太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

10KW太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)摘要：本文對(duì)10KW太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)，整個(gè)設(shè)計(jì)包括了電池組件及其支架、逆變器、配電室、系統(tǒng)的防雷保護(hù)等各個(gè)局部的設(shè)計(jì)，并且對(duì)系統(tǒng)的安裝、調(diào)試、驗(yàn)收做了具體的安排。這套系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)換效率高、供電穩(wěn)定可靠、安裝方便、勿需維護(hù)等特點(diǎn)。對(duì)于常規(guī)電的一種補(bǔ)充和替代，這種環(huán)保的新能源會(huì)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電是太陽(yáng)能電源的開(kāi)展方向，代表了21世紀(jì)最具吸引力的能源利用技術(shù)?，F(xiàn)在，大規(guī)模利用太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電在許多興旺國(guó)家已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能、并網(wǎng)發(fā)電，逆變器、轉(zhuǎn)換效率10KWPhotovoltaicgrid-connectedsystemAbstract:Thisarticlemadedesignandresearchabout10KWPhotovoltaicgrid-connectedsystem.Thewholedesignnotonlyinvolvesmodule,supportstructureofsolarmodule,inverterandcable,butalsoofferedtheinstallation,commissioningandtest.Thissystemtakesadvantageofreliablesupplying,convenientinstallation,highefficiencyandfreemaintenance,hasbeenusedwidelyandiscompensationofnormalpowersupply.Photovoltaicgrid-connectedsystemisthetrendofsolarenergydevelopment,representingtheenergyutilizationtechnologyinthe21century.Alotofphotovoltaicgrid-connectedsystemshavebeenusedindevelopedcountries.Keywords:solar;grid-connected;inverter;conversionefficiency.10KW太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)1.太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)簡(jiǎn)介太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)通過(guò)把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，不經(jīng)過(guò)蓄電池儲(chǔ)能，直接通過(guò)并網(wǎng)逆變器，把電能送上電網(wǎng)。太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電代表了太陽(yáng)能電源的開(kāi)展方向，是21世紀(jì)最具吸引力的能源利用技術(shù)。與離網(wǎng)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)相比，并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：〔1〕利用清潔干凈、可再生的自然能源太陽(yáng)能發(fā)電，不耗用不可再生的、資源有限的含碳化石能源，使用中無(wú)溫室氣體和污染物排放，與生態(tài)環(huán)境和諧，符合經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)開(kāi)展戰(zhàn)略。〔2〕所發(fā)電能饋入電網(wǎng)，以電網(wǎng)為儲(chǔ)能裝置，省掉蓄電池，比獨(dú)立太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的建設(shè)投資可減少達(dá)３５％一４５％，從而使發(fā)電本錢大為降低。省掉蓄電池并可提高系統(tǒng)的平均無(wú)故障時(shí)間和蓄電池的二次污染?！?〕光伏電池組件與建筑物完美結(jié)合，既可發(fā)電又能作為建筑材料和裝飾材料，使物質(zhì)資源充分利用發(fā)揮多種功能，不但有利于降低建設(shè)費(fèi)用，并且還使建筑物科技含量提高、增加“賣點(diǎn)〞。〔4〕分布式建設(shè)，就近就地分散發(fā)供電，進(jìn)入和退出電網(wǎng)靈活，既有利于增強(qiáng)電力系統(tǒng)抵御戰(zhàn)爭(zhēng)和災(zāi)害的能力，又有利于改善電力系統(tǒng)的負(fù)荷平衡，并可降低線路損耗?！?