天和家太阳能光伏发电系统应用案例

1、天和家太阳能光伏发电系统应用案例天和家/43kWp屋顶并网光伏发电系统设计一、项日简介1天和家园住宅小区概况浙江省慈溪市天和家园住宅小区占地面积64 788m2,总建筑面积13 4万m2. 小区住宅整体布置方式为南北朝向,南北均无高大建筑物,无遮阴情况,日照充 分.小区建筑住宅以多层为主,屋顶呈人字形,楼高22. 2-22. 86m.方案在天和家 园20号楼屋顶装设太阳能电池板,建住宅小区太阳能光伏发电示范电站.20号楼 LI前处于在建状态,-屋顶可利用面积有:西侧平台,面积87m ;斜屋面,W-W共7 块,总面积斜面113.9mo ;露台,LL共5个,总面积11-57233. 44m.2设计

2、要求a该工程有一定的公众影响力.美观与否非常重要,要求光伏电池组件的安装 应保持屋顶的风格和美观,并与小区及周围环境相协调.b该光伏电站主要提供天和家园小区公用设施用电,包括:地下车库西区照明 灯352kW,地下车库东区照明灯214kW,智能化设备2kW等.要求在阴雨天气 时,'应能使用城市电网为公用负荷供电.c光伏电站建设费用计入小区开发本钱.建成后随小区移交物业治理,要求节 省投资.维护治理方便.二、光伏发电系统运行方式的选择太阳能光伏发电系统的运行方式可分为两类.即：独立运行和并网运行.独立 运行的光伏发电系统需要有蓄电池作为储能装置,主要用于无电网的遥远地区.山 于必须有蓄电池

3、储能装置,所以整个系统的造价很高.在有公共电网的地区.光伏 发电系统一般与电网连接,即采用并网运行方式.并网型光伏发电系统的优点是可以省去蓄电池,而将电网作为自己的储能单元.由于蓄电池在存储和释放电能的过 程中,伴随着能量的损失,且蓄电池的使用寿命通常仅为5, 8年,报废的蓄电池乂 将对环境造成污染,所以,省去蓄电池后的光伏系统不仅可大幅度降低造价,还具 有更高的发电效率和更好的环保性能,且维护简单、方便.在建筑密度很大的城市 住宅小区中,能够安装太阳能电池板的面积有限,住宅小区屋顶光伏发电系统的容 量通常远远小于其变压器的容量,即光伏系统的发电功率始终小于小区负载的功 率,没有剩余电能送入上

4、级城市电网.综合考虑,该光伏发电系统拟采用并网运行方式并在小区内局部并网,不考 虑将电能输入上级城市电网,系统原理图如图1所示.采取小区内局部并网运行方 式提升了上级城市电网的平安性.住宅小区太阳能光伏发电局部并婀方案三、系统设计1设计依据该系统的设计依据有：?光伏系统并网技术要求?(GB/T19939-2005);当地气象 资料;建设方提供的相关资料及要求.2(光伏系统太阳能电池组件的配置方案(1) 最正确方阵倾角确实定0/0/0/0/02-3024和东经12102 -12142之间,处于北亚热带南慈溪市介于北纬302缘,属季风型气候.平均年日照时数2038小时,太阳年辐射量4 000480

5、0MJ/m,0年日照百分率47,.查阅相关资料可知,太阳能电池组件方阵最正确倾角为30o(2) 太阳能电池组件的选择与布置(a)太阳能电池组件的选择目前,高效晶体硅太阳能电池的光电转换效率已达21,以上,大批量生产的单 晶硅光伏电池组件的光电转换效率也已到达14,以上.该系统选用了常州天合光能 生产的rlSM 一 175D型高效单晶硅电池组件(其外形如图2所示.图2 TSM-175D型电池蛆件外形图TSM - 175D型电池组件技术参数如下,峰值功率:Pm=175WP;开路电压：二43. 58V;最正确工作电压:U=36. 2V;短路电流:1=4. 97A;最正确工作电流:,OCSC m=4.

6、 85A;重量：G=16kg;尺寸：长X 宽X 厚=1 581 mmX809mmX40mmo (b)太阳能电池组件的布置将太阳能光伏发电应用于城市住宅小区时,与建在遥远地区、荒漠地区的独立 光伏电站有很多不同点,不能简单地将太阳能电池方阵按最正确倾角的要求布置,必 须要充分考虑与周围环境的协调和美观.根据建设方提供的加号楼屋面图参见图3 以及现场考察情况,电池方阵布置方案如下：2a西侧平台面积87m.采用锯齿型方阵.共安装组件36块,方阵倾角为 o30o 功率为：175WpX36=6300W.2b 斜屋面旷W,共7块小屋面可安装太阳能组件,总面积斜面113. 9m, 170与斜屋面平行安装组件

