《光伏電站運行與維護(hù)》課件-項目二 光伏電站的主要設(shè)備認(rèn)知

光伏電站的運行與維護(hù)項目二光伏電站的主要設(shè)備認(rèn)知2.1光伏組件2.2直交流光伏匯流箱2.3交直流配電柜2.4逆變器2.5升壓變壓器2.6開關(guān)柜光伏組件——組件的分類特點單晶硅多晶硅非晶硅多元化合物電池圖2-1組件的分類光伏組件——組件的分類特點單晶硅光電轉(zhuǎn)換效率一般為18%左右，最高可達(dá)到24%，使用壽命一般可達(dá)15年，最高25年，成本高多晶硅光電轉(zhuǎn)換效率14%左右，最高21%，使用壽命短，成本低，制造簡單非晶硅光電轉(zhuǎn)換效率偏低，10%左右且不穩(wěn)定，弱光下也能發(fā)電多元化合物電池（硫化鎘、碲化鎘、砷化鎵、CIS）價格低廉、性能良好、工藝簡單但是稀有元素圖2-2組件的分類特點光伏組件——組件的組成結(jié)構(gòu)太陽能電池片光伏組件光伏方陣a）太陽能電池片b）光伏組件c）光伏方陣圖2-3太陽能電池片、光伏組件與光伏方陣光伏組件——組件的組成結(jié)構(gòu)鋼化玻璃其作用為保護(hù)發(fā)電主體，透光選用的要求：1.透光率必須高(一般91%以上)。2.超白鋼化處理。EVA膠膜EVA膠膜為熱熔膠粘劑，封裝電池片，將電池片、鋼化玻璃、背板粘接在一起，具有一定粘接強度，能增強組件的抗沖擊性能。電池片主要作用就是發(fā)電，市場上主流的是晶體硅、薄膜太陽能電池片，兩者各有優(yōu)劣。背板背板作為背面保護(hù)封裝材料，對陽光有反射作用，提高組件效率，耐老化，耐腐蝕，不透氣，具有較高的紅外發(fā)射率，還可降低光伏組件的工作溫度。鋁合金鋁型材邊框用來保護(hù)玻璃邊緣，加強光伏組件密封性能和提高光伏組件整體機械強度，便于光伏組件的安裝和運輸。接線盒接線盒保護(hù)整個發(fā)電系統(tǒng)，起到電流中轉(zhuǎn)站的作用，如果光伏組件短路，接線盒自動斷開短路光伏組串，防止燒壞整個系統(tǒng)。接線盒中最關(guān)鍵的是二極管的選用，根據(jù)光伏組件內(nèi)電池片的類型不同，對應(yīng)的二極管也不相同。硅膠硅膠起到密封作用，用來密封光伏組件與鋁合金邊框、光伏組件與接線盒交界處。國內(nèi)普遍使用硅膠，工藝簡單，方便，易操作，而且成本很低。有些公司使用雙面膠條、泡棉來替代硅膠。

表2-1光伏組件的組成結(jié)構(gòu)光伏組件——組件的技術(shù)參數(shù)光伏組件的技術(shù)參數(shù)——電氣參數(shù)填充因子FF圖2-4組件的I-V曲線主要技術(shù)參數(shù)：開路電壓；最大功率電壓；短路電流；最大功率電流；最大輸出功率；轉(zhuǎn)換效率：光伏電池輸出的電能/進(jìn)入光伏電池的太陽能×100%光伏組件——組件的技術(shù)參數(shù)光伏組件的技術(shù)參數(shù)——機械參數(shù)主要技術(shù)參數(shù)：電池片數(shù)目；光伏組件尺寸；光伏組件重量；背板；框架；接線盒；圖2-5接線盒光伏組件的技術(shù)參數(shù)——溫度額定值參數(shù)圖2-6組件特性隨輻照強度的變化圖2-7組件特性隨溫度變化隨著輻照強度增加，光伏組件輸出的功率逐漸增大；組件的開路電壓和溫度成反比，溫度越低，組件的開路電壓越高，因此在配置時要注意冬季最低溫度時陣列的電壓不得超過逆變器允許的最高電壓光伏組件——組件的技術(shù)參數(shù)光伏組件——組件的技術(shù)參數(shù)光伏組件的技術(shù)參數(shù)——極限參數(shù)主要技術(shù)參數(shù)：工作溫度；最大系統(tǒng)電壓；最大保險絲額定電流；光伏組件——組件應(yīng)用光伏組件的電氣連接由于單個光伏組件的電壓和功率無法滿足實際應(yīng)用要求，因此通常將組件通過串聯(lián)再并聯(lián)的方式排布成大型的陣列使用。

