太阳能光伏发电系统的整体配置与相关设计.doc

第第 6 6 章章 太阳能光伏发电系统的整体配置与相关设计太阳能光伏发电系统的整体配置与相关设计 本章重要介绍太阳能光伏发电系统的整体配置与设计，即各种电力电子设备、部件的配置选型和相关附属设施的设计。重要涉及光伏控制器、交流逆变器的选型与配置，组件支架及固定方式的拟定与基础设计，交流配电系统、防雷与接地系统的配置与设计，监控和测量系统的配置，直流配线箱及所用电缆的设计选择等。6.1 6.1 太阳能光伏发电系统的整体配置太阳能光伏发电系统的整体配置 太阳能光伏系统的整体配置重要是根据上一章计算出的太阳能电池方阵和蓄电池容量，来合理地选配其他电力电子设备并根据需要和系统的大小决定各个相关附属设施的取舍，例如有些中小型光伏发电系统由于容量或者环境的因素，就可以不考虑配置防雷接地系统和监控测量系统等。6.1.16.1.1太阳能光伏发电系统的配置构成太阳能光伏发电系统的配置构成 太阳能光伏发电系统完整的配置构成如图 6-1 所示。重要由太阳能光伏组件或方阵、直流接线箱、控制器、逆变器、交流配电箱（系统)、蓄电池组、防雷接地系统、监控测量系统等组成。其中,需要选配的内容重要是：太阳能电池组件的形状和尺寸的拟定、直流接线箱(成品)的选型、控制器的选型、逆变器的选型、交流配电柜（成品）的选型、蓄电池的选型、监控测量系统及其软件的选型及直流输送电缆的选型等。而需要设计的内容重要有：太阳能电池组件或方阵固定支架和基础的设计、直流接线箱的设计、交流配电柜的设计、防雷接地系统的设计等。下面就先介绍选型配置部分的内容。图 6-1 太阳能光伏发电系统配置构成示意图 6.1.2 6.1.2 设备、部件的配置和选型设备、部件的配置和选型 1.太阳能电池组件或方阵的形状与尺寸的拟定 在上一章的太阳能电池组件或方阵的设计计算中，虽然根据用电量或计划发电量计算出了电池组件或整个方阵的总的容量和功率，拟定了电池组件的串并联数量，但是还需要根据太阳能电池的具体安装位置来拟定电池组件的形状及外型尺寸，以及整个方阵的整体排列等。有些异型和特殊尺寸的电池组件还需要与生产厂商定制。例如从尺寸和形状上讲，同一功率的电池组件可以做成长方形，也可以做成正方形或圆形、梯形等其他形状；从电池片的用料上讲，同一功率的电池组件可以是单晶硅或多晶硅组件，也可以是非晶硅组件等，这就需要我们来选择和拟定。电池组件的外形和尺寸拟定后，才干进行组件的组合、固定和支架、基础等内容的设计。附录 2 提供了太阳能光伏发电常用晶体硅电池组件规格尺寸和技术参数等可供选型时参考。2.直流接线箱的选型 直流接线箱也叫直流配电箱，小型太阳能光伏发电系统一般不用直流接线箱，电池组件的输出线就直接接到了控制器的输入端子上。直流接线箱重要是在中、大型太阳能光伏发电系统中，用于把太阳能电池组件方阵的多路输出电缆集中输入、分组连接，不仅使连线井然有序，并且便于分组检查、维护，当太阳能电池方阵局部发生故障时，可以局部分离检修，不影响整体发电系统的连续工作。图 6-2 是单路直流接线箱内部基本电路，图 6-3 所示的是多路直流接线箱的内部基本电路，它们由分路开关、主开关、避雷防雷器件、接线端子等构成，有些直流接线箱还把防反充二极管也放在其中。直流接线箱一般由逆变器生产厂家或专业厂家生产并提供成型产品。选用时重要考虑根据光伏方阵的输出路数、最大工作电流和最大输出功率等参数进行选择。当没有成型产品提供或成品不符合系统规定期，就要根据实际需要自己设计制作了。图 6-4 是图 6-3 所示的电路直流接线箱的实体连接图，图 6-5 是某大型光伏发电系统直流接线箱的局部连接实体图，供读者选型和自行设计时参考。3.光伏控制器的选型 光伏控制器要根据系统功能、系统直流工作电压、电池方阵输入路数、蓄电池组数、负载状况以及用户的特殊规定等拟定光伏控制器的类型。一般小功率光伏发电系统采用单路脉冲宽度调制型控制器，大功率光伏发电系统采用多路输入型控制器或带有通信功能和远程监测控制功能的智能控制器。选型时还要注意，控制器的功能并不是越多越好，注意选择在本系统中合用和有用的功能，抛弃多余的功能，否则不仅增长了成本，并且还增添了出现故障的也许性。控制器选择时要特别注意其额定工作电流必须同时大于太阳能电池组件或方阵的短路电流和负载的最大工作电流。为适应将来的系统扩容，和保证系统长时期的工作稳定，建议控制器的选型最佳选择高一个型号。