家用光伏并网发电系统的设计与优化.doc

上海电力学院本科毕业设计（论文） 题目：家用光伏并网发电系统的设计与优化院系： 数理学院 专业年级： 应用物理学专业2010级 学生姓名： 学号：20103166指导教师： 2014年 6月 10日- I - 摘 要现代化社会中，人们对舒适的建筑环境的追求越来越高，导致建筑采暖和空调的能耗日益增长。在发达国家，建筑用能已占全国总能耗的30%40%，对经济发展形成了一定的制约作用。本文系统的介绍了家用光伏并网发电系统的设计思路以及理想化优化思路，涵盖了以下内容：光伏发电的基本原理；并网发电系统的构成及每个部分的用途、原理；光伏发电系统的可行性即经济效益和环境效益分析；光伏发电系统设计流程，包括倾角、阴影、系统配置的计算以及系统配置的选择和注意事项；系统配电装置的设计和系统的防雷接地方法。然而，并网光伏发电系统在国内算是新兴行业，对此了解的人并不是很多，部分非专业人士已有的了解也存在一定的误区。本文通过查阅并总结大量相关资料并结合自己的实习心得对并网光伏发电系统的原理、构成、经济效益和环境效益、主要的技术以及系统设计等方面做了一个简单的阐述，希望能够从一个光伏行业新人的角度去帮助更多的人更加容易的了解并网光伏发电系统，同时可以给进入光伏行业的新人提供一定的参考。阅读本文后，可以对并网光伏发电系统有个初步的认识和理解，可以纠正对某些易于混淆的概念的错误看法。关键词：光伏发电；并网；系统设计The Design and Optimization of Household Photovoltaic Grid Power Generation SystemAbstractIn modern society, people in a comfortable building environment, the pursuit of more and more high, leading to the construction of heating and air-conditioning consumption growing. In developed countries, building energy consumption has accounted for 30% of total energy consumption to 40%, formed a certain restriction on economic development.System in this paper the design idea of household photovoltaic (pv) grid power generation system are introduced and the optimization of ideas, idealized covers the following contents: the basic principle of photovoltaic power generation; The composition of grid generation system and the purpose, principles of each part; Photovoltaic power generation system, the feasibility of the analysis of economic and environmental benefits; Photovoltaic power generation system design process, including dip Angle, the shadow, the calculation of system configuration and system configuration options and matters needing attention; The design of the system, power distribution equipment and system grounding method.However, grid