分布式光伏发电子方案白皮书

分布式光伏发电方案白皮书分布式光伏发电方案白皮书中兴通讯版权所有未经许可不得扩散第

1页分布式光伏发电方案白皮书版本日期作者审核者备注V1.02014/2/15石宏伟钟启昌不对第三方开放©2014ZTECorporation.Allrights

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2页中兴通讯版权所有未经许可不得扩散目录1

方案综述................................................................................................................................42

背景与需求.............................................................................................................................53

应用场景................................................................................................................................64

方案亮点................................................................................................................................75

方案详细介绍.........................................................................................................................85.1 方案架构和原理.........................................................................................................85.1.1

分布式光伏方案原理........................................................................................85.1.2

分布式光伏方案组成........................................................................................95.2 方案应用场景...........................................................................................................105.3 主要产品介绍...........................................................................................................105.3.1

光伏组件和支架.............................................................................................105.3.2

并网逆变器....................................................................................................135.3.3

防雷汇流箱....................................................................................................155.3.4

交流配电柜....................................................................................................175.3.5

监控系统........................................................................................................186

客户利益..............................................................................................................................207

缩略语..................................................................................................................................21分布式光伏发电方案白皮书中兴通讯版权所有未经许可不得扩散第

3页图目录图

2-1图

5-1图

5-2图

5-3图

5-4图

5-5图

5-6图

5-7图

5-8图

5-92013~2015

年全球太阳能装机容量预测.............................................................................

5分布式光伏发电方案拓扑图................................................................................................

8250Wp

多晶硅组件外型图................................................................................................

11250Wp

多晶硅组件

I-V

特性曲线及温度特性曲................................................................

12平面屋顶支架实例.............................................................................................................

1220kWp

逆变器外形图和效率曲线图..................................................................................

13500kWp

逆变器外形图和效率曲线图................................................................................

13防雷汇流箱外型图.............................................................................................................

15汇流箱的电气原理框图.....................................................................................................

17光伏防雷交流柜................................................................................................................

18图

5-10

监控界面.........................................................................................................................

19表目录表

3-1表

5-1表

5-2表

5-3表

5-4表

7-1两种典型应用场景...............................................................................................................

6250Wp

多晶硅太阳能光伏组件技术参数..........................................................................

1120kWp

和

500kWp

逆变器特性表.....................................................................................

1420kWp

和

500kWp

逆变器技术参数.................................................................................

14监控基本性能....................................................................................................................

19缩略语表...........................................................................................................................

21分布式光伏发电方案白皮书第

4页中兴通讯版权所有未经许可不得扩散1方案综述光伏发电系统是利用太阳电池半导体材料的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换为电能的一种发电系统。本文所讲的分布式光伏发电是指：把光伏组件、汇流箱等设备安装在工业园区或者其他业主的建筑物屋顶上组成光伏发电系统，然后接入低压配电网（国内通常为三相400V），通过交流配电线路给当地负荷供电，剩余的电力馈入公用电网；不足电量部分由电网补充。本方案定位于

BAPV（光伏系统附着在建筑上）的形式，而不涉及

BIPV（光伏建筑一体化）。因此，此方案的两个显著特点是：安装位置是建筑物屋顶（本方案默认平面屋顶）；接入电网是低压配电网（国内通常为三相

400V），10kV

接入也可以，由供电局确定接入方案。（国际情况比较复杂，由当地的电网电压决定）。分布式光伏发电方案白皮书中兴通讯版权所有未经许可不得扩散第

5页2背景与需求随着全球能源的日益枯竭和价格不断攀升、以及传统化石能源对环境污染的影响日益加剧，各国政府和企业不断加强对清洁能源和节能技术的投资和开发；而太阳能作为绿色环保、可再生、潜力巨大的清洁能源，成为全球关注的焦点，是经济发展的新动力。随着社会的快速发展，对电力的需求越来越大，而光伏发电这一电力解决方案是有效缓解电力供给紧张的重要途径之一；而各国政府的减免税政策和补贴政策、不断下降的发电成本，为光伏发电市场的发展提供了坚实的基础，越来越多的国家开始实行“阳光计划”。下图是IMS

