光伏系统的设计

太阳能光伏系统的设计李雷目录01020304光伏系统的工程实例列举了实际工程中的计算发电量的计算发电量计算步骤、实例以及阴影对发电量的影响常用光伏系统的设计分布式斜面屋顶光伏系统的设计以及地面或平顶房屋光伏系统的设计太阳光和日照太阳方位角、赤纬与太阳辐射01太阳光和日照SUNANDSUNSHINEPARTONE1.1太阳的基本物理常识O𝜃ℎ铅直北南西东太阳方位角太阳方位角即太阳所在的方位，指太阳光线在地平面上的投影与当地经线的夹角，可近似地看作是竖立在地面上的直线在阳光下的阴影与正南方的夹角。。太阳赤纬太阳赤纬，是地球赤道平面与太阳和地球中心的连线之间的夹角。时角太阳时角是指日面中心的时角，即从观测点天球子午圈沿天赤道量至太阳所在时圈的角距离。太阳辐射总量太阳辐射总量是指在特定时间内水平面上太阳辐射的累计值，常用的统计值有日总量，月总量，年总量。1.2我国年平均总辐射量示意图资源一般带全年辐射量在4200MJ/m2以下。资源最丰富带全年辐射量在6700~8370MJ/m2。相当于230kg标准煤燃烧所发出的热量。资源很丰富带全年辐射量在5400～6700MJ/m2，相当于180～230kg标准煤燃烧所发出的热量。资源较丰富带全年辐射量在4200～5400MJ/m2。相当于140～180kg标准煤燃烧所发出的热量。ⅠⅡⅢⅣⅠⅢⅣⅡ02发电量的计算CALCULATIONOFPOWERGENERATIONPARTTWO2.1发电量计算的方式国标光伏发电站年平均发电量EpEp=HA×PAZ×KHA——为水平面太阳能年总辐照量（kW·h/m2）Ep——为上网发电量（kW·h）PAZ——系统安装容量（kW）K——为综合效率系数标准日照小时数——安装容量计算方法Ep=H×P×K1P——为系统安装容量（kW）；H——为当地标准日照小时数（h）；K1——为系统综合效率（取值75%~85%）。组件面积——辐射量计算方法Ep=HA×S×K1×K2HA——为倾斜面太阳能总辐照量（kW·h/m2）S——为组件面积总和（m2）K1——组件转换效率K2——为系统综合效率经验系数法Ep=P×K1P——为系统安装容量（kW）；K1——为经验系数（取值根据当地日照情况，一般取值0.9~1.8）。标准法组件面积法标准日小时法经验系数法计算过程1000×5199×0.28①×0.81.64×0.992×4000×5199×0.28×0.154×0.85199×0.28×1000×0.81000000×1.15计算结果1164576度1167089度1164576度1150000度备注组件效率=组件标称功率/组件面积×1000W/m2×100%注①：单位转换经验系数以山东省某地的1MWp屋顶项目为例。项目使用250W组件4000块，组件尺寸1640*992mm，采用10KV电压等级并网。当地水平太阳辐射量为5199MJ·m-2，系统效率按80%计算。那么四种计算方法最终结果如下表：通过上述计算可以发现，标准法和标准日照小时法的得数是相同的，因为标准日照小时数的概念是这样定义的：辐照总量折算成在1000W/㎡的辐照下折算出的小时数，在数值上等于单位转换后的辐照量值。一般情况下，现场估算都是采用经验系数法，组织书面材料时，采用其他三种方法都可以。2.2发电量计算实例03常用光伏系统的设计DESIGNOFCOMMONLYUSEDPHOTOVOLTAICSYSTEMPARTTHREE3.1从设计到施工的流程现场调查现场调查主要涉及与用户协商，建筑物调查，电气设备的调查以及作业环境的调查；包括发电输出功率，安装场地，预算，时间，设计，买电合同内容，障碍物等内容。签订合同以及办理各种手续协商充分的基础上与用户签订承包合同等一系列手续。设计主要包括太阳能电池阵列的安装设计，太阳能电池组件的计算，发电量的计算，设备的选择等方面。