connected photovoltaic power generation system in China is the emerging industry, this understanding is not a lot of people, some non professionals already know there are certain errors. In this paper, through consulting and summarizing the relevant information and make a simple description combined with their own practical experience for grid connected photovoltaic power generation system principle, structure, economic benefits and environmental benefits, the main technology and system design, in the hope of a photovoltaic industry new perspective to help more people more easy to understand the grid connected photovoltaic system, provides the certain reference and also can give the photovoltaic industry new. After reading this, you can have a preliminary understanding of grid connected photovoltaic power generation system, the errors can be corrected views on some concepts easy to confused.Key Words：photovoltaic power generation；grid-connected ;system design- III -上海电力学院学士学位论文目 录摘要IAbstractII引 言11 光伏发电原理.21.1 内光电效应31.2 P型、N型半导体31.3 PN结31.4 太阳电池发电原理42 家用光伏并网发电系统的构成62.1 光伏组件82.1.1光伏组件结构82.1.2 光伏组件主要参数及含义82.2 直流防雷汇流箱92.3直流防雷配电柜102.4 并网逆变器102.4.1 并网逆变器的功能：112.4.2 逆变器主要技术112.4.3 逆变器主要参数132.5监控系统143 家用光伏并网发电系统的设计与优化153.1光伏并网发电系统的设计条件.153.1.1设计步骤.153.1.2设计要点.153.1.3设计地点和建筑物条件.173.2家用光伏并网发电系统中太阳能光伏方阵的设计173.2.1光伏组件的技术要求173.2.2太阳能光伏方阵的最佳倾角的确定18 3.2.3太阳能光伏电池板的有效面积确定.19 3.2.4光伏发电系统容量的设计.20 3.2.5光伏组件的电路.20 3.2.6发电系统容量中的光伏方阵数量的计算.21 3.2.7光伏太阳能电池组件外型尺寸的确定.223.3家用光伏并网发电系统中逆变器控制器的设计.23 3.3.1逆变控制器的功能.23 3.3.2逆变控制器的设计要求.23 3.3.3孤岛效应的危害.243.4家用光伏并网发电系统的附属设施的设计.25 3.4.1交流配电系统.25 3.4.2直流配电系统.25 3.4.3电缆的选择.25 3.4.4系统配电设置.26 3.4.5接地及防雷.283.5家用光伏并网发电系统的优化设想. .28 3.5.1设想一采用跟踪系统.28 3.5.2设想二合理化线路以及采用更加高效的输电转换设备.313.6家用光伏并网发电系统的效益和发展前景.32 3.6.1经济效益.32 3.6.2未来展望.32结 论33参 考 文 献34附录A 防护等级说明35致 谢 36- III - 引 言能源是现代社会存在和发展的重要基础。