光伏系统主要设备介绍

光伏系统主要设备介绍6.3.1光伏组件单体太阳电池是一种利用光生伏特效应将太阳辐射能转换成电能的器件，所以需要在户外接受阳光照射，由于其易破碎、易被腐蚀，如果直接暴露在空气中，它的光电转换效率会由于潮湿、灰尘、酸雨等多种影响而大幅度下降。因此，为了满足太阳电池在户外使用的要求，必须采用胶封、层压等方式进行封装处理，并且由于单体太阳电池的输出功率较小，为满足常规负载的实际用电需求，通常在封装时对单体太阳电池进行一定的串、并联的组合。太阳电池组件的最基本元件是太阳电池，有单晶硅、多晶硅、非晶硅和其它薄膜电池等。目前，晶体硅（包括单晶硅和多晶硅）太阳电池组件应用规模最大，约占光伏组件总市场的70～80%。太阳电池组件是并网光伏发电系统的基本组成单元。目前，晶体硅太阳电池组件的基本封装结构如图3-2所示。图：晶体硅太阳电池组件封装结构示意图下图分别为单晶硅组件和多晶硅太阳电池组件实物图。图：单晶硅太阳电池组件图：多晶硅太阳电池组件表6-3-1多晶硅组件的主要性能参数组件类型 多晶硅组件 类型 GG‐PV60‐P245‐T/U  电气 参数 功率 245Wp±3% 额定电压 31.04V 额定电流 7.89A 开路电压 37.8V 短路电流 8．46A  机械 性能 参数 重量 20kg 使用胶体类型 EVA 电池片效率 17.6% 工作温度 ‐40℃—85℃ 组件使用寿命 25年，10年内组件功率不低于标称功率的90%，25年内组件功率不低于标称功率的80% 6.3.2并网逆变器并网光伏逆变器的工作原理是：利用单片机、DSP等高性能微处理器控制大功率电力电子开关器件工作，对光伏组件阵列输出的直流电进行转换，使设备输出满足电网电压、相位及频率要求的交流电。并网光伏逆变器最特别之处在于，为保证光伏组件阵列始终能够以最大功率输出电能，系统中采用最大功率跟踪（MPPT）控制技术，目前所有的并网光伏逆变器均采用了此项技术。并网光伏逆变器除了具有过／欠电压、过／欠频率、防孤岛效应、短路保护、逆向功率保护等保护功能外，同时应将其电压（或者电流）总谐波畸变率控制在较小的范围内，以尽可能减少对电网的干扰。并网光伏逆变器是光伏电站的核心设备之一，其基本功能是将光伏组件输出的直流电转换为交流电。太阳能并网光伏系统使用的并网光伏逆变器必须具有高品质的电能输出。目前，先进的光伏逆变器都配置有高性能滤波电路，使得并网光伏逆变器交流输出的电能质量很高，能够满足各项国家标准对公共电网的电能质量的各项要求，不会对公共电网质量造成污染。在运行过程中，并网光伏逆变器还可以实时进行电网检测使得逆变器的交流输出电流与电网电压的相位保持一致，因此功率因数能保持在相当高的水平，接近1.0左右。具体标准参见GB/T19939-2005《光伏系统并网技术要求》。此外，它还有最大功率跟踪控制、防孤岛效应等功能。目前光伏系统用逆变器分为以下几种形式：1）工频变压器绝缘方式：实现光伏组件阵列和电网之间的相互隔离，用于独立型光伏发电系统，可靠性高，维护量少，开关频率低，电磁干扰小。2）高频变压器绝缘方式：用于并网光伏发电系统，体积小，重量轻，成本低。要经两级变换，效率问题比较突出，采取措施后仍可达到90%以上，高频电磁干扰严重，要采用滤波和屏蔽措施。3）无变压器非绝缘方式：为提高效率和降低成本，将逆变器的两级变换变为单级变换。无变压器非绝缘方式逆变器不能使光伏组件阵列与电网绝缘隔离，输入端的光伏组件阵列正、负极都不能直接接地。光伏组件阵列面积大，对地有很大的等效电容存在，将在工作中产生等效电容充放电电流。4）正激变压器绝缘方式：是在无变压器非绝缘方式使用效果不佳之后开发出来的，既保留了无变压器非绝缘方式单级变换的主要优点，又消除无绝缘隔离的主要缺点，是到目前为止并网光伏发电系统比较理想的逆变器。本光伏系统项目采用的是并网光伏逆变器，它可以将光伏组件阵列输出的直流电转换成交流电并输送到用户侧电网中，供给本地负载使用。