基于独立运行模式的光伏发电系统设计光电信息科学与工程专业论文

第一章绪论1.1研究目的及意义在进入到二十世纪后，我国经济得以迅速发展，在科技发展背景下，能源消耗量得以增加，使得人们逐渐面临能源枯竭问题也就是说，能源的可开采年限屈指可数，我国的情况则更为严重，其开采能源的总储量仅仅占世界总储量的10.1%，我国能源的剩余可开采储量时间仅仅为129.7年。我国1970-2030年的一次能源开发趋势如图1.1所示。图1-1我国1970-2030年的一次能源开发趋势图1.2为中国与世界一次能源的探明剩余储量比较，其表明我国资源要面临消耗殆尽的窘境，需要促进新能源的开发。同时，我国石油在应用的过程中，其对环境的污染相对较大，对社会的发展造成了制约作用，甚至对人类的生存造成了威胁。在这一发展情况下，就需要促进新能源的出现，像太阳能，其不仅可再生，而且污染较小，使得其在发展中所占的地位越来越高。目前，太阳能是最具有发展潜力的替代能源的。图1-2中国与世界一次能源的探明剩余储量比较1.2光伏发电现状及发展情况光伏发电在目前发展过程中，还存在一定的问题，其主要表现在几个方面，首先，其对应的电池转换效率较低，主要具有多晶硅电池，单晶硅电池和非晶硅电池等，其光伏电池的转换效率主要是指光伏电池在接收到天阳能转换后其电能所占的比例。在一般情况下，其光伏电池的转换效率指光伏电池在接收的太阳能，被转化为电能时所占的比例。在通常情况下，其光伏电池的转换效率是相对较低的，难以实现高功率光伏发电系统，使得其在现实生活中所对应的障碍是相对较大的。我国在近些年的发展中，大部分的研究者将注意力转向了光伏电池的研究工作中，希望能够将光伏发电的转换率进行提高。其次，光伏电池的生产成本相对较高，人们在日常生活中常用到的光伏电池通常为晶体硅电池和非晶硅电池，其中的主要成分为硅。就硅来说，其在地球上的含量仅次于氧气，主要存在于二氧化硅中。促进二氧化硅变成晶体的过程，其需要经过多个工序，而这一工作过程，需要将大部分的能量进行消耗，也就是说，其光伏电池的制造成本是较高的。受到制造非晶硅电池的能量消耗要少很多等因素的影响，还需要科学家想方设法提出非晶硅电池的稳定性和工作寿命，并促进其转化率的提高。再次，其光伏发电系统所对应的造价较高，因为光伏电池的转换效率低，在这样的发展情况下，要想满足电能需求，则还需要多块光伏电池组成光伏阵列。发展到2003年，其硅光伏电池的成本节约了大概36-40元/WP，使得其系统的成本节约了大约60-80元/WP。也就是说，光伏发电系统造价高对行业的发展造成了限制影响。最后，气候环境等会对光伏发电系统的运行造成影响，就光伏发电能源来说，其主要来自于太阳光，使得其天气状况会对太阳光在地面上的照射数量造成影响，使得其在阴雨天难以正常运行。同时，在当地的环境状况较差时，也会对光伏发电系统的正常运行造成不良影响。向空气中的颗粒物落在光伏电池板上，会对太阳光的照射造成阻碍作用，减少其入射量，对光伏发电的转换率造成影响。光伏系统的组成及关键问题2.1太阳能光伏发电系统的组成在太阳能光伏系统中，促进其实现，需要将半导体的光生伏打效应原理进行应用，其是组成蓄电池的主要部分，能够在实际的操作过程中，将其太阳能转换为发电系统。而就这种光伏发电系统来说，其组成在一般情况下都是由光伏电池所组成的，同时还具有蓄电池和控制系统，逆变器等。就光伏发电系统来说，其在实际应用过程中，促进运行工作的有效发展，主要还需要将其分为并网光伏发电系统独立光伏发电系统。图2-1光伏发电系统构造图2.2.1光伏电池组件就光伏电池来说，其是太阳能光伏发电系统中的主要部分，应用作为主要为促进天阳能向电能的直接转换，能够供应负载使用，也能够被存储在蓄电池中备用。但是要想将光伏电池进行大规模的使用，还存在一定的问题，需要将其光电转换效率进行提高，同时降低其生产产成本。