設(shè)計合理；故組串方式最終確定為20塊組件一個組串，方陣共有24個組串。12佳訊光電系統(tǒng)工程有限公司4、方陣最佳傾角的設(shè)計與離網(wǎng)系統(tǒng)不一樣的是，并網(wǎng)系統(tǒng)組件安裝傾角主要保證全年發(fā)電量最大，而離網(wǎng)系統(tǒng)是保證全年各月趨于平均或保證用電最大月。光伏方陣發(fā)電量可以用在太陽能組件板面上的日平均輻照強度來量化，輻照強度越大則電池板的日峰值日照時數(shù)也越大，發(fā)電量也越大。日峰值日照時數(shù)：將組件表面一天內(nèi)的總輻強度換算為標準輻照強度1000W/（m2·h）時的等效小時數(shù)。光伏方陣最佳傾角可以通過RETScreen軟件模擬得出。本項目通過軟件模擬，當27°傾角時組件面上年輻照強度最大。13佳訊光電系統(tǒng)工程有限公司

下表是在最佳傾角時斜面上的輻照強度：14佳訊光電系統(tǒng)工程有限公司5、方陣間距設(shè)計

遮陰對光伏組件發(fā)電量影響很大，特別是晶硅組件。遮陰可能來自兩個方面：方陣周圍設(shè)施對組件造成的遮陰、方陣內(nèi)部前后排之間的遮陰。在光伏方陣設(shè)計中，這兩方面都應避免。

在標準中要求：光伏方陣必須保證在冬至日（北半球）上午9點到下午3點之間組件不被遮擋。

此要求下方陣前后排間距可以用如下公式來計算：D=0.707H/tan[arcsin(0.648cosΦ-0.399sinΦ)]式中Φ為當?shù)氐乩砭暥?在北半球為正，南半球為負)，H為陣列前排最高點與后排組件最低位置的高度差）15佳訊光電系統(tǒng)工程有限公司

通過計算，本項目中間距至少應為1493.48mm，根據(jù)場地面積允許，對此間距放大后最終距離為1800mm。

針對方陣四周建筑的遮擋，可根據(jù)南北向陰影系數(shù)1.928和東西向陰影系數(shù)1.85分別乘以遮擋物凈高度來計算陰影距離。本項目中可能造成遮擋的有南邊的景觀梁和東南角和西南角的兩個房屋。景觀梁高1500mm，因此方陣距景觀梁之間必須有3000mm以上的的間距；兩個房屋高4000mm，南北和東西向至少應有7800和7500以上的距離。16佳訊光電系統(tǒng)工程有限公司系統(tǒng)電氣設(shè)計1、直流防雷匯流箱

光伏方陣一般組串數(shù)都較多，不能直接接入逆變器，通常都會經(jīng)過多次匯流后再接入逆變器。目前一般匯流都分為二級匯流，即匯流箱匯流和配電柜匯流，薄膜組件由于組串數(shù)相對晶硅組件更多且電流較小，一般再在匯流箱之前使用專用三通和多通連接件匯流。

匯流箱一般按照能接入組串數(shù)來規(guī)定型號，常用有6進1出、8進1出和12進1出等。匯流箱里面每路輸入會配置直流熔絲，輸出端配置直流斷路器，并配置防浪涌保護器以防止感應雷損壞設(shè)備。17佳訊光電系統(tǒng)工程有限公司2、直流配電柜

在光伏系統(tǒng)中一般針對每臺逆變器設(shè)置一臺直流配電柜，其主要對多個匯流箱的輸出再次匯流，同時還可以具有直流輸入數(shù)據(jù)檢測功能。

直流配電柜內(nèi)針對每路輸入設(shè)置進線斷路器和防反二極管，出線設(shè)置出線斷路器，同樣安裝有防浪涌保護器，另外根據(jù)需要還可能有直流電壓電流檢測模塊。18佳訊光電系統(tǒng)工程有限公司3、逆變器

并網(wǎng)光伏系統(tǒng)逆變器為并網(wǎng)型逆變器，其與離網(wǎng)逆變器最大的區(qū)別是它具有跟蹤電網(wǎng)電能的功能，且其不能自主產(chǎn)生波形，只能完全跟蹤電網(wǎng)的波形，這也正是并網(wǎng)系統(tǒng)依賴于電網(wǎng)的根本原因。