随着全球经济的不断发展，能源消费也相应的持续增长。随着时间的推移，化石能源的稀缺性越来越明显，且这种稀缺性造成能源商品的价格不断上涨。在化石能源供应日趋紧张的背景下，大规模的开发和利用可再生能源已成为未来各国能源战略中的重要组成部分。其中，太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和免维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位。中国于1958年开始进行太阳能光伏发电的研究，但是接下来的几十年，由于受到技术和价格等因素的影响，市场发展缓慢。2000年开始，由于国际大环境的影响及政府项目的实施，带动了国内光伏产业的发展，造就了一大批光伏企业，促进了中国光伏产业的人才培养和能力建设。2007年，中国太阳电池生产量超越日本而成为世界第一位，但是国内安装量较少，2007年的安装量只有20MW，累计电池安装量还不到世界的1%。但近年来，由于美国和欧盟的双反造成出口受到制约，国内光伏的爆炸式增长造成产量严重过剩以及国内环境污染造成的雾霾天气增多等因素，政府出台了很多相应的政策促进了国内光伏的安装。从“金太阳工程”到现在的分布式发电以及各地方政府的补贴政策，均大力推动光伏发电的发展。太阳能转换为电能的技术称为太阳能光伏发电技术（简称PV技术）。太阳能光伏发电不仅可以部分代替化石燃料发电，而且可以减少CO2和有害气体的排放，防止地球环境恶化，因此发展太阳能光伏产业已经成为全球各国解决能源与经济发展、环境保护之间矛盾的最佳途径之一。目前发达国家如美国、德国、日本的光伏发电应用领域从航天、国防、转向了民用，如德国的“百万屋顶计划”使许多家庭不仅利用太阳能光伏发电解决了自家供电，而且这些家庭还办成了一所所私人的“小型电站”，能够源源不断地为公用电网提供电能。近几年，我国光伏行业发展也非常迅速。国家对光伏发电较为重视，国家和地方政府相继出台了一些列的补贴政策以促进光伏产业的发展，国家发改委实施“送电到乡”、“光明工程”等惠农项目，地方政府也陆续启动了光伏照明项目工程。与此同时，偏远地区消费者逐渐认可光伏产品，越来越多的居民开始使用家用太阳能电源产品。光伏应用市场发展较为迅速。但目前我国的太阳能光伏发电技术和国外相比还有很大差距，主要表现为技术水平较低、电池效率低、成本高。因此我国还必须不断改进技术，使我国的太阳能光伏发电产业更上新台阶。太阳能光伏系统利用的是绿色能源，是应用太阳能发电，不会污染环境。太阳能是最清洁并且是免费的，开发利用过程中不会产生任何生态方面的副作用。它又是一种再生能源，取之不尽，用之不竭。不占用土地。光伏阵列一般安装在闲置的屋顶或外墙上，无需额外占用土地，这对于土地昂贵的城市建筑尤其重要；夏天是用电高峰的季节，也正好是日照量最大、光伏系统发电量最多的时期，对电网可以起到调峰作用。太阳能光伏建筑一体技术采用并网光伏系统，不需要配备蓄电池，既节省投资，又不受蓄电池荷电状态的限制，可以充分利用光伏系统所发出的电力。光伏建筑一体化还能起到建筑节能作用。光伏阵列吸收太阳能转化为电能，大大降低了室外综合温度，减少了墙体得热和室内空调冷负荷，所以也可以起到建筑节能作用。因此，发展太阳能光伏建筑一体化，还可以“节能减排”。虽然光伏并网发电系统有高效、经济、环保等诸多优点，并已在世博场馆和示范工程上得以运用，但光伏建筑还未进入寻常百姓家，成片使用该技术的民宅社区并未出现。这是由于家用太阳能光伏并网发电系统存有几大问题：家用太阳能光伏并网发电系统造价较高，太阳能发电的成本高；并且受天气气候的影响较大，发电不稳定，具有波动性，这是由于太阳并不是一天二十四小时照射引起的；蓄电池的储电技术也不完善。这些都是当下需要面对的问题。因此我们可以根据上面的一些缺点或者难点对家用光伏并网发电系统进行适当的增改以增加其对太阳能的利用率以及提高发电效率。1 光伏发电原理1.1 内光电效应内光电效应是指当半导体的表面受到太阳光照射时，如果其中有些光子的能量大于或等于半导体的禁带宽度，就能使电子挣脱原子核的束缚，在半导体中产生大量的电子空穴对。