光伏发电系统课程设计报告.docx
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光伏发电系统课程设计报告
1.系统设计依据2
2.负载耗电量2
3.系统初始化设计3
3.1当地气象数据资料3
3.2方阵倾斜角设计3
4.系统的主要配置说明4
4.1太阳能电视组件4
4.2并网逆变器4
4.3方阵支架场地设计5
4.3.1屋顶基础5
4.3.2支架的设计5
4.4.配电室设计6
4.5.并网发电系统的防雷6
4.6并网发电系统配置表7
5.系统建设及施工8
5.1光伏系统建设流程9
5.2光伏系统组件安装和检验9
5.3光伏屋面安装顺序10
5.4线缆的敷设与连接11
5.5系统防雷接地安装11
5.6逆变器的安装12
6.太阳能光伏发电系统的检查与测试12
6.1光伏发电系统的检查12
6.2光伏发电系统的测试13
6.3系统的维护与检修13
1.系统设计依据
该系统的设计依据有（国标）：
GB/T19939-2005光伏系统并网技术要求
GB/T20046-2006光伏（PV系统电网接口特性（IEC61727:
2004,MOD）
GB/Z19964-2005光伏发电站接入电力系统技术规定
GB/T2423.1-2001电工电子产品基本环境试验规程试验A:
低温试验方法
GB/T2423.2-2001电工电子产品基本环境试验规程试验B:
高温试验方法
GB/T2423.9-2001电工电子产品基本环境试验规程试验C:
设备用恒定湿
GB4208外壳防护等级（IP代码）（equIEC60529:
1998）
GB3859.2-1993半导体变流器应用导则
GB/T14549-1993电能质量公用电网谐波
GB/T15543-1995电能质量三相电压允许不平衡度
GB/T21086-2007建筑幕墙
GB50057-94建筑物防雷设计规范
JGJ102-2003玻璃幕墙工程技术规范
JGJT139-2001玻璃幕墙工程质量检验标准
2.负载耗电量
设备名称
功率（W）
日运行时间（h）
日耗电量（wh）
电视机
85w+150w
4+2
640
电磁炉
1600
2
3200
照明灯
40wX10只
4
1600
电水壶
1800
0.5
900
洗衣机
400
1.5
600
冰箱
350w/24h
24
350
电饭煲
650
1.5
975
饮水机
300
5
600
电风扇
60wX3
5
900
合计
9765
3.系统初始化设计
3.1当地气象数据资料
***市位于**江上游，***南部。
东邻福建省三明市和龙岩市,南毗广东省梅
州市、韶关市，西接湖南省郴州市，北连本省吉安市和抚州市。
地处北纬
季分明，光热充足，生长季长，冷暖变化显著，降水丰沛但分配不均等特点。
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3.2方阵倾斜角设计：
25C
根据当地纬度粗略确定太阳能电池的倾斜角：
纬度0。
〜25°时，倾斜角二纬度；
纬度26。
〜40°时，倾斜角二纬度+5。
〜10°;纬度41°〜55°时，倾斜角=纬度+10。
〜15°纬度55°以上时，倾斜角=纬度+15。
〜20°。
月份
一月
月
月
四月
五月
六月
七月
八月
九月
十月
十
月
十
月
年平均
平面峰
值日照
时数
2.39
2.32
2.45
3.34
3.94
4.39
5.34
4.70
3.94
3.51
3.27
3.02
3.55
25C
倾斜面
2.68
2.70
2.82
3.42
3.72
4.13
5.03
4.43
4.02
3.87
3.55
3.42
3.65
日照时
数
4.系统的主要配置说明
4.1太阳能电视组件
选用型号为120（34）P1447X663,
主要参数为：
输出峰值功率120W、峰值
I