报告关于

2013-2015

年间的全球太阳能装机容量预测数据。全球太阳能发电发展非常迅速，2013

年，预计全球太阳能的装机容量达到近

35GW，中国的装机容量大约有

6.9GW，占比近

20%的份额。2014~2015

年，将继续保持

2

位数的增长率。图

2-1

2013~2015

年全球太阳能装机容量预测分布式光伏发电是光伏发电中的一种应用模式，目前主要针对工业园区、商业机构、政府、企事业单位等目标市场，建设较低成本的光伏发电方案，一方面满足客户自身电力需求，另一方面降低用电成本、并从卖电中取得收益。分布式光伏发电方案白皮书第

6页中兴通讯版权所有未经许可不得扩散3应用场景分布式光伏发电方案主要面向工业园区客户或者有大面积屋顶的企业、商业、办公大楼等客户。主要在屋顶建立分布式光伏发电系统，减少对于电网的电能依赖，同时减少工业园区的碳排放，打造生态工业园。分布式光伏发电系统发的电量将最大程度的在当地消耗，只有小比例的多余电量才输送电网。主要是因为上网电价比较低，经济效益较差。如果全部发电量都能在本地消耗，将得到最大的经济效益。此系统可覆盖

20kW

到几兆瓦的范围，并可根据屋顶面积和客户需求进行定制。为了更好满足客户需求，以及进行方案宣传和推广，在此特别界定两种应用场景模板。详情见表

3-1：表

3-1两种典型应用场景场景名称目标市场主要设备容量范围100kWp

系统小型工业园区250Wp

多晶组件、20kW

逆变器20kWp

–几百千瓦1MWp

系统大型工业园区250Wp

多晶组件、500kW

逆变器1MWp

–几兆瓦分布式光伏发电方案白皮书中兴通讯版权所有未经许可不得扩散第

7页4方案亮点分布式光伏发电解决方案，从技术上和经济角度来看，具有诸多亮点，主要体现在以下几个方面：投资成本低与独立的光伏供电系统相比，分布式光伏发电系统与公共电网并网运行、不需要配置蓄电池。一方面可以大幅度降低系统造价和维护成本，减少空间占用；另一方面系统不受蓄电池状态的限制，可以充分利用光伏发电系统所发出的电力，因此具有更高的发电效率、更好的环保性能和稳定性。利用屋顶面积，土地租赁成本低廉。节省土地与集中式光伏发电相比，光伏阵列一般安装在闲置的屋顶上，不用额外占用土地，这对于土地昂贵的城市尤其重要。而工商业用户一般位于城市或区域的中心地带，土地节省显得更为重要，能够有效减少项目投入。高效环保分布式光伏发电，光伏阵列安装在用户的建筑屋顶，原地发电、原地用电。在较短距离范围内传输并网，避免

5-10%输配电损失，降低输电和配电投资和运行成本。这种就近消化的特点使分布式光伏发电方案在光伏发电方案中脱颖而出。采用高效多晶硅电池板和

MPPT

逆变器系统；太阳能利用率高，降低发电成本绿色、低碳、无污染、无噪音，适合在工业园区、办公楼和居民区等地建设。调峰节能夏天是用电高峰，也是日照量最大、光伏系统发电量最多的时期，分布式光伏系统对电网可以起到调峰作用。光伏组件安装在建筑屋顶上直接吸收太阳能，降低了屋顶温度和起到建筑节能作用。建设周期短系统采取太阳能和外电网混合供电方式，即发即用，发电利用率高，缩短投资周期。分布式光伏发电方案白皮书第