有很多人容易把内光电效应与外光电效应弄混淆（原子把电子打出金属的现象是外光电效应）。1.2 P型、N型半导体P型半导体：在硅晶体中掺入少量三价杂质元素（如硼），因硼原子最外层只有3个价电子，它与周围原子组成共价键时，因缺少一个电子，在晶体中便产生空位，当相邻共价键上的电子受到热源振动或在其他激发条件下获得能量就有可能补充这个空位，硼原子便形成了不能移动的负离子，原来硅原子的共价键就会缺少一个电子，形成空穴。N型半导体：在硅晶体中掺入少量五价杂质元素（如磷），因磷原子最外层有5个价电子，它与周围原子组成共价键时，因多一个电子，在晶体中便产生一个多余的电子。多余的电子容易受热激发而挣脱共价键的束缚而成为自由电子，自由电子移动后，在磷原子的位置便留下了一个不能移动的正离子1。 图1.1 PN结1.3 PN结在P型半导体中有许多带正电荷的空穴和带负电荷的电离杂质。在电场的作用下，空穴是可以移动的，而电离杂质（离子）是固定不动的。N 型半导体中有许多可动的负电子和固定的正离子。当P型和N型半导体接触时，在界面附近，空穴从P型半导体向N型半导体扩散，电子从N型半导体向P型半导体扩散。空穴和电子相遇而复合，载流子消失。因此在界面附近的结区中有一段距离缺少载流子，却有分布在空间的带电的固定离子，称为空间电荷区。P 型半导体一边的空间电荷是负离子，N 型半导体一边的空间电荷是正离子。正负离子在界面附近产生电场，这电场阻止载流子进一步扩散，达到平衡。PN结具有单向导电性，如果P型一边接正极，N型一边接负极，空穴和电子都向界面运动，使空间电荷区变窄，电流可以顺利通过；如果N型一边接正极，P型一边接负极，则空穴和电子都向远离界面的方向运动，使空间电荷区变宽，电流不能流过（如图1.1所示）。 图1.2 太阳电池工作原理1.4 太阳电池发电原理照到太阳电池上的太阳光线，一部分被太阳电池上表面反射掉，另一部分被太阳电池吸收，还有少量透过太阳电池。在被太阳电池吸收的光子中，那些能量大于半导体禁带宽度的光子，可以使得半导体中原子的价电子受到激发，在P区、空间电荷区和N区都会产生光生电子空穴对，也称光生载流子。这样形成的电子空穴对由于热运动，向各个方向迁移。光生电子空穴对在空间电荷区中产生后，立即被内建电场分离，光生电子被推进N区，光生空穴被推进P区。在空间电荷区边界处总的载流子浓度近似为0。在N区，光生电子空穴对产生后，光生空穴便向PN结边界扩散，一旦到达PN结边界，便立即受到内建电场的作用，在电场力作用下作漂移运动，越过空间电荷区，进入P区，而光生电子（多数载流子）则被留在N区。P区中的光生电子也会向PN结边界扩散，并在到达PN结边界后，同样由于受内建电场的作用而在电场力作用下作漂移运动，进入N区，而光生空穴（多数载流子）则被留在P区。因此，在PN结两侧产生了正、负电荷的积累，形成与内建电场相反的光生电场。这个电场除了一部分抵消内建电场以外，还使P型层带正电，N层带负电，因此产生了光生电动势，这就是光生伏打效应2（如图1.2所示）。2 家用光伏并网发电系统的构成并网太阳能光伏发电系统是由光伏电池方阵、控制器、并网逆变器组成，通过并网逆变器直接将电能输入公共电网。并网太阳能光伏发电系统相比离网光伏发电系统省掉了蓄电池储能和释放的过程，减少了其中的能量消耗，节约了占地空间，还降低了成本。并网光伏发电系统可以分为以下几种类型。（1）有逆流并网光伏发电系统 ： 当太阳能光伏发电系统发出的电能充裕时，可将剩余电能馈入公共电网，向电网供电；当太阳能光伏发电系统提供的电力不足时，由电能向负载供电。（2）无逆流并网光伏发电系统：太阳能光伏发电系统即使发电充裕也不向公共电网供电，但当太阳能光伏发电系统供电不足时，则由公共电网向负载供电。（3）切换型并网光伏发电系统：自动运行双向切换的功能。一是当光伏发电系统因多云、阴雨天及自身故障等导致发电量不足时，切换器能自动切换到电网供电一侧，由电网向负载供电；二是当电网因为某种原因实然停电时，光伏发电系统可以自动切换使电网与光伏发电系统分离，成为独立光伏发电系统工作状态。（4）有储能装置的并网光伏发电系统：在上述几类并网光伏发电系统中根据需要配置储能装置。