分布式光伏并网发电专业系统设计与综合项目施工.doc

分布式光伏并网发电系统设计与施工鲍其龙，史苏明（单位：常州天合光能有限公司，常州213031）中文摘要：随着能源危机加剧和环保压力，可再生、清洁能源在常规能源系统中地位凸显，而太阳能是当前可知最清洁、安全和可靠可再生能源来源之一。发展和推广太阳能能源应用已上升至国家战略层面规划，将会对国内经济发展模式产生深远影响。以分布式光伏发电系统为代表太阳能能源应用，以其清洁、环保、无污染和储量极丰富等特性已受到中华人民共和国乃至世界青睐。如何建设分布式光伏发电系统应用随之成为人们关注焦点，对于分布式光伏发电系统设计和施工，可以结合事先现场调查数据，进行组件排布、支架构造、基本和电气构造设计，设计时需考虑建筑屋面承载力、构造、朝向等因素，合理优化设备间电气匹配性及防雷保护，须严格参照设计规定进行分某些项施工、调试及并网。核心词：分布式光伏并网发电系统；屋顶分布式；设计与施工；并网发电0. 引言当前，随着全球人类经济社会发展，对能源需求与日俱增。化石能源是全球消耗重要能源，化石能源大量、广泛使用，带来了日益严重“副产品”：环境污染，气候变暖，生态恶化。以煤炭和石油为标志化石能源作为不可再生资源，悲观预计尚有约1、乐观预计尚有2可供人类继续使用，这迫切需要人类开发可再生资源。在可再生资源中，风能、地热能、核聚变能以及太阳能是重要存在形式。太阳能以其潜在资源10TW，实际可开采资源高达600TW被以为是最清洁、安全和可靠且唯一可以保证人类将来需求能量来源。在国内，特别是以北京为首大型都市雾霾严重，中央政府为此筹划投入2.2万亿元治理大气污染，政府对生态问题注重已经提高到一种高度，建设生态中华人民共和国、美丽中华人民共和国等内容相继提出，前期高投入、高消耗、高排放、低效率粗放型扩张经济增长方式已难觉得继，这也迫切需要转变发展模式和发展途径。国家能源局9月12日正式发布太阳能发电发展“十二五”规划，其中将太阳能发电“十二五”规划目的定调为2100万千瓦，其中光伏和光热发电分别为万千瓦和100万千瓦。同步，规划明确提出将发展分布式光伏发电作为将来国内光伏市场应用重要领域，并从体制和有关扶持政策上督促地方政府、电网和发电公司积极贯彻。结合分布式发电发展和需求以及实行分布式发电系统经验，咱们起草了本文作为分*作者简介：鲍其龙，男，南京人，研究生，重要研究方向为光伏产品、系统有关质量、商务、运营和服务等，；史苏明，男，镇江人，学士，重要研究方向为光伏产品、系统有关质量、服务、技术支持等，；布式光伏发电并网系统原则化设计、施工指南，同步也可作为行业同类项目筹建、施工安装及交付执行过程重要参照。1. 概述分布式光伏并网发电系统（如下图1.1所示）是运用屋顶上安装太阳能光伏组件通过“光生伏特”效应将太阳能直接转换为电能，在室内或室外安装逆变器以及连接设备线缆、电度表等，通过逆变器将直流电转换为交流电、供顾客使用并与电网连接并网运营光伏发电系统，是一种新型、具备辽阔发展前景发电和能源综合运用方式。它倡导就近发电，就近并网，就近转换，就近使用原则，省去蓄电池，不但可以大幅度减少造价、有效提高同等规模光伏电站发电量，并且具备更高发电效率和更好环保性能，同步尚有效解决了电力在升压及长途运送中损耗问题。图1.1分布式光伏发电系统简视分布式光伏并网发电系统普通安装在建筑屋顶上，由于国内当前环境、住宅构造、材料等诸多因素差别，如何有效进行分布式光伏发电系统设计和施工成为研究重点。鉴于当前分布式发展需求，本文提出了分布式原则化设计、施工理念，既可以满足普通建筑屋面分布式光伏系统建设需求，也合用于构造复杂建筑屋面分布式系统建设。2. 设计设计分布式光伏并网发电系统前，要仔细听取顾客意见，并结合周边环境和住宅构造等，以事先调查数据为基本进行设计（重要环节参照下图2.1），合理有效运用屋面进行太阳能阵列排布，依照屋面构造、材料及环境等因素综合采用符合规定支架构造，最后对整个系统电气安装及引线、走线、监控等进行优化。图2.1分布式光伏发电系统设计流程2.1. 