并网光伏电站设计-1

1、并网光伏电站设计第一章 引 言1、光伏产业现状及前景展望1.1 光伏产业的发展背景（或能源形势简介）例如可再生能源发展需求、太阳能利用情况、政策扶持情况等。1.2 国内外光伏产业现状例如光伏产业的发展过程、光伏产业的发展特点、太阳能电站装机容量、太阳能电站的发电情况等。1.3 光伏产业前景展望例如国内外规划未来装机容量、市场发展等。2、项目概况 简要描述项目的地点、要求、主要内容等。例如： 本次设计项目位于地区，设计装机容量MW，属于小型并网光伏地面电站。要求支架采用形式，电池板朝向。电站要求就近并网发电，不设储能设备。逆变器出口要求升压至高压并网。 项目设计内容包含电池板容量确定、电池组件个

2、数选择、汇流箱、直流屏选型。3、项目建设的必要性3.1 能源危机，缓解能源压力3.2 环境污染，缓解环境压力3.3 响应、符合国家和当地政策3.4 充分利用当地资源3.5 促进当地经济发展第二章 项目选址1、选址原则（可选）2、选址概况 对选址的简单介绍，如地理位置、经纬度、气候和地形的简单描述等。3、选址可行性研究3.1 地理条件 包括经纬度、海拔高度、周围有无高大建筑物、树木与遮挡、朝向、方向等。 描述场址的地理位置、电站规模、占地大小、地势、有无名胜、文物、矿藏等、地震等情况。3.2 日照气候条件 包括太阳的辐照度、太阳的辐射量、峰值日照时数；温度（平均温度、最高温度和最低温度）、风速（

3、最大风速）、连续阴雨天数、雪、雷电等。3.3 交通运输条件 主要指的是有利于光伏电站建设的交通运输条件。3.4 电力输送条件 主要指的是光伏电站的选址离变电站或电网的距离，出线接入条件便利，有利于架设输电线路。3.5 当地政策 主要指的是有利于光伏电站建设的当地政策或当地政府的支持力度。 综合性评价：对上述所有条件进行总结。第三章 太阳能资源分析1、气象站简介（或资料收集依据） 当地气象站的地理位置、收集的资料年限、选取此气象站的原因等。 我国到2007年有98个气象辐射观测站，其中一级站17个、二级站33个、三级站48个。具体信息见下页表所示。一级站、二级站和三级站的区别在于观测项目，一级站

4、的观测项目有总辐射、直接辐射、散射辐射、反射辐射和净全辐射；二级站有总辐射和净全辐射；三级站只有总辐射。近几年陆续有增加观测项目。资料获取途径主要有三种：1、从当地气象部门获取；2、从中国建筑热环境分析专用气象数据库中获取，此数据库提供全国270个气象站1971-2003年的气象数据；3、从Meteonorm软件的数据库中获取。此软件为商业收费软件，包含全球7750个气象站1990-2005年的辐射数据；4、基于卫星遥感反演的地面辐射数据库。如美国NASA的数据库（全球性），欧盟联合研究中心光伏地理信息系统PVGIS数据库（针对欧洲和非洲），欧洲日照及辐射数据库Satel-Light（针对欧洲

5、）等。 NASA辐射数据库是免费的，应用较多，站址为/sse/。 此数据库是根据卫星观测的大气顶层的辐射、云层分布图、臭氧层分布图、悬浮颗粒物分布等数据，通过建模和运算得到的全球地表水平面总辐射数据，然后推算出水平面的散射辐射和法向直接辐射数据。 这些数据被划分为1纬度乘以1经度的小单元格，一单元格的数据认为是该地区单元的平均值。这些数据不能代替地面测量数据，主要是填补地面测量的空白或遗漏，并对其他地区的测量加以补充。由此数据库可以查到1983-2005年各年各月各日的水平面总辐射、散射辐射和法向直接辐射。 NASA地面辐射数据库在建模和运算