目前使用最多的是有逆流并网光伏发电系统。通常根据光伏发电系统是否配置蓄电池，又分为可调度型系统（配置少量蓄电池）和不可调度型系统（没有配置蓄电池）。调度型系统主动性较强，当出现电网限电、掉电、停电等情况时仍可正常供电。图2.1 并网光伏发电系统图并网光伏发电系统又可分为集中式大型并网光伏发电系统（大型电站或大型厂区系统）和分散式小型并网光伏发电系统（住宅系统）。根据系统容量的大小，系统的构成不同。大型电站和厂区系统主要构成有：组件、直流汇流箱、直流配电柜、交流配电柜、逆变器、变压器、监控设备以及光伏专用电缆和防雷设备等（如图2.1、2.2所示）。图2.2 并网发电示意图典型的住宅并网光伏发电系统如图2.3所示。住宅并网光伏发电系统的突出优点是可以与建筑相结合，即通常所说的建筑一体化。目前主要有2种形式：（1）建筑与光伏发电系统相结合（BAPV），是将现成的光伏组件安装在建筑物的屋顶等处，再通过逆变器、控制器等与电网连接。（2）建筑与光伏组件相结合（BIPV），是将光伏器件与建筑材料集成在一起（如光伏幕墙，可利用双玻组件），既能作为建筑材料又可发电。图2.3 典型住宅并网光伏发电系统2.1 光伏组件2.1.1光伏组件结构太阳电池的种类比较多，目前使用最多是单晶硅和多晶硅电池。工业化生产的单晶硅电池的光电转换效率约18.5%19.5%，多晶硅电池的转换效率约在17%18%之间（如图2.4）。图2.4 硅组件结构图钢化玻璃 ：保护发电主体，透光率必须高（一般91%以上）；超白钢化处理；EVA：用来粘结固定钢化玻璃和发电主体（如电池片）；背板：密封、绝缘、防水（般都用TPT、TPE等材质必须耐老化）；铝合金边框：保护层压件，起一定的密封、支撑作用；接线盒：保护整个发电系统，起到电流中转站的作用，如果组件短路接线盒自动断开短路电池串，防止烧坏整个系统。接线盒中最为关键的是二极管的选用，根据组件内电池片的类型不同，对应的二极管也不相同；硅胶：密封作用，用来密封组件与铝合金边框、组件与接线盒交界处。2.1.2 光伏组件主要参数及含义光伏组件的参数一般都是在标准测试条件下得到的参考值。标准测试条件是指：AM1.5，1000W/， 25。其中，AM1.5指光谱， AM的意思是air-mass（大气质量），AM1.5就是光线通过大气的实际距离为大气垂直厚度的1.5倍。1000W/是标准测试条件下太阳电池的光线的辐照度。主要参数有如下：电气参数：最大输出功率Pm（Wp）；最佳工作电压Vmp（V）；最佳工作电流Imp（A）；开路电压Uoc（V）；短路电流Isc（A）；电池片转换效率c（%）；最大系统电压（V）；工作温度（）；最大功率温度系数Tk(Pm)；开路电压温度系数Tk(Voc)；短路电流温度系数Tk(Isc)等3。机械参数：产品尺寸；产品重量；产品寿命；可抗风压；电缆线规格；断层结构等。其中，最佳工作电压和最佳工作电流是指最大输出功率所对应的电压和电流。可参照光伏电池的伏安特性图去理解。最大系统电压一般是指组串的电压不能超过系统电压，因为要考虑到逆变器等的工作电压和跟踪范围。通常情况下，温度升高，最大功率和开路电压会降低，短路电流会增大（如图2.5）。图2.5光伏电池伏安特性曲线2.2 直流防雷汇流箱顾名思义，汇流箱的作用是汇流，将小电流汇聚成大电流。将多路太阳电池组串（多块电池组件串联）并入汇流箱，目的是减少光伏阵列与逆变器之间的连线，同时实时地对并网光伏发电系统进行雷电防护，避免系统遭受雷击。主要组成单元有：箱体；直流短路器；直流熔断器；防反二极管；数据采集模块；无线数据传输单元；直流高压防雷模块（具有过热、过流双重自保护功能）；工作状态指示及雷电计数单元等。现在的汇流箱配置比较灵活，标准产品有6、8、10、12、16、20 回路等规格（如图2.6），也可根据需求定制，回路数不受限制。2.3直流防雷配电柜直流防雷配电柜主要用于对前端防雷汇流箱的支路进行汇流，根据对应逆变器的容量，将一定数量的汇流箱输出进行并联，直流防雷配电柜输出给对应的并网逆变器直流输入侧。配电柜内含有直流输入断路器、漏电保护器、防反二极管、光伏防雷器等主要器件，在保证系统不受漏电、短路、过载与雷电冲击等损坏的同时，有效保证负载设备运行的同时，方便操作和维护（如图2.6）。