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太阳能光伏发电部件原理及系统设计培训班——并网发电系统选型、设计、成本分析报告人：钟建安1目录1.并网系统选型3.并网光伏电站项目的成本分析2.并网光伏电站的设计24.并网光伏电站设计案例1.并网系统选型1.1并网系统的原理3光伏系统按接入公共电网的方式可分为并网光伏系统和独立光伏系统。并网光伏系统是指将光伏阵列输出的直流电转化为与电网电压同幅值、同频、同相的交流电，并实现与电网连接的系统。并网光伏系统又可以分为集中式并网光伏系统和分布式并网光伏系统。图1-1并网系统和独立系统1.并网系统选型DCDCDCACACACLacRacCac+-VacLsRsvsis1:NiacIpvIpVpvDCpv+-图1-3并网光伏电站等值简化电路大型并网光伏电站主要由光伏阵列、直流防雷配电柜、逆变器、交流防雷配电柜、变压器和监控系统等组成。光伏阵列DCDCDCACACAC直流防雷配电柜逆变器交流防雷配电柜变压器中压或高压电网监控系统图1-2并网光伏电站系统框图4根据发电量与用电量关系和当地电力供应可靠性的特点，并网光伏系统可分为以下几种形式：发电量大于用电量，且当地电力供应不可靠，则有逆流和储能装置的并网光伏系统；发电量大于用电量，且当地电力供应比较可靠，则有逆流无储能装置的并网光伏系统；发电量小于用电量，且当地电力供应不可靠，则无逆流有储能装置的并网光伏系统；发电量小于用电量，且当地电力供应比较可靠，则无逆流无储能装置的并网光伏系统。1.并网系统选型51.并网系统选型1.2光伏并网电站规模等级划分根据国际能源机构（IEA）的分类：小规模（100kW以下）中规模（100kW-1MW）大规模（1MW-10MW）超大规模（10MW以上）根据装机容量确定光伏电站的等级根据电压等级确定光伏电站的等级根据国家电网发展（2009）747号文件分类：小型光伏电站——接入电压等级为0.4kV低压电网的光伏电站中型光伏电站——接入电压等级为10-35kV电网的光伏电站大型光伏电站——接入电压等级为66kV及以上电网的光伏电站61.并网系统选型1.3光伏并网发电方式图1-4集中式并网发电原理框图（1）集中式并网发电适合于安装朝向相同且规格相同的光伏阵列，在电气设计时，采用单台逆变器集中并网发电方案实现联网功能。7图1-5分布式并网发电原理框图1.并网系统选型（2）分布式并网发电适合于安装不同朝向或不同规格的光伏阵列，在电气设计时，可将同一朝向且规格相同的光伏阵列通过单台逆变器并网发电，多台逆变器分布式并网发电方案实现联网功能。81.4主要设备配置和选型1.4.1光伏组件选型1.并网系统选型光伏组件类型光伏组件通常分为晶体硅组件和非晶硅组件（薄膜组件）。晶体硅组件又可以分为单晶硅组件和多晶硅组件。光伏组件的技术性能相比，晶体硅光伏组件技术成熟，且产品性能稳定，使用寿命长，故障率极低，运行维护最为简单。商业用化使用的光伏组件中，单晶硅组件转换效率最高，多晶硅其次，但两者相差不大，最后是薄膜组件。9单晶硅组件多晶硅组件薄膜组件薄膜组件具有与建筑结合良好的适应性、更强的弱光响应，更优异的高温性能、更低的成本以及对更强的抗遮挡能力。1.并网系统选型101.并网系统选型与建筑相合的BIPV组件，主要有以下几类型：1)双玻璃光伏组件：由两片玻璃，中间复合太阳能电池片组成复合层，电池片之间由导线串、并联汇集引线的整体构件，具有良好的透光特性，能满足建筑对采光的要求；2)瓦形太阳电池组件：可以代替屋顶上的瓦的太阳电池组件，直接在未铺设瓦的屋顶上；3)PV-LED一体化组件：采用双层玻璃，一面为太阳照射面，另一面为发光二极管发光面。白天电池把太阳光能转化成电能储存起来，夜晚储存的电能给LED照明提供能量；4)光伏遮阳组件：是将太阳能光伏技术与传统的遮阳装置结合在一起的新型光伏建筑构件。111.