6、时受到卫星传感器和区域传感器的准确度、云层辐射及悬浮颗粒辐射的影响。对于西北开阔、干旱，云量、雪量、水体较少，且空气质量相对较好的地区，准确度较高；对于中东部云量较大，某些区域受到水体、降雪和高山的影响，数值差距较大。 1、某一单元格的所有SSE数据参数；2、地区的数据子集；3、某天的数据；4、全球的月平均数据；5、每年的月平均及年平均数据。填入对应的经度和纬度，点击Submit。1、Geometry：纬度和经度单元格，无需选择。2、 Parameters for Solar Cooking 太阳能辐射参数 Average insolation (kWh/m2/day)平均太阳总辐射Midda

7、y insolation (kWh/m2/day)地方正午太阳1.5h内的平均辐射量Clear sky insolation(kWh/m2/day)晴天（云量 10%). ）的平均辐射量Clear sky days (days)晴天天数3、Parameters for Sizing and Pointing of Solar Panelsand for Solar Thermal ApplicationsInsolation on horizontal surface (kWh/m2/day)太阳辐射总量，包括平均值及最大、最小差值Diffuse radiation on horizontal

8、 surface (kWh/m2/day)水平面上的散射辐射Direct normal radiation(kWh/m2/day)太阳直接辐射Insolation at 3-hourly intervals(kW/m2)三小时间隔的总辐射量Insolation clearness index (dimensionless)日照晴空指数（无量纲）。大气顶层和地表辐射量的比值Insolation normalized clearness index (dimensionless) 归一化的日照晴空指数Clear sky insolation (kWh/m2/day)晴天（云量 10%). ）的平均

9、辐射量Clear sky insolation clearness index (dimensionless)晴天的日照晴空指数(云量 10%)Clear sky insolation normalized clearness index (dimensionless)晴天的归一化日照晴空指数4、Solar GeometrySolar Noon (GMT time) 太阳正午，即一天中太阳高度最大的时间。Daylight Hours (hours) 日照时间Daylight average of hourly cosine solar zenith angles (dimensionless)

10、 白天每小时天顶角余弦的平均值Cosine solar zenith angle at mid-time between sunrise and solar noon (dimensionless)Declination (degrees)倾角。从日照到赤道的角距离Sunset Hour Angle (degrees) 太阳正午到日落时阳光转过的角度Maximum solar angle relative to the horizon (degrees) 阳光相对于地平的最大垂直角度Hourly solar angles relative to the horizon(degrees) 每小时

11、阳光相对于地平的垂直角度Hourly solar azimuth angles (degrees)每小时的方位角5、Parameters for Tilted Solar PanelsRadiation on equator-pointed tilted surfaces(kWh/m2/day)倾斜表面的月平均水平辐射量，倾角为0 、纬度-15 、纬度、纬度+15、90和最优角度。最优角度指的是月平均最大辐射量的角度。Minimum radiation for equator-pointed tilted surfaces(kWh/m2/day)倾斜表面的月最小水平辐射量Maximum rad

12、iation for equator-pointed tilted surfaces(kWh/m2/day)倾斜表面的月最大水平辐射量6、Parameters for Sizing Battery or other Energy-storage SystemsMinimum available insolation as % of average values over consecutive-day period (1, 3, 7, 14, and 21 days) (dimensionless) 最小连续天数的平均辐射 （ 1, 3, 7, 14, and 21指的是一月内的最小连续天数）

13、Horizontal surface deficits below expected average values over consecutive-day period (1, 3, 7, 14, and 21 days) (kWh/m2) 低于预期最小连续天数的平均辐射Equivalent number of NO-SUN days over consecutive-day period (1, 3, 7, 14, and 21 days) (days)等价的无太阳连续天数7、Parameters for Sizing Surplus-product Storage SystemsAvai

14、lable surplus as % of average values over consecutive-day period (1, 3, 7, 14, and 21 days) (dimensionless) 最小连续阴雨天的可用多余能量8、Cloud InformationDaylight cloud amount (percent) 白天地区云量（%）Cloud amount at 3-hourly intervals (percent) 三小时间隔内的云量Frequency of cloud amount at 3-hourly intervals (percent)少于10%、1