第一代光伏电池为以硅片为基础的，这一电池无论是在技术方面还是在性能方面来说，其发展都相对成熟。硅材料的制作成本相对较低，是整个光伏电池成本的45%，但是在对二氧化硅中提取硅元素过程需要消耗较大能量这一问题来看，其其光伏电池的生产成本是相对较高的。第二代光伏电池则为薄膜技术，在非硅的材料衬底处放置较薄的光电材料，目的为减少对硅材料的使用，从而实现对光伏材料成本的降低。但是这一程序纸杯的光伏电池，其材料性能维持时间较短，具有光疲劳效应，在一定程度上限制了其发展。而最后的薄膜光伏电池，其光伏的转换率能够达到90%以上，对应的应用性能也相对叫高。能够有效解决非光能转换过程中对热能的损耗，促进其光子一个用效率。但是这一电池仅仅处于实验研究阶段，还没有得到实际应用。2.1.2控制器就控制器来说，其中主要包括充放电控制器和MPPT控制器。就充放电控制器来说，其通常是用来对蓄电池的充放电情况进行检测，并检测器升温情况，从而根据光伏电池的具体情况和状态，对其充电方式进行调整，保证实现最佳状态，有效避免过分充电或是过分放电问题的发生。但是就光伏系统的供电系统来说，其所对应的不确定因素相对较多，运行存在不稳定性，使得其对蓄电池的充电和放电都会受到实际新旧程度的影响，还需要在具体应用过程中，对其进电池输出电压和电流的实时监测，并将MPPT控制算法进行结合使用，实现对光伏电池输出功率的有效控制，保证其工作的最大功率点。1.1.3蓄电池逆变器是将直流电转换成的交流电的主要应用设备。受到其光伏电池和蓄电池发出的都为直流电的因素影响，要想保证用电设备的正常应用，还需要将其转换为交流负载，这时就需要将逆变器进行应用，促进直流电向交流电的转换。与此同时，其逆变器还具有自动稳压功能，能够对供电质量和效果进行改善。就其对光伏发电系统来说，其中的逆变器需要首先保证运行可靠性，而就并网光伏发电系统来说，其存在不同特征，主要表现在对孤岛效应进行规避方面，国际这对这一问题，主要是将孤岛效应的主动检测方法和被动检测方法进行应用，从而保证供电平稳性。1.1.4蓄电池就蓄电池在系统中的作用来说，其主要是将光伏电池阵列发出的直流电进行存储，从而实现对负载的供电。针对独立性光伏发电系统来说，其蓄电池的储能功能是必须的，在一般发展情况下，白天太能能够被转化成电能，在通过充电器和蓄电池后被存储，等到了晚上就能实现放电，通过电器和蓄电池促进电能的释放。其中蓄电池的好坏情况主要由光伏发电系统的情况进行决定，而其蓄电池本身所具有的较高相对较高，需要选择合适的蓄电池保证光伏系统的正常运行。2.2并网光伏发电系统的特点和关键问题就并网光伏发电系统来说，其通常需要促进光伏发电系统和公用电网的并联，在其所对应的光伏电池阵列所发出的电能难以对负载需求进行满足时，就需要对电网进行供电补充，但是在其输出的电能超过负载需求时，还需要将光伏系统中产生的多余的电能输送到公共电网中。图2-2并网光伏发电系统示意图就这一光伏系统并入电网后，其对应的优势是相对较多的，在排除其供电质量和不稳定等问题的情况下，其能够在功率最大的点处进行工作，而其产生的多余的电能也可能会被送到电网中。而并网光伏发电系统在一般情况下具有两种结构，不含蓄电的可调度式并网光伏发电系统能够对工作模式进行切换，实现调节器的应用作用。但是与此同时，其也具有增加应用费用和占地面积等问题。就光伏发电系统来说，其关键问题主要是对孤岛效应，锁相环技术，无功补偿和谐波抑制等进行控制。就孤岛效应来说，，导致其情况出现的主要因素为电网操作错误而导致的，一旦其存在电气故障问题，就很容易对其正常运行造成影响，停止供电，而太阳能光伏发电系统本身难以对其展开检测工作，而且难以将其现状济宁改善，还会继续给予电网发电过程，在这种情况下，就导致孤岛效应的出现。