例如，设计选择12V/5A 的控制器就能满足系统使用时，实际应用可考虑选择 12V/8A 的控制器。下列几个表是合肥阳光电源和德国施德凯生产的各种光伏控制器的技术参数与规格尺寸，供选型时参考。4.光伏逆变器的选型 光伏逆变器选型时一般是根据光伏发电系统设计拟定的直流电压来选择逆变器的直流输入电压，根据负载的类型拟定逆变器的功率和相数，根据负载的冲击性决定逆变器的功率余量。逆变器的连续功率应当大于使用负载的功率，负载的启动功率要小于逆变器的最大冲击功率。在选型时还要考虑为光伏发电系统将来的扩容留有一定的余量。在离网（独立）光伏发电系统中，系统电压的选择应根据负载的规定而定。负载电压规定越高系统电压也应尽量高，当系统中没有 12V 直流负载时，系统电压最佳选择 24V、48V 或以上，这样可以使系统直流电路部分的电流变小。系统电压越高，系统电流就越小，从而可以使系统损耗变小。在并网光伏发电系统中，逆变器的输入电压是每块（每串）太阳能电池组件峰值输出电压或开路电压的整数倍（如 17V、34V 或 21V、42V 等），并且在工作时，系统工作电压会随着太阳能辐射强度随时变化，因此并网型逆变器的输入直流电压有一定的输入范围。表6-5和表6-6列出了合肥阳光电源公司生产的部分逆变器产品的技术参数与规格尺寸，供选型时参考。5.蓄电池的选型 蓄电池的选型一般是根据光伏发电系统设计和计算出的结果，来拟定蓄电池或蓄电池组的电压和容量，选择合适的蓄电池种类及规格型号，再拟定其数量和串并联连接方式等。为了使逆变器可以正常工作，同时为了给负载提供足够的能量，必须选择容量合适的蓄电池组，使其可以提供足够大的冲击电流来满足逆变器的需要，以应付一些冲击性负载如电冰箱、冷柜、水泵和电动机等在启动瞬间产生的很大电流。运用下面的公式可以用来验证一下我们前面设计计算出的蓄电池容量是否可以满足冲击性负载功率的需要：其中蓄电池容量单位是 Ah，逆变器功率单位是 w，蓄电池电压是 V。蓄电池选型举例如表 6-7 所示。附录 3 提供了光伏发电系统常用储能电池及器件的规格尺寸和技术参数，可供蓄电池选型时参考。6.直流输送电缆的选型 在太阳能光伏发电系统中低压直流输送部分使用的电缆，由于使用环境和技术规定的不同，对不同部件的连接有不同的规定，总体要考虑的因素有：电缆的绝缘性能、耐热阻燃性能、抗老化性能及线径规格等。具体规定如下。（1）组件与组件之间的连接电缆，一般使用组件接线盒附带的连接电缆直接连接，长度不够时还可以使用专用延长电缆如图 6-6 所示。依据组件功率大小的不同，该类连接电缆有截面积为 2.5mm2、4.0mm2、6.0mm2等的三种规格。这类连接电缆使用双层绝缘外皮，如图 6-7 所示，具有优越的防紫外线、水、臭氧、酸、盐的侵蚀能力，优越的全天候能力和耐磨损能力。（2）蓄电池与逆变器之间的连接电缆，规定使用通过 UL 测试的多股软线，尽量就近连接。选择短而粗的电缆可使系统减小损耗，提高效率，增强可靠性。（3）电池方阵与控制器或直流接线箱之间的连接电缆，也规定使用通过 UL 测试的多股软线，截面积规格根据方阵输出最大电流而定。各部位直流电缆截面积依据下列原则拟定：组件与组件之间的连接电缆、蓄电池与蓄电池之间的连接电缆、交流负载的连接电缆；一般选取的电缆额定电流为各电缆中最大连续工作电流的 1.25 倍；电池方阵与方阵之间的连接电缆、蓄电池（组）与逆变器之间的连接电缆，一般选取的电缆额定电流为各电缆中最大连续工作电流的 1.5 倍。7.测量系统与软件的选型 太阳能光伏发电中的监控测量系统是各相关公司针对太阳能光伏发电系统开发的软件平台，一般可配合逆变器系统对系统进行实时监视记录和控制，系统故障记录与报警以及各种参数的设立，还可通过网络进行远程监控和数据传输。监控测量系统运营界面一般可以显示:当前发电功率、日发电量累计、月发电量累计、年发电量累计、总发电量累计、累计减少 CO2排放量等相关，如图 6-8所示。逆变器各种运营数据提供 RS485 接口与监控测量系统主机连接。监控测量系统一般用在中大型光伏发电系统中，可根据光伏发电系统的重要性和投资预算等因素考虑选用。8.交流配电柜的选型 交流配电柜是在太阳能光伏发电系统中，连接在逆变器与交流负载之间的接受和分派电能的电力设备，它重要由开关类电器（如空气开关、切换开关、交流接触器等）、保护类电器（如熔断器、防雷器等）、测量类电器（如电压表、电流表、电能表、交流 互感器等）以及指示灯、母线排等组成。