15、0-70%和多于70%区域的云量比例9、Meteorology (Temperature)Air Temperature ( C) 环境温度Daily Temperature Range ( C) 白天温度范围Cooling Degree Days above 18 C (degree days)每月超过18度的天数Heating Degree Days below 18 C (degree days) 每月低于18度的天数Arctic Heating Degree Days below 10 C(degree days)每月高于10度的天数Arctic Heating Degree Days

16、 below 0 C (degree days)每月低于10度的天数Earth Skin Temperature( C)地表温度Daily Mean Earth Temperature minimum, maximum and amplitude ( C) 白天最小、最大地表温度及温度范围Minimum: 22年月平均最小地表温度Maximum: 22年月平均最大地表温度Amplitude: (平均最小地表温度+平均最大地表温度)/2Frost Days (days) 低于摄氏0度的天数Dew/Frost Point Temperature ( C) 雾天（水汽饱和）的温度10、Meteoro

17、logy (Wind)Wind speed at 50 m (m/s) 平均风速Percent of time for ranges of wind speed at 50 m(percent)每区域风速(0-2、3-6、7-10、11-14、15-18和19-25 m/s)的天数比例Wind Speed at 50 m at 3-hourly intervals (m/s)Wind Direction at 50 m(degrees)Wind Direction at 50 m at 3-hourly intervals (degrees)Wind Speed at 10 m for ter

18、rain similar to airports (m/s)Wind Speed adjustments for height and vegetation type (m/s) 50米风速的地形校正。根据地势（0-300米）和植被（17种）进行校正。11、Meteorology (Other)Relative Humidity (percent)相对湿度Specific Humidity (kg/kg)比湿度Atmospheric Pressure (kPa)大气压Total Column Precipitable Water (cm) 地表到大气顶层单位圆柱截面积的水汽含量Precipit

19、ation (mm/day)所有月份的平均日降雨量12、Supporting InformationTop-of-atmosphere insolation (kWh/m2/day) 大气层顶部的太阳辐射Surface Albedo (dimensionless)地表反射率例如对于纬度37度、经度45度，选择如下Geometry- Average insolation- Insolation on horizontal surface- Daylight Hours-Radiation on equator-pointed tilted surfaces- Equivalent number

20、of NO-SUN days over consecutive-day period - Available surplus as % of average values over consecutive-day period (1, 3, 7, 14, and 21 days) - Daylight cloud amount- Daily Temperature Range- Wind speed at 50 m- Relative Humidit- Surface Albedo-Submit 结果如下如所示。倾斜表面的月平均水平辐射量，倾角为0 、纬度-15 、纬度、纬度+15、90和最优

21、角度。SSE HRZ：水平辐射量；K：晴空指数；Diffuse：散射辐射；Direct：直接辐射；Tilt 0：倾角为0；。2、多年气象资料统计2.1 基本气象资料 当地气象站的基本资料，包括月平均气温、最高气温、最低气温、平均降水量、蒸发量、平均风速、日照时数、日照百分率、雷暴日数、沙尘暴日数、云量、相对湿度等。建议列表！建议列表！2.2 太阳能资源统计 光伏电站站址平均每天日照时间、平均日照时数、日照百分率、太阳能年总辐射量、最大辐射年、最小辐射年、年际辐射量变化分析、月际辐射量变化分析等。2.3 太阳能资源综合评价 综述光伏电站站址的太阳能资源优势。第四章 光伏发电部分设计1、光伏发电系

22、统简介1.1 光伏发电系统原理 例如光生伏特效应、光伏发电系统分类（主要是离网和并网）、各类型光伏发电系统简介等。1.2 光伏发电系统组成 主要包括太阳能电池组件、光伏支架、汇流箱、逆变器、升压变压器、二次监控系统等。2、设备选型 结合当地太阳能资源特点进行设备选型；例如直接辐射比例较高时采用跟踪支架，气温常年较高的地区可以选用非晶硅组件（高温下光之衰减效应弱）等。 通过经济比选的方式进行设备选型优化。例如从汇流箱到直流柜的直流电缆截面选取，若电缆截面增大可降低损耗提高发电量但增加投资，反之则减少投资但损耗提高，需结合当地资源条件进行经济比较确定方案。 一般可对光伏电站的选型设定两个方案进行现

