并网发电系统选型、设计、成本分析

1、光伏发电系统培训 1 目录目录 1. 并网系统选型并网系统选型 3. 并网光伏电站项目的成本分析并网光伏电站项目的成本分析 2. 并网光伏电站的设计并网光伏电站的设计 2 4. 并网光伏电站设计案例并网光伏电站设计案例 1. 并网系统选型 1.1 1.1 并网系统的原理并网系统的原理 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。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。并网光伏系统又值

2、、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。可以分为集中式并网光伏系统和分布式并网光伏系统。 图图1-1 并网系统和独立系统并网系统和独立系统 1. 并网系统选型 图图1-3 并网光伏电站等值简化电路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。流防雷配电柜、变压器和监控系统等组成。 图图1-2 并网光伏电站系统框图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

3、光伏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：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；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；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；的并网光伏系统； 发电量小于用电量，且当地电

4、力供应比较可靠，则无逆流无储能装发电量小于用电量，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。置的并网光伏系统。 1. 并网系统选型 5 1. 并网系统选型 1.2 1.2 光伏并网电站规模等级划分光伏并网电站规模等级划分 根据国际能源机构（根据国际能源机构（IEAIEA）的分类：）的分类： u小规模（小规模（100kW 100kW 以下）以下） u中规模（中规模（100kW-1MW100kW-1MW） u大规模（大规模（1MW-10MW1MW-10MW） u超大规模（超大规模（10MW10MW以上）以上） 根据装机容量确定光伏电站的等级根据装机容量确定光伏电站的等级 根据电压

5、等级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（根据国家电网发展（20092009）747747号文件分类：号文件分类： u小型光伏电站小型光伏电站接入电压等级为接入电压等级为0.4kV0.4kV低压电网的光伏电站低压电网的光伏电站 u中型光伏电站中型光伏电站接入电压等级为接入电压等级为10-35kV10-35kV电网的光伏电站电网的光伏电站 u大型光伏电站大型光伏电站接入电压等级为接入电压等级为66kV66kV及以上电网的光伏电站及以上电网的光伏电站 6 1. 并网系统选型 1.3 1.3 光伏并网发电方式光伏并网发电方式 图图1-4 集中式并网发电原理框图集中式并网

6、发电原理框图 （1 1）集中式并网发电）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。用单台逆变器集中并网发电方案实现联网功能。 7 图图1-5 分布式并网发电原理框图分布式并网发电原理框图 1. 1. 并网系统选型并网系统选型 （2 2）分布式并网发电）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，多台逆将同一朝向且规格相同的光伏阵

7、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。变器分布式并网发电方案实现联网功能。 8 1.4 1.4 主要设备配置和选型主要设备配置和选型 1.4.11.4.1光伏组件选型光伏组件选型 1. 1. 并网系统选型并网系统选型 光伏组件类型光伏组件类型 光伏组件通常分为晶体硅组件和非晶硅组件（薄膜组件）。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。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

8、寿命长，故障率极低，运行维护最为简单。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。次，但两者相差不大，最后是薄膜组件。 9 单晶硅组件单晶硅组件多晶硅组件多晶硅组件薄膜组件薄膜组件 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。异的高温性能、更低的成本以及对更强的抗遮挡能力。 1. 1. 并网系统选型并网系统选型 10 1

9、. 1. 并网系统选型并网系统选型 与建筑相合的与建筑相合的BIPVBIPV组件，主要有以下几类型：组件，主要有以下几类型： 1) 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；透光特性，能满足建筑对采光的要求； 2) 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；接在未铺设瓦的屋顶上

10、； 3)PV-LED 3)PV-LED一体化组件：采用双层玻璃，一面为太阳照射面，另一一体化组件：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，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， 夜晚储存的电能给夜晚储存的电能给LEDLED照明提供能量；照明提供能量； 4) 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。一起的新型光伏建筑构件。 11 1. 1. 并网系统选型并网系统选型 图图1-6 1-6 晶硅电池在不同辐照下开路电压和短路

11、电流关系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。变，短路电流有所增加。 光伏组件电气特性光伏组件电气特性 12 1. 1. 并网系统选型并网系统选型 图图1-7 1-7 晶硅组件在不同辐照和温度下的功率特性曲线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；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