〕可起調(diào)峰作用。聯(lián)網(wǎng)太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)是世界各興旺國(guó)家在光伏應(yīng)用領(lǐng)域競(jìng)相開(kāi)展的熱點(diǎn)和重點(diǎn)，是世界太陽(yáng)能光伏發(fā)電的主流開(kāi)展趨勢(shì)，市場(chǎng)巨大，前景廣闊。2.并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的原理及組成太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)是利用光生伏打效應(yīng)原理制成的，它是將太陽(yáng)輻射能量直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電系統(tǒng)。它主要由太陽(yáng)能電池方陣和逆變器兩局部組成。如下列圖所示:白天有日照時(shí)，太陽(yáng)能電池方陣發(fā)出的電經(jīng)過(guò)并網(wǎng)逆變器將電能直接輸送到交流電網(wǎng)上，或?qū)⑻?yáng)能所發(fā)出的電經(jīng)過(guò)并網(wǎng)逆變器直接為交流負(fù)載供電。圖2－1.并網(wǎng)發(fā)電原理圖〔1〕太陽(yáng)能電池組件一個(gè)太陽(yáng)能電池只能產(chǎn)生大約0.5伏的電壓，遠(yuǎn)低于實(shí)際使用所需電壓。為了滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，需要把太陽(yáng)能電池連接成組件。太陽(yáng)能電池組件包含一定數(shù)量的太陽(yáng)能電池，這些太陽(yáng)能電池通過(guò)導(dǎo)線連接。如一個(gè)組件上，太陽(yáng)能電池的數(shù)量是36片，這意味著一個(gè)太陽(yáng)能組件大約能產(chǎn)生17伏的電壓。通過(guò)導(dǎo)線連接的太陽(yáng)能電池被密封成的物理單元被稱為太陽(yáng)能電池組件，具有一定的防腐、防風(fēng)、防雹、防雨的能力，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域和系統(tǒng)。當(dāng)應(yīng)用領(lǐng)域需要較高的電壓和電流而單個(gè)組件不能滿足要求時(shí)，可把多個(gè)組件組成太陽(yáng)能電池方陣，以獲得所需要的電壓和電流?！?〕直流/交流逆變器將直流電變換成交流電的設(shè)備。由于太陽(yáng)能電池發(fā)出的是直流電，而一般的負(fù)載是交流負(fù)載，所以逆變器是不可缺少的。逆變器按運(yùn)行方式，可分為獨(dú)立運(yùn)行逆變器和并網(wǎng)逆變器。獨(dú)立運(yùn)行逆變器用于獨(dú)立運(yùn)行的太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)，為獨(dú)立負(fù)載供電。并網(wǎng)逆變器用于并網(wǎng)運(yùn)行的太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)將發(fā)出的電能饋入電網(wǎng)。逆變器按輸出波形又可分為方波逆變器和正弦波逆變器。3.10KW太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)總那么〔1〕太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在原有的線路根底上增加，采取盡量不改造原有回路的原那么。因此，將光伏系統(tǒng)的并網(wǎng)點(diǎn)選擇在并網(wǎng)點(diǎn)的低壓配電柜上。〔2〕考慮到并網(wǎng)系統(tǒng)在安裝及使用過(guò)程中的平安及可靠性，在并網(wǎng)逆變器直流輸入加裝直流配電接線箱。〔3〕并網(wǎng)逆變器采用三相四線制的輸出方式。3.2電池組件及方陣支架的設(shè)計(jì)3.2.1電池組件選用型號(hào)為120〔34〕P1447x663，主要參數(shù)為：輸出峰值功率120Wp、峰值電壓17V、峰值電流7.05、開(kāi)路電壓22V、短路電流7.5A。太陽(yáng)能電池由18塊串聯(lián)成1路，共5路，需要120Wp規(guī)格組件90塊方陣總功率為：120x18x5=10800Wp。太陽(yáng)能電池方陣的主要技術(shù)參數(shù)為：〔1〕工作電壓306V，開(kāi)路電壓396V；〔2〕工作電流35A，短路電流37.5A；〔3〕轉(zhuǎn)換效率大于14%；〔4〕工作溫度-40℃～90℃。太陽(yáng)能電池方陣的主要特點(diǎn)：〔1〕采用高效率晶體硅太陽(yáng)電池片，轉(zhuǎn)換效率高：≥14%；〔2〕使用壽命長(zhǎng)：≥25年，衰減??；〔3〕采用無(wú)螺釘緊固鋁合金邊框，便于安裝，抗機(jī)械強(qiáng)度高；〔4〕采用高透光率鋼化玻璃封裝，透光率和機(jī)械強(qiáng)度高；〔5〕采用密封防水的多功能接線盒。3.2.2方陣支架及光電場(chǎng)設(shè)計(jì)太陽(yáng)能電池支架采用混凝土標(biāo)樁、槽鋼底框、角鋼支架〔見(jiàn)支架根底圖、支架加工圖〕，支架傾角30度。