并网系统选型图1-6晶硅电池在不同辐照下开路电压和短路电流关系温度相同时，随着日照强度的增加，光伏组件开路电压几乎不变，短路电流有所增加。光伏组件电气特性121.并网系统选型图1-7晶硅组件在不同辐照和温度下的功率特性曲线温度相同时，随着日照强度的增加，光伏组件开路电压几乎不变，短路电流有所增加，最大输出功率增加；13日照强度相同时，随着温度的升高，光伏组件的开路电压下降，短路电流有所增加最大输出功率减小；无论在任何温度和日照强度下，光伏组件总有一个最大功率点，温度（或日照强度）不同，最大功率点位置也不同。1.并网系统选型图1-8S-280D在不同辐照度条件下和不同温度条件下I-V和P-V特性曲线14光伏组件主要技术指标效能参数：组件效率:额定功率输出功率误差：一般±3%填充系数：串联电阻越小同时并联电阻的耗损电流越小，填充系数就越大。弱光等级下的效率衰减（每平方米200W的日光辐射）衰减率：一般5年不超过5%，10年不超过10%，25年不超过20%温度系数：（开路电压、短路电流、最大功率）从性能偏差、弱光特性和温度特性进行评价。1.并网系统选型151.并网系统选型1)光伏组件选型应满足使用场合的要求（如建筑物的类型和使用要求），选用大功率、高效率的晶体硅组件，从性价比考虑，宜优先单晶硅，并且单晶硅组件效率不低于15%，多晶硅组件效率不低于14%。2)光伏建筑一体化组件选型时需满足以下要求：美观性主要是光学要求、颜色、形状质感和透光率；结构性主要是承压、防雨、隔音、隔热等；安全性主要是电性能安全、结构可靠；功能性主要是温度通风要求、防热斑、方便安装等。光伏组件选型考虑因素161.并网系统选型3)光伏组件的电性能与逆变设备的匹配：光伏组件性能参数具有离散的特性，主要表现在：a.光伏组件自身电性能参数的差异。即使同一公司不同标称功率的组件都会具有不同的衰减率。另外，在25年的使用寿命内光伏组件会有不超过20%的衰减，由于组件衰减不可能同步，组件的最大输出功率差异也比较大；b.光伏组件实际接受到的太阳辐射量差异。在相同环境里，由于障碍物造成的阴影、灰尘分布的不均匀等，使光伏组件实际发电量有差异。光伏组件性能参数的离散性或者辐照强度条件的差异均会造成光伏组串在并联情况下的能量损失，并且差异会随着工作时间加长而越来越大。17温度对组件电性能影响分析：当电池的工作温度升高时，晶体硅和非晶硅电池组件都会出现T温度工作时（AM1.5，1000瓦/平方米）的最大输出功率下降的情况，但下降幅度是不同的。其计算公式是：Pmeffec=PmX[1+a(T-25℃)]其中Pmeffec——为组件在T温度工作时（AM1.5，1000瓦/平方米）的最大输出功率；Pm——为组件在25℃，标准测试条件下（AM1.5，1000瓦/平方米）的最大输出功率；a——为组件的功率温度系数（非晶硅太阳电池最佳输出功率Pm的温度系数约为-0.19%，单晶硅、多晶硅电池最佳输出功率Pm的温度系数约为-0.5%）1.并网系统选型181.4.2光伏并网逆变器选型1.并网系统选型并网逆变器类型并网逆变器主要功能是实现直流与交流的逆变。按是否带变压器可分为无变压器型和有变压器型。对于无变压器型逆变器，最大效率98.5%和欧洲效率98.3%；对于有变压器型逆变器，最大效率97.1%和欧洲效率96.0%。19按组件接入情况划分组串式、多组串式、组件式和集中式。1.并网系统选型图1-9光伏并网逆变器分类集中式组串式组件式20不同接入方式并网逆变器特性对比1.并网系统选型211.并网系统选型依据功率不同和是否带变压器，型号各异。组串型光伏并网逆变器型号常有1.5KW、2.5KW、3KW、10KW、20KW、30KW、50KW；电站型光伏并网逆变器常有：100KW、250KW、500KW、800KW、1000KW、1250KW。型号中若带K，则表示带变压器，若带TL，则表示无变压器。三相工频隔离并网逆变器优点：结构简单、具有电气隔离、抗冲击性能好、安全可靠；缺点：效率相对较低、较重；其电气原理图如下图所示。