12、，随着温度的升高，光伏组件的开路电压下降，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。大功率点位置也不同。 1. 1. 并网系统选型并网系统选型 图图1-8 1-8 S-280DS-280D在不同辐照度条件下和不同温度条件下在不同辐照度条件下和不同温度条件下I-VI-V和和P-VP-V特性曲线特性曲线 14 光伏组件主要技术指标

13、光伏组件主要技术指标 效能参数：效能参数： u组件效率组件效率: : u额定功率额定功率 u输出功率误差：一般输出功率误差：一般3%3% u填充系数：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。 u弱光等级下的效率衰减（每平方米弱光等级下的效率衰减（每平方米200W的日光辐射）的日光辐射） u衰减率：衰减率： 一般一般5 5年不超过年不超过5%5%，1010年不超过年不超过10%10%，2525年不超过年不超过20%20% u温度系数温度系数：（开路电压、短路电流、最大功率：（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。从性能偏差、弱光特性和

14、温度特性进行评价。 1. 并网系统选型 15 1. 并网系统选型 1)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），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晶硅组件效率不低于15%15%，多晶硅组件效率不低于，多晶硅组件效率不低于14%14%。 2) 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、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

15、；结构性主要是承压、防雨、隔音、隔热等；安全颜色、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。便安装等。 光伏组件选型考虑因素光伏组件选型考虑因素 16 1. 1. 并网系统选型并网系统选型 3)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：的特性，主要表现在： a.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光伏组件自身

16、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，在件都会具有不同的衰减率。另外，在2525年的使用寿命内光伏组件会有不超年的使用寿命内光伏组件会有不超 过过20% 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；较大； b. 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

17、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。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：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 T温温 度工作时（度工作时（AM1.5AM1.5，10001000瓦瓦/ /平方米）的最大输出功率下降的情况，但平方米）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：下降幅

18、度是不同的。其计算公式是： Pmeffec=PmX1+a(T-25 Pmeffec=PmX1+a(T-25) 其中其中PmeffecPmeffec为组件在为组件在T T温度工作时（温度工作时（AM1.5AM1.5，10001000瓦瓦/ /平方米）平方米） 的最大输出功率；的最大输出功率；PmPm为组件在为组件在2525，标准测试条件下（，标准测试条件下（AM1.5AM1.5， 10001000瓦瓦/ /平方米）的最大输出功率；平方米）的最大输出功率；a a为组件的功率温度系数（非为组件的功率温度系数（非 晶硅太阳电池最佳输出功率晶硅太阳电池最佳输出功率PmPm的温度系数约为的温度系数约为-0

19、.19%-0.19%，单晶硅、多晶，单晶硅、多晶 硅电池最佳输出功率硅电池最佳输出功率PmPm的温度系数约为的温度系数约为-0.5%-0.5%） 1. 1. 并网系统选型并网系统选型 18 1.4.21.4.2 光伏并网逆变器选型光伏并网逆变器选型 1. 1. 并网系统选型并网系统选型 并网逆变器类型并网逆变器类型 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%98.5%和欧洲效率和欧洲效率98.

20、3%98.3%；对于有变压器型逆变器，最大效率；对于有变压器型逆变器，最大效率 97.1% 97.1%和和 欧洲效率欧洲效率96.0%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。按组件接入情况划分组串式、多组串式、组件式和集中式。 1. 1. 并网系统选型并网系统选型 图图1-9 光伏并网逆变器分类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不同接入方式并网逆变器特性对比 1. 1. 并网系统选型并网系统选型 21 1. 1. 并网系统选型并网系统选型 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依据功率不同和是否带变压器

21、，型号各异。组串型光伏并网逆变 器型号常有器型号常有1.5KW1.5KW、2.5 KW2.5 KW、3 KW3 KW、10 KW10 KW、20 KW20 KW、30 KW30 KW、50 KW50 KW；电；电 站型光伏并网逆变器常有：站型光伏并网逆变器常有：100 KW100 KW、250 KW250 KW、500 KW500 KW、800KW800KW、1000KW1000KW、 1250KW1250KW。型号中若带。型号中若带K K，则表示带变压器，若带，则表示带变压器，若带TLTL，则表示无变压器。，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、抗冲击三相工频