圖2-8組件串聯(lián)電流不變，電壓加倍

圖2-9組件并聯(lián)電壓不變，電流加倍光伏組件——組件應(yīng)用光伏組件的電氣連接陣列電壓在逆變器正常工作范圍內(nèi)陣列短路電流不超過逆變器允許的最大電流電池板功率不得超過逆變器允許的最大功率設(shè)計時考慮極端溫度情況圖2-10組件串并聯(lián)固定式單軸跟蹤雙軸跟蹤方陣支承結(jié)構(gòu)設(shè)計包括安裝方式設(shè)計、方位角設(shè)計、支架傾角設(shè)計、陣列間距設(shè)計，以及支承結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)、零件的設(shè)計等內(nèi)容。需根據(jù)總體技術(shù)要求、地理位置、氣候條件、太陽輻射能資源、場地條件等具體情況來進(jìn)行。光伏方陣的分類和特點光伏組件——組件應(yīng)用圖2-11方陣的安裝方式光伏電站常用光伏組件規(guī)格光伏電站一般常用的是60片串光伏組件和72片串光伏組件。60片串光伏組件分為多晶硅光伏組件和單晶硅光伏組件。其中多晶硅光伏組件的功率多為260W、265W、270W和275W；單晶硅光伏組件的功率多為300W、290W、285W和280W。72片串光伏組件分為多晶硅組件和單晶硅組件。其中多晶硅光伏組件的功率多為330W、325W、320W和315W；單晶硅光伏組件的功率多為360W、355W、350W和345W。

a）60片串光伏組件b）72片串光伏組件圖2-12常用光伏組件規(guī)格

光伏組件——組件應(yīng)用非常規(guī)光伏組件如下圖2-13所示。例如40片單晶硅光伏組件工作電壓為20V，96片單晶硅光伏組件工作電壓為48V，54片單晶硅光伏組件工作電壓為27V。

a）40片單晶硅光伏組件b）96片單晶硅光伏組件c）54片多晶硅光伏組件圖2-13非常規(guī)光伏組件規(guī)格光伏組件——組件應(yīng)用光伏組件選型光伏組件——組件配置選型原則：需考慮光伏組件的額定電壓(Vmp)和開路電壓(Voc)的溫度系數(shù)，串聯(lián)后的光伏陣列的Vmp應(yīng)在逆變器的MPPT范圍內(nèi)，Voc應(yīng)低于逆變器輸入電壓的最大值。某品牌電池參數(shù)光伏組件選型光伏組件——組件配置選型原則：大型光伏電站中，為了使電池組件工作在最大功率點，要求接入同一臺并網(wǎng)逆變器的光伏組件的規(guī)格類型、串聯(lián)數(shù)量基本一致。并且要求電池組件安裝在同一傾斜面上，如右圖所示。開路電壓高限值：43.2×[1-0.33%×(-30-25)]=51.04V(環(huán)境溫度為-30℃)

額定工作電壓低限值：35.5×[1-0.33%×(70-25)]=30.22V(環(huán)境溫度為70℃)以SG500MX為例根據(jù)低溫時開路電壓的最高限制，得到每串電池板最大串聯(lián)數(shù)為19×51.04，由額定工作電壓最低限值，得到每串電池板最小串聯(lián)數(shù)16×30.22。因此選擇此電池板時，串聯(lián)數(shù)應(yīng)在16~19之間。最大輸入電壓1000V啟動電壓500V最小工作電壓460VMPPT電壓范圍460~850V光伏組件特性——組件配置光伏組件——組件配置選型負(fù)載阻抗日照強度光伏組件溫度熱斑效應(yīng)影響光伏組件輸出特性的主要因素光伏組件——組件配置選型項目二光伏電站的主要設(shè)備認(rèn)知2.1光伏組件2.2直交流光伏匯流箱2.3交直流配電柜2.4逆變器2.5升壓變壓器2.6開關(guān)柜直、交流光伏匯流箱

