分布式光伏光伏发电系统初步设计

6、其他需要注意的问题及结语
所要注意的有遮挡设计、火灾危险控制和意外天气损害等问题。 最后，总结出分布式光伏并网系统设计流程为先确定发电量的评估，其 中包括气候的评估、倾斜面对太阳辐射的确定、所购光伏系统的效率、系统 安装功率的计算和发电量计算；再配置系统组件，最后搭配系统。
分布式光伏发电系统初步设计
新能源科学与工程
能科121 1208020195
游娅
目录
1、分布式光伏发电系统的研究目的意义、发展现状和未来发展趋 势
2、总体技术方案 3、发电量预测 4、系统组件选型 5、系统设计 6、其他需要注意的问题及结语
1、分布式光伏发电系统的研究目的意义、发展现 状和未来发展趋势
• 当今全球化石能源短缺和面临枯竭，光伏发电将解决能源短缺，更替等问 题提供可行性方法和途径；光伏并网发电技术是当今世界新能源的发展趋 势，我国出现大范围的雾霾天气，对环境以及人体造成诸多损害，而大力 发展绿色、无污染的可再生能源是人类可持续发展的必由之路,太阳能光 伏发电是一种新型的可再生能源发电方式，光伏发电指采用光伏组件，将 太阳能直接转换为电能的系统。目前光伏发电主要分为两种：一种是集中 式光伏电站（地面电站） ，另一种是分布式光伏电站。分布式发电通常 是指利用分散式资源，装机规模较小的、布置在用户附近的发电系统。其 中集中式光伏电站的建设，在节能降耗的同时，也暴露出以下缺点：
2、总体技术方案
城市中土地资源紧张、各种建筑物林立，适宜采用分布式发电，通常为 屋顶光伏发电系统。除示范工程或特大工程外，系统发电功率不会很大，通 常设计简单的并网系统就能满足需求。光伏组件阵列通过汇流箱汇流后接入 逆变器，从逆变器输出的电能通过并网装置接入低压电网。 其光伏系统组成图如下
太阳能电池板 控制器 蓄电器 逆变器 用电器 并网柜 电网
晶体硅 太阳电池类型 电池最高效率% 单晶、多晶 24 非晶硅 13 薄膜 碲化镉 16 铜铟镓硒 19.5
电池组件效率%
柔性电池组件 稳定性 功率温度系数 柔光响应性 环境友好性
13~18
无 很好 -0.37~0.52 较差 好
6~8
有 衰减较大，特别 是在早期
7~10
没有 接触衰减 -0.36~-0.18 较好 有污染
sinβ =cos ×sint／cosα L=D／cosβ =H／tanα (8)
(7)
其中，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： 为赤纬角， 为当地纬度;t为时角，正午为0°，上午为负值，下午为正值，每一小时为15°。 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。
Uimax≥Usoc[1+α ％(T一25)]
(3)
其中，Uimax为逆变器的最大直流输入电压；Usoc为光伏板在环境温度为 25℃时的开路电压；α %为光伏板电压温度系数，多晶硅可参考一0．32％／ ℃：T为项目所在地最低气温，摄氏温度。 Ui≥Ump (4) 其中，：Ui为逆变器输入MPPT跟踪直流电压(V)；Ump为光伏组件工作直流 电压(V)。 电流匹配由式(5)决定。 Iimax > Isc[1-β %(T-25)] (5) 其中：Iimax为逆变器的最大输入电流;Isc为光伏阵列的最大短路电流；β ％为电流温度系数，多晶硅可参考0.04％；r为项目所在地最高气温，摄氏温 度。
配电柜
3、发电量预测
（1）常年的气候条件（查资料） （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。用各向同性模型来确定倾 斜面正朝赤道的情况，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，再由各向异性模型来计算倾斜面斜朝向的情况。其示意图如 α角 太阳高度角 下： 太阳辐射
a 90 -
式中： 为项目所在地的纬度， 为太阳的赤纬角，可由库伯公式来 计算，即6=23．45×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。如：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n=85％×95％×95％=77％。 （4）系统安装功率P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P。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。