事先调查事先调查也称事前现场调查，由于住宅屋顶形状、构造、材料等各不相似，在屋顶上敷设太阳能组件需要对安装条件进行仔细研究，研究范畴参照如下内容：顾客方面：用电需求、安装场地、位置、预算、时间、设计、外形等；房屋方面：构造、材料、载荷、强度、形状、施工办法、方位角、倾斜角、日照条件等；电气设备：买电合同、引线途径、走线途径、配电盘位置、并网点位置、安装场合、接地方式等；作业环境：材料存储保管位置与方式、搬运途径与方式、周边障碍物、作业水电、安全与消防等、排水通风等；自然环境：暴雨、台风、雷击、泥石流、盐害、公害、沙层等；2.2. 设计条件整顿在进行设计前需要对事先调查数据进行整顿，综合数据进行设计；一方面可以形成比较精确光伏系统成本报价；另一方面在光伏系统设备布置上要和业主现场协商，达到一致意见，避免盲目设计导致后来分歧，严重会导致延误工期，导致经济纠纷。1.要能保证在冬至日日出后1.5h至日落前1.5h之间，不会有前排方阵对后排方阵导致阴影遮挡问题。2.考察安装光伏系统地点与否适当。3.对于整个光伏系统设备布置以及后期光伏系统安装进行初步预计。2.3. 组件排布设计太阳能电池组件方位角与倾斜角选定是太阳能光伏系统设计时最重要因素之一。所谓方位角普通是指东西南北方向角度。对于太阳能光伏系统来说，方位角以正南为0，由南向东向北为负角度，由南向西向北为正角度，如太阳在正东方向时，方位角为-90，在正西方时方位角为90。方位角决定了阳光入射方向，决定了不同朝向建筑物采光状况。倾斜角是地平面（水平面）与太阳能电池组件之间夹角。倾斜角为0时表达太阳能电池组件为水平设立，倾斜角为90时表达太阳能电池组件为垂直设立。方阵间距同样是太阳能光伏系统设计时最重要因素之一。方阵间距是指先后光伏组件阵列之间距离，间距大小直接影响系统发电效率、建设成本和投资回报。过小间距会导致相邻阵列光线遮挡，形成热斑并减少系统效率；过大间距会减少建设场地面积运用率，变相减少系统整体收益。2.3.1方位角太阳电池方阵方位角（请参照下图2.2）是方阵垂直面与正南方向夹角（向东偏设定为负角度，向西偏设定为正角度）。普通状况下，方阵朝向正南（即方阵垂直面与正南夹角为0）时，太阳电池发电量是最大。在偏离正南（北半球）30度时，方阵发电量将减少约1015；在偏离正南（北半球）60时，方阵发电量将减少约2030。但是，在晴朗夏天，太阳辐射能量最大时刻是在中午稍后，因而方阵方位稍微向西偏某些时，在午后时刻可获得最大发电功率。在不同季节，太阳电池方阵方位稍微向东或西某些均有获得发电量最大时候。图2.2：方位角示意图2.3.2 倾斜角倾斜角（请参照下图2.3）是太阳电池方阵平面与水平地面夹角，并但愿此夹角是方阵一年中发电量为最大时最佳倾斜角度。一年中最佳倾斜角与本地地理纬度关于，当纬度较高时，相应倾斜角也大。和方位角同样，在设计中也要考虑到屋顶倾斜角限制条件。对于正南（方位角为0度），倾斜角从水平（倾斜角为0度）开始逐渐向最佳倾斜角过渡时，其日射量不断增长直到最大值，然后再增长倾斜角其日射量不断减少。特别是在倾斜角不不大于5060后来，日射量急剧下降，直至到最后垂直放置时，发电量下降到最小。方阵从垂直放置到1020倾斜放置均有实际例子。对于方位角不为0度状况，斜面日射量值普遍偏低，最大日射量值是在与水平面接近倾斜角度附近。图2.3：倾斜角示意图以上所述为方位角、倾斜角与发电量之间关系，对于详细设计某一种方阵方位角和倾斜角还应综合地依照安装场合经纬度以及屋面朝向，进一步同实际状况结合起来考虑合理设计最佳倾斜角和方位角。2.3.3 方阵间距光伏阵列间距拟定原则是冬至日当天9:00至15:00，光伏阵列不会互相遮挡，普通按如下方式拟定最小间距。一方面按式（1）和式（2）计算出地区太阳高度角和方位角。sin=sinsin+coscoscos（1）sin=cossin/cos（2）式中：为纬度，为太阳赤纬，为时角，然后由式（3）拟定阵列间距： D=cosH/tan （3）式中：D为阵列间距；H为阵列高度太阳高度角请参照下图2.4，方位角请参照下图2.5，赤纬角请参照下图2.6，时角请参照下图2.7 图2.4：太阳高度角示意图 图2.5：太阳方位角示意图 图2.6：赤纬角示意图 图2.7：时角示意图附注：1、 太阳高度角为太阳方向与水平面夹角；2、 太阳方位角为太阳方向水平投影偏离南向角度；3、 赤纬角又称太阳赤纬，是地球赤道平面与太阳和地球中心连线之间夹角，相称于黄赤交角，是2326。