22、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：图所示。例如对应于合肥阳光产品有：SG50K3SG50K3、SG100K3SG100K3、SG250K3SG250K3， 其额定电网电压为其额定电网电压为380VAC380VAC。 图图1-10 1-10 三相工频隔离并网逆变器电气原理图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、结构简三相直接逆变不隔离光伏并网逆变器优点：效率高、体积小、

23、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：图所示。例如对应于合肥阳光产品有：SG500KTLSG500KTL，其额定电网电压为，其额定电网电压为 270VAC270VAC。 1. 并网系统选型 图图1-111-11三相直接逆变不隔离光伏并网逆变器电气原理图三相直接逆变不隔离光伏并网逆变器电气原理图 23 1. 并网系统选型 并网逆变器主要技术参数并网逆变器主要技术参数 直流输入：直流输入： u最大直流电压最大直流电压 u最大功率电压跟踪范围最大功率电压跟踪范围 u最大直

24、流功率最大直流功率 系统：系统： u最大效率最大效率 u欧洲效率欧洲效率 uMPPTMPPT效率效率 u耗电（夜间耗电（夜间/ /待机）待机） u通讯接口通讯接口 交流输出：交流输出： u额定输出功率额定输出功率 u额定电网电压额定电网电压 u额定电网频率额定电网频率 u功率因数功率因数 u总电流波形畸变率总电流波形畸变率 24 1. 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

25、网逆变器额定容量确定。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（过功能（过/ /欠压，过欠压，过/ /欠频，电网短路保护，孤岛效应保护，逆变器过载欠频，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），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

26、线方式；应满足高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。行选型。 并网逆变器选型考虑因素并网逆变器选型考虑因素 25 1. 1. 并网系统选型并网系统选型 1.4.31.4.3直流汇流设备直流汇流设备汇流箱和直流配电柜选型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

27、系统的发电效率，方便维护，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。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，具有防汇流箱进行汇流，光伏阵

28、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。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 常用的有常用的有6 6、8 8和和1616等。等。 26 1. 1. 并网系统选型并网系统选型 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，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再接至并

29、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，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。操作简单和维护方便。 1.4.41.4.4交流配电柜选型交流配电柜选型 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。涌保护。配电柜根据需

30、要配置电压表、电流表及电能计量装置等。 27 1. 1. 并网系统选型并网系统选型 1.4.5 1.4.5 防逆流控制器选型防逆流控制器选型 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，决定防逆流装置网系统的防逆流功能。根据电

31、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。和防逆流控制箱或方式二防逆流控制器。 图图1-121-12 防逆流控制原理防逆流控制原理 28 1. 并网系统选型 1.4.6 1.4.6 升压变压器选型升压变压器选型 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、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；以及电力系环境温度、日温差、年平均温度、相对湿度、地震裂度等

32、；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。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，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。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：光伏电站的主变压器选型时

33、，需要考虑以下几方面： 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 有有10%10%的裕度；的裕度； 29 1. 并网系统选型 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，只要变压器接入系统，变压器始终产生空载损电装置是否输出功率，只要变压器接入系统，变压器始终产生空载损 耗。要求变压器的负载损耗尽量低，若变压器夜间运行，则要求空载耗。要求变压器的负载损耗尽量低，若变压器夜间运行，则要求空载 损耗也要低；损耗也要低； 过载能力：根据

34、选择的主变压器形式（干式和油浸式），干式变压过载能力：根据选择的主变压器形式（干式和油浸式），干式变压 器过载能力比较强，油浸式过载能力比较低，可充分利用其过载能力，器过载能力比较强，油浸式过载能力比较低，可充分利用其过载能力， 适当减小变压器容量，使其主运行时间处于满载或短时过载。适当减小变压器容量，使其主运行时间处于满载或短时过载。 维护：最好免维护。维护：最好免维护。 (5) (5) 根据工程实际确定变压器高压、低压进出线方式。从设备可靠性、根据工程实际确定变压器高压、低压进出线方式。从设备可靠性、 性价比、节能等方面考虑，大型光伏电站的变压器优先选用干式变压性价比、节能等方面考虑，大型