完成最后将完成的PV系统验收并交给用户使用。施工施工时需按照施工图进行施工，但在新建房屋的场合，需结合住宅建设的进程调整PV系统的安装进程。0102独立光伏发电系统并网光伏发电系统独立式光伏发电系统是通过控制器直接将太阳能电池转换的电能储存在蓄电池中供负载使用。并网型太阳能光伏发电将转化的电能经逆变器、汇流箱进入并网柜最后并入电网。3.2太阳能发电系统的种类3.3屋顶的形状与阵列角度关于屋顶的倾斜度，房屋屋顶的倾斜角一般都在15°~45°之间，在太阳能电池阵列的最佳倾角±15°的范围内，得到的年间累计日照量比最佳值低大约10%。关于屋顶的方位（太阳能电池组件的安装方位），正南方向是最理想的，但实际上偏东西的情况也很多。与正南方向相比，日照量因太阳能电池的安装角度不同而存在差异，在东南和西南的场合，发电量约降低5%，正东、正西场合，约降低16%。并且倾斜角越小，与正南方向日照量的差别越小。斜面屋顶平顶斜面屋顶一般分为悬山顶、庑殿顶、歇山顶、半山墙顶、单坡顶、耳房顶等多种类型，综合考虑这些因素，可以说安装太阳能电池阵列最好能与屋顶保持平行。平顶屋顶安装太阳能电池阵列在考虑场地、承重的多方面因素的影响后与地面基本相同，采用支架设计最佳倾角。3.3屋顶的形状与阵列角度施工范围CONSTRUCTIONSCOPE设计屋顶分布式光伏系统首先要明确设计的场地范围，通常施工范围如左图所示，无论是斜面式屋顶还是平顶屋顶上下和两边都要留出L/10的距离。3.4屋顶施工范围设计3.5组件间距设计有阴影产生的组件无阴影产生的组件当太阳能电池阵列被建筑物、树木或者前一排组件等阴影遮挡时，发电量将会降低。当阴影浓度均匀地挡在太阳能电池阵列整个表面时，发电量与阴影的浓度成正比，但在阴影只遮挡太阳能电池阵列一部分的场合，发电量与阴影大小（面积）并不是简单的比例关系。图1图2图3如上所述，由于组件上的阴影会对组件串的发电量产生影响，因此，最好不要在多个组件串上产生阴影。如图3所示，只在一个组件串上产生影响，剩下的两串组件仍能正常发电。图1和图3相比，由于各组件串的电压相同，在某些场合是可以的，但不值得推荐。图2中多个组件串上都有阴影，这时各组件串的电力平衡是最差的（各组件串电压不一致），逆变器不能实现最佳工作状态，会导致发电量的降低，应尽量避免这种情况。3.5组件间距设计𝒅=𝑯𝟎.𝟕𝟎𝟕𝒕𝒂𝒏𝝋+𝟎.𝟒𝟑𝟑𝟖𝟎.𝟕𝟎𝟕−𝟎.𝟒𝟑𝟑𝟖𝒕𝒂𝒏𝝋对于遮挡物阴影的长度，一般确定的原则：冬至日当天上午9点至下午3点之间后排的方阵不应被遮挡，组件间距公式如上，即𝑑=𝐻𝑠，𝑠为阴影系数，𝜑为当地纬度。𝑫=𝑳𝒄𝒐𝒔𝜷+𝑳𝒔𝒔𝒊𝒏𝜷由前两式推导可得上面的式子，因此只要知道当地的纬度，且方阵高度和倾角确定，即可算出两排方阵之间的最小间距。𝑫=𝑳𝒄𝒐𝒔𝜷+𝒅前一排组件最前端与后一排组件最前端的间距计算公式如上，其中𝑳为前一排组件斜面长度，𝛽为组件倾角。0102033.6太阳能电池阵列的构成逆变器的直流输入电压太阳能电池组件的最大输出工作电压太阳能电池组件串联个数Sn系统输出电力（𝑊）组件最大输出功率（𝑊）×1个组件串的串联数太阳能电池组件并联个数Pn整个阵列串联Sn个组件，并联Pn个组件，总计需要Sn×Pn个组件。阵列的构成串联并联构成3.7阵列构成计算实例组件并联个数Pn组件串联个数Sn组件参数及设计功率系统功率：30kW太阳能电池组件（25℃，1000W/m2，AM1.5）：最大输出功率：140W。最大输出工作电压：20V。最大输出工作电流：7A。开路电压：24V。外形尺寸：1150mm×1000mm×35mm。Sn=逆变器的直流输入电压太阳能电池组件的最大输出工作电压=300V20V=15串联15个组件，即一个组件串有15个组件。Sn=系统输出电力（𝑊）组件最大输出功率（𝑊）×1个组件串的串联数=30000𝑊140𝑊×15≈14.28即并联15枚组件串。