赤纬角以年为周期，在+23 27与-23 27范畴内移动，成为季节标志。每年6月21日或22日赤纬达到最大值+23 27称为夏至，该日中午太阳位于地球北回归线正上空，是北半球日照时间最长、南半球日照时间最短一天。在南极圈中成天见不到太阳，而在北极圈内整体太阳不落，这样北半球就浮现相对较热天气，而南半球浮现较冷气候。随后赤纬角逐渐减少至9月21日或22日等于零时全球昼夜时间均相等为秋分。至12月21日或22日赤纬减至最小值-23 27为冬至，此时阳光斜射北半球，昼短夜长而南半球则相反。当赤纬角又回到零度时为春分即3月21日或22日；4、太阳时角，日面中心时角，即从观测点子午圈沿赤道量至太阳所在时圈角距离。以地球为例，在地球上，同一时刻，对同一经度，不同纬度人来说，太阳相应时角是相似。单位时间地球自转角度定义为时角w，规定正午时角为0，上午时角为负值，下午时角为正值。地球自转一周360度，相应时间为24小时，即每小时相应时角为15度。2.4. 支架构造设计2.4.1 支架材质支架材质普通是依照使用环境和使用寿命选用，光伏系统支架材料普通为钢构造和铝合金构造，或者两者混合。1) 铝合金：质量轻是它长处也是缺陷，承载能力低，最惯用是6063型号铝材，其优势为耐腐蚀和外观美观，在屋面上可以避免维护成本，重要应用于家庭；2) 不锈钢：这是最常用光伏支架材料，材料选取冷弯型钢，特点为在组合附件配合下安装以便,维护成本相对较低，同步成型工艺成熟，并且种类多样，规格和防腐蚀性能上均有突出长处，对盐害等抵抗性强，普通在潮湿环境或海边等区域选取使用；2.4.2 支架强度支架强度要能承受自重、组件重量和风压最大负荷。太阳能电池阵列用支架构造设计时考虑荷重重要有固定荷重、风压荷重、积雪荷重及地震荷重；此外，也有因温度变化产生“温度荷重”,但与其她荷重相比很小，普通忽视不计。固定荷重G：组件质量和支撑物自身质量总和；风压荷重W：加在组件上风压力和加在支撑物上风压力总和；积雪荷重S：与组件面垂直积雪荷重；地震荷重K：加在支撑物上水平地震力；1) 雪载荷a) 国内建筑构造荷载规范GB 50009规定，屋面水平投影面上雪荷载原则值，应按下式计算Sk=rS0式中：Sk：雪荷载原则值（kN/m2）；r：屋面积雪分布系数；S0：基本雪压（kN/m2）。基本雪压应按该规范附录中附表给出50年一遇雪压采用。b) 美国建筑及其他构造最小设计荷载规定，斜度不大于1/12平屋面雪荷载按下式计算：Pf=CeCtIPg式中：Pf ：雪荷载；系数，美国本土为0.7，阿拉斯加为0.6；Ce为暴露系数；Ct为热力系数；I为重要性系数；Pg为地面雪荷载。地面雪荷载系基于雪荷载超过年概率为2%（即平均重现期50年）数值。2) 风载荷a) 国内建筑构造荷载规范GB 50009规定，垂直于建筑物风力载荷值应按下式计算：Wk=zsz0式中： Wk：风荷载原则值（kN/m2）；z：高度z处风振系数；s：风荷载体型系数；z：风压高度变化系数；0：基本风压（KN/m2）。基本风压应按该规范附录中附表给出50年一遇风压采用，但不得不大于0.3kN/m2。b) 美国建筑及其他构造最小设计荷载规定，在z高度风速压力按下式计算：Qz=0.00256Kz( IV )2式中：Qz为风速压力；Kz为风速压力暴露系数；I为重要性系数；V为基本风速；规范规定使用基本风速至少为70mph，设计风荷载至少为10Ib/ft2 (0.48kN/m2)，基本风速V系基于风速超过年概率为0.02（即平均重现期50年）数值。3) 地震载荷a) 国内建筑抗震设计规范GB50011规定，采用底部剪力法时，各楼层可仅考虑一种自由度，构造水平地震作用原则值；应按下列公式拟定：FEK= 1 Geq式中：FEK为构造总水平地震作用原则值；1为水平地震影响系数值，可取水平地震影响系数最大值max； Geq为构造等效总重力荷载，单质点应取总重力荷载代表值。