8页中兴通讯版权所有未经许可不得扩散5方案详细介绍5.1方案架构和原理5.1.1分布式光伏方案原理工作原理：太阳能电池阵列把太阳能直接转换成直流电，通过防雷汇流箱，把多路阵列汇流成一路输入到光伏逆变器，光伏逆变器把多路直流电变换成交流电，通过交流配电柜分配给负载供电，多余的电量输送到电网；不足电量部分由电网补充。分布式发电系统主要由发电部分、变换部分、配电计量部分和能源管理系统四大部分组成。分布式光伏发电系统方案拓扑如下图所示。图

5-1分布式光伏发电方案拓扑图发电部分设备包括太阳能电池阵列，汇流箱。变换部分设备包括光伏逆变器。分布式光伏发电方案白皮书中兴通讯版权所有未经许可不得扩散第

9页电力配电和计量系统包括：交流配电柜和计量电表（计量电表通常由供电局提供）。能源管理系统包括前台传感器，服务器和后台网管软件。光伏逆变器和能源管理系统是分布式光伏发电系统中最核心的两大产品。光伏逆变器的可靠性和效率直接决定了光伏发电站的发电量。比如，1MW

的分布式光伏发电系统，在年有效太阳辐射小时数达到

1400

小时条件下，光伏逆变器的效率高一个点，则每年增加的发电量就达到

1.5

万度电。5.1.2分布式光伏方案组成光伏组件方阵由光伏组件按照光伏系统的容量需求通过串、并联组成方阵，在太阳光照射下将太阳能转换成直流电能输出，它是太阳能光伏系统的核心。支架用于支撑和安装组件，分为固定式和跟踪式。目前固定式支架较为常用。固定式支架通过设定固定的倾斜角，使年平均发电量达到最大值。倾斜角主要与当地的纬度有关。并网逆变器将光伏组件产生的直流电转化为与交流电网同频率、同相位的正弦波电流，馈入电网实现并网发电功能。防雷汇流箱主要作用就是对光伏组件阵列的输入进行一级汇流，用于减少组件阵列接入到逆变器的连线，优化系统结构，同时有直流防雷功能，提高可靠性和可维护性。交流配电交流配电单元则是将逆变器转换的交流电通过配电单元接入电网点。监控系统实现对汇流箱、逆变器、配电柜，环境监测仪等设备信息的实时监测、事件报警、数据存储、数据分析功能。用户不但能够进行本地监控，而且可以根据需要和网络条件实现远程监控。其他包括直流线缆和接插件、交流线缆、计量电表、防雷和接地等。分布式光伏发电方案白皮书第

10页中兴通讯版权所有未经许可不得扩散5.2方案应用场景分布式光伏发电方案主要面向工业园区客户或者有大面积屋顶的企业、商业、办公大楼等客户。主要在屋顶建立分布式光伏发电系统，减少对于电网的电能依赖，同时减少工业园区的碳排放，打造生态工业园。分布式光伏发电系统发的电量将最大程度的在当地消耗，只有小比例的多余电量才输送电网。主要是因为上网电价比较低，经济效益较差。如果全部发电量都能在本地消耗，将得到最大的经济效益。此系统可覆盖

20kW

到几兆瓦的范围，并可根据屋顶面积和客户需求进行定制。5.3主要产品介绍5.3.1光伏组件和支架5.3.1.1250Wp

多晶硅组件目前，并网光伏主要使用的组件类型有：72

片

5

寸单晶太阳能光伏组件、60

片

6

寸单多晶太阳能光伏组件、72

片

6

寸单多晶太阳能光伏组件、非晶硅薄膜组件，碲化镉(CdTe)薄膜光伏组件、聚光型光伏组件。从产品技术应用的成熟度和我们目前的实践经验建议先使用多晶体硅太阳能光伏组件，多晶硅光伏组件可以减少安装量、减少连接导线量、降低工程费用和直流损耗。在分布式光伏发电方案中，我们选用尺寸适中、应用成熟的