使用225个额定功率140W的太阳能电池组件，因此得到的功率为31.5kW。04光伏系统的工程实例EXAMPLEOFPHOTOVOLTAICSYSTEMPARTFOUR对于光伏发电系统的设计，其首要原则就是根据安装地点的具体情况选择合适的组件安装方式，然后根据现场可安装面积进行发电系统容量估算，然后结合客户用电情况及意向确定最终的光伏发电系统安装容量。下面我们将以河南森源集团有限公司22KW分布式光伏发电工程为例，详细阐述光伏设计工程中的一些实际问题。从图中我们可以看出该安装地点东西长30米，南北宽18米，面积540平方米，由于屋顶平面西侧为电梯机房，高度约5米，考虑电梯机房在安装地点的投影面积，在该机房东侧11米内不考虑安装光伏组件。该分布式光伏发电工程选用光伏组件的功率为250W，尺寸为1640mm*992mm，光伏方阵长度为17.8米，宽度为2.6米，光伏组件的安装方式如左图所示。此工程安装地点为郑州市，位于河南省中部偏北，东经112°42'-114°14'，北纬34°16’~34°58'之间，计算时取𝜑为34°。光伏组件的安装高度差H为1.55米。由上公式可知光伏组件阵列间最小距离d1为：d1=1.55×2.2=3.41米由于最南侧组件方阵有女儿墙阻挡，为避免女儿墙阴影对光伏方阵的影响，女儿墙与光伏组件的最小距离d2为：d2=(0.9-0.284)×2.2=1.36米河南森源22KW分布式工程实际安装情况如图所示，图中光伏方阵与方阵之间的间隔为3.78米＞d1,女儿墙与方阵之间的间隔为2.11米＞d2,因此可得，该分布式工程方阵排布合理，符合光伏方阵发电需求。该分布式发电工程可利用面积540平方米，实际安装面积17.8×18=320.4平方米，安装容量为22KW，计算得每平方米可安装容量为P=22000／320.4=69W。光伏组件阵列行间距计算：为防止南边的方阵对北边的形成遮阴，计算的原则是：冬至日上午9点到下午3点期间，南部的光伏阵列对北部的阵列不形成遮挡。𝒅=𝑯𝟎.𝟕𝟎𝟕𝒕𝒂𝒏𝝋+𝟎.𝟒𝟑𝟑𝟖𝟎.𝟕𝟎𝟕−𝟎.𝟒𝟑𝟑𝟖𝒕𝒂𝒏𝝋考虑安装地点屋顶承重能力，将多个光伏阵列并行分布在安装楼面，需确定光伏组件阵列间距离以避免南部的方阵对北部方阵形成遮阴。上节所述分布式工程安装于企业楼顶，可利用面积较大，可将多个光伏方阵并列布置。而对于居民用户，其屋顶平面安装面积不大，如果将多个光伏方阵并列布置可能造成其安装空间的浪费。在此，对比不同安装方式的情况下光伏组件的安装容量，并以单位面积安装容量来评估该安装方式的适用性。方式一:组件规格：250W尺寸：1640×992mm方阵形式：两个组件竖向排列形成一个光伏方阵排列方式：共计两排光伏方阵女儿墙高度1米，光伏组件距地面0.208米。根据上一节方阵间隔计算方式，满足其正常发电要求的效果图如上图所示。根据上图中所示安装方式，安装4块光伏组件所占用的面积为：11.6×0.992=11.5平方米组件最高处离安装地面距离为1.9米安装容量为：250*4=1000W单位面积安装容量P1=1000/11.5=87W。方式二:组件规格：250W尺寸：1640×992mm方阵形式：四个组件横向排列形成一个光伏方阵排列方式：共计一排光伏方阵女儿墙高度1米，光伏组件距地面0.284米。根据上一节方阵间隔计算方式，满足其正常发电要求的效果图如右图所示。根据图5中所示安装方式，安装4块光伏组件所占用的面积为：5.58×1.64=9.15平方米组件最高处离安装地面距离为2.34米安装容量为：250×4=1000W单位面积安装容量P2=1000/9.15=109W。方式一方式二方式比较比较可知，P2P1,如果仅仅以单位面积安装容量来评价两种组件安装方式的话，方式二更适用于居民用户，能够尽量避免居民用户水平安装空间有限的缺点，利用其垂直空间进行组件布置，充分利用居民用户的空间优势。THANKS