3.3并網(wǎng)逆變器并網(wǎng)逆變器采用最大功率跟蹤技術(shù)，最大限度地把太陽(yáng)能電池板轉(zhuǎn)換的電能送入電網(wǎng)。逆變器自帶的顯示單元可顯示太陽(yáng)能電池方陣電壓、電流，逆變器輸出電壓、電流、功率，累計(jì)發(fā)電量、運(yùn)行狀態(tài)、異常報(bào)警等各項(xiàng)電氣參數(shù)。同時(shí)具有標(biāo)準(zhǔn)電氣通訊接口，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。具有可靠性高、具有多種并網(wǎng)保護(hù)功能〔比方孤島效應(yīng)等〕、多種運(yùn)行模式、對(duì)電網(wǎng)無(wú)諧波污染等特點(diǎn)。根據(jù)以上要求選用德國(guó)進(jìn)口LineBack∑10KW并網(wǎng)逆變器。本逆變器的特征如下：〔1〕無(wú)變壓器，實(shí)現(xiàn)了小型輕量化?！?〕功能模塊化，可根據(jù)需要制定出合理的安裝模塊?！?〕有自立運(yùn)行功能。停電時(shí)自動(dòng)進(jìn)行自立運(yùn)行，向負(fù)荷供電?！?〕自立運(yùn)行或者并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)有相同容量的功率?！?〕由顯示單元，可顯示輸出功率、累計(jì)電量、運(yùn)行狀態(tài)及異常等內(nèi)容?！?〕帶有通信功能，使用GS標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量軟件，可由PC機(jī)計(jì)量其電流、電壓等值。〔7〕可全自動(dòng)運(yùn)行。〔8〕主要技術(shù)參數(shù)為：額定容量：10KVA；直流額定電壓：300V，直流額定電流：37A；直流電壓輸入范圍：160V―480V；交流輸出功率因數(shù)0.99，頻率50Hz，三相AC220V；輸出電流失真度：THD＜5％，各次THD＜3％；逆變器效率＞90%。4.配電室設(shè)計(jì)由于并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)沒(méi)有蓄電池及太陽(yáng)能充放電控制器及交直流配電系統(tǒng)，因此，如果條件允許的話可以將并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)逆變器放在并網(wǎng)點(diǎn)的低壓配電室內(nèi)，否那么只要單獨(dú)建一座4~6平米的低壓配電室就可以了。5.并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的防雷為了保證系統(tǒng)在雷雨等惡劣天氣下能夠平安運(yùn)行，要對(duì)這套系統(tǒng)采取防雷措施。主要有以下幾個(gè)方面：〔1〕地線是避雷、防雷的關(guān)鍵，在進(jìn)行配電室根底建設(shè)和太陽(yáng)電池方陣根底建設(shè)的同時(shí)，選擇光電廠附近土層較厚、潮濕的地點(diǎn)，挖一2米深地線坑，采用40扁鋼，添加降阻劑并引出地線，引出線采用35mm2銅芯電纜，接地電阻應(yīng)小于4歐姆?！?〕在配電室附近建一避雷針，高15米，并單獨(dú)做一地線，方法同上。〔3〕太陽(yáng)電池方陣電纜進(jìn)入配電室的電壓為DC220V，采用PVC管地埋，加防雷器保護(hù)。此外電池板方陣的支架應(yīng)保證良好的接地?！?〕并網(wǎng)逆變器交流輸出線采用防雷箱一級(jí)保護(hù)〔并網(wǎng)逆變器內(nèi)有交流輸出防雷器〕。6.系統(tǒng)建設(shè)及施工工程的施工包括：配電室及太陽(yáng)電池支架的根底制作、配電室，太陽(yáng)電池支架制作安裝、太陽(yáng)能電池方陣的安裝、電氣設(shè)備的安裝調(diào)試、系統(tǒng)的并網(wǎng)運(yùn)行調(diào)試。6.1施工順序根底及配電室土建施工－太陽(yáng)電池支架制作安裝－太陽(yáng)電池方陣安裝調(diào)試—電氣儀表設(shè)備安裝調(diào)試－并網(wǎng)運(yùn)行調(diào)試－試運(yùn)行—竣工驗(yàn)收。6.2施工準(zhǔn)備6.2.1技術(shù)準(zhǔn)備技術(shù)準(zhǔn)備是決定施工質(zhì)量的關(guān)鍵因素，它主要進(jìn)行以下幾方面的工作：〔1〕先對(duì)實(shí)地進(jìn)行勘測(cè)和調(diào)查，獲得當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)數(shù)據(jù)并對(duì)資料進(jìn)行分析匯總，做出切合實(shí)際的工程設(shè)計(jì)?！?〕準(zhǔn)備好施工中所需標(biāo)準(zhǔn)，作業(yè)指導(dǎo)書，施工圖冊(cè)有關(guān)資料及施工所需各種記錄表格。〔3〕組織施工隊(duì)熟悉圖紙和標(biāo)準(zhǔn)，做好圖紙初審記錄?！?〕技術(shù)人員對(duì)圖紙進(jìn)行會(huì)審，并將會(huì)審中問(wèn)題做好記錄?！?〕會(huì)同建設(shè)單位和設(shè)計(jì)部門對(duì)圖紙進(jìn)行技術(shù)交底，將發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題提交設(shè)計(jì)部門和建設(shè)方，并由設(shè)計(jì)部門和建設(shè)方做出解決方案〔書面〕并做好記錄?！?