本项目拟采用额定功率为30kW的逆变器，其参数如下表所示。表6-3-2逆变器的主要性能参数并网逆变器功率（kW） 20 最大直流输入功率（kWp）21 最大直流输入电压（Vdc） 1000 MPPT电压范围(Vdc) 480～800 最大输入电流(A) 21A×2 总电流波形畸变率（%） 3% 额定输出功率(kW) 20 并网电压范围(Vac) 310～440 并网频率范围(Hz) 50/60 最大效率(%) 97.3 防护等级 IP65 尺寸W/H/D(mm) 648×686×246重量(kg) 77.2 该型号逆变器具备完善的防孤岛效应保护功能，一旦检测到电网失电，逆变器会立即停止工作，最大程度的避免电力系统中的设备损坏同时保护维护人员的人身安全。6.3.3交流防雷配电柜交流配电柜可采用单母线开关设备，该设备是一种铠装式金属封闭中压开关设备，适宜户内安装。该开关柜的结构为单层中置式，各隔室通过金属隔板相互隔离，同一隔室的各部件以空气作为绝缘介质。单母线开关设备是模块式的开关设备，由若干标准单元组合而成。通过单元的组合及元件仪表的选取，该产品易于组成多种解决方案。开关设备的各功能单元必须通过内部燃弧试验，满足IEC62271-200：附录AA∶A类可触及性：判据1～5的要求。开关设备维护和服务均可在柜前进行，主开关和接地开关均可在柜前闭门操作，开关设备可靠墙安装。单母线开关设备可装设真空断路器，开关设备还可以装设传统的互感器和保护继电器，也可装设新型的传感器和智能型控制／保护单元。为保护并网光伏逆变器不受市电引入感应雷破坏，交流部分的防雷可以将防雷器串接断路器再并入三相交流输出线上，同时防雷器接地端与地线可靠连接。5.2、交流控制柜的技术参数项目名称性能参数项目名称性能参数额定电压400V额定输出电流165A输入路数5路输出路数1路防雷等级二级防护等级IP20环境湿度0～95%环境温度-25～+50℃5.3、交流控制柜内的主要元件列表序号项目名称规格型号单位数量1交流断路器400V40A/4P个52交流断路器400V225A/4P个13交流断路器400V63A/4P个14交流防雷器400V20kA/3P+N个16.3.5光伏电缆光伏组件阵列之间的连接电缆截面为4mm2。光伏阵列至逆变器的直流电缆截面选择宜按照直流电压降不超过3%选择。考虑到光伏发电的电性能及应用的环境，采用光伏专用电缆进行敷设，满足耐腐蚀、多层绝缘等光伏系统有关规范要求，满足25年光伏系统寿命的要求。6.4防雷及接地措施（1）防雷为防止感应雷、浪涌等情况造成过电压而损坏配电房内的并网设备，其防雷措施主要采用防雷器来保护。光伏组件串列经汇流箱后通过电缆接入直流防雷配电柜，汇流箱和配电柜内都配置防雷器。a）直流侧防雷措施：光伏组件支架已经良好接地，光伏组件阵列连接电缆接入防雷汇流箱，汇流箱内含高压防雷器保护装置，光伏组件阵列汇流后再接入直流防雷配电柜，经过多级防雷装置可有效地避免雷击导致设备的损坏。b）交流侧防雷措施：每台逆变器的交流输出经交流防雷柜（内含防雷保护装置）接入电网，可有效地避免雷击和电网浪涌导致设备的损坏，所有的机柜要有良好的接地。（2）接地为了保证本项目并网光伏发电系统安全可靠，防止因雷击、浪涌等外在因素导致系统器件的损坏等情况发生，系统的防雷接地装置必不可少。接地系统是避雷、防雷的关键。光伏发电系统所在的建筑都已经按第三类防雷建筑物标准安装了防雷接地装置，安装在屋面上的金属物体，如组件边框、电缆桥架和支架等均与屋顶金属结构作可靠电气连接，光伏电站的接地系统与建筑原有接地系统共用接地体进行接地。光伏电站的保护接地、工作接地采用一个总的接地装置。根据DL/T621-1997《交流电气装置的接地》要求，高、低压配电装置共用接地系统，接地电阻要求R≤4Ω；光伏组件接地拟按R≤10Ω设计。6.7光伏电6.7.1光伏光伏电后产生的高压仪表及电力质监控。