7、87块,方阵倾角为斜屋面坡度31.功率为：175WX87=15 225Wpoc 顶层露台上方装饰性花架有I?L共5个可安装太阳能组件.面积15233.44m.,考虑露台的采光和建筑的整体布局和美观.将露台上方装饰性花架2前半局部空出一定面积,保持装饰性花架的原貌,后部约有163 m安装组件,0共安装组件126块,为减少风压及屋顶的美观,方阵倾角为7.功率为：175WpX126=22050Wp.该布置方案共安装了 TSM-175D型高效单晶硅太阳能组件249块,总功率为43 575Wo ,设计按43kWp配置、计算.P3太阳能组件的分组串接从系统效率考虑,直流电压越高效率就越高,住宅用电电压为2

8、20400V.安装 组件时,原那么上要在同一日照条件使用串联的组件,否那么,其他组件会受输出量最 低组件的影响导致整体输出严重下降.该方案屋面布置的太阳能电池组件在安装后 的光照有两种情况：a平台、露台上方装饰性花架安装的组件将不会受到建筑物等的挡光影响;b斜屋面安装的组件在每天的不同时间段,其光照将会受到不同方向建筑的一定影响.为了将组件串接后的热斑效应损耗降到最低,将受到不同方向建筑物影响的组 件进行分组.将受到相同方向建筑物影响的组件归为一组.并且在系统中采用多组 串逆变器在后面的逆变器中详述.为了平衡逆变器的功率,每台多组串逆变器都 接入了多组的组件.由多组串逆变器的每路MPPT最大功

9、率跟踪电路对每路组件 进行最大功率点跟踪,从而使因挡光引起的组件功率损失降低到最低限电池组件被圈的为一组.度.电池组件分组数参见图3所示3并网逆变器选择和配置方案a并网逆变器的选择并网逆变器是并网光伏系统的重要电力电子设备其主要功能是把来自太阳能 电池方阵输出的直流电转换成与电网电力相同电压和频率的交流电,并把电力输送 给与交流系统连接的负载,同时还具有极大限度地发挥太阳能电池方阵性能的功能 和异常或故障时的保护功能,即:？尽可能有效地获取因天气变化而变动的太阳能电 池方阵输出所需的自动运行和停机功能,以及最大功率跟踪限制功能;？保护电网安 全所需的防单独运行功能和自动电压调整功能？电网或并网

10、逆变器发生异常时,安 全脱网或停下逆变器的功能.已进入实用阶段的并网逆变器的回路方式有电网频率 变压器绝缘方式、高频变压器绝缘方式和无变压器方式3种.其中无变压器回路方 式因在本钱、尺寸、质量和效率等方面具有优势而被广泛采用.该系统的并网逆变 器选用德国艾思玛公司SMA生产的Sunny Mini Central系列SMC6000TL型无变压 器集中式逆变器和Sunny Boy系列SB5000TL MultiString型无变压器多组串逆变 器,具有过压保护、对地故障保护、孤岛效应保护、过载保护、短路故障保护等完 善的保护功能,并具有内置逆变采集器和RS485、RS232通信接口,可方便地获取逆

11、变器的运行参数直流输入电压和电流、交流输出电压和电流、功率、电网频率等.其技术参数如表1所示.'3 *A*®表1井网谣交技术敷衰Tab.l Technical parameter of grid-connected inverter最大蝴入路数3 .*一 3显大光优功率6kW»6.9kW,最大宜流电压750V700V最大直流电流3x63A3x7JA最大直流功率53kW&2kW景大MPP电压600V500V最大交流功率,5kW6kW输入电京范围MPPT1257丸V335-7OOV交流电流请波<4%<4%最大效率913%97.7%多组串逆变器采用了每

12、路独立的最大功率跟踪,可以处理不同朝向和不同型号 的光电组件,也可以弥补不同连接串中的光电组件数量和局部阴影的影响.因而可 以有效地防止屋面安装的组件因阴影引起的功率损失.b逆变器与电池组件的分组匹配逆变器与电池组件的分组串接如图4所示.在标准测试条件下逆变器所接入的 每路组件数量、输入电压、功率如表2所示.对照表1可知,该方案逆变器与电池 组件的配置是合理的,满足要求.4 太阳能光伏发电系统负载的选择从严格意义上说,并网光伏发电系统是将整个城市的电网系统作为自己的储能 单元,因而,光伏系统所带负载时任意的,不存在选择问题.但由于我国?可再生 能源法?刚刚于2006年1月1日实施.?可再生能源

