分布式光伏光伏发电系统初步设计

1、分布式光伏发电系统初步设计分布式光伏发电系统初步设计新能源科学与工程新能源科学与工程能科能科12112112080201951208020195游娅游娅目录目录1 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、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势2 2、总体技术方案、总体技术方案3 3、发电量预测发电量预测4 4、系统组件选型、系统组件选型5 5、系统设计、系统设计6 6、其他需要注意的问题及结语、其他需要注意的问题及结语1 1、分布式光伏发电系统的研究目的意义、发展现、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状和未来发展趋势 当今全球化石能

2、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： 1）需要依赖长距离输电线路送电入网，同时

3、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。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

4、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。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

5、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

6、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。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

7、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逆变器 并网柜 配电柜电网蓄电器用电器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

8、朝向的情况。其示意图如下：角 太阳高度角光伏板安装面角水平面辐射量H太阳辐射量光伏板安装平面水平面光伏板垂直辐射量Hta、近似计算 t=sin(+)/sin+D (1) 式中：t为倾斜面上太阳辐射量，为水平面上太阳辐射量；为中午时分的太阳高度角；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） 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=2345sin(360365(284+n)，n=1365，为一年中某日的日期序号。 -90a（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

9、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=859595=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4050W/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1000Wm2的太阳光照射在倾角为37的斜面上)下得到的峰值功率，

10、而不是实际的发电功率。（5)发电量计算 由上述材料得： (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。nPHWt4、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 光伏组件参数晶体硅晶体硅薄膜薄膜太阳电池类型单晶、多晶非晶硅碲化镉铜铟镓硒电池最高效率%24131619.5电池组件效率%131868710811柔性电池组件无有没有有稳定性很好衰减较大，特

11、别是在早期接触衰减暂未发现功率温度系数-0.370.52-0.1-0.3-0.36-0.18-0.6-0.33柔光响应性较差好较好较好环境友好性好好有污染好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=UiUs，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0.851.2倍。 UimaxUsoc1+(T一

12、25)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=UiUs，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0.851.2倍。 UimaxUsoc1+(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；%为光伏板电压温度系数，多晶硅可参考一032

13、：T为项目所在地最低气温，摄氏温度。 UiUmp (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 Isc1-%(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；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。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9：0015：00

14、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：sin=cos costcost+sin sin (6) sin=cos sintcos (7) L=Dcos=Htan (8) 其中，为当地冬至日上午9：00的太阳高度角；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