分布式光伏并網系統設計范文

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《智能建筑電氣技術雜志》2014年第二期

1設計流程與要點分析

1.1發電量預測

1）氣象資料北京項目所在地的經緯度為北緯398°，東經1163°。其氣象數據資料可以通過中國氣象科學數據共享服務網或者美國太空總署NASA氣象數據庫獲得。本文氣象數據來源于NASA氣象數據庫。北京地區各月平均太陽輻射數據，北京地區等效月平均無太陽或黑天數據，北京地區各月平均最高最低氣溫數據分別如表1～表3所示。2）傾斜面光伏陣列太陽輻射度的計算方法在選擇某一日期光伏陣列的最佳傾角（日均太陽輻射度最大時的角度）時，需要根據資料中得到的水平面上的太陽輻射量，換算成相應傾角上的太陽輻射量。Klein提出各向同性模型，將傾斜面上的太陽輻射總量分成直接太陽輻射量、天空散射輻射量和地面反射輻射量計算。但各向同性模型只適用于傾斜面正朝向赤道的情況，而不能計算傾斜面斜朝向的情況。在此基礎上，Hay提出了各向異性模型，被公認為簡明實用。太陽光入射光板示意圖如圖2所示。因為計算過程較為復雜，在工程上通常使用經驗公式（1）近似計算。式中：為項目所在地的緯度，δ為太陽的赤緯角，可由庫伯公式來計算，即δ＝2345×sin（360／365×（284＋n）），n＝1～365，為一年中某日的日期序號。3）光伏系統的效率能量在光伏系統的每個環節都會產生損失。太陽能經光伏陣列轉化為電能傳輸過程中的損失包括組件匹配損失、太陽輻射損失、偏離最大功率點損失以及直流線路損失等。光伏陣列效率約為85％。逆變器的轉換效率可取為95％，交流并網效率可取為95％。因此，光伏系統的總效率約為η＝85％×95％×95％＝77％。4）系統安裝功率Pp的估算一般來說，屋頂光伏系統安裝功率最大的限制因素就是屋頂的面積。實際工程中，可以根據擬選用的主流的光伏電池板制造廠家的產品進行大體估算。例如，北京地區可以按照40～50W／m2進行估算。工程的實際安裝功率還要根據業主的實際需求以及光伏電池板的排布形式來最終確定。需要指出的是，系統安裝功率Pp是在標準測試條件（光照強度1000W／m2的太陽光照射在傾角為37°的斜面上）下得到的峰值功率，而不是實際的發電功率。5）發電量計算根據1）～4）得出發電量估算公式：6）關于光伏陣列的傾角光伏陣列傾角的控制有以下5種方式：水平安裝、固定傾角安裝、每月調節、單軸跟蹤和雙軸跟蹤。有研究表明，北京地區固定傾角安裝的光伏陣列全年發電量比水平安裝增加18％，每月調節的光伏陣列全年發電量比固定傾角安裝增加3％，單軸跟蹤方式和雙軸跟蹤方式的全年發電量分別比固定傾角安裝增加20％和30％。但考慮到非固定傾角光伏陣列的機械損耗以及維護費用等，其經濟及環保效益并不突出。若要得到光伏陣列的每月最佳傾角，可以根據氣象資料進行計算。一般來說，陣列傾角可取項目所在緯度值。傾角在±10％之內變化，太陽輻射量相差不大。

1.2系統組件選型

1）光伏組件選擇從表4可以看出，晶體硅的轉化效率較高。而多晶硅一般比單晶硅價格便宜。具體選擇時應根據項目的實際情況進行合理選用。2）光伏組件串并聯計算本著先計算光伏板串聯數再計算并聯數的原則，光伏組件串并聯數計算方法為：串聯數Ns＝Ui／Us，Ui為逆變器輸入電壓，Us為光伏電池板的額定電壓。并聯數Np＝Pp／（P1Ns），Pp為系統安裝功率，P1為一個光伏電池板的額定功率。3）并網逆變器的匹配選型并網逆變器的選型要遵循三個匹配原則，即功率匹配、電壓匹配和電流匹配。根據經驗，光伏系統的最大輸入功率應為光伏陣列總輸出功率的085～12倍。電壓匹配可根據式（3）和（4）確定。

1.3系統設計

1）光伏電池板的布置光伏電池板的布置主要是根據現有的排布面積（如屋頂面積）解決光伏電池板前后布置的間距問題。固定傾角安裝方式下，假定太陽能光伏板面向正南方。工程上約定：光伏電池板的前后間距設置應能保證冬至日9：00～15：00前排陰影不落在后排的光伏電池板上。冬至日上午9：00太陽高度角、方位角、當地緯度及時刻的關系如式（6）～（8）所示：式中，α為當地冬至日上午9：00的太陽高度角；β為當地冬至日上午9：00的方位角，其值取為公式計算值；L為安裝完畢后當地冬至日上午9：00光伏電池板最高點所在的垂直于水平面的直線的垂足與最高點的投影之間的長度；D為安裝完畢后當地冬至日上午9：00前后排光伏電池板最高點所在的垂直于水平面的平面之間的長度，也即是所求；H為安裝完畢后當地冬至日上午9：00光伏電池板最高點所在的垂直于水平面的垂線段的長度；δ為赤緯角，冬至日為－233°；φ為當地緯度，北京地區為398°；t為時角，正午為0°，上午為負值，下午為正值，每一小時為15°。以北京地區為例，當地緯度為398°，光伏電池板傾角取為398°，則計算可得：α＝142°，β＝－421°，D＝293H。2）系統防雷方案光伏系統內各設備應采取防直擊雷和雷電波侵入的措施。將光伏組件安裝支架和基礎鋼筋等均可靠地與接地網相連接。為防止感應雷、浪涌等情況造成過電壓而損壞設備，其防雷措施主要采用裝設SPD防雷保護器。太陽能光伏電池串列通過電纜接入直流防雷配電單元，配電柜內配置光伏專用防雷器。充分利用每個太陽能光伏電池組件支架的鋼筋作為自然接地體，根據現場實際情況及土壤電阻率敷設不同的人工接地網，以滿足接地電阻的要求，重點區域加強均勻布置以滿足接觸電勢和跨步電壓的要求。

2其他需要注意的問題

1）遮擋設計工程選址時應盡量選擇無遮擋的區域設置光伏系統。當礙于實際條件無法避開時，應該盡量使陰影落在同一個串聯組上而不是多個串聯組。若陰影落在同一個串聯組上，即使該組串全部被陰影覆蓋，也只是損失一個系統。而若陰影落在多個串聯組上，即使每個組串僅僅是被陰影覆蓋很小一部分，也可能造成全軍覆滅。發電量的降低與陰影面積不成正比。2）火災危險控制光伏并網系統發生火災時會在其斷開的端口產生較大的電壓差，而且由于光伏電池板光電能量轉化的繼續混亂進行，給火災的撲滅帶來了很大難度。設計選型時應注意選擇符合國家標準的技術先進的產品，選址時應考慮系統通風散熱問題，易燃易爆物品禁止堆放在系統附近。

3結束語

本文針對分布式并網光伏發電系統，結合實際項目總結了光伏系統設計流程，對設計過程中的注意要點進行了詳細分析并提出了需要注意的問題，具有一定的參考意義。

作者：丁輝李慧平江國慶單位：中國航天建設集團有限公司中國航天科技集團有限公司航天材料及工藝研究所