35、光伏电站的变压器优先选用干式变压 器。器。 30 目录目录 1. 并网系统选型并网系统选型 3. 并网光伏电站项目的成本分析并网光伏电站项目的成本分析 2. 并网光伏电站的设计并网光伏电站的设计 31 4. 并网光伏电站设计案例并网光伏电站设计案例 2. 并网光伏电站的设计并网光伏电站的设计 2.12.1并网光伏电站设计考虑因素并网光伏电站设计考虑因素 (1)(1)不同安装方位角及倾角对光伏系统影响不同安装方位角及倾角对光伏系统影响 正南和最佳倾角使方阵面上全正南和最佳倾角使方阵面上全 年接收的太阳辐照量最大，发电量年接收的太阳辐照量最大，发电量 最大。最大。 (2)(2) 阴影遮挡对光伏系统

36、影响阴影遮挡对光伏系统影响 u 临时遮挡：树叶、积雪、鸟粪、灰尘等；临时遮挡：树叶、积雪、鸟粪、灰尘等； u项目地周围遮挡；项目地周围遮挡； u建筑物遮挡；建筑物遮挡； u自身遮挡：阵列；自身遮挡：阵列； 32 2. 并网光伏电站的设计 图图2-12-1 不同阴影遮挡对光伏系统影响不同阴影遮挡对光伏系统影响 33 2. 并网光伏电站的设计 (3)(3) 光伏组件与逆变器的匹配性光伏组件与逆变器的匹配性 (4) (4) 组串的一致性组串的一致性 (5) (5) 汇流的合理性汇流的合理性 2.22.2并网光伏电站设计并网光伏电站设计 光伏电站设计主要包括三部分：系统总体设计部分、电气设计部分、光伏

37、电站设计主要包括三部分：系统总体设计部分、电气设计部分、 建筑与结构设计部分。建筑与结构设计部分。 u系统总体设计包括：系统总体设计包括：总体布置设计、系统方案设计、阵列设计、电站总体布置设计、系统方案设计、阵列设计、电站 消防设计、电站给排水设计等；消防设计、电站给排水设计等； u电气设计部分包括：电气设计部分包括：电气一次设计和电气二次设计；电气一次设计和电气二次设计； 电气一次设计：接入系统设计、直流电气一次设计：接入系统设计、直流/ /交流系统设计、电站防雷接地设交流系统设计、电站防雷接地设 计等；计等； 34 电气二次设计：保护、调度、计量和通信；光伏电站监控系统设计电气二次设计：保

38、护、调度、计量和通信；光伏电站监控系统设计 等；等； u建筑与结构设计部分包括：建筑与结构设计部分包括：支架设计、支架基础设计、配电室和升压支架设计、支架基础设计、配电室和升压 站设计等。站设计等。 2.2.12.2.1系统总体设计系统总体设计 2. 并网光伏电站的设计 光伏电站设计第一步是站址的选择，主要从三方面：光伏电站设计第一步是站址的选择，主要从三方面： u自然条件的调查：太阳辐射量；地理位置；交通条件；水源等。自然条件的调查：太阳辐射量；地理位置；交通条件；水源等。 u接入电网条件：与接入点的距离；接入点电压等级等；接入电网条件：与接入点的距离；接入点电压等级等； u环境影响：有无阴

39、影遮挡；积雪、雷击、沙尘等环境影响：有无阴影遮挡；积雪、雷击、沙尘等 35 2. 并网光伏电站的设计 （1 1）总体布置设计）总体布置设计 光伏系统设计以合理性、实用性、高可靠性和高性价比为原则。在保光伏系统设计以合理性、实用性、高可靠性和高性价比为原则。在保 证光伏系统长期可靠运行，充分满足负载用电需要的前提下，使系统的配证光伏系统长期可靠运行，充分满足负载用电需要的前提下，使系统的配 置最合理、最经济。置最合理、最经济。 以高的性能比率（以高的性能比率（PRPR）和年平均发电量）和年平均发电量(kWh/kWp)(kWh/kWp)以及低的以及低的LCOE(LCOE(元元 /kWh)/kWh)