下表为不同地震烈度下水平地震影响系数最大值：地震影响6789多遇地震0.040.08(0.12)0.16（0.24）0.32罕遇地震0.50（0.72）0.90（1.2）1.4括号中数值分别用于设计基本地震加速度为0.15g和0.30g地区。地震烈度为8和9度需考虑竖向地震作用，9度时高层建筑，其竖向地震作用原则值应按按下列公式拟定；楼层竖向地震作用效应可按各构件承受重力荷载代表值比例分派，并乘以增大系数1.5。FEvk=a v max Geq式中：FEvk为构造总竖向地震作用原则值；a v max为竖向地震影响系数最大值，可取水平地震影响系数最大值a max65%；Geq为构造等效总重力荷载，可取总重力荷载代表值75%。可知0.650.750.49即为竖向地震作用原则值与水平地震作用原则值之比。b) 美国建筑及其他构造最小设计荷载ANSI A58.1规定，构造构件和非构造部件上侧向（即水平）地震力按下式计算：Fp=Z I Cp Wp式中：Fp为侧向地震力；I 为重要性系数，普通公用发电厂I =1.0；Cp为水平力系数，与建筑部件连接或放置在建筑内设备或机械Cp =0.3；Wp 为该部件重量；Z为地震区域系数，表22给出在美国数值：地震区域Z4133/423/813/1601/8美国地震区域1、2、3、4分别相称国内地震烈度6、7、8、9度。2.4.3 使用寿命支架使用寿命因材质而异，因在外界环境中长期使用，普通规定使用品有钢铁1025倍耐腐蚀作用热浸镀锌办法进行防护；2.4.4 螺栓、螺母螺栓、螺母材质采用SUS304、SWCH810、SS400、S35C，高强度螺栓普通使用SWCH1245、SS490、S35C。2.4.5 尺寸公差产品尺寸公差设计普通参照GB18001804-79公差与配合，但设计时需结合实际需求，注意不必要提高尺寸产品精度会增长产品成本。2.5. 基本设计建筑屋面构造千差万别（参照下图2.8），按照形状来区别，重要可以分为坡屋面（带有一定倾斜度屋面）和平屋面（倾斜度基本为0屋面）两类。图2.8：屋面外形构造图在不同形状屋顶上按照最佳方位角和倾斜角来制造支架话，会增长设计难度、加大支架成本和重量、增长屋面载荷及强度负荷。同步在运用既有地形和有效面积，应尽量避开周边建、构筑物或树木等产生阴影。综合考量以上因素，坡屋面系统普通采用与屋面平行安装方式(请参照下图2.9)，平屋面普通采用最佳方位角与倾斜角安装方式(请参照下图2.10)。 图2.9：坡屋面安装图示图2.10：平屋面安装图示1) 坡屋面坡屋面光伏系统组件安装普通采用与屋面平行，运用支撑金属件、支架、紧固件等与屋面构造固定牢固，直接放置在防火、防火屋面上安装方式（参照下图2.11）。图2.11：坡屋面支架及组件安装简视图2) 平屋面坡屋面光伏系统组件安装普通采用最佳方位角与倾斜角安装方式，在屋面构造层上采用混凝土浇筑，要使基座预埋件与屋顶主体构造钢筋焊接或连接，如果受到构造限制无法进行焊接或连接，应采用办法加大基座与屋顶附着力，并采用铁线拉紧法或支架延长固定等加以固定（参照下图2.12）。图2.12：平屋面支架及组件安装简视图在进行方阵基本、方阵支架设计时，要充分考虑到承重、抗风、抗震等因素，在沿海地区还要考虑防台风、防潮湿、防盐雾腐蚀等。方阵支架安装前应涂防腐涂料，对外露金属预埋件应进行防腐防锈解决，防止预埋件受损而失去强度。方阵支架连接用紧固件设计时应采用不锈钢，如果设计采用镀锌件，则必要符合国标规定，达到保证其寿命和防腐紧固目。2.6. 电气设计分布式光伏系统并网又称顾客侧并网，顾客侧并网光伏系统普通在低压侧（400/230V）并入电网。分布式光伏并网发电系统电气系统（参照下图2.13）重要涉及：直流某些、交流某些和监测与显示某些。图2.13：电气系统构造图2.6.1直流某些直流某些电气设计普通涉及：组件选配、方阵串并联方式和电缆选用。1) 对于并网发电系统来说，发电电量和顾客使用电量之间没有互相限制关系，系统容量和方阵大小由安装场合面积决定。