图2.6 直流配电柜电气图2.4 并网逆变器逆变器是一种将直流电（DC）转化为交流电（AC）的装置，是整流变换的逆过程。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。21世纪的逆变技术多数采用了MOSFET、IGBT、GTO、IGCT、MCT等多种先进且易于控制的功率器件，控制电路也从模拟集成电路发展到单片机控制，甚至于现在主流的逆变器已采用数字信号处理器（DSP）控制。并网逆变器是光伏并网系统控制的核心器件，包含了电网信号检测、输出电流控制、最大功率点跟踪（MPPT）、抗孤岛等保护，是集检测、控制、并网和保护于一体的装置。通常逆变器的功率电路使用桥式电路，可将直流输入转换为交流输出，并经平波电感的滤波作用，可使输出波形较为平滑。桥式逆变电路的驱动信号采用单极性正弦脉宽调制方式(SPWM)推动，可以获得低失真、低谐波和高品质的正弦输出电流波形。目前的并网逆变器是通过控制输出电流的幅值、频率和相位三要素参量跟踪并网点电压来实现并网和功率输出3。2.4.1 并网逆变器的功能：（1）逆变功能:：将直流转换为交流。光伏发电系统并网运行要求逆变器输出正弦波电流。光伏发电系统馈入公用电网的电力，必须满足电网规定的指标，如逆变器输出的直流分量、高次谐波必须尽量减少。（2）并网和保护功能: 光伏逆变控制器还必须具有一系列防雷击、过电流、过热、短路、反接、直流电压异常、电网电压异常等检测、保护及报警功能。特别是在电网突然发生故障(孤岛效应)时，光伏发电系统能够在极短时间内断开，以保障电网和太阳能发电系统的安全运行。（3）最大功率跟踪功能: 最大功率点跟踪(MPPT)是当前较广泛采用的一种光伏阵列功率点控制方式。这种控制方式实时改变系统的工作状态，以跟踪光伏阵列最大功率工作点，实现系统的最大功率输出。太阳能电池方阵的输出随太阳辐照度和太阳能电池方阵表面温度而变动，因此需要跟踪太阳能电池方阵的工作点并进行控制，以获取最大的功率输出。图2.7 无变压器型逆变器回路2.4.2 逆变器主要技术（1）孤岛检测孤岛现象是指当电网由于电气故障、 误操作或自然因素等原因中断供电时， 光伏并网发电系统未能检测出停电状态而脱离电网，仍然向周围的负载供电，从而形成一个电力公司无法控制的自给供电孤岛4。光伏并网发电系统处于孤岛运行状态时会产生严重的后果， 如孤岛中的电压和频率无法控制， 可能会对用户的设备造成损坏；孤岛中的线路仍然带电，可能会危及检修人员的人身安全等。逆变器直接并网时，除了应具有基本的保护功能外，还应具备防孤岛效应的特殊功能。从用电安全与电能质量考虑，孤岛效应是不允许出现的，孤岛发生时必须快速准确地切除并网逆变器。孤岛效应的检测方法分为被动式和主动式 52种。被动式方法利用电网断电时逆变器输出端电压、频率、相位或谐波的变化进行孤岛检测。该方法的缺点是：若光伏发电系统输出功率与局部负载功率平衡，则该方法将失去孤岛效应检测能力。主动式检测方法是指通过控制逆变器，使其输出功率、频率或相位存在一定的扰动。电网正常工作时，由于电网锁相环的平衡作用，检测不到这些扰动，一旦电网出现故障，逆变器输出的扰动将快速累积并超出允许范围，便可触发孤岛效应检测电路。主动式检测方法目前主要有：阻抗测量法、输出功率扰动法、主动频率偏移法、滑动频率移相法等。其中主动频率偏移法 （AFD） 因具有易于实现、花费少及实用性强等特点被人们广泛关注，并得到了发展。但是，该方法也存在一些缺点：在不同的负载性质下，其检测效果存在很大差异，有时频率变化会非常小，严重时会使孤岛检测速度变慢，甚至失效。带正反馈主动频率偏移法（AFDPF）是目前应用最为广泛的一种主动式孤岛检测方法。然而其检测性能取决于扰动量的大小，即：扰动量越大，孤岛检测盲区（NDZ）越小，输出电流的总谐波失真度6（THD）却越大。（2）谐波抑制谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解，其余大于基波频率的电流产生的电量。光伏发电工作在低功率区时，会有较大的电流谐波。针对现有并网逆变器，谐波抑制的有效解决方案有群控技术（Team）和综合补偿控制两种。