40、为设计目标，进行总体布置设计。主要体现在模块化设计（通常以为设计目标，进行总体布置设计。主要体现在模块化设计（通常以 1MW1MW为系统单元），直流和交流的优化布局等。为系统单元），直流和交流的优化布局等。 （2 2）系统方案设计）系统方案设计 系统主电气接线图；电站电气布置图（汇流箱、配电室和升压站布置系统主电气接线图；电站电气布置图（汇流箱、配电室和升压站布置 以及电缆走向）。以及电缆走向）。 汇流箱布置：规则且相对集中，便于就近设置电缆沟。汇流箱布置：规则且相对集中，便于就近设置电缆沟。 36 2. 并网光伏电站的设计 确定配电室位置：依据汇流箱分布情况，利用路径最优化方法，同时兼顾确定

41、配电室位置：依据汇流箱分布情况，利用路径最优化方法，同时兼顾 考虑升压站位置，确定配电室位置，使汇流箱至配电室线路最短，配电室考虑升压站位置，确定配电室位置，使汇流箱至配电室线路最短，配电室 至升压站线路也短。至升压站线路也短。 （2 2）光伏阵列设计）光伏阵列设计 光伏阵列倾斜角和方位角设计光伏阵列倾斜角和方位角设计 确定光伏阵列倾斜角需要使方阵面上全年接收的太阳辐照量最大，同确定光伏阵列倾斜角需要使方阵面上全年接收的太阳辐照量最大，同 时考虑光伏组件降雨自清洁和积雪自清除效果，以及与建筑结合情况。时考虑光伏组件降雨自清洁和积雪自清除效果，以及与建筑结合情况。 在与建筑良好结合和考虑组件自清

42、洁情况下，光伏阵列倾斜角选择时在与建筑良好结合和考虑组件自清洁情况下，光伏阵列倾斜角选择时 依据不同倾斜角下年总辐射量最大进行。依据不同倾斜角下年总辐射量最大进行。 37 2. 并网光伏电站的设计 一般情况下，光伏阵列朝向正南即方位角为一般情况下，光伏阵列朝向正南即方位角为0 0时，太阳能电池发时，太阳能电池发 电量最大，故确定光伏阵列的方位角为电量最大，故确定光伏阵列的方位角为0 0度。安装光伏系统的建筑，主度。安装光伏系统的建筑，主 要朝向宜为南向或接近南向。要朝向宜为南向或接近南向。 不同朝向与发电量关系统如下图，不同地点和不同气候条件下，不同朝向与发电量关系统如下图，不同地点和不同气候

43、条件下， 不同朝向发电量的比例是不一样的。不同朝向发电量的比例是不一样的。 注：假定向南倾斜纬度角注：假定向南倾斜纬度角 安装的发电量为安装的发电量为100%100% 图图2-2 2-2 光伏阵列朝向与发电量关系图光伏阵列朝向与发电量关系图 38 2. 并网光伏电站的设计 光伏阵列间距设计光伏阵列间距设计 图图2-2 2-2 方阵间距计算示意图方阵间距计算示意图 光伏阵列的行间距离与日照和阴影有关，若光伏阵列附近有高的建筑光伏阵列的行间距离与日照和阴影有关，若光伏阵列附近有高的建筑 物或树木情况下，需要计算建筑物或树木的阴影，以确定阵列与建筑物的物或树木情况下，需要计算建筑物或树木的阴影，以确

44、定阵列与建筑物的 距离。距离。 39 2. 并网光伏电站的设计 一般确定原则：保证冬至当天上午一般确定原则：保证冬至当天上午9 9：0000至下午至下午3 3：00 00 光伏方阵不应光伏方阵不应 被遮挡。其计算公式如下：被遮挡。其计算公式如下： 太阳高度角的公式：太阳高度角的公式：sinsin = sin = sin sin sin +cos+cos cos cos cos cos 太阳方位角的公式：太阳方位角的公式：sin = cossin = cos sin sin /cos/cos 式中：式中： 为当地纬度；为当地纬度； 为太阳赤纬，冬至日的太阳赤纬为为太阳赤纬，冬至日的太阳赤纬为-2