交流配电柜按照负荷功率大小分为大型配电柜和小型配电柜；按照使用场合的不同，分为户内型配电柜和户外型配电柜；按照电压等级不同，分为低压配电柜和高压配电柜。中小型太阳能光伏发电系统一般采用低压供电和输送方式，选用低压配电柜就可以满足输送和电力分派的需要。大型光伏发电系统大都采用高压配供电装置和设施输送电力，并入电网，因此要选用符合大型发电系统需要的高低压配电柜和升、降压变压器等配电设施。交流配电柜一般可以由逆变器生产厂家或专业厂家设计生产并提供成型产品。当没有成型产品提供或成品不符合系统规定期，就要根据实际需要自己设计制作了。图 6-9 是一款最简朴的交流配电柜产品的内部电路图。无论是选购或者设计生产光伏发电系统用交流配电柜，都要符合下列各项规定。（1）选型和制造都要符合国标规定，配电和控制回路都要采用成熟可靠的电子线路和电力电子器件。（2）操作方便，运营可靠，双路输入时切换动作准确。（3）发生故障时可以准确、迅速切断事故电流，防止故障扩大。（4）在满足需要、保证安全性能的前提下，尽量做到体积小、重量轻、工艺好、制导致 本低。（5）当在高海拔地区或较恶劣的环境条件下使用时，要注意加强机箱的散热，并在设计时对低压电器元件的选用留有一定余量，以保证系统的可靠性。（6）交流配电柜的结构应为单面或双面门启动结构，以方便维护、检修及更换电器元件。（7）配电柜要有良好的保护接地系统。主接地点一般焊接在机柜下方的箱体骨架上，前后柜门和仪表盘等都应有接地点与柜体相连，以构成完整的接地保护，保证操作及维护检修人员的安全。（8）交流配电柜还要具有负载过载或短路的保护功能。当电路有短路或过载等故障发生时，相应的断路器应能自动跳闸或熔断器熔断，断开输出。6.2 6.2 太阳能光伏发电系统的相关设计太阳能光伏发电系统的相关设计 6.2.1 6.2.1 太阳能光伏组件（方阵）支架和基础的设计太阳能光伏组件（方阵）支架和基础的设计 1.太阳能电池组件及方阵支架的设计（1）杆柱安装类支架的设计。杆柱安装类支架一般应用于各种太阳能路灯、庭院灯、高速公路摄像机太阳能供电等，设计时需要有太阳能电池组件的长宽尺寸及电池组件背面固定孔的位置、孔距等尺寸，还要了解使用地的太阳能电池组件最佳倾斜角或者在系统设计中拟定的通过修正的最佳倾斜角等。设计支架可以根据需要设计成倾斜角固定、方位角可调，倾斜角和方位角都可调等。基本设计原理示意图如图 6-10 所示。支架的框架材料一般选用扁方钢管或角钢制作，立柱选用圆钢管。材料的规格大小和厚薄要根据电池板的尺寸和重量来定，表面要进行喷塑或电镀解决。图6-11 至图 6-17 给出了部分太阳能电池组件杆柱安装支架的实例图片，供大家设计制作时参考。（2）屋顶类支架的设计。屋顶类支架的设计要根据不同的屋顶结构分别进行，对于斜面屋顶可设计与屋顶斜面平行的支架，支架的高度离屋顶面 10cm 左右，以利于太阳能电池组件的通风散热，也可以根据最佳倾斜角角度设计成前低后高的支架，以满足电池组件的太阳能最大接受量。平面屋顶一般要设计成三角形支架，支架倾斜面角度为太阳能电池的最佳接受倾斜角，三种支架设计示意如图 6-12 所示。假如在屋顶采用混凝土水泥基础固定支架的方式时，需要将屋顶的防水层揭开一部分，抠开混凝土表面，最佳找到屋顶混凝土中的钢筋，然后和基础中的预埋件螺栓焊接在一起。不能焊接钢筋时，也要使做基础部分的屋顶表面凸凹不平,增长屋顶表面与混凝土基础的附着力，然后对屋顶防水层破坏部分做二次防水解决。对于不能做混凝土基础的屋顶一般都直接用角钢支架固定电池组件，支架的固定就需要釆用钢丝绳（或铁丝）拉紧法、支架延长固定法等。如图 6-13 所示。三角形支架的电池组件的下边沿离屋顶面的间隙要大于 15cm 以上，以防下雨时屋顶面泥水溅到电池组件玻璃表面，使组件玻璃脏污。屋顶组件支架的制作材料可以用角钢焊接，也可选择定制组件固定专用钢制冲压结构件。图 6-14 是用角钢制作的三角形组件支架实体图。图 6-15 是屋顶用钢制冲压结构件固定电池组件的结构和方法示意图。图 6-16(a)和图 6-16(b)是太阳能光伏发电系统屋顶工程安装实例图片。（3）地面方阵支架的设计。地面用光伏方阵支架一般都是用角钢制作的三角形支架，其底座是水泥混凝土基础，方阵组件排列有横向排列和纵向排列两种方式，如图 6-17 所示，横向排列一般每列放置 35 块电池组件，纵向排列每列放置 24 块电池组件。支架具体尺寸要根据所选用的电池组件规格尺寸和排列方式拟定，支架基础的设计在下一节中具体介绍。