就这一孤岛来说，其在持续运行的过程中，所对应的后果是较为严重的，一旦其系统容量小于负载，则很容易导致光伏系统被烧毁等问题的发生，同时，就其孤岛中的电压和频率来说，其运行还不够稳定，在电得以恢复时，存在相位不同步的情况，很容易导致冲击电流的出现，导致并网逆变器的损坏问题，在这种情况下，如果人员认为断电，对孤岛供电线路进行接触，则会导致危险问题的发生。因此需要并网光伏发电中具有孤岛效应检测装置。在并网光伏发电过程中，其稳定需要电流和电网电压的保证，保证其进行同频运行，并在此发展基础上，将锁相环技术进行应，实现电路的闭环，同时对输出信号频率进行跟踪。就锁相环的实际工作情况来说，其对应的输出率和输入率都是相同的，这能够对其相位差进行保证，确定其锁定状态。而在并网光伏发电系统进行运行的过程中，要避免故障问题的发生，就需要对电网电压的频率和相位检测进行检测。2.3光伏变换电路2.3.1光伏直流变换电路就光伏直流变换电路来说，其在一般情况下受到半导体开关器中其开关的导通和关断时间影响，需要与电感，电容和高频电压器等进行配合，从而将某一处的直流电压转换为另一个直流电压电路。这时的变换电路与交流变换电路中的变压器相同。在太阳能所对应的密度相对较低时，要想保证系统的运行效率，则还需要极其变换电路中的环节进行减少，保证拓扑结构的简单性，本研究对三中基本的光伏直流变换电路Buck变换电路：这一电路是将开关器件与电路串联在一起，下图为Buck变换电路的拓扑结构图，其中的T为开关器件。图2-3Buck变换电路拓扑结构图就这一Buck变换电路来说，其在实际工作的开展过程中，其中的开关管T在开通时，其二极管D1截止，对应的光伏阵列实现通电，在通过电感L后向电容C和负载R进行供电，其等效图如下所示，图2-4Buck变换电路工作过程在其电感没有实现饱和时电感L所对应的能量会的得以增加，并对电容C实现充电过程。而在开关管T关断时，其二极管D1导通，并会在电感续流的作用下，导致其电流的逐渐下降，其中的电容C则表现为放电状态，为负载记性供电，从而能够维持负载两端的平衡，保证电压和电流的恒定。其等效图如下所示，受到光伏阵列输出电压Us大于变换器输出电压Uo，使得此电路被叫做Buck变换电路。图2-5Buck变换电路工作过程Buck变换器输出电压的表达式为：其中，D表示的是开关管T的占空比，而Ts则是相应的开关调控周期，Ton是每个控制周期内其开关管T的导通时间。Bcuk变换电路表现为间接性的在光伏阵列输出电压取点电，但是对负载的供电则为连续性的，在这种情况下，其C1是为了保证光伏阵列输出电流具有一定的连续性，而且与光伏阵列形成并联的电容器。其对应的电力通过对开光管T的占空比D进行改善，实现对输出电压的有效调节，保证平均光伏阵列输出功率的平均性，使其能够在最低功率点处进行工作。并注意将负载R变成蓄电池，其作用为蓄电池充电电路，能够在对其输出功率进行有效调节的情况下，实现对其管理。但是Buck变换单路的结构相对简单，很容易实现，使得其得以广泛应用，但是应用过程中也存在不足，表现在仅仅能被应用在降压输出控制中，适用于光伏电池阵列输出电压过高的情况下。Boost变换器：将开关器件并联在电路中。结构图如下所示，图2-6Boots变换电路拓扑结构图Boost变换电路的过程为：在其开关管T导通时，其二极管D1截止，在实现电感饱和之前，其光伏阵列向电感L储存能量，其电容C放电，并为负载R供电，对应的等效电路图如下所示，图2-7Boost变换电路工作过程在其开关管T关断时，其二极管D1导通，其对应的光伏阵列产生输出电压，Us与电感L聚集的电压形成串联，其中高于Us的电压会为电容C和负载R进行供电，对应的等效电路图如下所示，图2-8Boost变换电路工作过程其变换器的输出电压表达式为：其中，D表示开关管T的占空比，而Ts则是开关的控制周期，toff是每个控制周内其开关管的关断时间。