45、3.5-23.5度；度； 为时角，上午为时角，上午9:009:00的时角为的时角为4545度。度。 D = cosD = cosL L，L = H/tanL = H/tan ， = arcsin (sin = arcsin (sin sin sin +cos+cos cos cos cos cos ) ) 40 2. 并网光伏电站的设计 光伏阵列的串并联设计光伏阵列的串并联设计 根据并网逆变器的最大直流电压、最大功率电压跟踪范围，光伏组根据并网逆变器的最大直流电压、最大功率电压跟踪范围，光伏组 件的开路电压、额定电压及其温度系数，确定光伏组件的串联数。件的开路电压、额定电压及其温度系数，确定光

46、伏组件的串联数。 在设计光伏阵列的串联数时，应注意以下几点：在设计光伏阵列的串联数时，应注意以下几点： 1 1光伏组件的规格类型及安装角度保持一致。光伏组件的规格类型及安装角度保持一致。 2 2需考虑光伏组件的最佳工作电压（需考虑光伏组件的最佳工作电压（VmpVmp）和开路电压（）和开路电压（VocVoc）的温）的温 度系数，串联后的光伏阵列的最佳工作电压应在逆变器度系数，串联后的光伏阵列的最佳工作电压应在逆变器MPPTMPPT范围内，开范围内，开 路电压不超过逆变器的最大允许电压路电压不超过逆变器的最大允许电压。 3 3晶体硅和非晶硅组件电压温度系数参考值如下：晶体硅组件工作晶体硅和非晶硅组

47、件电压温度系数参考值如下：晶体硅组件工作 电压温度系数：电压温度系数：-0.45%V/-0.45%V/，晶体硅组件开路电压温度系数：，晶体硅组件开路电压温度系数：- - 0.34%V/0.34%V/；非晶体硅组件工作电压温度系数：；非晶体硅组件工作电压温度系数：-0.28%V/-0.28%V/，非晶体硅，非晶体硅 组件开路电压温度系数：组件开路电压温度系数：-0.28%V/-0.28%V/。 41 2. 并网光伏电站的设计 根据逆变器推荐光伏阵列工作点电压根据逆变器推荐光伏阵列工作点电压(Vimp)(Vimp)和组件最佳工作电压和组件最佳工作电压 （VmpVmp），粗定光伏阵列的串联数即），粗

48、定光伏阵列的串联数即Ns=Vimp/VmpNs=Vimp/Vmp。 考虑温度影响即项目地最高气温和最低气温，验算在最高气温下，考虑温度影响即项目地最高气温和最低气温，验算在最高气温下， 光伏阵列最佳工作电压不低于逆变器最小光伏阵列最佳工作电压不低于逆变器最小MPPTMPPT电压；在最低气温下，光电压；在最低气温下，光 伏阵列开路电压不高于逆变器最大直流电压，光伏阵列最佳工作电压不伏阵列开路电压不高于逆变器最大直流电压，光伏阵列最佳工作电压不 高于逆变器最大高于逆变器最大MPPTMPPT电压；电压； Voct=Ns Voc(1+)（t-25） 式中：式中： V Voctoct光伏阵列开路电压（光

49、伏阵列开路电压（V V）；）； Ns Ns光伏阵列的串联数；光伏阵列的串联数； V Vococ组件的开路电压（组件的开路电压（V V）；）； 组件开路电压的温度系数；组件开路电压的温度系数； t t实际气温；实际气温； 42 4 4光伏系统的设计温度应满足项目地最低和最高温度，一般情况取：光伏系统的设计温度应满足项目地最低和最高温度，一般情况取：- - 10107070。 在设计光伏阵列的并联数在设计光伏阵列的并联数(Np)(Np)时，应注意以下几点：时，应注意以下几点： 1 1光伏阵列组串的电气特性一致即光伏组件的规格类型、串联数量及安装光伏阵列组串的电气特性一致即光伏组件的规格类型、串联数