图 6-18 是两个地面方阵固定安装应用实例，供参考。2.太阳能光伏组件及方阵基础的设计（1）杆柱类安装基础的设计 杆柱类安装基础和预埋件尺寸如图 6-19 所示，具体尺寸大小根据杆柱高度不同列于表 6-8。该基础合用于金属类电线杆、灯杆等，当蓄电池需要埋入地下时，按照图 6-19(b)设计施工。（2）地面方阵支架基础的设计 地面方阵支架的基础尺寸如图 6-20 所示，对于一般土质每个基础地面以下部 分 根 据 方 阵 大 小 一 般 选 择 40040mm400mm（长 宽 高）和 500mm 500mm 400mm（长 宽 高）两种规格。对于在比较松散的土质地面做基础时，基础部分的长宽尺寸要适当放大，高度要加高，或者制作成整体基础。对于大型光伏发电系统的光伏方阵基础要根据 GB 500072023 建筑地基基础设计规范中的相关规定进行勘察设计。（3）混泥土基础制作的基本技术规定。基础混凝土水泥、砂石混合比例一般为 1:2。基础上表面要平整光滑，同一支架的所有基础上表面要在同一水平面上。基础预埋螺杆要保证垂直并在对的位置，单螺杆要位于基础中央，不要倾斜。基础预埋件螺杆高出混凝土基础表面部分螺纹在施工时要进行保护，防止受损。施工后要保持螺纹部分干净，如粘有混凝土要及时檫干净。在土质松散的沙土、软土等位置做基础时，要适当加大基础尺寸。对于太松软的土质，要先进行土质解决或重新选择位置。6.2.2 直流接线箱的设计 直流接线箱由箱体、分路开关、总开关、防雷器件、防逆流二极管、端子板等构成。下面就以图 6-21 所示电路为例，介绍直流接线箱的设计及部件选用。1.机箱箱体 机箱箱体的大小根据所有内部器件数量及排列所占用的位置拟定，还要考虑布线排列整齐规范，开关操作方便，不宜搞得太拥挤。箱体根据使用场合的不同分为室内型和室外型，根据材料的不同分为铁制和不锈钢制和工程塑料制作。金属制机箱使用板材厚度一般为 1.01.6mm。机箱可以根据需要定制，也可以直接购买尺寸合适的机箱产品。2.分路开关和主开关 设立在太阳能电池方阵输入端的分路开关是为了在太阳能电池方阵组件局部发生异常或需要维护检修时，从回路中把该路方阵组件切断，与方阵分离。主开关安装在直流接线箱的输出端与交流逆变器输入端之间。对于输入路数较少的系统或功率较小的系统，分路开关和主幵关可以合二为一，只设立一种开关。但必要的熔断器等仍然需要保存。当接线箱要安装到有些不容易靠近的场合时，也可以考虑把主开关与接线箱分离另行安装。无论是分路开关还是主开关，都要采用能满足各自太阳能电池方阵最大直流工作电压和通过电流的开关器件，所选开关器件的额定工作电流要大于等于回路的最大工作电流，颔定工作电压大于等于回路的最高工作电压。但是目前市场上的各种开关器件大多是为用在交流电路生产的，当把这些开关器件用在直流电路中时，开关触点所能承受的工作电流约为交流电路的 1/21/3，也就是说，在同样工作电流状态下，开关能承受的直流电压是交流电压的1/21/3。例如某开关器件的技术参数里，标明额定工作电流 5A，额定工作电压为 AC220V/DC110V 就是这个意思。因此，当系统直流工作电压较高时，应选用直流工作电压满足电路规定的开关，如没有参数合适的开关，也可以多用 12 组开关，并将开关按照如图 6-22 所示方法串联连接，这样连接后的开关将可以分别承受 450V 和 800V 的直流工作电压。3.防雷器件 防雷器件是用于防止雷电浪涌侵入到太阳能电池方阵、交流逆变器、交流负载或电网的保护装置。在直流接线箱内，为了保护太阳能电池方阵，每一个组件串中都要安装防雷器件。对于输入路数较少的系统或功率较小的系统，也可以在太阳能电池方阵的总输出电路中安装。防雷器件接地侧的接线可以一并接到接线箱的主接地端子上。关于防雷器件的具体内容，将在防雷接地系统的设计一节中具体介绍。4.端子板和防反充二极管元件 端子板可根据需要选用，输入路数较多时考虑使用，输入路数较少时，则可将引线直接接入幵关器件的接线端子上。端子板要选用符合国标规定的产品。防反充二极管一般都装在电池组件的接线盒中，当组件接线盒中没有安装时，可以考虑在直流接线箱中加装。防反充二极管的性能参数已经在前面介绍过，大家可根据实际需要选用。为方便二极管与电路的可靠连接，建议安装前在二极管两端的引线上，焊接两个铜焊片或小线鼻子。6.2.3 交流配电柜的设计 太阳能光伏发电系统的交流配电柜与普通交流配电柜大同小异。