在光伏電站中，為了減少光伏組件與逆變器之間的連接線，或者提高逆變器輸入的直流電壓范圍，將相同功率等級的光伏組件串聯(lián)，組成光伏串列，然后將若干光伏串列并聯(lián)接入光伏直流匯流箱，經(jīng)過保險匯流后，通過光伏專用直流斷路器輸出，接入直流配電柜和光伏逆變器，進(jìn)而逆變輸出并網(wǎng)發(fā)電。直流光伏匯流箱匯流箱分類1、輸入路數(shù)：匯流箱分為4路、8路、10路、12路、16路等，可接入?yún)R流箱分為4路、8路、10路、12路、16路等太陽能電池串，每路電流最大可達(dá)10A。2、類型分類：智能型、非智能型a）光伏直流匯流箱八進(jìn)一出b）光伏直流匯流箱十六進(jìn)一出圖2-14光伏直流匯流箱直流光伏匯流箱匯流箱的組成和結(jié)構(gòu)主要由箱體、斷路器、熔斷器、防雷器和監(jiān)控等組成。圖2-15智能型光伏直流匯流箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖直流光伏匯流箱匯流箱的電氣連接圖2-16智能型光伏直流匯流箱的電氣連接圖交流光伏匯流箱光伏交流匯流箱產(chǎn)品功能與作用光伏交流匯流箱安裝于逆變器交流輸出側(cè)和并網(wǎng)點/負(fù)載之間，內(nèi)部配置有輸入斷路器、輸出斷路器、交流防雷器，可選配智能監(jiān)控儀表（監(jiān)測系統(tǒng)電壓、電流、功率、電能等信號）。主要作用：匯流多個逆變器的輸出電流，同時保護(hù)逆變器免受到來自交流并網(wǎng)側(cè)/負(fù)載的危害，作為逆變器輸出斷開點，提高系統(tǒng)的安全性，保護(hù)安裝維護(hù)人員的安全性。交流光伏匯流箱光伏交流匯流箱產(chǎn)品示例a）光伏交流匯流箱外殼

b）光伏交流匯流箱內(nèi)部圖2-17某型號光伏交流匯流箱交流光伏匯流箱光伏交流匯流箱技術(shù)參數(shù)性能參數(shù)輸入電壓范圍()0-690V最大工作電壓()≤690每路最大輸入電流（A）100A并聯(lián)輸入路數(shù)4最大輸出電流（A）400認(rèn)證情況3C元件參數(shù)輸入接線截面積()ZC-YJV-0.6/1KV3X35mm2輸出電纜截面積()ZC-YJV-0.6/1KV3X185mm2輸出連線數(shù)目1路輸出，1路接地接地線線徑()固定連接保護(hù)接地導(dǎo)體大于10平方（銅）外觀信息外殼信息1.5厚鍍鋅鋼板防護(hù)等級IP65環(huán)境要求儲存環(huán)境溫度要求(℃)-40℃～+70℃使用環(huán)境溫度要求(℃)-25℃～+50℃海拔(m)≤2000m交流光伏匯流箱光伏交流匯流箱接線原理圖圖2-18光伏交流匯流箱接線原理圖項目二光伏電站的主要設(shè)備認(rèn)知2.1光伏組件2.2直交流光伏匯流箱2.3交直流配電柜2.4逆變器2.5升壓變壓器2.6開關(guān)柜直流配電柜主要是將匯流箱輸出的直流電纜接入后進(jìn)行二次匯流，再接至并網(wǎng)逆變器。內(nèi)部含有直流輸入斷路器、防反二極管、光伏防雷器、直流電壓表。主要功能是實現(xiàn)匯流箱的匯流并通過防反二極管進(jìn)行隔離，方便系統(tǒng)操作和維護(hù)。直流配電柜的組成結(jié)構(gòu)交、直流配電柜a)直流配電柜外觀b)直流配電柜電氣連接圖圖2-19直流配電柜外觀和電氣連接圖光伏電站交流配電柜（以下簡稱交流配電柜）是用來接受和分配交流電能的電力設(shè)備。它主要由控制電器(斷路器、隔離開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)等)、保護(hù)電器(熔斷器、繼電器、避雷器等)、測量電器(電流互感器、電壓互感器、電壓表、電流表、電度表、功率因數(shù)表等)等組成。主要功能是進(jìn)行短路、過流、計量、防雷保護(hù)等。交流配電柜的組成結(jié)構(gòu)交、直流配電柜a)交流配電柜外觀b)交流配電柜電氣連接圖圖2-20交流配電柜外觀和電氣連接圖交流配電柜技術(shù)性能要求交、直流配電柜機體和結(jié)構(gòu)質(zhì)量交流配電柜的防護(hù)等級（不低于IP20）電纜及接線端子主要電氣元件升溫交流配電柜的絕緣性能交流配電柜形式項目二光伏電站的主要設(shè)備認(rèn)知2.1光伏組件2.2直交流光伏匯流箱2.3交直流配電柜2.4逆變器2.5升壓變壓器2.6開關(guān)柜逆變器定義：逆變是與整流相反的過程，是將直流電能變換成交流電能的過程。光伏逆變器（簡稱逆變器）則是指用來完成逆變功能的電路或用來實現(xiàn)逆變過程的裝置。分類：1、并網(wǎng)、離網(wǎng)2、工頻、中頻、高頻3、單相、三相、多相4、集中式、組串式、微型核心部件逆變器的組成與分類組成：外殼及端子、散熱器、顯示屏、控制板、電源板和功率板。（1）外殼及端子用于接線盒防護(hù)。（2）散熱器用于逆變器的系統(tǒng)散熱。（3）顯示屏用于顯示逆變器的狀態(tài)及數(shù)據(jù)。（4）電源板用于逆變器內(nèi)部供電。（5）控制板是逆變器的核心部件，用于逆變器的功率控制和各種算法控制。（6）功率板也是逆變器的核心部件，主要電路都集中在功率板上。逆變器的組成與分類(a)單組串式逆變器