72

片

6

寸多晶太阳能光伏组件，单片峰值功率

250Wp，组件转化效率

15.3%，设计使用寿命

25

年。该型号组件外型如图

5-2：分布式光伏发电方案白皮书中兴通讯版权所有未经许可不得扩散第

11页图

5-2

250Wp

多晶硅组件外型图250Wp

多晶硅太阳能光伏组件技术参数如表

5-2。表中参数仅供参考，不同供应商的产品参数有少许差异，请以实际方案为准。表

5-1250Wp

多晶硅太阳能光伏组件技术参数组件类型Polycrystalline-250电性能标准状态小峰值输出功率(Pm)250Wp功率误差±3%最大工作电压

(Vmp)30.3VDC最大工作电流

(Imp)8.27

A开路电压

(Voc)36.7VDC短路电流

(Isc)8.67

A最大系统电压1000Vdc组件转化效率15.3%温度系数功率温度系数

Tc-Pm()-0.45%/oC电流温度系数

Tc-Isc+0.05%/oC3电压温度系数

Tc-Voc-0.35%/oC机械性能电池片尺寸

(长

×

宽)156×156

mm电池数量60

片(6

×

10)组件尺寸(长

×

宽

×

厚)1642×992×46

mm组件重量20

kg机械载荷能力5400pa环境工作环境温度-40oC~

+85oC分布式光伏发电方案白皮书第

12页中兴通讯版权所有未经许可不得扩散250Wp

多晶硅组件

I-V

特性曲线及温度特性曲线如图

5-3：图5-3

250Wp

多晶硅组件I-V

特性曲线及温度特性曲5.3.1.2平面屋顶支架支架（不含混泥土基础）采用普通碳素结构钢、按标准热浸锌处理，在普通环境可以15

年不生锈，30

年安全使用。在盐雾环境，如靠海边、潮湿环境，可以

10

年不生锈，25

年安全使用。平面屋顶承重能力强，一般要求在

250kg/m2

以上，安装方便，但在施工工程需要大型机械吊装混泥土基础材料及设备。基础根据当地抗风强度设计，采用现浇预制块，不需要与建筑物本身生根，一般制作成基础与支架结构连成一体结构，加强抗风强度，也可以减少基础用料。图

5-4平面屋顶支架实例分布式光伏发电方案白皮书中兴通讯版权所有未经许可不得扩散第

13页5.3.2并网逆变器并网逆变器是光伏并网发电系统的重要设备之一，光伏电池组件是把太阳能量转化为直流电能，经并网逆变器转变为与交流电网同频率、同相位的正弦波交流电，馈入电网实现并网发电功能。光伏并网逆变器智能化程度高，每天自动启停工作，无需人为控制。分布式光伏发电解决方案依据