也要配置总电源开关,并根据交流负载设立分路开关。面板上要配置电压表、电流表，用于检测逆变器输出的单相或三相交流电的工作电压和工作电流等，电路结构如图6-23 所示。对于相同部分完全可以按照普通配电柜的模式进行设计，对配电柜的功能和技术规定等内容，也在前面配电柜选型中介绍了。在此重要介绍一下光伏发电系统交流配电柜与普通配电柜的不同部分，供设计时参考。1.接有防雷器装置 太阳能光伏发电系统的交流配电柜中一般都接有防雷器装置，用来保护交流负载或交流电网免遭雷电破坏。防雷器一般接在总开关之后，具体接法如图 6-24所示。2.接有发电和用电两块电度表 在可逆流的太阳能并网发电系统中，除了正常用电计量的电度表之外，为了准确地计量发电系统馈入电网的电量（卖出的电量）和电网向系统内补充的电量（买入的电量），就需要在交流配电柜内此外安装两块电度表进行用电量和发电量的计量，其连接方法如图 6-25 所示。6.2.4 防雷与接地系统的设计 由于光伏发电系统的重要部分都安装在露天状态下，且分布的面积较大，因此存在着受直接和间接雷击的危害。同时，光伏发电系统与相关电器设备及建筑物有着直接的连接，因此对光伏系统的雷击还会涉及相关的设备和建筑物及用电负载等。为了避免雷击对光伏发电系统的损害，就需要设立防雷与接地系统进行防护。1.关于雷电及开关浪涌的有关知识 雷电是一种大气中的放电现象。在云雨形成的过程中，它的某些部分积聚起正电荷，另一部分积聚起负电荷，当这些电荷积聚到一定限度时，就会产生放电现象，形成雷电。雷电分为直击雷和感应雷，直击雷是指直接落到太阳能方阵、直流配电系统、电气设备及其配线等处，以及近旁周边的雷击。直击雷的侵入途径有两条，一条是上述所说的直接对太阳能方阵等放电，使大部分高能雷电流被引入到建筑物或设备、线路上；另一条途径是雷电直接通过避雷针等可以直接传输雷电流入地的装置放电，使得地电位瞬时升高，一大部分雷电流通过保护接地线反串入到设备、线路上。感应雷是指在相关建筑物、设备和线路的附近及更远些的地方产生的雷击，引起相关建筑物、设备和线路的过电压，这个浪涌过电压通过静电感应或电磁感应的形式串入到相关电子设备和线路上，对设备线路导致危害。除了雷电可以产生浪涌电压和电流外，在大功率电路的闭合与断开的瞬间、感性负载和容性负载的接通或断开的瞬间、大型用电系统或变压器等断开等也都会产生较大的开关浪涌 电压和电流，同样会对相关设备、线路等导致危害。对于较大型的或安装在空旷田野、高山上的光伏发电系统，特别是雷电多发地区，必须配备防雷接地装置。2.太阳能光伏发电系统的防雷措施和设计规定（1）太阳能光伏发电系统或发电站建设地址选择，要尽量避免放置在容易遭受雷击的位置和场合。（2）尽量避免避雷针的投影落在太阳能电池方阵组件上。（3）根据现场状况，可采用避雷针、避雷带和避雷网等不同防护措施对直击雷进行防护，减少雷击概率。并应尽量采用多根均匀布置的引下线将雷击电流引入地下。多根引下线的分流作用可减少引下线的引线压降，减少侧击的危险，并使引下线泄流产生的磁场强度减小。（4）为防止雷电感应，要将整个光伏发电系统的所有金属物，涉及电池组件外框、设备、机箱机柜外壳、金属线管等与联合接地体等电位连接，并且做做到各自独立接地，图 6-26 是光伏发电系统等电位连接示意图。（5）在系统回路上逐级加装防雷器件，实行多级保护，使雷击或开关浪涌电流通过多级防 雷器件泄流。一般在光伏发电系统直流线路部分釆用直流电源防雷器，在逆变后的交流线路部分，使用交流电源防雷器。防雷器在太阳能光伏发电系统中的应用如图 6-27 所示。（6）光伏发电系统的接地类型和规定重要涉及以下几个方面。防雷接地。涉及避雷针（带)、引下线、接地体等，规定接地电阻小于 30,并最佳 考虑单独设立接地体。安全保护接地、工作接地、屏蔽接地。涉及光伏电池组件外框、支架，控制器、逆变器、配电柜外壳，蓄电池支架、金属穿线管外皮及蓄电池、逆变器的中性点等，规定接地电阻4。当安全保护接地、工作接地、屏蔽接地和防雷接地等四种接地共用一组接地装置时，其接地电阻按其中最小值拟定；若防雷己单独设立接地装置时，其余三种接地宜用一组接地装置，其接地电阻不应大于其中最小值。条件许可时，防雷接地系统应尽量单独设立，不与其他接地系统共用。并保证防雷接地系统的接地体与公用接地体在地下的距离保持 3m 以上。3 接地系统的材料选用 避雷针一般选用直径 1216mm 的圆钢，假如釆用避雷带，则使用直径 8mm的圆钢或厚度 4mm 的扁钢。