〕確定和編制切實(shí)可行的施工方案和技術(shù)措施，編制施工進(jìn)度表。6.2.2現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備〔1〕物資的存放準(zhǔn)備一座臨時(shí)倉(cāng)庫(kù)：主要貯存并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的逆變器、太陽(yáng)電池、太陽(yáng)電池支架、線纜及其它輔助性的材料?！?〕物資準(zhǔn)備施工前對(duì)太陽(yáng)能電池組件、方陣支架、并網(wǎng)逆變器等設(shè)備進(jìn)行檢查驗(yàn)收，準(zhǔn)備好安裝設(shè)施及使用的各種施工所需主要原材料和其他輔助性的材料。7.設(shè)備安裝局部7.1太陽(yáng)電池組件安裝和檢驗(yàn)預(yù)埋太陽(yáng)電池陣列架基柱，檢查其橫列水平度，符合標(biāo)準(zhǔn)再進(jìn)行鐵架組裝。檢測(cè)單塊電池板電流、電壓，合格后進(jìn)行太陽(yáng)電池組件的安裝。最后檢查接地線、鐵架緊固件是否緊固，太陽(yáng)電池組件的接插頭是否接觸可靠，接線盒、接插頭須進(jìn)行防水處理。檢測(cè)太陽(yáng)電池組件陣列的空載電壓是否正常，此項(xiàng)工作應(yīng)由組件提供商技術(shù)人員完成。7.2總體控制局部安裝參照產(chǎn)品說(shuō)明書的要求，對(duì)并網(wǎng)逆變器、太陽(yáng)電池組件、交流電網(wǎng)的低壓配電室按相應(yīng)順序連接，觀察并網(wǎng)逆變器的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，并做好相應(yīng)記錄，將實(shí)際運(yùn)行參數(shù)和標(biāo)稱參數(shù)做比擬，分析其差距，為以后的調(diào)試做準(zhǔn)備。8.檢查和調(diào)試〔1〕根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)考察的要求，檢查施工方案是否合理，能否全面滿足要求。〔2〕根據(jù)設(shè)計(jì)要求、供貨清單，檢查配套元件、器材、儀表和設(shè)備是否按照要求配齊，供貨質(zhì)量是否符合要求。對(duì)一些工程所需的關(guān)鍵設(shè)備和材料，可視具體情況按照相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)在設(shè)備和材料制造廠或交貨地點(diǎn)進(jìn)行抽樣檢查。〔3〕現(xiàn)場(chǎng)檢查驗(yàn)收：檢查太陽(yáng)電池組件方陣水泥根底、配電室施工質(zhì)量是否符合要求，并做記錄。此項(xiàng)工作應(yīng)由組件提供商技術(shù)人員完成?！?〕調(diào)試是按設(shè)備規(guī)格對(duì)已完成安裝的設(shè)備在各種工作模式下進(jìn)行試驗(yàn)和參數(shù)調(diào)節(jié)。系統(tǒng)調(diào)試按設(shè)備技術(shù)手冊(cè)中的規(guī)定和相關(guān)平安標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，完成后須到達(dá)或超過(guò)設(shè)備規(guī)格所包含的性能指標(biāo)。如在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)實(shí)際性能和手冊(cè)中的參數(shù)不符，設(shè)備供給商須采取措施進(jìn)行糾正，達(dá)標(biāo)后才具備驗(yàn)收條件。9.并網(wǎng)電站建設(shè)流程圖現(xiàn)場(chǎng)勘查、工程規(guī)劃、定位放線、場(chǎng)地平整現(xiàn)場(chǎng)勘查、工程規(guī)劃、定位放線、場(chǎng)地平整太陽(yáng)電池根底電站配電室建設(shè)支架、太陽(yáng)電池安裝電站圍欄建設(shè)電纜連接敷設(shè)設(shè)備安裝定位并網(wǎng)調(diào)試運(yùn)行試運(yùn)行驗(yàn)收?qǐng)D2.并網(wǎng)電站建設(shè)流程圖10.并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)配置表表10－1.10KW并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)配置表序號(hào)名稱規(guī)格單位數(shù)量備注1太陽(yáng)電池組件120W塊902支架線纜套53并網(wǎng)逆變器10KW臺(tái)1并網(wǎng)型3相4線4接線箱臺(tái)19避雷器及接地設(shè)備套1避雷針高要求15米10配電室平方米4~6如有配電室那么不考慮11.10KW并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)光電場(chǎng)配套圖紙說(shuō)明：光電場(chǎng)詳細(xì)設(shè)計(jì)方案將在實(shí)地考察后具體設(shè)計(jì)。配套圖紙：整體方陣正視圖、單體側(cè)視圖、方陣正視圖、方陣側(cè)視圖。參考文獻(xiàn)：［1］黃俊，王兆安．電力電子技術(shù)．西安交通大學(xué)出版社，2002［2］黃麗華，紀(jì)建偉等．電力系統(tǒng)分析．中國(guó)水利水電出版社，2002［3］劉恒赤．高電壓技術(shù)．中國(guó)水利水電出版社，2