23、金流差额比较，即差额净现值法，差额净现值大的方案为最优方案。现金流入主要包括产品销售收入、补贴收入；流出包括建设投资、经营成本及城建税和附加。2.1 光伏组件和逆变器选型光伏组件选型：光伏组件选型： 光伏组件选型首先要选择组件种类。组件必须符合UL、IEC61215、TUV标准，保证每块组件的质量。商用太阳能电池主要有以下几种类型，见表。 *以上项目分别是电池类型、商用效率、实验室效率、使用寿命、优点及市场占有率（2007年） 单晶硅、多晶硅太阳能电池制造技术成熟、产品性能稳定、使用寿命长、光电转换效率高，广泛应用于大型并网电站。多晶硅售价低，性价比较高；生产过程能耗低，更为环保。单晶硅光电转

24、换效率高。通常采用多晶硅组件，但是如果为了在有限的面积安装更多容量的场合需采用单晶硅组件。 非晶硅电池稳定性差、光电转换效率较低、寿命短，但是近年来价格大幅下降，价格已接近晶硅组件。在同等条件下，晶硅和非晶硅的发电量差别较小，应根据温度和光谱分布进行测算，确定电池种类。 其它电池种类受资源或毒性限制，无法大规模生产。 应选择目前市场上流行的电池组件，便于大批量采购。即目前还应选用晶硅电池。 其次，应根据市场现有的光伏组件型号及其参数进行计算，得出每种组件的串联块数。 目前晶硅组件主要规格有两种：一种为60片156156mm装光伏组件，典型尺寸在1650990mm，主流功率在240-255W；另

25、一种为72片156156mm装光伏组件，典型尺寸在1950990mm，主流功率在290-300W。单块组件两者的效率基本相等，价格也基本接近，但大尺寸组件的安装费用、连接电缆长度和线损等都有所降低。具体应用时还需根据价格、供货能力及工程具体情况等综合确定。应兼顾易于搬运条件下，选择大尺寸、高效率的电池组件。逆变器选型：逆变器选型： 1、集中式逆变器（电站型逆变器）：优点是输出功率大，可以达到兆瓦级，价格较便宜（0.3-0.4元/W），单位发电量成本低。但是同一阵列中光伏器件不仅受串联模块特性的相互影响，也受并联模块之间特性的相互影响，因此会影响光伏器件的输出功率。该逆变器对光伏器件的利用率低于

26、其它类型；光伏阵列中某一个组件被阴影遮挡时，该组件不仅不能输出功率，还会成为系统的负载，引起该组件的发热。主要用兆瓦数及以上规模的光伏电站。主要用兆瓦数及以上规模的光伏电站。2、组串型逆变器：每个光伏组串通一个逆变器，在直流端具有最大功率峰值跟踪，在交流端并联并网。对光伏组件串的利用率高一些。但是由于功率较小，一般从1kW-30kW，现在阳光电源公司已有60kW的组串型逆变器，相对成本较高，售价也较高，一般每W1.5-1元之间。主要用于家庭和某些单位建设的小型并网电站。主要用于家庭和某些单位建设的小型并网电站。3、微型逆变器：功率很小的逆变器，该逆变器直接与光伏组件相连接。每个逆变器与一块光伏

27、组件组成一个并网发电单元，保证每个组件均运行在最大功率点，具有很强的抗局部阴影的能力；将逆变器与光伏组件集成，可以实现模块化设计，可以即插即用，系统扩展方便；逆变器基本不独立占用安装空间，分布式安装便于配置，适应不同安装方向和角度的应用；系统冗余度高，可靠性高，单个模块失效不会对系统造成影响；可以应用于BIPV系统，完全适应建筑集成光伏并网发电系统的需求，使光伏发电与建筑有机的结合在一起，实现BIPV系统发电效率的最大化；简化系统结构。但是价格较高（3-4元/W）。目前实践上应用较少。目前主要用于小型光伏电站。目前主要用于小型光伏电站。光伏并网逆变器的功能光伏并网逆变器的功能1、自动运行和停机