避雷针高出被保护物的高度，应大于等于避雷针到被保护物的水平距离，避雷针越高保护范围越大。接地体宜采用热镀锌钢材，其规格一般为：直径为 50mm 的钢管，壁厚不小于 3.5mm；50mmx50mmx5mm 角钢或 40mmx4mm 的扁钢，长度一般为 1.52.5m。接地体的埋设深度为上端离地面 0.7m 以上。引下线一般使用直径为 8mm 的圆钢。规定较高的要使用截面积为 35mm2的多股铜线。4.防雷器的选型 防雷器也叫电涌保护器（Surge Protection Device，形如图 6-28 所示。防雷器内部重要有热感断路器和金属氧化物压敏电阻组成，此外还可以根据需要同 NPE 火花放电间隙模块配合使用。其结构示意图如 图 6-29 所示。光伏发电系统常用防雷器品牌有 OBO、DEHN(德和盛）等。其中常用的型号为 OBO 的 V25-B+C/3、V25-B+C/4、V25-B+C/3+NPE、V20-C/3、V20-C/3+NPE 交流电源防雷器和 V20-C/3-PH 直流电源防雷器，DEHN 的 DLG PV 1000、DG PV 500 SCP、DG PV 500 SCPFM、DGMTN275 和 DVMTNC255 等。表 6-9 是OBO 的 V25-B+C和 V20-C 防雷器模块的技术参数，供选型时参考。下面是光伏发电系统常用防雷器重要技术参数的具体说明。（1）最大连续工作电压（Uc）:该电压值表达可允许加在防雷器两端的最大工频交流电压有效值。在这个电压下，防雷器必须可以正常工作，不可出现故障。同时该电压连续加载在防雷器上，不会改变防雷器的工作特性。（2）额定电压（Un):是指防雷器正常工作下的电压。这个电压可以用直流电压表达，也可以用正弦交流电压的有效值来表达。（3）最大冲击通流量（Imax）:是指防雷器在不发生实质性破坏的前提下，每线或单模块对地，通过规定次数、规定波形的最大限度的电流峰值数。最大冲击通流量一般大于额定放电电流的 2.5 倍。（4）额定放电电流（In）:额定放电电流也叫标称放电电流，是指防雷器所能承受的 8/20%雷电流波形的电流峰值。（5）脉冲冲击电流（Iimp):是指在模拟自然界直接雷击的波形电流（标准的10/350s 雷电流模拟波形）下，防雷器能承受的雷电流的多次冲击而不发生损坏的电流值。（6）残压（Ures):是指雷电放电电流通过防雷器时，其端子间呈现出的电压值。（7）额定频率（fn):是指防雷器的正常工作频率。在防雷器的具体选型时，除了各项技术参数要符合设计规定外，还要特别考虑下列几个参数和功能的选择。（1）最大连续工作电压（Uc）的选择。氧化锌压敏电阻防雷器的最大连续工作电压值（Uc），是关系到防雷器运营稳定性的关键参数。在选择防雷器的最大连续工作电压值时，除了符合相关标准规定外，还应考虑到安装电网也许出现的正常波动及也许出现的最高连续故障电压。例如在三相交流电源系统中，相线对地线的最高连续故障电压，有也许达成额定工作电压交流 220V 的 1.5 倍，即有也许达成 330V。因此在电流不稳定的地方，建议选择电源防雷器的最大连续工作电压值大于 330V 的模块。在直流电源系统中，最大连续工作电压值与正常工作电压的比例，根据经验一般取 1.5 倍到 2 倍。（2）残压（Ures)的选择。在拟定选择防雷器的残压时，单纯考虑残压值越低越好并不全面，并且容易引起误导。一方面不同产品标注的残压数值，必须注明测试电流的大小和波形，才干有一个共同比较的基础。一般都是以 20kA(8/20s)的测试电流条件下记录的残压值作为防雷器的标注值，并进行比较。另一方面，对于压敏电阻防雷器选用残压越低时，将意味着最大连续工作电压也越低。因此，过度强调低残压，需要付出减少最大连续工作电压的代价，其后果是在电压不稳定地区，防雷器容易因长时间连续过电压而频繁损坏。在压敏电阻型防雷器中，选择最合适的最大连续工作电压和最合适的残压值，就如同天平的两侧，不可倾向任何一边。根据经验，残压在 2kV 以下（20kA、8/20s)，就能对用户设备提供足够的保护。（3）报警功能的选择。为了监测防雷器的运营状态，当防雷器出现损坏时，可以告知用户及时更换损坏的防雷器模块，防雷器一般都附带各种方式的损坏指示和报警功能，以适应不同环境的不同规定。窗口色块指示功能：该功能适合有人值守且天天巡查的场合。所谓窗口色块指示功能就是在每组防雷器上都有一个指示窗口，防雷器正常时，该窗口是绿色，当防雷器损坏时，该窗口变为红色，提醒用户及时更换。