Boost变换电路的结构和控制也是相对简单的，容易实现，能够将官府阵列的输出电压进行的升高，从而实现对最大功率点的跟踪，同时保证蓄电池输出电压的升高。应用缺点则为只能够被应用在输出电压输出控制中，适用在输出电压低而负载电压高的情况中。BUck-Boost变换电路，是将Buck变化电路与Boost电路串联而产生的变换电路。图2.9为BUck-Boost变换电路的拓扑结构图。图2-9BUck-Boost变换电路的拓扑结构图其中Us是光伏阵列输出电压，或是蓄电池的输出电压，图2.10为BUck-Boost变换电路的实际拓扑结构图。图2-10Buck-Boost变换电路的实际拓扑结构图Buck-Boost变换电路在实际工作过程中，需要保证开关管导通，这时，其二极管D1截止，促进能量在直流Us向电感L中的存储，在这种情况下，整个系统中，就只有电容C放量，主要提供电量的对象为为负载R。而在其开关管T关断时，其二极管D1导通，直流Us会与电感L聚集，这时系统中形成一定的电压，会从高于Us的电压逐渐向电容C和负载R供电。在通过Buck-Boost变换电路时，其所得到的高于或低于直流电Us。其Buck-Boost变换器的输出电压表达式为：其中的D表示开关管T的占空比，，Ts和ton分别为开关管T控制周期和每个控制周期内其开关管T的导通时间。要想在这种情况下将输出电压进行获取，则需要对其占空比进行改善，当其D<0.5时，存在Uo<Us，则其改变为Buck变换电路，当D>0.5时，存在Uo>Us，其电路则变换为Boost变换电路。在将其占空比的大小进行改变后，其能够实现降压变换，同时实现升压变换，其对应的使用范围更广。2.3.2光伏逆变电路就光伏逆变电路来说，其主要是通过对光伏逆变器，促进其光伏发电系统将输出的直流电转化为负载所需要的交流电电路过程。这一过程是逆向的。就其光伏阵列所发出的电能来说，其均为直流电，使得很多应用设备都需要交流并供电，而逆变器能够在将直流转化为交流的同时，起到自动稳压的作用，改善供电品质和质量、其能够实现对DSP，单片机和芯片的控制。2.4光伏储能及其充放电模式2.4.1铅酸蓄电池铅酸蓄电池接负载前，其中的各个电位均保持平衡状态，其内部形成电动势，而这一电动势会在连通负载后进行电流传输，发生电解质反应：在铅酸蓄电池中，其负离子能够通过溶液向负极进行迁移，同时正离子H+相应的，也逐渐向正极进行迁移，在电池外部发展中，其负极上的电荷会逐渐向正极进行移动，在这种情况下，整个电路就形成一个回路，从而促进其中氧化反应的发生。而正极处却发生了一定的还原反应：受到其负极上的氧化反应的影响，导致点位发生变化，促进其不断升高，而在正极上，其也会出现一定的反应，电极点位被降低，同时降低了其铅酸蓄电池的电动势。而在负极上，其存在一定的氧化反应，会将pb和pbO2转化成pbSO4，使其附着在极板上，而对应的H2SO4溶液便会转化成水，将其对应的浓度降低，减少蓄电池的容量。而铅酸蓄电池的充电过程，其是就是放电过程的逆过程，能够通过对蓄电池进行充电，将其负极板和正极板上的pbSO4转化为pb和pbO2，在发生化学反应的过程中，其H2SO4溶液的浓度也得到增加，促进其蓄电池端的电压，增加其能量。2.4.2蓄电池充放电控制就光伏发电系统来说，要保证其运行稳定性，则需要将蓄电池放电工作进行开展，从实际发展情况来看，对蓄电池进行处理，在电流能够被接受的过程中，能够有效避免气泡的产生。图2-11不同容量蓄电池的可接受充电电流曲线其曲线的表述式为：，其中Ich是蓄电池的可接受充电电流，而Cdis是蓄电池的放电容量，t则表示充电时间。其中的蓄电池析气电压主要是指对蓄电池进行充电时，其内部会出现大量的析气的临界充电电压。而在其蓄电池的充电电压比析气电压大时，会大量析气，在实际的发展过程中，其充电电流则主要是被应用在蓄电池内部的析气过程中，并不是蓄电池充电，从而很容易导致电能浪费问题的发生，甚至会将电池的运行寿命降低。