并網(wǎng)逆變器多帶有隔離變壓器，其可以濾除直流分量并完全隔離光伏系統(tǒng)和電網(wǎng)，保證逆變器輸出電的電能質(zhì)量。

并網(wǎng)逆變器具有完善的保護機制，如過壓保護，短路保護，孤島保護，過熱保護，過載保護，直流接地保護

本項目選用佳訊光電產(chǎn)業(yè)發(fā)展公司的GS-CENTRAL100K3型逆變器。19佳訊光電系統(tǒng)工程有限公司4、交流配電柜光伏系統(tǒng)中直流電通過逆變器逆變?yōu)榻涣麟姾?，需要對其進行集中分配、計量，并接入到低壓電網(wǎng)，在小型項目中通常采用交流低壓配電柜作為光伏發(fā)電的的并網(wǎng)接入柜直接接入并網(wǎng)點，對電能進行分配及計量；在中高壓并網(wǎng)系統(tǒng)中交流低壓配電柜直接接入變壓器低壓側(cè)，升壓后接入公共電網(wǎng)，此時一般都具有變配電室。20佳訊光電系統(tǒng)工程有限公司支架結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)安裝方式設(shè)計作為光伏組件的安裝支撐結(jié)構(gòu)，支架在光伏系統(tǒng)中也相當重要，支架系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性直接影響系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。組件的安裝傾角也需通過支架結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。光伏組件的安裝環(huán)境不一樣，對支架結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的要求也不一樣，如屋頂項目中屋頂會有水泥屋面、彩鋼瓦屋面、水泥瓦屋面等等，每個屋頂都有其獨特性；地面電站的安裝環(huán)境則更為復雜，有山地、沙漠、凍土、鹽堿地等等許多地質(zhì)結(jié)構(gòu)。安裝環(huán)境的多樣性也造成了支架結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)安裝方式的多樣性。目前支架結(jié)構(gòu)材質(zhì)最常用是熱鍍鋅輕鋼結(jié)構(gòu)和鋁合金結(jié)構(gòu)；基礎(chǔ)樣式有預制水泥基礎(chǔ)，地錨地樁基礎(chǔ)等等。21佳訊光電系統(tǒng)工程有限公司本項目為屋頂安裝項目，屋面為水泥屋面并經(jīng)過防水處理，為不破壞屋面防水結(jié)構(gòu)，本項目采用地網(wǎng)式不生根方式，且支架全部為固定傾角式安裝。2223佳訊光電系統(tǒng)工程有限公司支架強度校核支架結(jié)構(gòu)安全性至關(guān)重要，在設(shè)計中必須對支架結(jié)構(gòu)進行強度校核，首先必須計算支架結(jié)構(gòu)的荷載：風荷載：根據(jù)項目當?shù)貧庀髼l件50年一遇風力雪荷載：根據(jù)項目當?shù)貧庀髼l件50年一遇積雪深度自重荷載：包括組件自重和支架結(jié)構(gòu)自重強度校核至少包含如下項目：支架主梁的抗彎、抗剪強度及變形量立柱及支撐桿件的壓曲和失穩(wěn)主要連接螺栓的抗拉、抗剪強度基礎(chǔ)的抗傾覆能力在屋頂安裝項目中還必須對屋面承載能力進行校核。并網(wǎng)接入系統(tǒng)設(shè)計（配電柜或者變配電房）佳訊光電系統(tǒng)工程有限公司本項目采用用戶側(cè)400V低壓并網(wǎng)，并網(wǎng)點位于車間配電柜，故直接采用交流配電柜作為并網(wǎng)設(shè)施，交流柜出線直接接入并網(wǎng)點。本項目光伏系統(tǒng)所發(fā)電量主要供我公司5層樓內(nèi)的負載使用，在正常使用情況下所發(fā)電量能被完全消耗，不會返送至公共電網(wǎng)，故不設(shè)置防逆流檢測裝置。24電纜選型及敷設(shè)方式佳訊光電系統(tǒng)工程有限公司光伏系統(tǒng)中電纜主要分為光伏電纜、直流電纜和交流電纜。電纜必須具有很好的抗紫外線、抗老化和阻燃等性能，以保證25年的使用壽命。

光伏電纜都選用光伏專用電纜，最常使用線徑有4mm2和6mm2，主要用于組串至匯流箱和組串內(nèi)的連接。

直流電纜指從匯流箱至逆變器之間的所有電纜，最常使用交聯(lián)聚乙烯（YJV）電纜，線徑主要有16、25、35、50、70、95、120mm2等

交流電纜指用于逆變器后的所有電纜，也常使用YJV多芯電纜。25佳訊光電系統(tǒng)工程有限公司根據(jù)標準要求，光伏系統(tǒng)直流側(cè)電纜損耗不應超過2%，系統(tǒng)總線損不宜超過3%，在電纜選型設(shè)計時主要考慮兩個因素：線損滿足上述要求電纜載流量滿足線路電流要求本項目中光伏電纜選用4mm2光伏專用電纜；直流電纜選用YJV-1*35mm2電纜；交流電纜選用YJV-3*150+1*70mm2電纜。線路總損耗最大為1.58%，滿足上述要求。電纜敷設(shè)根據(jù)敷設(shè)路線環(huán)境不同，主要有橋架、穿管、直埋等敷設(shè)方式。本項目中電纜全部在室內(nèi)敷設(shè)，主要采用橋架敷設(shè)方式。2627佳訊光電系統(tǒng)工程有限公司電纜線損計算方法電纜線損主要按照歐姆定律計算，計算方法如下：

線損=（△U/U）*100%

△U=I*R=I*ρ*L/S