声光信号报警功能：该功能适合用在有人值守的环境中使用。声光信号报警装置是用来检查防雷模块工作状况，并通过声光信号显示状态的。装有声光报警装置的防雷器始终处在自检测状态，防雷器模块一旦损坏，控制模块立刻发出一个高音高频报警声，监控模块上的状态显示灯由绿色变为闪烁的红灯。当将损坏的模块更换后，状态显示灯显示为绿色，表达防雷模块正常工作，同时报警声音关闭。遥信报警功能:该遥信报警装置重要用于对安装在无人值守或难以检查位置的防雷器进行集中监控。带遥信功能的防雷器都装有一个监控模块，连续不断检查所有被连接的防雷模块的工作状况，假如某个防雷模块出现故障，机械装置将向监控模块发出指令，使监控模块内的常开和常闭触点分别转换为常闭和常开，并将此故障开关信息发送到远程有相应的显示或声音装置上，触发这些装置工作。遥信及电压监控报警功能：该遥信及电压监控报警装置除了上述功能外，还能在防雷器运营中对加在防雷器上的电压进行监控，当系统有任意的电源电压下降或防雷器后备保护空气开关（或保险丝）动作以及防雷器模块损坏等，远距离信号系统均会立即记录并报告。该装置重要用于三相电源供电系统。6.36.3 太阳能光伏发电系统配置设计实例太阳能光伏发电系统配置设计实例 下面介绍两个太阳能光伏发电系统的整体设计配置（技术方案）实例，供大家设计、选型和配置时参考。6.3.16.3.1 某大厦采光廊架离网光伏发电系统设计方案某大厦采光廊架离网光伏发电系统设计方案 1.项目简介 太阳能光伏建筑一体化（Building Integrated Photovoltaic,BIPV)是应用太阳能发电的一种新形式，简朴地讲就是将太阳能光伏发电系统和建筑的围护结构外表面如建筑幕墙、屋顶等有机的结合成一个整体结构，不仅具有围护结构的功能，同时又能产生电能供本建筑及周边用电负载使用。还可通过建筑物输电线路并网发电，向电网提供电能。太阳能光伏方阵与建筑的结合由于不占用额外的地面空间，是光伏发电系统在城市中广泛应用的最佳安装方式，因而倍受关注。某大厦采光廊架独立光伏发电系统就是太阳能光伏建筑一体化（BIPV)和太阳能光伏发电的具体示范和应用。该采光廊架屋顶共有 36 块 1200mmx1200mm 的玻璃构成，总面积约为 52m2，拟所有采用夹胶玻璃太阳能光伏组件构成，形成光电采光屋顶，达成即可以采光又能进行光伏发电的目的。根据使用方规定，系统模式为带蓄电池储能的离网型光伏发电系统，所发电量重要供地下停车场及大厦周边夜间照明使用。2.方案设计原则及依据（1）设计原则。本光伏发电系统设计配置以先进性、合理性、可靠性和髙性价比为原则。大功率控制器、交流逆变器采用国产优质产品，蓄电池组选用国优产品或合资公司产品，太阳能电池组件采用优质原材料及晶体硅电池片定制生产。（2）设计依据。使用方提供的技术规定、图纸及施工现场考察情况。民用建筑电气设计规范（JGJ162023)。电气装置安装工程低压电器施工及验收规范（GB502541996)和电气装置安装工程电力变流设备施工及验收规范（GB 502551996)。建筑玻璃应用技术规程（JGJ113 2023)。玻璃幕墙工程技术规范（JGJ 1022023)。地面用晶体硅光伏组件设计鉴定与定型（GB/T95351998)。3.系统配置构成及设计选型说明 该系统由夹胶玻璃太阳能电池组件、蓄电池组、大功率光伏控制器及离网交流逆变器等组成。(1)太阳能电池组件的设计。本项目太阳能电池组件容量的拟定不是根据计划用电量来计算，而是根据现有玻璃屋顶 的面积，在不影响采光的前提下，看看能排布多少电池片，然后根据排布的电池片数量及其转换效率来拟定整个电池方阵的总容量（功率）。排布电池片时还要考虑图案的美观和整体的协调，电池片的遮盖面积不能超过总面积的50%。通过设计和计算，决定采用夹胶玻璃太阳能电池组件，由厚度为 5mm 的低铁超白钢化玻璃和厚度为 8mm 的普通钢化玻璃及 125mmx 125mm 单晶桂太阳能电池片采用特殊工艺压合制作而成，其中 5mm 玻璃放在电池片的受光面。这种组件具有强度高、抗老化、寿命长、功率衰减小等特点。根据使用方规定设计了太阳能电池片排布方式，每块组件排布 36 片电池片，排布如图 6-30 所示。每块组件的设计功率为约 80W；峰值输出电压 8.5V。