第三章基于西昌加油站的独立光伏发电系统设计3.1光伏电池的选型及设计在西昌加油站中，该站所设计的光伏发电系统具有较强的独立性，其设计的主要目标在于提供安全可靠的清洁能源。该系统中独立光伏系统的作用在于为日常生活、加油机运动、照明提供电力支持，日用负荷量在30Kw左右，日均发电量大约为70度，如若遇到阴雨天气，则蓄电池可为系统运行提供充足的电能。该系统的负载功率为7KW，每日的工作时长约为10小时，可在连续两日阴雨天气中持续供电。加油站中使用交流三相四线，光伏组件被设置在站房屋顶与站内罩棚等处，在设计中不但要分析蓄电池的储备能力，还需要与加油站相关的防火防爆要求充分符合。3.1.1光伏阵列装机容量计算在西昌加油站运行中，主要使用的设备为加油机、照明设备、办公设备、生产设备、防爆灯等，日用负荷量为59560Wh，平均每月的用电量为2902.4度，在本设计中装机容量设置为100kwh，具体如下表3-1所示。表3-1西昌加油站主要用电设备与功率设备名称数量功率（W）用电时间（h/d）总用电量（kw）潜油泵411001044000加油机8800108000荧光灯480064800吸顶灯5360149600交换机621002439200数据来源：西昌加油站年度用电台账表3.1.2光伏阵列的倾角和方位角对于光伏电池阵列来说，可利用下表3-2中的数据信息，对光伏电视的倾角进行计算，具体如下：表3-2光伏电池阵列倾角选择纬度倾角0-15等于15°15-25等于当地纬度＋5°25-30等于当地纬度＋10°30-35等于当地纬度＋15°35以上等于当地纬度＋20°数据来源：谷歌地图利用GoogleEarth对西昌加油站的纬度进行确定，该纬度为27°53′17.71″，在倾斜角确立中最好为整数，因此可将北纬的数值取为27°，从上表3-2的内容可知，该纬度为32°。为了使光伏系统最长时间的接受阳光照射，可将方位角确定为0，也就是正南方向。3.1.3光伏电池参数计算机选型多晶硅光伏电池组件选型中主要分为两种，一种为无锡集团的电池组件，另一种为日地集团的电池组件，具体如下：无锡关键参数如下：型号为STP205-18/Ud，最佳工作电流数值为7.8A、电压为26.3V、功率最大值为205W、长宽高的数值分别为1482mm、992mm与35mm；日地的关键参数如下：型号为TPB156×156-72-P，最佳工作电流数值为8.24A、电压为35.2V、功率最大值为290W、长宽高的数值分别为1958mm、992mm与46mm；在光伏电池组件选型中，串联数的计算公式为系统电压与组件电压之商，即200V/26.3V，结果大约为9个，日地为7个。在倾斜面中，日均辐射量为5.31kwh，峰值时间为5.31h，利用峰值时间与峰值电流相乘即可得到41.4Ah，可对光伏电池组件的并联数进行计算，也就是将库伦效率、衰减因子、组件日输出三者相乘后，用日平均负载数值除以三者的乘机，即可得出并联数值，对光伏电池组的总体数量进行计算，数量为126个，光伏阵列的功率为25830W，日地的数量为91个，功率为26930W。由于光伏电池中的组件每个为27.9元，则采购多晶硅光伏电池组件中所投入的总体花费为720657元，总体积为6.48m3，日地的总费用为736281元，总面积约8.31m3。从上述数据可知，二者在总功能率方面均可满足负载要求，与无锡电池相比，日地电池的电流较高，在运行时温度方面，无锡电池温度低于日地；在价格方面考虑，本系统选择采用无锡光伏电池。3.1.4光伏电池阵列的安装在光伏阵列中，其间距应不超过D，其中D的计算公式为：D＝0.707H/tan[arcsin(0.648cos-0.399sin)]式中，H代表的是遮挡物与组件底边的高度差，数值为300mm，代表的是方阵倾角，数值为32°。