2) 设计单个方阵串并联组件数量和方阵间连接方式时，需考虑交流某些逆变器有关参数（如：最大输入开路电压、最大输入电流、最大输入功率、最大额定功率、MPP模式下输入电压等，参照下图2.14），使得最后直流端输入电流、电压、功率能与逆变器较好契合。图2.14：逆变器参数示意图3) 电缆线径需符合直流端输入电流和交流端输出电流最大承载值规定，同步具备较好耐候性。1) 组件选配组件选配重要考虑如下几点：a) 外观颜色：分布式系统作为建筑一某些，对光伏系统方阵外观提出了一定规定，普通规定方阵组件颜色均匀一致、边框颜色、背板颜色等等；类型单晶多晶非晶硅铜铟硒薄膜CIS碲化镉薄膜CdTe非晶/单晶异质结HIT颜色深蓝或黑天蓝红棕、蓝、紫蓝深灰、黑墨绿、黑深蓝、黑b) 使用寿命：组件作为直接将光能转换成电能元件，在系统设计时会有寿命和稳定性方面规定；组件寿命选取重要参照电站设计寿命，当前晶硅组件寿命普通为25年30年，非晶硅组件寿命15以上； c) 发电效率：在可以长期工作前提下，稳定电能输出也成了衡量光伏系统质量好坏重要指标，如下各类光伏产品发电效率供参照：晶硅非晶硅铜铟硒薄膜CIS碲化镉薄膜CdTe非晶/单晶异质结HIT非晶/微晶组件效率1318%46%811%710%1516%89%d) 尺寸形状：分布式系统因受安装场合可运用长度和宽度上限制，需要挑选适当尺寸组件进行安装设计。e) 耐候性能：光伏系统长期在户外独立运营，需要对环境具备一定承受能力，良好耐候性是保证光伏系统稳定运营前提，普通规定组件通过国际、国内有关环境测试原则并获得有关证书。2) 方阵串并联方式光伏方阵通过对单块太阳电池组件进行恰当串、并联，以满足不同需要。a) 组件串联时，两端电压为各单块组件电压之和，电流等于各组件中最小电流；并联时，总电流为各单块组件电流之和，电压取平均值。b) 方阵串联时，两端电压为各方阵电压之和，电流等于各方阵中最小电流；并联时，总电流为各方阵电流之和，电压取平均值。3) 电缆选配分布式光伏发电电缆普通规定按照电压级别、满足持续工作容许电流、短路热稳定性、容许电压降、经济电流密度及敷设环境条件因素等进行选配。由于光伏发电系统自身特点，经常需要在恶劣环境中工作，因此光伏系统电缆选取时需考虑如下因素：a) 电缆绝缘性能;b) 电缆耐热阻燃性能;c) 电缆防潮，防光;d) 电缆敷设方式;e) 电缆芯类型(铜芯，铝芯);f) 电缆大小规格。不同部件之间连接，由于环境和规定不同，选取电缆也不相似：a) 元件与元件之间连接：必要进行UL测试，耐热90，防酸，防化学物质，防潮，防曝晒。b) 方阵内部和方阵之间连接：可以露天或者埋在地下，规定防潮、防曝晒。建议穿管安装，导管必要耐热90。c) 室内接线(环境干燥)：可以使用较短直流连线。电缆大小规格设计，必要遵循如下原则a) 方阵内部和方阵之间连接，选用电缆额定电流为计算所得电缆中最大持续电流1.56倍。b) 交流负载连接，选用电缆额定电流为计算所得电缆中最大持续电流1.25倍。c) 逆变器连接，选用电缆额定电流为计算所得电缆中最大持续电流1.25倍。d) 考虑温度对电缆性能影响。e) 考虑电压降不要超过2%。f) 恰当电缆尺径选用基于两个因素，电流强度与电路电压损失。计算公式为：线损 = 电流 电路总线长 线缆电压因子(可由电缆制造商处获得)2.6.2 交流某些交流某些电气设计普通涉及：逆变器选配、组件和逆变器匹配、系统电力布置方式、光伏系统其她器件选取和防雷接地保护1) 逆变器选配逆变器工作原理(请参照下图2.15)： a) 直流电可以通过震荡电路变为交流电； b) 得到交流电再通过线圈升压（这时得到是方形波交流电）；c) 对得到交流电进行整流得到正弦波。图2.15：逆变器工作原理图逆变器类型依照工作方式可分为并网逆变器和不并网逆变器；依照逆变器内部构造可分为带隔离变压器逆变器（低频工频变压器和高频变压器）和不带变压器逆变器；依照接入光伏系统不同可分为组串逆变器和集中逆变器。