1）需要依赖长距离输电线路送电入网，同时自身也是电网的一个较大的 干扰源，输电线路的损耗、电压跌落、无功补偿等问题将会突显； 2）大容量的光伏电站由多台变换装置组合实现，这些设备的协同工作需 要进行同一管理，目前这方面技术尚不成熟； 3）为保证电网安全，大容量的集中式光伏接入需要有LVRT等新的功能， 这一技术往往与孤岛存在冲突。
8~11
有 暂未发现 -0.6~-0.33 较好 好
-0.1~-0.3 好 好
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光伏电池板的额定电压。 并联数Np=P／(P1Ns)，P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 0.85～1.2倍。 Uimax≥Usoc[1+α ％(T一25)]
所以我们现下研究设计分布式光伏发电系统为主。并且当前国内许多边远贫困地区电 力网无法普及或成本太高，小型分布式光伏发电将很好解决用户用电难、没电用的问 题；分布式光伏发电以其资源丰富、清洁无污染等优势得到了国家能源政策的扶持和 社会的广泛关注，在此基础上极大方便研究，便于取材，和得到相应政策扶持，降低 了研究困难。建筑物能为光伏系统提供足够的面积，不需另占土地；分布式光伏发电 还是一种新型的、具有广阔发展前景的发电和能源综合利用方式，它倡导就近发电、 就近并网、就近转换、就近使用的原则，不仅能有效提高同等规模光伏电站的发电量， 同时还有效解决了电力在升压及长途运输中的损耗问题，分布式发电系统就近向负荷 供电，从而减少了电能传输过程中的损失，还可以有效降低 CO2排放量，减少环境污 染，为社会提供更加清洁高效的能源，实现低碳经济。光伏阵列可代替常规建筑材料， 能省去光伏系统的支撑结构，节省材料费用，安装与建筑施工结合，节省安装成本， 此能为光伏发电提供广泛发展前景和用地； 在这众多的优势下，分布式光伏发电系统还能配合现今国内化石能源供电系统，完善 化石能源供电系统的不足和补充加强电网供电的普及；分布式光伏发电系统设计适合 应用于边远山区和特殊情况下小型用电器应用和一般性照明；并且此设计可加深自己 对光伏发电系统的安装调试能力。
5、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，如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 ×sin (6) (6)～(8)所示：sinα =cos ×cost×cost+sin
（5)发电量计算 由上述材料得：
W Ht P n
(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。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。
4、系统组件选型
• 1)光伏组件选择从表1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。 表1 光伏组件参数
基于以上问题，人们把目光渐渐的投向分布式光伏发电系统分布式光伏发电系 统特点具有：
1）分布式发电系统中各电站相互独立，用户由于可以自行控制，不会发生大规模停电事
故，所以安全可靠性比较高； 2）分布式发电可以弥补大电网安全稳定性的不足，在意外灾害发生时继续供电，已成为 集中供电方式不可缺少的重要补充； 3）可对区域电力的质量和性能进行实时监控，非常适合向农村、牧区、山区，发展中的 中、小城市或商业区的居民供电，可大大减小环保压力； 4）分布式发电的输配电损耗很低，甚至没有，无需建配电站，可降低或避免附加的输配 电成本，同时土建和安装成本低； 5）可以满足特殊场合的需求，如用于重要集会或庆典的(处于热备用状态的)移动分散式 发电车； 6）调峰性能好，操作简单，由于参与运行的系统少，启停快速，便于实现全自动； 7）充分利用建筑物表面，可以将光伏电池同时作为建筑材料，有效减少光伏电站的占地 面积。
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光伏电池板的额定电压。
并联数Np=P／(P1Ns)，P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 0.85～1.2倍。
量 水平面辐Hale Waihona Puke Baidu量H 光伏板垂直辐 射量Ht 光伏板安装平 面
光伏板安装面β角 水平面
a、近似计算
Η t=Η {sin(α +β )/sinα }+D (1) 式中：Η t为倾斜面上太阳辐射量，Η 为水平面上太阳辐射量；α 为中午 时分的太阳高度角；β 为方阵倾角；D为散射辐射量。中午时分的太阳高度角 有一个简单的推导出的公式： （2）