将实际测量参数代入其中，则D的数值为590.4mm，也就是光伏电池阵列中的间距应设置为0.6m，如下图3-1所示。图3-1光伏电池阵列间隔在光伏电池中，每块电池板的正极均与前一块电池板的负极相互连接，负极再与后一个电池板的正极相连接，以此类推，逐次相连。3.2蓄电池的选型及设计3.2.1参数计算和选型在本文研究的项目中，选择技术较为成熟的铅酸蓄电池，其具有较强的化学性能与电能，可实现较高频率的电能转换，具有容量大、寿命长、端电压较高等特点，另外还具备防爆、防算、耐腐蚀等性能。在对蓄电池参数进行计算时，公式为：式中，A代表的是加权平均负载工作时间，B代表的负载功率；C代表的是负载工作时间；D代表的是负载功率；E代表的是日总用量；F代表的是日总功率；在系统设计的过程中，将自给天数设置为2天，由于日负载较为稳定，且没有严格的要求，在蓄电池的选择上最大深度为80%，蓄电池的工作温度如下表3-2所示。图3-2蓄电池的工作温度3.2.2蓄电池安装在蓄电池安装方面，其安装方面较为便利，按照相应的顺序对其进行排列，并将其安装在蓄电池中，与左右两个蓄电池相互连接，一个在前一个在后，一个为正极，另一个为负极。在对蓄电池进行排列时，将其按照相应的顺序进行排列，且保证各组之间的间距应低于800mm，蓄电池与墙之间存有大于800mm的间隔。3.3控制器选择和设计在光伏系统中，控制器的主要用途是避免蓄电池充电过多或者放电过量，通过光伏阵列对蓄电池进行充电，在对控制器进行选择时，应注意以下指标的设置。系统电压：在电压数值上应与蓄电池保持一致，即220V；输入最高电流：主要利用太阳能电池方阵电流，将短路电流看成电池阵列中的最高电流，其数值为最大电流值，计算方式为短路电流与并联数量的乘机；输出最高电流：该指标主要由输出负载电流所决定，一般为逆变器中的电流；蓄电池充电过度保护：为了避免蓄电池充电过多，需要设置相应的保护门限，通过辅助功能对其进行防护，如显示、通信、数据采集与存储等；3.4逆变器选型和设计在光伏系统中，在选择逆变器时应对以下参数进行合理设置：额定输出电压：在逆变器运行过程中，额定输出电压与负载交流电压应保持一直，通常情况下，逆变器额定输出电压为380V；输入直流电压：该数值应与系统中的电压相同，因此，在逆变器输入过程中，直流电压的大小应为220V；逆变器容量：应与负荷容量相同，由于本系统的负载功率大小为7KW，每天工作时长为10小时，因此系统设置的额定容量应为100KVA；输出电压波形：为了满足系统运行需求，输出电压波形应选择正弦波；在对逆变器的类型进行选择时，还应充分考虑其自身特性，如高效性、可靠性与放电保护性等等，其中，高效性主要是指将直流电向交流电转换，以此方式使光伏发电的每度电成本进行控制；在可靠性方面，由于该系统的应用环境较为恶劣，交通不够畅通，因此应选择性能较强的逆变器促进系统运行；在放电保护方面，利用逆变器可实现蓄电池有效的放电保护，使成本得以降低，电路得到有效精简，更重要的是能够使系统的可靠性得到显著提升。3.5系统防雷与接地由于雷云中带有电荷，导致雷暴现象产生，当雷云中的电荷汇集起来后，使电场的强度不断增加，最终超过大气绝缘强度时，变回出现雷暴。雷云形成受温度、地理因素、湿度等因素影响，对于气温较高、湿度较大的地区来说，雷暴产生的概率要超过气温低、湿度小的地区，陆地与海上相比雷暴产生的概率更高，山坡与平原相比也更易出现雷暴情况。3.5.1系统接地对于建筑物、防雷系统、安全用电来说，均应做好科学有效的接地设施，严格按照规定要求做好各项工作，否则一切安全设施都将无用武之地。在本工程中，采用TN-C-S接地型式，在防雷系统中具有支架、太阳能板、连接构件等均属于金属制品，各个子电池阵列均将自然形成等电位体，因此各个阵列之间的电位与接地网属于就近连接，在连接点位置的电阻应不超过10Ω。