群控技术是指为了使逆变器工作在高效率区，将多台逆变器并联运行，逆变器间进行协调控制的一种方式。由于群控时各逆变器的直流侧并联，提高了直流侧的容量，相对于非群控的低功率状态，通过调控制使得此时只有 1 台逆变器工作，可使此逆变器工作较高效率区，从而可以提高逆变器发电功率、降低谐波含量。补偿控制技术则是在逆变器中集成交流滤波器，主要为有源滤波技术7（APF），通过综合控制，实现输出有功/无功功率控制的同时，抵消产生的谐波分量。（3）低电压穿越低电压穿越（LVRT），是指当电力系统事故或扰动引起电网电压跌落时，光伏发电系统保证不脱网连续运行，支持电网故障恢复直到电压达到正常水平，从而穿越低电压这个区域。光伏逆变器为整个光伏发电系统中的核心部件，光伏发电系统的低电压穿越等功能，应由光伏逆变器来实现8。光伏发电系统低电压穿越要求：（a）光伏发电站并网点电压跌至20标称电压时，光伏发电站能够保证不脱网连续运行1s；（b）光伏发电站并网点电压在发生跌落后3s内能够恢复到标称电压的90时，光伏发电站能够保证不脱网连续运行。图2.8 光伏发电站的低电压穿越能力要求2.4.3 逆变器主要参数（1）输入数据：最大直流输入功率（kW）；MPPT 电压范围（V）；允许最大直流输入电压（V）；允许最大直流输入电流（A）；直流输入路数。（2）输出数据：额定交流输出功率（kW）；电网工作电压范围(V)；电网工作频率范围（Hz）；功率因数；电流总谐波失真度THD（%）。（3）效率：最大效率（%）；欧洲效率（%）。（4）其他参数：外壳防护等级；夜间自耗电（W）；工作环境温度 ()；冷却方式；显示和通讯，体积和重量。MPPT控制能够实时侦测太阳能板的发电电压电流，检测主回路直流电压及输出电流，计算出太阳能阵列的输出功率，并实现对最大功率点的追踪，使系统以最大功率输出。每隔一定时间让并网逆变器的直流工作电压变动一次,测定此时太阳电池方阵输出功率,并同上次进行比较,使并网逆变器的直流电压始终沿功率变大的方向变化。并网逆变器应用于太阳能光伏发电系统中，协调太阳能电池板、蓄电池、负载的工作，是光伏发电系统的大脑。现在主流的逆变器最大功率点跟踪（MPPT）效率大于99.9%，逆变器最高效率一般为97%以上，通过逆变器后的电流即为交流电，一般接入交流配电柜（光伏发电系统与外电网的连接枢纽，电力的计量）后通过控制即可供工业用电或家庭用电。还可再通过变压器升压，接入公共电网。2.5监控系统配置监控装置和环境监测仪，采用RS485或以太网的通讯方式，再利用监控软件可实时掌控光伏并网逆变器的工作状态和运行参数，以及光伏阵列现场的环境参数（含风速、风向、日照强度、环境温度），还可实时显示电站的当前发电总功率、日总发电量、累计总发电量、累计 CO2 总减排量以及每天发电功率曲线图。图2.9 监控系统3 家用光伏并网发电系统的设计与优化3.1光伏并网发电系统的设计条件3.1.1光伏并网发电系统的设计要求系统设计在光伏发电系统建设过程中起着非常重要的作用，为了节约成本，提高系统效率，建成一个合理完善的光伏发电系统，必须进行科学的设计。系统设计涉及到的内容非常多，总体的简单概括包含结构设计和电气设计。总的设计步骤包括前期准备工作、太阳方阵排列设计、系统电气设计等。光伏建筑一体化太阳能发电系统的设计步骤包括当地资源和情况的可行性研判、太阳能光伏组件及电池容量的计算、包括逆变器等在内的系统设计9（如图3.1所示）。图3.1家用光伏并网发电系统的设计步骤3.1.2 设计要点1）太阳能光伏电池板要与建筑物外形及周边环境协调。2）在不影响建筑物结构和造价允许的情况下，尽可能多的布置太阳能电池板。3）如果太阳能光伏电池的发电容量不是非常大，就尽可能将控制器与逆变器结合为一体10具体见下表1。4）了解当地纬度、辐照度、温度（极端高（低）温）、雷电情况等，可参考NASA数据，利用RETScreen、PVTool等软件。5）了解建设场地周围环境、可安装面积、地质情况、荷载能力、阻碍和遮挡等。6）了解当地供电系统情况，确定电网接入点和电压等级。7）了解组件、逆变器及其他设备的电气参数和机械参数等。表1组件要求主要环节内容备注组件要求与平板太阳电池组件不同的是，应兼有发电和建材的双