(b)多組串式逆變器

(c)集中式逆變器圖2-21集中式與組串式逆變器接入方式示意圖

逆變器的主要技術(shù)參數(shù)主要技術(shù)參數(shù)直流輸入側(cè)最大允許接入組串功率額定直流功率最大直流電壓MPPT電壓范圍啟動電壓交流輸出側(cè)最大交流功率最大交流電流額定輸出功率因素功能保護(hù)參數(shù)孤島保護(hù)輸入過電壓保護(hù)輸出側(cè)過電壓/欠電壓保護(hù)逆變器的應(yīng)用1、荒漠電站圖2-22集中式三相并網(wǎng)逆變器柜體結(jié)構(gòu)圖逆變器的應(yīng)用1、荒漠電站圖2-23集中式三相并網(wǎng)逆變器應(yīng)用現(xiàn)場逆變器的應(yīng)用2、山丘電站圖2-24組串式逆變器應(yīng)用現(xiàn)場逆變器的應(yīng)用3、屋頂電站圖2-25某工業(yè)園內(nèi)2MW光伏電站逆變器的應(yīng)用4、家庭光伏電站圖2-26某家庭用光伏電站特變電工陽光電源中國南車逆變器的品牌2.常見光伏逆變器的品牌機柜深圳科士達(dá)中科電十四所許繼逆變器的品牌2.常見光伏逆變器的品牌機柜項目四升壓變壓器2.1光伏組件2.2直交流光伏匯流箱2.3交直流配電柜2.4逆變器2.5升壓變壓器2.6開關(guān)柜一、認(rèn)識電力變壓器1、原理介紹

一次側(cè)輸入電能后，因其交變故在鐵心內(nèi)產(chǎn)生了交變的磁場（即由電能變成磁場）；由于匝鏈（穿透），二次繞組的磁力線在不斷地交替變化，感應(yīng)出二次電動勢。當(dāng)外電路溝通時，則產(chǎn)生了感生電流，向外輸出電能（即由磁場能又轉(zhuǎn)變成電能）。變壓器圖2-27變壓器原理2、分類及用途