图6-7-建设光1）实现便捷、差异化2）成为为监控平6.7.2光伏1）完整业务数电站通信部分伏发电监控电站主要由光压交流直接并质量分析仪，-1是光伏发电光伏电站监控现电站设备的化的数据和服为电站设备的平台和其他各伏电站通信整性数据完整性：分设计控系统光伏组件阵列并入电网。针，分别应用于电监控系统组图控系统的意义在的统一运行监服务；的承载系统，各种专业监控信设计原则系统能够完、汇流箱、直针对每个环节于汇流箱、直组网示意图。图6-7-1光伏在于：监控，数据的为电站设备控系统提供数成不同厂商不直流配电柜、节电力参数检直流柜及交流伏发电监控系的集中管理，备的规划、新数据服务。不同种类不同、逆变器、交检测的需要，流柜中，并通统组网示意给运行人员新设备的接入同型号设备的交流低压柜、采用光伏汇通过光伏发电图员、检修人员入提供载体；的监测数据统升压变压器汇流采集装置电监控系统实、管理人员等3）建立统一统一完整采集器等组成，最置、直流检测实现后台集中等提供全面、一的数据库，集。业务流程最测中、程完整性：系统2）规范系统建备、监测数据3）扩展硬件扩可配置、可拆4）开放系统能5）集成能够集6）可操界面友6.7.3光伏监控系向主站端发送本项目利用公逆变器或者其行数据处理统能够提供实范性建设遵循有关据通讯的规范展性扩展性：系统拆卸。放性能够同各类专成性集成环境、安操作性友好，操作方伏电站通信系统可采用本送信息。计算目采用以下通公众电话网的其他控制器的，然后通过实时数据、周关国家标准、范性。界面设统能够广泛适配专家系统进行防、电能量、方便，注重用户信监控方案本地监控与远算机监控系统通讯方式实现方式，目前可的控制参数通modem或者周期采样数据国际标准、电设计遵循有关配新接入监测数据信息交换、电能质量等户体验。程遥测结合统应能实现所实时的监控：可以使用常见通过RS485者ADSL连接据、事件数据电力行业有关关界面设计规测设备的通信换。系统能够等监测数据，的方式，由计所有开关量的：见的modem总线和监控计接互联网进行据的应用服务关标准。制定规范。信接口。软件够与电网调度分类处理，分计算机监控系的采集，并与或者ADSL计算机连接，远程的数据交务。定或完善相关件扩展性：软度等系统进行分类存储，统系统完成全部与并网光伏逆的方式实现远将监控计算交换，如图关标准规范，软件功能模块行数据信息交统一界面显示部发电站的监逆变器等装置远程监控。基算机作为服务3-7所示。确保监测设块应可重用、交换。示监测数据。监视控制，并置实现通信。基本方式是将务器，本地进设并将进图6-7-3利用有线网络传输的基本原理图该方式成本相对比较低，但是监控计算机长期连接在互联网上，有感染计算机病毒的危险，数据的安全性相对较低。对于通迅较为方便的地区，适合采用利用公众电话网ADSL的方式进行遥控遥测；对于有线网络未能覆盖的地区，可采用SMS短信或者无线网卡等终端设备进行通信。同时，监控系统还可以在楼层大厅等明显位置安装大型屏幕显示器，将太阳能光伏发电系统的相关信息直观展示出来，如实时发电量、直流电压、直流电流、交流电压及电流、历史发电量和CO2减排量等，让参观者可以真切地感受到光伏系统的节能减排效果，如图6-7-4所示。图6-7-4光伏系统实时运行状态显示屏三、产品性能参数整个太阳能光伏系统主要由太阳电池组件、光伏支架、并网逆变器、交流控制柜、电缆线、防雷接地系统、监控系统等组成。一）太阳能光伏组件（一）普通光伏组件标准测试条件：AM1.5、光强1000W/m2、温度25℃。组件图纸及测试曲线性能参数光伏组件配置3.2mm超白钢化玻璃+（EVA+156*156多晶硅电池片）＋TPT背板标称功率245Wp适用温度范围-40～+85℃工作电压31.04V开路电压37.8V工作电流7.89A短路电流8.46A组件尺寸1640mm×992mm×45mm三、并网逆变器1）品牌：阳光电源Sungrow2）规格型号：SG20KTL3）原产地：中国/安徽/合肥4）投入市场的时间：2007年5）逆变器功能描述逆变器在光伏系统中起关键作