50、量及安装 角度应保持一致；角度应保持一致； 2 2接至同一台逆变器；接至同一台逆变器； 3 3在光伏阵列设计时，需要综合考虑电气布置，合理确定汇流箱、电缆沟在光伏阵列设计时，需要综合考虑电气布置，合理确定汇流箱、电缆沟 和配电室位置，使线路最短。和配电室位置，使线路最短。 Np= Np=光伏电站组件总数光伏电站组件总数/Ns/Ns 2. 并网光伏电站的设计 43 2. 并网光伏电站的设计 光伏阵列基本单元设计光伏阵列基本单元设计 根据光伏组件串联数和支架加工性设计光伏阵列基本单元，考虑根据光伏组件串联数和支架加工性设计光伏阵列基本单元，考虑 电气施工，基本单元组件数量是串联数的整数倍。排列数根

51、据设计要电气施工，基本单元组件数量是串联数的整数倍。排列数根据设计要 求一般是求一般是1 15 5块。块。 图图2-3 2-3 光伏基本单元排列数是光伏基本单元排列数是2 2块的示图块的示图 44 2. 并网光伏电站的设计 2.2.22.2.2 电气设计部分电气设计部分 （1 1）电气一次设计）电气一次设计 1）接入系统设计 国内光伏系统接入主要参 考标准（国家电网公司） “光伏电站接入电网技术规定” “分布式电源接入电网技术规定” 光电建筑一体化系统接入 光伏建筑一体化系统一般直接接入用户侧，自发自用。分布式光伏建筑一体化系统一般直接接入用户侧，自发自用。分布式 发电和微型电网成为其主流形式

52、，其接入要求参考发电和微型电网成为其主流形式，其接入要求参考“分布式电源接分布式电源接 入电网技术规定入电网技术规定”为主。为主。 45 2. 并网光伏电站的设计并网光伏电站的设计 分布式电源接入电压等级宜按照：11 200kW 及以下分布式电源接入380V 电压等级电网 200kW以上分布式电源接入10kV(6kV)及以上电压等级电 网 经技术经济比较，采用低一电压等级接入优于高一电压等级接入经技术经济比较，采用低一电压等级接入优于高一电压等级接入 时，可采用低一电压等级接入。时，可采用低一电压等级接入。 大型光伏电站系统接入 一般为大型集中式，通常在发电侧并网；采用一般为大型集中式，通常在

53、发电侧并网；采用“不可逆流不可逆流”并网方式并网方式 （电流是单方向的）；并入高压电网（电流是单方向的）；并入高压电网（10kV-220kV10kV-220kV），无储能；装机容量），无储能；装机容量 比较大，一般比较大，一般5MW5MW以上。其接入要求参考以上。其接入要求参考“光伏电站接入电网技术规定光伏电站接入电网技术规定”为为 主。主。 46 一般原则 加入接入容量要求：11 小型光伏电站 原则上不宜超过一级变压器供电区域内的最大负荷的25% T接于公用电网的中型光伏电站 总容量宜控制在所接入的公用电网线路最大输送容量的30% 内 电能质量要求 在线监测要求需加装在线监测装置 2. 并网

54、光伏电站的设计并网光伏电站的设计 大中型光伏电站：数据能够远传大中型光伏电站：数据能够远传 小型光伏电站：具备一年及以上的存储能力小型光伏电站：具备一年及以上的存储能力 47 2. 并网光伏电站的设计并网光伏电站的设计 具体要求参照现有相关国家和国际标准 功率控制和电压调节 基本原则：大中型光伏电站应具备相应电源特性，能够在一定程基本原则：大中型光伏电站应具备相应电源特性，能够在一定程 度上参与电网的调压、调频、调峰和备用。度上参与电网的调压、调频、调峰和备用。 48 2. 并网光伏电站的设计并网光伏电站的设计 在电力系统事故或紧急情况下，大中型光伏电站应根据电力调度在电力系统事故或紧急情况下

55、，大中型光伏电站应根据电力调度 部门的指令快速控制其输出的有功功率，必要时可通过安全自动装置部门的指令快速控制其输出的有功功率，必要时可通过安全自动装置 快速自动降低光伏电站有功功率或切除光伏电站；此时光伏电站有功快速自动降低光伏电站有功功率或切除光伏电站；此时光伏电站有功 功率变化可超出规定的有功功率变化最大限值。事故处理完毕，电力功率变化可超出规定的有功功率变化最大限值。事故处理完毕，电力 系统恢复正常运行状态后，光伏电站应按照电力调度部门指令依次并系统恢复正常运行状态后，光伏电站应按照电力调度部门指令依次并 网运行。网运行。 49 光伏电站的无功功率和电压调节的方式包括调节逆变器无功功率