28、功能（1）自动运行。早晨日出后，太阳辐照度逐渐增强，光伏电池的输出也随之增大，当达到逆变器所需的直流功率时，逆变器即自动开始运行；（2）运行。逆变器运行后，时时刻刻监视光伏电池阵列的输出，只要光伏电池阵列的输出功率大于逆变器工作所需的功率，逆变器就持续运行，直至日落时，光伏电池阵列的输出功率小于逆变器工作所需的直流功率时，逆变器就停止工作。阴雨天也是如此。（3）停机。当光伏电池阵列输出功率减小，逆变器输出功率接近于零时，逆变器便进入待机状态。2、最大功率跟踪（MPPT）控制功能（1）最大功率最佳工作点。光伏电池阵列的输出是随太阳辐射强度和光伏组件自身温度而变化的，光伏电池输出电压和电流呈非线性

29、关系变化，其输出功率也随之改变。（2）最大功率跟踪控制。太阳辐射强度是变化的，最佳工作点也是在变化的。相当于太阳辐射强度的变化，始终让光伏电池组件的工作点处于最大功率点，逆变系统始终从光伏电池组件获取最大功率输出，即为最大功率跟踪控制。3、低电压穿越功能（LVRT）（1）低电压穿越功能 当电网电压由于故障而发生跌落，按照常规，并网逆变器应该脱离电网，而这可能反过来加重故障的程度，有可能引起电网崩溃，导致大面积停电。因而国家能源局、国家电网公司要求，当电网电压跌落至正常值的20%，甚至为零时，还能保持在网运行。逆变器的这种功能就称为低电压穿越功能。国家电网公司要求，光伏发电的光伏逆变器必须具备低

30、电压穿越功能，以确保电网的稳定运行，否则不能并网。（一般20kW以下的逆变器不具备此功能）（2）低电穿越时间应根据保护和重合闸动作时间确定。当电压跌落到0时，要保持并网的时间为0.15s；当电压跌落到0.2UN时，要保持并网的时间为0.625s；当电压跌落到0.9 UN时，要保持并网的时间为2.0s。（3）解决低压穿越的方法a、用储能设备电网未发生故障时，电网给超级电容器充电，当电网发生故障时，超级电容器放电给并网点注入能量，提供并网点的支撑电压，可以继续使光伏设备并网工作正常运行；b、用无功补偿设备电网侧发生瞬时故障时，光伏电站本身不能提供瞬间的电压支撑，容性动态无功补偿装置可释放无功能量，

31、显著提供光伏电站各母线电压，增强光伏电站低电压穿越能力。人员伤亡。4、孤岛监测保护功能由于光伏发电系统和电网并联工作，因此光伏发电系统需能及时监测出电网故障并切断与电网的连接。如果不能及时发现电网停电故障，就会出现光伏发电系统仍向局部电网供电的情况，从而使局部电网仍处于供电状态，造成设备损坏和人员伤亡。选型要点：选型要点：（1）逆变效率：越高越好。（2）MPPT的电压范围：要与光伏方阵的电压、电流相配合。（3）MPPT跟踪的组数：如果光伏方阵朝向不一致，那么同一时刻的光伏方阵的电压、电流也不相同，最大功率点也不一致，所以应选择2组MPPT或多组MPPT的逆变器，以利于跟踪不同的光伏方阵的最大功

32、率点。（4）最大直流电压：要与光伏方阵组串的电压相适应。（ 5）海拔高度：一般3000m以下，3000m以上要降容使用。（6）工作温度2、选择逆变器类型（1）大型电站（100kW以上的）一般选择集中型逆变器；（2）家庭电站或某些单位的小型电站一般选用组串型逆变器；（3）微型逆变器由于价格较高，目前国内很少使用。3、逆变器功率的选择要与光伏方阵的设计容量相匹配，差距不要太大。一、光伏组件的参数例如：某公司太阳能电池组件SWM250P156参数（STC：1000W/m2，AM1.5，25）如下表：参数符号单位数值最大功率PmaxWp250工作电压VmpV30.7工作电流ImpA8.15开路电压Vo

