分布式光伏并网系统设计范文

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《智能建筑电气技术杂志》2014年第二期

1设计流程与要点分析

1.1发电量预测

1）气象资料北京项目所在地的经纬度为北纬398°，东经1163°。其气象数据资料可以通过中国气象科学数据共享服务网或者美国太空总署NASA气象数据库获得。本文气象数据来源于NASA气象数据库。北京地区各月平均太阳辐射数据，北京地区等效月平均无太阳或黑天数据，北京地区各月平均最高最低气温数据分别如表1～表3所示。2）倾斜面光伏阵列太阳辐射度的计算方法在选择某一日期光伏阵列的最佳倾角（日均太阳辐射度最大时的角度）时，需要根据资料中得到的水平面上的太阳辐射量，换算成相应倾角上的太阳辐射量。Klein提出各向同性模型，将倾斜面上的太阳辐射总量分成直接太阳辐射量、天空散射辐射量和地面反射辐射量计算。但各向同性模型只适用于倾斜面正朝向赤道的情况，而不能计算倾斜面斜朝向的情况。在此基础上，Hay提出了各向异性模型，被公认为简明实用。太阳光入射光板示意图如图2所示。因为计算过程较为复杂，在工程上通常使用经验公式（1）近似计算。式中：为项目所在地的纬度，δ为太阳的赤纬角，可由库伯公式来计算，即δ＝2345×sin（360／365×（284＋n）），n＝1～365，为一年中某日的日期序号。3）光伏系统的效率能量在光伏系统的每个环节都会产生损失。太阳能经光伏阵列转化为电能传输过程中的损失包括组件匹配损失、太阳辐射损失、偏离最大功率点损失以及直流线路损失等。光伏阵列效率约为85％。逆变器的转换效率可取为95％，交流并网效率可取为95％。因此，光伏系统的总效率约为η＝85％×95％×95％＝77％。4）系统安装功率Pp的估算一般来说，屋顶光伏系统安装功率最大的限制因素就是屋顶的面积。实际工程中，可以根据拟选用的主流的光伏电池板制造厂家的产品进行大体估算。例如，北京地区可以按照40～50W／m2进行估算。工程的实际安装功率还要根据业主的实际需求以及光伏电池板的排布形式来最终确定。需要指出的是，系统安装功率Pp是在标准测试条件（光照强度1000W／m2的太阳光照射在倾角为37°的斜面上）下得到的峰值功率，而不是实际的发电功率。5）发电量计算根据1）～4）得出发电量估算公式：6）关于光伏阵列的倾角光伏阵列倾角的控制有以下5种方式：水平安装、固定倾角安装、每月调节、单轴跟踪和双轴跟踪。有研究表明，北京地区固定倾角安装的光伏阵列全年发电量比水平安装增加18％，每月调节的光伏阵列全年发电量比固定倾角安装增加3％，单轴跟踪方式和双轴跟踪方式的全年发电量分别比固定倾角安装增加20％和30％。但考虑到非固定倾角光伏阵列的机械损耗以及维护费用等，其经济及环保效益并不突出。若要得到光伏阵列的每月最佳倾角，可以根据气象资料进行计算。一般来说，阵列倾角可取项目所在纬度值。倾角在±10％之内变化，太阳辐射量相差不大。

1.2系统组件选型

1）光伏组件选择从表4可以看出，晶体硅的转化效率较高。而多晶硅一般比单晶硅价格便宜。具体选择时应根据项目的实际情况进行合理选用。2）光伏组件串并联计算本着先计算光伏板串联数再计算并联数的原则，光伏组件串并联数计算方法为：串联数Ns＝Ui／Us，Ui为逆变器输入电压，Us为光伏电池板的额定电压。并联数Np＝Pp／（P1Ns），Pp为系统安装功率，P1为一个光伏电池板的额定功率。3）并网逆变器的匹配选型并网逆变器的选型要遵循三个匹配原则，即功率匹配、电压匹配和电流匹配。根据经验，光伏系统的最大输入功率应为光伏阵列总输出功率的085～12倍。电压匹配可根据式（3）和（4）确定。

1.3系统设计

1）光伏电池板的布置光伏电池板的布置主要是根据现有的排布面积（如屋顶面积）解决光伏电池板前后布置的间距问题。固定倾角安装方式下，假定太阳能光伏板面向正南方。工程上约定：光伏电池板的前后间距设置应能保证冬至日9：00～15：00前排阴影不落在后排的光伏电池板上。冬至日上午9：00太阳高度角、方位角、当地纬度及时刻的关系如式（6）～（8）所示：式中，α为当地冬至日上午9：00的太阳高度角；β为当地冬至日上午9：00的方位角，其值取为公式计算值；L为安装完毕后当地冬至日上午9：00光伏电池板最高点所在的垂直于水平面的直线的垂足与最高点的投影之间的长度；D为安装完毕后当地冬至日上午9：00前后排光伏电池板最高点所在的垂直于水平面的平面之间的长度，也即是所求；H为安装完毕后当地冬至日上午9：00光伏电池板最高点所在的垂直于水平面的垂线段的长度；δ为赤纬角，冬至日为－233°；φ为当地纬度，北京地区为398°；t为时角，正午为0°，上午为负值，下午为正值，每一小时为15°。以北京地区为例，当地纬度为398°，光伏电池板倾角取为398°，则计算可得：α＝142°，β＝－421°，D＝293H。2）系统防雷方案光伏系统内各设备应采取防直击雷和雷电波侵入的措施。将光伏组件安装支架和基础钢筋等均可靠地与接地网相连接。为防止感应雷、浪涌等情况造成过电压而损坏设备，其防雷措施主要采用装设SPD防雷保护器。太阳能光伏电池串列通过电缆接入直流防雷配电单元，配电柜内配置光伏专用防雷器。充分利用每个太阳能光伏电池组件支架的钢筋作为自然接地体，根据现场实际情况及土壤电阻率敷设不同的人工接地网，以满足接地电阻的要求，重点区域加强均匀布置以满足接触电势和跨步电压的要求。

2其他需要注意的问题

1）遮挡设计工程选址时应尽量选择无遮挡的区域设置光伏系统。当碍于实际条件无法避开时，应该尽量使阴影落在同一个串联组上而不是多个串联组。若阴影落在同一个串联组上，即使该组串全部被阴影覆盖，也只是损失一个系统。而若阴影落在多个串联组上，即使每个组串仅仅是被阴影覆盖很小一部分，也可能造成全军覆灭。发电量的降低与阴影面积不成正比。2）火灾危险控制光伏并网系统发生火灾时会在其断开的端口产生较大的电压差，而且由于光伏电池板光电能量转化的继续混乱进行，给火灾的扑灭带来了很大难度。设计选型时应注意选择符合国家标准的技术先进的产品，选址时应考虑系统通风散热问题，易燃易爆物品禁止堆放在系统附近。

3结束语

本文针对分布式并网光伏发电系统，结合实际项目总结了光伏系统设计流程，对设计过程中的注意要点进行了详细分析并提出了需要注意的问题，具有一定的参考意义。

作者：丁辉李慧平江国庆单位：中国航天建设集团有限公司中国航天科技集团有限公司航天材料及工艺研究所