56、、光伏电站的无功功率和电压调节的方式包括调节逆变器无功功率、 调节无功功率设备投入量、调整光伏电站升压变压器的变比等。光伏调节无功功率设备投入量、调整光伏电站升压变压器的变比等。光伏 电站宜充分利用逆变器的无功调节能力进行无功率和电压调节。电站宜充分利用逆变器的无功调节能力进行无功率和电压调节。 2. 并网光伏电站的设计并网光伏电站的设计 小型光伏电站 输出有功功率大于其额定功率的50%时， 功率因数应不小于0.98(超前或滞后) 输出有功功率在其额定功率的20%50% 之间时，功率因数应不小于0.95(超前或滞 后) 50 2. 并网光伏电站的设计并网光伏电站的设计 小型光伏电站在电网频率异

57、常的响应要求：小型光伏电站在电网频率异常的响应要求： 对于小型光伏电站，当并网点频率超过对于小型光伏电站，当并网点频率超过49.550.2Hz49.550.2Hz的范围时，应的范围时，应 在在0.2s0.2s内停止向电网线路送电。内停止向电网线路送电。 电网异常时的响应特性 基本原则：基本原则：小型光伏电站当做负荷看待，应尽量不从电网吸收无小型光伏电站当做负荷看待，应尽量不从电网吸收无 功或向电网发出无功。功或向电网发出无功。 51 2. 并网光伏电站的设计并网光伏电站的设计 基本原则：基本原则：大中型光伏电站应当做电源看待，应具备一定的耐受大中型光伏电站应当做电源看待，应具备一定的耐受 电网

58、频率和电压异常的能力，能够为保持电网稳定性提供支撑。电网频率和电压异常的能力，能够为保持电网稳定性提供支撑。 图图2-4 2-4 大型和中型光伏电站的低电压耐受能力要求大型和中型光伏电站的低电压耐受能力要求 对于三相短路故障和两相短路故障，考核电压为光伏电站并网点线电压；对于三相短路故障和两相短路故障，考核电压为光伏电站并网点线电压； 对于单相接地短路故障，考核电压为光伏电站并网点相电压。对于单相接地短路故障，考核电压为光伏电站并网点相电压。 52 2. 并网光伏电站的设计并网光伏电站的设计 安全保护 基本原则：基本原则：光伏电站或电网异常、故障时，为保证设备和人身安全，应光伏电站或电网异常、

59、故障时，为保证设备和人身安全，应 具有相应继电保护功能，保证电网和光伏设备的安全运行，确保维修人具有相应继电保护功能，保证电网和光伏设备的安全运行，确保维修人 员和公众人身安全。员和公众人身安全。 基本要求：基本要求：光伏电站应配置相应的安全保护装置，光伏电站的保护应符光伏电站应配置相应的安全保护装置，光伏电站的保护应符 合可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求，与电网的保护相匹配。合可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求，与电网的保护相匹配。 53 2. 并网光伏电站的设计并网光伏电站的设计 u过流保护：过流保护：光伏电站应具备一定的过电流能力，在光伏电站应具备一定的过电流能力，在120%120

60、%倍额定电流倍额定电流 以下，光伏电站连续可靠工作时间应不小于以下，光伏电站连续可靠工作时间应不小于1min1min。 u防孤岛防孤岛：光伏电站必须具备快速检测孤岛且立即断开与电网连接的：光伏电站必须具备快速检测孤岛且立即断开与电网连接的 能力，其防孤岛保护应与电网侧保护相配合。能力，其防孤岛保护应与电网侧保护相配合。 u逆功率保护：逆功率保护：当光伏电站设计为不可逆并网方式时，应配置逆向功当光伏电站设计为不可逆并网方式时，应配置逆向功 率保护设备。当检测到逆向电流超过额定输出的率保护设备。当检测到逆向电流超过额定输出的5%5%时，光伏电站应在时，光伏电站应在 0.520.52秒内停止向电网线