33、cV37.4短路电流IscA8.63组件效率m%15.4功率误差%+3%额定工作温度NOCT452最大功率温度系数KPmax%/-0.43开路电压温度系数Koc%/-0.32短路电流温度系数Ksc%/0.04极限参数最大系统电压VmaxV1000工作温度Tmp-40+85二、组件串联的串联电压匹配1、串联电压：光伏组件的串联开路电压之和要小于光伏组件的最大系统电压，即VmaxnVoc。式中，Vmax是最大系统电压；Voc为光伏组件开路电压；n是串联光伏组件的块数。2、温度对光伏组件串的影响：光伏组件的技术参数在环境温度变化时会发生变化，所以在光伏组件串联时要考虑温度的影响，即VmaxnVoc(

34、STC)1+Koc(Tmin-25)。式中，Voc(STC)是标准状态下，光伏组件的开路电压；Koc为光伏组件的开路电压温度系数；Tmin是光伏组件安装处的最低温度。例如：将上述SWM250P156组件设计为26块组件串联，在标准状态下串联组件的开路电压为：Voc=nVoc=2637.4=972.4VVmax=1000V 由上式计算可见，在-4时26块串联组件的开路电压1062.64V大于光伏组件最大系统电压1000V，不能串联26块该组件，应减少串联块数。如果光伏组件的块数减为22块Vmax,oc=n Voc(STC) 1+Koc(Tmin-25)=2237.41+(-0.32%)(-4-2

35、5)=899.15VVmax=1000V所以可用22块SWM250P156太阳能电池组件串。 同一光伏组件的电性能参数应保持一致，计算出串联组串数后，应进行逆变器的匹配。组件的串并联与逆变器性能的匹配和优化主要是考虑温度对组件电性能的影响。 若选阳光电源公司的SG500MX-M逆变器，其输入端的直流参数如下：参数符号数值最大输入功率PDC,max560KW最大输入电压VDC,max1000V启动电压VDC,on520V最小工作电压VDC,min480V最大输入电流IDC,max1064AMPPT电压范围VDC,MPPT480-850VMPPT数量1，2，3，4输入连接端数24（1）光伏组件串联

36、的开路电压与逆变器直流输入电压的关系：组件串联的开路电压应小于逆变器的最高直流输入电压，即VDC,maxnVoc。式中，VDC,max是逆变器的最大直流输入电压。 例如选用前面讲到的SWM250P156组件，串联22块组件Voc=nVoc=2237.4=822.8VVDC,max=1000V在冬季最低温度时，考虑到温度对光伏组件开路电压的影响（若洛阳的最低气温为-4），串联组件的开路电压在冬季最低温时要小于逆变器的最大直流输入电压。VDC,maxn Voc(STC) 1+Koc(Tmin-25)例如，最低温度为-4，串联块数为22块n Voc(STC) 1+Koc(Tmin-25)=2237.

37、41+(-0.32%)(-4-25)=899.15VDC,max=1000V（2）MPPT工作范围 光伏组件串联后的MPPT工作电压必须在逆变器规定的范围内，即VDC,MPPT,minn VmpVDC,MPPT,max。式中，VDC,MPPT,min是逆变器的MPPT的最小直流输入电压；VDC,MPPT,max是逆变器的MPPT的最大直流输入电压；Vmp为太阳能电池组件的工作电压。考虑到温度的影响，进行温度修正VDC,MPPT,minnVmp(STC) 1+Koc(Tmin-25)VDC,MPPT,max例如，选用SWM250P156电池组件22块串联，在标准状态下，串联组件的工作电压为n Vmp=2230.7=675.4V，VDC,MPPT,min=480V，VDC,MPPT,max=850V很明显看出，480V 675.4V850V，符合要求。考虑到温度的影响，进行温度