设计 36 块组件 18 块串联 2 串并联连接组成方阵，计算最大输出功率为 80Wx36(块）=2880W，因采光屋顶与地平面平行，倾斜角为零，故实际最大输出功率为 2880Wx0.93-2.68kW，方阵峰值输出电压为 8.5Vxl8(块）=153V，基本满足直流 110V 逆变器允许输入电压的范围规定，当这个电压不符合逆变器输入电压范围规定期，要重新考虑方阵组件的串并联方式，或重新选择输出功率合适的 24V、48V 逆变器进行设计计算。方阵峰值输出电流为 2680W/153V17.5A。（2）大功率光伏控制器的选型。根据光伏电池方阵的技术参数，需要选择一款额定直流工作电压 110V，额定输入电流大于 17.5A，且电池方阵输入路数2 的光伏控制器，在这里选用了合肥阳光的大功率控制器 SD11050，该控制器额定工作电压 110V，额定输入电流 50A，电池方阵输入路数 6 路，符合使用规定。（3）离网型交流逆变器的选型。离网型交流逆变器需要选择一款额定直流输入电压 110V，额定输入电流大于 17.5A，交流额定容量大于组件最大发电容量，即大于 2.68kW。根据产品手册提供的参数，选用合肥阳光的 SN11030KS 型离网逆变器符合设计规定。该逆变器的额定直流输入电压为 110V，额定直流输入电流为 30A，允许输入电压范围为99150V，交流输出额定容量为 3kVA，交流额定输出功率为 2.4kW。（4）蓄电池组的容量计算及组合。根据光伏方阵的实际最大输出功率，和建设地的峰值日照时数可以计算出光伏方阵的日平均发电量。以峰值日照时数为 4.8h 为例，该系统日平均发电量为2.68kWx4.8=12.86kWh。可以供 500W 负载连续工作 24h，1000W 的负载连续工作12h 或 2023W 负载连续工作 6h。考虑到该系统重要是为地下停车场及大厦周边夜间照明使用，按照 1000W 负载连续工作 12h，并保证连续 3 个阴雨天正常工作来计算蓄电池容量。应用第 5 章中介绍的蓄电池容量计算公式计算：在此选用放电深度 50%的铅酸蓄电池，放电率修正系数选 0.95,由于蓄电池使用环境温 度最低为 0C，所以低温修正系数也选 0.95,计算：负载日平均用电量(Ah)=(1000Wxl2h)/220V=54.5Ah 蓄电池容量=54.5x3x0.95/(0.5x0.95)=327Ah 根据计算结果，直接选用 2V/400Ah 蓄电池 55 块，串联后得到 110V/400Ah蓄电池组，可以满足系统规定。（5）系统的重要配置一览表 由于这个光伏发电系统功率较小，配置和连接都不复杂，可以免去直流接线箱，将两路输入直接接到光伏控制器上。交流配电柜也很简朴，可以考虑加装一级交流防雷器。因该采光廊架紧靠大厦，所以不需要考虑避雷的问题。6.3.2 100kW6.3.2 100kW 并网光伏发电系统设计方案并网光伏发电系统设计方案 1.系统的重要构成 100kW 太阳能光伏并网发电系统的重要构成如下：（1）太阳能电池组件方阵；（2）太阳能电池方阵支架及基础；（3）直流侧汇流箱及直流防雷配电箱；（4）光伏并网逆变器；（5）交流防雷配电系统（配电柜、配电室）；（6）监控测量和计量系统；（7）整个系统的连接线以及防雷接地装置等。2.系统的重要配置说明（1）太阳能电池组件。系统选用功率为 180W 的太阳能电池组件，其峰值输出电压为 34.5V，开路电压为 42V，共配置 576 块，采用 16 块电池组件一组进行串联为一个光伏方阵，共配置 36 个光伏方阵（规定方阵朝向一致），电池组件总功率为 103.68kW。（2）光伏并网逆变器。系统设计提成 2 个 50kW 并网发电单元，总设计功率 lOOkW。选用合肥阳光电源有限公司 SG50K3 并网逆变器 2 台。（3）直流侧汇流箱及直流防雷配电箱。为了减少电池组件与逆变器之间连接线，以及日后的维护方便，建议在直流侧配光伏方阵防雷汇流箱（简称“汇流箱”)，该汇流箱为 6 进 1 出，即将 6 路光伏阵列汇流成 1 路直流输出，每个 50kW 逆变器需要配置汇流箱 3 台。光伏阵列通过汇流箱汇流输出后通过电缆接至配电房，经直流防雷配电箱分别输入到 SG50K3 逆变器中，系统需要配置 2 台直流防雷配电柜，每个配电柜按照 1 个 50kW 直流配 电系统进行设计，直流输出分别接至 SG50K3 逆变器。2 台逆变器的交流输出再经交流开关配电柜接至电网，实现并网发电功能。（4）监控测量和计量系统 此外，该系统应配置 1 套通信监控测量装置，通过 RS485 或