13、法?的“上网电价法和 “全网平摊法规尚未实施,这就带来了住宅小区移交物业治理后电费治理上的困 难.因而,为了更好地保证上级城市电网的平安,方便治理,太阳能并网光伏系统 负载的选择原那么应是使屋顶并网光伏系统的发电功率小于所带负载的用电功率,并 且尽可能使负载的用电时间与光伏系统的发电时间相匹配.#天和家园设置了高压环网站一座,在小区各负荷点设置了 7个箱变,其中2 甘箱变为800 kV?A, 6箱变1000kV(A(其它均为630 kV?A.与光伏系统公共#接入点相连的4箱变变压器容量为630kV?A,主要供小区公用负荷用电.天和 家园公用负载主要有:地下车库西区照明灯35(2kW,地下车库东

14、区照明灯21(4kW,智能化设备2 kW,以及小区景观灯、围墙灯等.地下车库照明负荷曲 线与太阳光日照曲线接近,因此,选择地下车库照明和智能化设备用电为光伏系统 的负荷.总负荷功率为58(6kW,大于光伏系统的峰值功率43kW ,且所安装的光伏 系统峰值功率43kWo不到所连4甘箱变容量的10,保证了无电能输入上级城市电 网,符合设计要求.逆变昌与电池ta件分组匹症lab.2 Divideci gruupK match of inverter and battery nuxlule也套器1SB5W0TLDC1申联122100DC2申联124442100DC3申联124442 100巡套器2SM

15、CXJOOTL-DC1中联134812 273DC2毕联134812 275DC3伽联134812 273逆变器3 sMceooorruDC1申联134«12275DC2串联134«12 275DC3134«12 275逆变器4 SMC6OO0TTLDC1申联134812 275DC2申联134812275DC3串联13481 2 275逆变弄5 SB5000TLDC】申联93331573DC2串喉124442100DC3申联12444.2100逆变器6 SB5C00TLDC1申联103701 750DC2申联103701750DC3申联103701 750逆变推

16、7 SB5000H.DC1中联11407gDC2串原114071925DC3申联14071925四、防雷设计1(防直击雷举措直击雷是指直接落到太阳能电池阵列、低压配电线路、电气设备以及在其旁的 雷击.防直击雷的根本举措是安装避雷针.由于该光伏系统中的外置设备在整个环 境中不是最高建筑物,所以设计为:把所有屋顶电池组件的钢结构与屋顶建筑的防 雷网相连,以达防雷击的目的,并符合?光伏(PV)发电系统过电压保护-导那么? (SJ/T11127)中有关规定.2(防感应雷举措太阳能光伏发电系统的雷电浪涌入侵途径,除了太阳能电池阵列外.还有配电 线路、接地线以及它们的组合.从接地线侵入是由于近旁的雷击使大

17、地电位上升, 相比照电源高,从而产生从接地线向电源侧反向电流引起的.根据SJ/T1U27中有 关规定.该系统主要采取以下举措：a在每路直流输入主回路内装设浪涌保护装置,并分散安装在防雷接线箱内.屋顶光伏并网发电系统在组件与逆变器之间参加防雷接线箱,不仅对屋顶太阳能电 池组件起到防雷保护作用.还为系统的检测、维修、维护提供了方便.缩小了电池 组件故障检修范围.该设计选用了 IP65防护等级的TRI-FL型接线箱.并随组件 方阵直接安装在室外.其接人方式参见图4.b在并网接人限制柜中安装避雷元件,以防护从低压配电线侵入的雷电涉及浪 涌.并网限制柜原理图参见图5所示.保保堕11建菖晚建*1«

18、;小区电阿L1L2L3 NI一一R去负或地下车库昭明rTrrnrtTrn.N Li N L2 N L3 N L5 L5 N L6 N L7图5光伏系统并网限制柜原理图五、电缆选择组件之间的连接电缆和组件与逆变器之间的电缆都使用在户外,直接暴露在阳 光下,因此,该光伏系统直流局部选用耐氧化、耐高温、耐紫外线的DCEYHR系列 电缆,以保证系统长时间的平安正常运行.六、支架设计慈溪地区为沿海地区.在抗风压以及抗腐蚀方面采取了以下举措：a所有支架采用国标型钢,多点结合,即:增加钢支架与屋面结构和相关承重 结构的连接点,将受力点均匀分布于各承重结构上.按抗12级台风要求进行力学 设计计算各连接点选用特制型钢和不锈钢螺栓连接.b所有支架都采用热镀锌,局部外裸局部喷涂氟碳涂料来有效防腐.七、监 控系统设计该监控系统选用德国艾思玛公司SMA配套生产的Sunny Boy Contwl Plus产品,具有强大的监控功能：a监控系统内置可连接外部传感器的输入测量端口和操作界面.包含8个模拟量如温度、辐照度、