无隔离变压器并网逆变器(请参照下图2.16)：a) 省去了笨重工频变压器，效率高达97%以上，重量轻、构造简朴；b) 但是由于没有电气隔离，太阳能组件两极有电网电压，对人身安全不利；c) 影响电网质量，直流易传入交流侧，使电网直流分量过大。图2.16：无隔离变压器逆变器工作原理图工频隔离变压器并网逆变器(请参照下图2.17)：a) 使用工频变压器进行电压变换和电气隔离，构造简朴、抗冲击性能好，安全性高；b) 系统效率相对无变压器低，约为95%左右，并且笨重。图2.17：工频隔离变压器逆变器工作原理图高频隔离变压器并网逆变器(请参照下图2.18)：a) 使用隔离变压器进行电气隔离，重量轻，模块化，系统效率达95%左右；b) 由于隔离DC/AC/DC功率级别普通较小，因此该拓扑构造集中在5KW如下；c) 高频DC/AC/DC工作频率较高，普通为几十KHz,或更高，系统EMC比较难设计。图2.18：高频隔离变压器逆变器工作原理图组串并网逆变器(请参照下图2.19)：a) 光伏系统被分解成几种并联组串，每个组串被连接到一种特定逆变器；b) 每个组串逆变器均有单独最大峰值跟踪，通过减少不匹配和局部阴影二引起损失来增长能量产出；c) 减少了系统成本，增长了系统可靠性；图2.19：组串并网逆变器构造示意图集中并网逆变器(请参照下图2.20)：a) 光伏系统由许多并联光伏组串构成，在直流侧连接到一种集中逆变器；b) 高效率、低成本；c) 系统能量产出受光伏模块不匹配和局部阴影影响而减少；d) 能量产出依赖一种部件，可靠性受限制;e) 集中逆变器失效会导致整个光伏系统停运。图2.20：集中并网逆变器构造示意图分布式光伏并网系统采用并网逆变器。为达到最大发电效率，逆变器都具备最大功率点MPPT跟踪功能，因而在选配逆变器时一定要考虑影响逆变器MPPT诸多因素，重要有：a) 太阳能组件：不同类型、型号太阳能组件具备不同电气参数（参照下图2.21），输出功率不同；图2.21：组件电气参数图b) 安装位置：不同阵列安装位置，由于朝向因素受到光照条件不同，输出功率也不同样。图2.22：不同朝向屋面太阳辐照量对比图因而在选配逆变器时需注意：a) 相似太阳能组件、相似串并联连接、安装在同一建筑面，选取一台功率匹配逆变器。b) 为了安全，尽量选取带隔离变压器功能逆变器；2) 组件和逆变器匹配光伏系统组件和逆变器匹配需参照如下原则：a) 阵列输入电压不能不不大于逆变器工作电压范畴（考虑温度：最高温度时最佳工作电压不低于光伏逆变器MPPT最小电压，否则会浮现功率失真；最低温时开路电压不能高于光伏逆变器最大输入电压，否则也许会损坏逆变器。）b) 阵列输入功率不要不不大于逆变器最大输入功率；c) 阵列电压工作范畴最佳配备在逆变器效率较高点；d) 阵列输入电流不要超过逆变器直流输入限制电流阀值；e) 逆变器和光伏组件类型与否匹配。3) 系统电力布置方式屋顶光伏组件和方阵所输出电流，通过逆变器转换成可供居民使用交流电，亦可切换到外部电网实现并网传播，为保证系统安全可靠运营，还需要综合考虑防雷保护、电能检测和数据传播显示设计。4) 光伏系统其她器件选取a) 旁路元件普通在构成太阳能阵列每个太阳能电池组件上都安装旁路元件，多数使用二极管，以防阴影遮挡导致“热斑效应”损坏组件（参照下图2.23）。“热斑效应”:太阳能电池组件中某一某些电池因树叶、鸟粪、灰层等形成阴影，该某些电池不发电，且电阻变大。此时，串联回路中所有电压加在这个电池上，被作为电阻在回路中发热，产生高温，使它自身和周边EVA变色，引起内部材料膨胀，如果温度继续升高，甚至会导致整个组件破损。图2.23：旁路二极管工作原理b) 断路开关断路开关是为了维护、检查太阳能阵列、逆变器、电能表和智能检测装置，或者替代、维修某某些异常元件时，切断系统电流装置，普通规定具备能切断太阳能阵列最大直流电流、切断电网最大交流电流能力。5) 防雷接地普通雷击有两种重要形式：直击雷和感应雷。1) 直击雷：带电云层与大地上某一点之间发生迅猛放电现象。直击雷对大地电压低则几兆伏，高则数10MV甚至更高，雷云对大地一次闪击放电峰值电流平均约为30多KA，它瞬时功率为1091012W以上，由于瞬时功率很大，它破坏力非常大。