根据国家在接地网设置方面的相关规定，采用的接地方式应与建筑物接地系统充分适应，并利用接地系统完成相关施工方案，促进整个接地工程顺利完成，使接地系统的作用与功能得到充分发挥。3.5.2系统防雷在供电系统设计中，电缆金属外皮与保护管的两侧均与地面相连。在电源端应安装电涌保护器，使其能够与设备耐压充分符合。在信息系统设计中，需要将电子器件与配电线路结合起来，同样安装电涌保护器，使其与电子器件的耐压充分符合。在加油罩棚的屋顶位置，应利用厚度超过0.5mm的钢板以及角钢进行连接，使其形成众多尺寸为10m×10m的网格，再利用罩棚钢柱作为引下线，与接地网之间做好连接工作，在接地位置应采用4×4镀锌扁钢进行铺设，埋藏深度大约在地下1m左右。在埋藏过程中，利用规格为50×5×5的角钢，将其以垂直的形式直接打入地面中，深度大约为2.5m；在接地干线中采用规格-40×40的镀锌扁钢，在接地支线方面采用-25×4的镀锌扁钢，在接地极间距方面应始终控制在5m以外，在接地极与建筑物之间的间隔上应不超过3m。光伏电池阵列防雷设计将光伏电池板周围的支架与铝合金架相互连接，并利用等电位连接接地，使全部支架均与地面相连，以此避免受到雷击伤害。在雷击过程中，感应电荷全部汇集到光伏电池板中的铝框架中，如下图3-3所示，该图对避免雷击的原理进行阐述。图3-3防雷击原理图图中，RAF代表的是光伏电池阵列铝框架电阻；RC代表的光伏电池阵列的电阻，电池板的主要材料为真空钢化玻璃，具有较强的绝缘特征，因此RC＞RAF；Rg代表的是接地电阻，其阻值不超过10Ω；在雷击发生时，光伏电池板中的磁通量数值不断提升，使电流与电压的数值不断提升，但该现象只在铝合金框架的线路中出现，并且在Rg与RAF的作用下将电流与电压输送到大地。（2）直流传输电缆的防雷设计将规格为BV×4mm2的电缆线引入到光伏电池板之中，与系统设备之间相互协调。与此同时，在光伏电池阵列的输出端安装PVS-16汇流箱，主要参数为：光伏阵列直流电压范围在200—1000V之间，每路光伏阵列中的最大电流为7A、环境温度为-25—+60℃、湿度为0—99%之间，防护等级为IP65，净重为25g。光伏阵列中所采用的电缆类型为铠装电缆，同时将金属外皮接地，避免雷电经过输出线损、直线输入等对电气设备造成破坏。与此同时，为了避免光伏阵列、输电系统等在雷电直击的作用下电位错位，应将上述设备的外壳进行接地处理，使线路中的架空电杆与等电位相互连接后，与大地相连。机房设备防雷设计对于机房设备来说，需要做好两方面工作：一方面是雷电感应，另一方面是雷电波保护。控制器保护是在光伏电池阵列中，汇流箱内与控制器的传输端对电压量进行有效防护；在逆变器传输中，与蓄电池之间以并联的方式连接，并将配电柜与输出端相连接。因此在对逆变器的保护中，应将重心放置在逆变器输出端中，并设置过电压保护器提高防护效果。与此同时，在机房内部的各类电器设备均应进行接地处理，并与外界线路接地体并联，确保电位相同，避免雷电波进入其中。另外，还应对交流配电柜进行重点防护，尤其对于输出端口，也就是架空线路中的零线、火线与地面之间需要安装过电压保护器。结论本研究主要对光伏系统结构展开设计研究，在近些年的发展中，我国建设逐渐加强，但是石油等不可再生资源逐渐枯竭，在这种情况下，就需要将可再生资源进行应用，实现对一次性能源的代替。本研究主要基于独立运行的光伏发电系统展开研究，对光伏电池的国内外发展现状进行了研究，并对太阳能光伏发电系统当前存在的问题进行了分析，探究其应用原理的情况基础上，展开了对系统的组成研究，并探究其关键技术，以西昌加油站为基础，展开相关独立光伏发电系统设计。但是本研究受到研究时间有限等因素的影响，存在较大的不足，还需要在未来的发展中进行持续性研究，保证光伏电池的进一步加强应用。

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