例如对应于合肥阳光产品有：SG50K3、SG100K3、SG250K3，其额定电网电压为380VAC。图1-10三相工频隔离并网逆变器电气原理图22三相直接逆变不隔离光伏并网逆变器优点：效率高、体积小、结构简单；缺点：无电气隔离，光伏组件两端有电网电压。其电气原理图如下图所示。例如对应于合肥阳光产品有：SG500KTL，其额定电网电压为270VAC。1.并网系统选型图1-11三相直接逆变不隔离光伏并网逆变器电气原理图231.并网系统选型并网逆变器主要技术参数直流输入：最大直流电压最大功率电压跟踪范围最大直流功率系统：最大效率欧洲效率MPPT效率耗电（夜间/待机）通讯接口交流输出：额定输出功率额定电网电压额定电网频率功率因数总电流波形畸变率241.并网系统选型并网光伏系统逆变器的总额定容量应根据光伏系统装机容量确定，并考虑系统应用场合。并网逆变器的数量应根据光伏系统装机容量及单台并网逆变器额定容量确定。并网逆变器选择应符合以下几点：并网逆变器应具备自动运行和停止功能、最大功率跟踪控制功能和防止孤岛效应功能；应具有并网保护功能（过/欠压，过/欠频，电网短路保护，孤岛效应保护，逆变器过载保护，逆变器过热保护，直流极性反接保护，逆变器对地漏电保护），与电力系统具备相同的电压、相数、相位、频率及接线方式；应满足高效、节能、环保的要求。逆变器需要根据功率、直流输入电压范围、开路电压、最大效率及欧洲效率、是否带隔离变压器、单位投资成本以及供应商售后服务等进行选型。并网逆变器选型考虑因素251.并网系统选型1.4.3直流汇流设备——汇流箱和直流配电柜选型为了减少直流侧电缆的接线数量，提供系统的发电效率，方便维护，提高可靠性，对于大型光伏并网发电系统，一般需要在光伏组件与逆变器之间增加直流汇流装置（汇流箱和直流配电柜），汇流箱进行一次汇流，直流配电柜进行二次汇流。同规格、一定数量的光伏组件串联成光伏阵列组串，接入光伏阵列汇流箱进行汇流，光伏阵列配置光伏专用防雷器和直流断路器，具有防雷和分断功能，以方便后级逆变器的接入，保护了系统安全，大大缩短系统安装时间。光伏防雷汇流箱根据最大光伏阵列并联输入路数，具有不同的型号常用的有6、8和16等。261.并网系统选型直流防雷配电柜主要是将汇流箱输出的直流电缆接入后进行汇流，再接至并网逆变器。根据工程需要和对应逆变器，配置不同的直流配电单元。该配电柜含有直流输入断路器、防反二极管、光伏专用防雷器等，操作简单和维护方便。1.4.4交流配电柜选型交流防雷配电柜主要是通过配电给逆变器提供并网接口，每个交流配电柜单元输入与输出回路配置交流断路器，并配置交流防雷器以作电涌保护。配电柜根据需要配置电压表、电流表及电能计量装置等。271.并网系统选型1.4.5防逆流控制器选型对于不可逆并网系统，为了防止光伏并网系统逆向发电，系统需要配置一套防逆流装置，通过实时监测配电变压器低压出口侧的电压、电流信号来调节光伏系统的发电功率（限功率、切断），从而达到光伏并网系统的防逆流功能。根据电网接入点与逆变室位置，决定防逆流装置网侧电流、电压采样和控制部分是否需要分离。即方式一防逆流控制柜和防逆流控制箱或方式二防逆流控制器。图1-12防逆流控制原理281.并网系统选型1.4.6升压变压器选型升压变压器在选型时，首先就清楚项目地的环境条件如海拔高度、环境温度、日温差、年平均温度、相对湿度、地震裂度等；以及电力系统条件如系统额定电压、额定频率、最高工作电压、中性点接地方式等。接着进行变压器的型式选择，常用的有油浸式变压器、干式变压器以及组合式变压器。根据铁芯材料不同，又可以分为普通硅钢片和非晶合金，非晶合金由于损耗低、发热少、温升低，与硅钢片相比运行性能更稳定。光伏电站的主变压器选型时，需要考虑以下几方面：⑴光伏电站区域单元容量：在确定主变压器的额定容量时，需要留有10%的裕度；291.并网系统选型⑵负载损耗和空载损耗：考虑光伏发电的特殊性即白天发电，不论发电装置是否输出功率，只要变