直击雷防护技术（参照下图2.24）以避雷针、避雷带、避雷网、避雷线为重要，其中避雷针是最常用直击雷防护装置。图2.24：直击雷防护及雷云与地面电气示意图2) 感应雷：静电感应雷（参照下图2.25）：带电云层由于静电感应作用，使地面某一范畴带上异种电荷。当直击雷发生后来，云层带电迅速消失，而地面某些范畴由于散流电阻大，以致浮现局部高电压，电磁感应雷（参照下图2.25）：由于直击雷放电过程中，强大脉冲电流对周边导线或金属物产生电磁感应发生高电压以致发生闪击现象。图2.25：感应雷雷云与设备电气示意图在PV系统中普通采用：避雷针（器）、浪涌吸取器、防雷变压器三种保护办法。2.6.3 电表与检测显示电表与检测显示某些电气设计涉及：电能表、数据采集、传播和显示。1) 电能表电能表选型需符合本地电网条件。按接入相线，电能表重要可分为单相、三相两种电能表（参照下图2.26）； 单相电表 三相电表图2.26：电能表图示工作原理（参照下图2.27）：图2.27：电能表工作原理图示当把电能表接入被测电路时，电流线圈和电压线圈中就有交变电流流过，这两个交变电流分别在它们铁芯中产生交变磁通；交变磁通穿过铝盘，在铝盘中感应出涡流；涡流又在磁场中受到力作用，从而使铝盘得到转矩（积极力矩）而转动。负载消耗功率越大，通过电流线圈电流越大，铝盘中感应出涡流也越大，使铝盘转动力矩就越大。即转矩大小跟负载消耗功率成正比。功率越大，转矩也越大，铝盘转动也就越快。铝盘转动时，又受到永久磁铁产生制动力矩作用，制动力矩与积极力矩方向相反；制动力矩大小与铝盘转速成正比，铝盘转动得越快，制动力矩也越大。当积极力矩与制动力矩达到暂时平衡时，铝盘将匀速转动。负载所消耗电能与铝盘转数成正比。铝盘转动时，带动计数器，把所消耗电能批示出来。2) 检测和显示检测和显示某些（参照下图2.28）重要是依托数据采集仪测量现场环境温度、太阳辐射、瞬时发电量和总发电量数据，通过无线或有线通信技术传播给远程系统予以显示。图2.28：数据检测和显示构成图3 施工分布式光伏发电系统构成设备到场后即可安排系统工程施工，重要施工环节参照如下流程图3.1。图3.1分布式光伏系统施工流程图4 设计与施工实例咱们曾为江苏省连云港市东海县设计并建设了381.22KW连片分布式光伏发电并网系统工程，工程运用东海县青湖镇青南社区屋顶建设光伏电站，青南社区共有居民128户及村委会1户。现场调查理解到建筑屋顶屋面构造及承载力可以满足使用规定，总规划安装容量381.22KW，依照建筑物分布状况，光伏组件分散布置在各个建筑物屋顶，所发直流电通过逆变后低压220V接入每户居民电表进线侧。4.1系统设计依照社区建筑物分布状况：1、 整个电站分为112个2.94KW发电子系统与16个2.695KW发电子系统以及村委会1个8.82kW子系统（3x2.94kW），其中128个子系统配备1台3kW逆变器和1台并网配电箱，村委会子系统配备3台3kW逆变器和1台并网配电箱。2、 逆变器与并网配电箱采用壁挂式。3、 工程共选用245Wp多晶硅组件1556块，依照逆变器电气特性计算，组件每12块或11块组件为一组串。4、 依照社区建筑物特点，光伏组件采用沿屋顶坡度平铺方式，组件方位角与建筑屋面方位一致，组件与组件之间间隙为20mm。5、 光伏组件采用铝合金型材，材料型号依照本地风荷载计算，保证支架满足25年运营期规定。支架形式与社区屋顶紧密结合，达到美观和安全统一。6、 组串电缆选用光伏专用电缆PV-F1-4mm2。7、 逆变器外壳、交流柜及进出户保护套管均就近接地，室外安装设备均就近打接地极，接地电阻不大于10欧，进出建筑电气线路接地线均与建筑内PE母线可靠连接。8、 屋顶组件、支架作可靠电气连接，组件支架采用BVR-1*16 mm2软铜线与接地铜相连，组件采用6 mm2软铜线与支架相连。9、 各级配电箱内设立浪涌保护装置，防止系统过电压。10、 每栋建筑并网点均应设立并网断路器、计量装置。计量及并网方式按供电部门规定执行。11、 采用无线通讯技术将系统发电量数据上传至显示设备。