變壓器圖2-27變壓器分類及用途（1）電力變壓器按功能分，有升壓變壓器和降壓變壓器兩大類。工廠變電所都采用降壓變壓器。終端變電所的降壓變壓器，也稱配電變壓器。（2）按相數(shù)分，有三相變壓器和單相變壓器。在工廠變電所中一般都用三相變壓器。（3）按結(jié)構(gòu)型式分，有鐵芯式變壓器和鐵殼式變壓器。如果繞組包在鐵芯外圍，則為鐵芯式變壓器；如果鐵芯包在繞組外圍，則為鐵殼式變壓器。（4）按調(diào)壓方式分，有無載調(diào)壓和有載調(diào)壓變壓器兩大類。用戶（變電所）大多采用無載調(diào)壓變壓器。（5）按繞組形式分，有雙繞組變壓器、三繞組變壓器和自耦變壓器三大類。用戶（變電所）大多采用雙繞組變壓器。（6）按冷卻介質(zhì)分，有干式和油浸式變壓器兩類。而油浸式變壓器又分為油浸自冷式、油浸風(fēng)冷式和強迫油循環(huán)風(fēng)冷（或水冷）式三種類型。一般工廠變電所多采用。2、分類及用途變壓器雙分裂變壓器是將其中一個繞組（通常是低壓繞組）分裂成電路上不相連而在磁路上只有松散耦合的兩個繞組的變壓器。特點：在變壓器中，低壓線圈分裂成額定容量相等的兩部分或者幾部分，線圈之間沒有電的聯(lián)系，而僅有較弱的磁聯(lián)系。分裂繞阻的每個支路可以單獨運行，也可以在額定電壓相同時并聯(lián)運行。3、雙分裂變壓器的定義和特點變壓器1、光伏箱變的定義：是一種將高壓開關(guān)設(shè)備、配電變壓器和低壓配電裝置，按一定接線方式有機地組合在一起，安裝在一個防潮、防銹、防塵、防鼠、防火、防盜、保溫、隔熱、全封閉、可移動的雙層箱體內(nèi)的箱式電力設(shè)備。一般大型地面并網(wǎng)光伏電站每兆瓦配置一臺箱式升壓變壓器，將逆變器逆變后輸出的低壓交流電升壓至10KV或35KV后進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸送，這是光伏電站電能輸送的一個重要環(huán)節(jié)。二、光伏電站中箱式變電站的定義、分類和特點箱變2、光伏箱變的分類：組合式變電站（簡稱美式箱變）和預(yù)裝式變電站（簡稱歐式箱變）。二、光伏電站中箱式變電站的定義、分類和特點箱變美式箱變是指將變壓器及高壓部分采用油箱絕緣組成、低壓部分采用箱體組合形式組合而成的成套設(shè)備。美式箱變美式箱變優(yōu)缺點箱變優(yōu)點：體積小占地面積小、便于安放、便于偽裝，容易與小區(qū)的環(huán)境相協(xié)調(diào)。可以縮短低壓電纜的長度，降低線路損耗，還可以降低供電配套的造價。缺點：供電可靠性低；無電動機構(gòu)，無法增設(shè)配電自動化裝置；無電容器裝置，對降低線損不利；由于不同容量箱變的土建基礎(chǔ)不同，使箱變的增容不便；當(dāng)箱變過載后或用戶增容時，土建要重建，會有一個較長的停電時間，增加工程的難度。歐式箱變是將高壓電器設(shè)備、變壓器、低壓電器設(shè)備等組合成緊湊型成套配電裝置。歐式箱變箱變優(yōu)點：輻射較美式變電站要低，因為歐式箱變的變壓器是放在金屬的箱體內(nèi)起到屏蔽的作用。歐式箱變?nèi)秉c：體積較大，不利于安裝，對小區(qū)的環(huán)境布置有一定的影響。光伏電站的箱變主要由電氣量保護(hù)、非電氣量保護(hù)、箱變測控裝置（報警信號、開關(guān)量信號和模擬信號）和電力UPS（為光伏箱變內(nèi)保護(hù)、測控裝置等現(xiàn)場設(shè)備的供電模塊）等組成。3、光伏箱變的配置與特點箱變變壓器光伏箱變的特點①結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、安裝方便、靈活。②全絕緣、全密封結(jié)構(gòu)、安全可靠、免維護(hù)，可靠保護(hù)人身安全。③高壓側(cè)采用雙熔斷器保護(hù)，其中插入式熔斷器熔絲為雙敏熔絲（溫度、電流）、后備熔斷器為限流熔斷器，降低了運行成本。④高壓進(jìn)線采用電纜接插件結(jié)構(gòu)，全絕緣、安全可靠、操作方便。⑤既可用于環(huán)網(wǎng)，又可用于終端，轉(zhuǎn)換十分方便，提高了供電的可靠性。⑥變壓器為三相三柱或三相五柱等結(jié)構(gòu)，鐵芯采用階梯接縫工藝或卷鐵芯工藝，噪聲低、損耗低、抗短路和過載能力強。⑦采用真空干燥和真空注油的特殊工藝。⑧箱體可根據(jù)運行環(huán)境的要求采用防腐設(shè)計和特殊噴漆處理，具有“三防”功能，即防凝露、防鹽霧、防霉菌的功能，并能滿足高溫、高濕環(huán)境下的防腐要求。主升壓變壓器主升壓變壓器目前用于光伏發(fā)電行業(yè)的主升壓變壓器電壓等級都是35kV及以上，采用雙繞組形式居多，形式多采用油浸式變壓器，變壓器的容量再10000kVA以上，均采用有載調(diào)壓的形式，冷卻方式采用自然冷卻和強迫風(fēng)冷。變壓器的組成：由鐵芯、繞組、油箱、絕緣套管、冷卻器、壓力釋放器、瓦斯繼電器、有載調(diào)壓裝置等部件組成。主升變壓器外觀圖項目二光伏電站的主要設(shè)備認(rèn)知2.1光伏組件2.2直交流光伏匯流箱2.3交直流配電柜2.4逆變器2.5升壓變壓器2.6開關(guān)柜開關(guān)柜是以斷路器為主的電氣設(shè)備，是生產(chǎn)廠家根據(jù)電氣一次主接線圖的要求，將有關(guān)的高低壓電器