100kWp

和

1MWp

两种不同的应用场景，分别采用20kWp

和

500kWp

并网逆变器。这两种型号产品的外形和效率曲线如图

5-5

和图

5-6：图

5-520kWp

逆变器外形图和效率曲线图图

5-6500kWp

逆变器外形图和效率曲线图20kWp

和

500kWp

并网逆变器特性见表

5-2：分布式光伏发电方案白皮书第

14页中兴通讯版权所有未经许可不得扩散表

5-220kWp

和

500kWp

逆变器特性表特性20kW500kW高效率最高转换效率达

98.1%最大功率跟踪(MPPT)效率≥99.9%采用三电平技术、IGBT

和MOSFET

并联技术提升全范围变换效率最高转换效率达

98.5%最大功率跟踪(MPPT)效率≥99.9%采用空间矢量调制算法(SVPWM)采用双路并联拓扑结构，提高轻载效率及可靠性高

可

靠性严格的降额设计完善的保护功能全数字化

DSP

控制先进热设计，可自动调速风扇实现孤岛保护漏电流保护及绝缘抗阻检测双MCU

结构实现双重监控严格的降额设计双DSP+双MCU

结构，实现多重监控先进热设计，可自动调速风扇漏电流保护及绝缘阻抗检测完善的保护功能强

适

应性IP65

防护等级，适应室外应用多种语言显示适应高海拔应用可选无功功率可调、有功功率降额等功能多种语言显示&多种通讯接口(RS485,

以太网)适应高海拔应用(4000

米)低电压穿越功能无功功率可调、有功功率降额等功能外置低频变压器(可选)20kWp

和

500kWp

并网逆变器参数见表

5-3，实际参数请以具体方案为准。表

5-320kWp

和

500kWp

逆变器技术参数型号20kW500KW最大太阳电池阵列功率22kW550KWp最大阵列开路电压850Vdc880Vdc,1000Vdc（可选）最大功率点跟踪（MPPT）范围500-800Vdc450Vdc～820Vdc直流输入路数5

路16

路最大阵列输入电流42A1200A额定交流输出功率20kW500KW最大效率98.10%98.50%欧洲效率97.50%98%总电流波形畸变率<2%<3%功率因数~1~1分布式光伏发电方案白皮书中兴通讯版权所有未经许可不得扩散第

15页型号20kW500KW额定电网电压380Vac

三相270Vac

三相电网电压范围323-418Vac215VAC~310VAC额定电网频率50/60Hz50Hz夜间自耗<20W<100W通讯接口RS485RS485，Ethernet（选配）使用环境温度－20℃～＋65℃－20℃～＋60℃使用环境湿度0～95%，不结露0～95%，不结露海拔高度4000

米4000

米冷却方式风冷，风速可调风冷，风速可调防护等级IP65IP20（室内）尺寸（宽×高×深）mm545×750×2202800×2150×850重量50kg1800kg5.3.3防雷汇流箱在

1MWp

应用场景中，根据逆变器和光伏组件的选择，需配置我司

PVS-16M

防雷汇流箱，每台均有

16

路直流输入，汇流箱的每路均有电流检测。光伏防雷汇流箱外型如图

5-7：图

5-7

防雷汇流箱外型图分布式光伏发电方案白皮书第

16页中兴通讯版权所有未经许可不得扩散该汇流箱的接线方式为

16

进

1

出，即把相同规格的

16

路电池串列输入经汇流后输出1

路直流。该汇流箱具有以下特点：防护等级

IP65，防水、防灰、防锈、防晒，能够满足室外安装使用要求；可同时接入

16

路电池串列；每路接入电池串列的开路电压值最大可达

DC1000V；具有

16

路保护控制，每路的正负极都配置高压直流熔断器（最大电流为

15A），其耐压值可达

DC1000V；汇流箱配有

16

路电流监控装置，对每

1

路电池串列进行电流监控，通过

RS485通讯接口上传到上位机监控装置；直流汇流的输出正极对地、负极对地、正负极之间配有光伏专用防雷器。直流汇流的输出端配有可分断的直流断路器；防反充功能（选配）汇流箱的电气原理框图如图

5-8：分布式光伏发电方案白皮书中兴通讯版权所有未经许可不得扩散第

17页图

5-8

汇流箱的电气原理框图CurrentMonitorSolarstring1+Solarstring2+Solarstring3+Solarstring4+Solarstring5+Solarstring6+Solarstring7+Solarstring8+Solarstring9+Solar

string10+Solar

string11+Solar

string12+Solar

string13+Solar

string14+Solar

string15+Solar

string16+Solarstring1-Solarstring2-Solarstring3-Solarstring4-Solarstring5-Solarstring6-Solarstring7-Solarstring8-Solarstring9-Solar

string10-Solar

string11-Solar

string12-Solar

string13-Solar

string14-Solar

string15-Solar

string16-+-DC

BreakerDC

OUT+DC

OUT-CommunicationR485Power30VDCDC

SPDHigh-voltagefuse5.3.4交流配电柜针