系统采用自发自用余电上网方式，屋顶光伏组件方阵通过串联接入逆变器逆变后经并网配电箱，再接入到社区每户居民电表进线侧。工程电气某些，涉及光伏发电系统（含逆变器、配电装置）、防雷、过电压保护与接地、电缆敷设及防火封堵等。调度通讯某些在接入系统中设计，站内预留安装场合。4.2系统施工4.2.1基本工程工艺流程（参照下图3.1）：图3.1：基本工程施工流程图4.2.1.1 施工面清理将准备施工屋面清理打扫及必要修补（参照下图3.2）。图3.2：施工面清理、打扫图4.2.1.2 测量及安装点定位 按照系统安装设计图纸拟定屋面安装点位置，并清晰标注（参照下图3.3、3.4）； 图3.3：基准点测量及定位示意图图3.4：测量及安装点定位施工图4.2.1.3 打孔及植筋（坡屋面普通采用常规膨胀螺栓、平屋面普通采用膨胀挂钩螺栓）；1) 采用工业电锤在定位点进行打孔，选取一种与膨胀螺栓胀紧圈（管）相似直径合金钻头，孔深度应不不不大于螺栓长度，不得打穿屋顶。然后用气筒或气泵将所打植筋孔内灰尘吹净，清理干净孔内杂质，孔内不应有灰尘或明水等；2) 把膨胀螺栓套件一起下到孔内，不要把螺帽拧掉，防止孔钻比较深时螺栓掉进孔内而不好往外取。接着把螺帽拧紧，感觉膨胀螺栓比较紧而不松动后再拧下螺帽。3) 沿膨胀螺丝（螺杆）向安装孔中注入构造胶进行密封，胶量应与安装孔上表面齐平。（参照下图3.5、3.6、3.7）。图3.5：屋面打孔及螺栓固定图示图3.6：坡屋面打孔及螺栓固定施工图图3.7：平屋面打孔及螺栓固定施工图4.2.1.4 支座位置固定1) 坡屋面：待构造胶凝固后，在周边涂刷防水涂料进行保护，将支座固定件按设计规定和方向对准螺丝装上并紧固（参照下图3.8）。图3.8：坡屋面支座固定施工图2) 平屋面：按照设计混凝土尺寸（以300mm*300mm为例）及设计规定准备浇筑用模具及钢筋网，钢筋网尺寸应不大于混凝土模具尺寸。将准备好模具架设与预埋膨胀挂钩外围，保证每排模具上下边均在一条直线上。将植筋钢筋网与膨胀挂钩形成连接后往模具中注入混泥土进行浇筑，浇筑过程需用振荡器将混凝土捣实，直至与模具上平面齐平。运用模板定位并埋入紧固螺丝，将混凝土基本表面抹平。待混凝土固化后，拆除模具，在基本表面用水泥和固化胶配备好涂刷一遍，保证基本表面平整、光滑、美观、无气泡、气孔（参照下图3.9、3.10、3.11）图3.9：平屋面基本配筋构造图图3.10：平屋面基本预埋件尺寸、构造图图3.11：平屋面植筋及基本制作施工图例4.22支架构造工程工艺流程（参照下图3.12）：图3.12：支架构造施工工艺流程图1) 坡屋面用棉线牵引并两端固定做为基准线，可采用增长垫片方式调节脚支撑使其在水平（沿棉线）方向上是一条直线；脚支撑安装结束后，进行横梁安装，每组横梁间距尺寸需符合设计规定及组件安装孔尺寸规定。将横梁放到脚支撑上、预紧，用棉线将其带直，将不平地方调平；用水平尺将安放组件横梁面调至一种平面上，将调平后横梁拧紧（参照下图3.13、3.14、3.15）。图3.13：坡屋面支架排布图图3.14：坡屋面支架构造图图3.15：坡屋面支架安装施工图2) 平屋面待混凝土基本养护期结束后，清除预制基本上杂质。将脚支撑对准预埋螺丝按照设计规定进行安装紧固。需对支撑进行直线度和垂直度调节，可用棉线牵引并两端固定做为基准线，保证支撑在水平（沿棉线）方向上是一条直线；用水平尺对后支撑进行找平，保证其在垂直方向上是一条直线。预紧、调平后，对支撑进行复紧，达到规定扭力矩，保证强度。脚支撑安装结束后，进行横梁安装，每组横梁间距尺寸需符合设计规定及组件安装孔尺寸规定。将横梁放到脚支撑上、预紧，用棉线将其带直，将不平地方调平；用水平尺将安放组件横梁面调至一种平面上，将调平后横梁拧紧（参照下图3.16、3.17、3.18、3.19）。图3.16：平屋面支架排布图示图3.17：平屋面基本及支架构造截面图图3.18：平屋面支架俯视、背视图图3.19：平屋面支架安装施工图用防水涂料沿混凝土基本底部四周均匀涂刷，保证各基本防水材料涂刷范畴一致，防水层平均厚度符合应设计规定，最小厚度不应不大于设计厚度80%，防水层无渗