电压17V、峰值电流7.05、开路电压22V、
短路电流7.5A。
经计算太阳能电池由18块串联成1路，并联5路，需要120Wp规格组件90块方阵总功率为：
120x18x5=10800W
太阳能组件的技术参数：
（1）工作电压306V，开路电压396V；
（2）工作电流35A，短路电流37.5A；
（3）转换效率大于14%;
（4）工作温度-40C〜90C。
太阳能电池方阵的主要特点：
（1）米用咼效率晶体硅太阳电池片，转换效率咼：
》14%;
（2）使用寿命长：
》25年，衰减小；
（3）采用无螺钉紧固铝合金边框，便于安装，抗机械强度高；
（4）采用高透光率钢化玻璃封装，透光率和机械强度高；
（5）采用密封防水的多功能接线盒。
4.2并网逆变器
根据以上要求选用德国进口LineBack刀10KW并网逆变器。
本逆变器的特征如下：
（1）无变压器，实现了小型轻量化。
（2）功能模块化，可根据需要制定出合理的安装模块。
（3）有自立运行功能。
停电时自动进行自立运行，向负荷供电。
（4）自立运行或者并网运行时有相同容量的功率。
（5）由显示单元，可显示输出功率、累计电量、运行状态及异常等内容。
（6）带有通信功能，使用GS标准计量软件，可由PC机计量其电流、电压等值。
（7）可全自动运行。
（8）主要技术参数为：
额定容量：
10KVA直流额定电压：
300V,直流额定电流：
37A;
直流电压输入范围：
160V-480V;
交流输出功率因数0.99，频率50Hz,三相AC220V
输出电流失真度：
TH氐5%,各次TH氐3%;逆变器效率〉90%
4.3方阵支架场地设计
4.3.1屋顶基础
在建筑建设时考虑光伏系统的安装，预留埋设好地脚螺栓等固定元件，光伏系统的安装将更为方便快捷，同时注意设计与施工时注意处理来避免屋顶的漏水等问题。
支架采用混凝土基础、角钢支架（见基础图），支架倾角30度。
对于组件基础，安装支架的混凝土基础：
1基础混凝土的混合比例为1:
2:
4（水泥、胶石、水），采用42号水泥或更细，胶石每块尺寸为20mm或更小；混凝土的强度等级不宜低于C20。
2基础尺寸建议为200mm宽x200mm高。
长度见基础图。
3基础的上表面要在同一水平面上，平整光滑。
4支架四个支撑腿所用的基础应保持在同一水平上。
5基础上的预埋螺杆应该要求正确地位于基础中央，同样要注意保持螺杆垂直，不要倾斜。
6基础上的预埋螺杆应该高出混凝土基础表面50mm。
确保已经将基础螺杆的凸出螺纹上的混凝土擦干净。
7注意每付组件支架两个基础之间的朝向和尺寸。
建议安装一付支架（不
安装太阳组件），将四条支架安装到适当的位置，为基础建造作标记。
4.3.2支架的设计
支架设计，在抗风压及抗腐蚀方面，采取以下措施：
1）所有支架采用国标型钢，多点结合：
增加钢支架与屋面结构的连接点，将受力点均匀分布在承重结构，按抗12级台风进行力学设计计算，各连接点选用特
制型钢和不锈钢螺栓连接。
2）所有支架都采用热镀锌，局部外裸部分喷涂氟碳涂料来有效防腐。
3）太阳能电池支架采用混凝土标桩、槽钢底框、角钢支架，支架倾角30度。
44配电室设计
用于太阳能光伏系统的配电室部分，主要放置直流防雷配电柜、逆变器、交流配电柜等。
配电室设置在厂房低压配电房内。
配电室应满足以下要求：
1）面积不小于6m2。
2）电气设备与墙壁之间设不小于0.3m间隔距离用于通风散热。
3）配电室内应强制通风或控温。
4）配电室地面承重应大于1.5吨/平米。
4.5.并网发电系统的防雷
为了保证本工程光伏并网发电系统安全可靠，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。
太阳能光伏电站为三级防雷建筑物，防雷和接地涉及到以下的方面：
1）地线是避雷、防雷的关键。
防止雷电感应：
控制机房内的全部金属物包括设备、机架、金属管道、电缆的金属外皮都要可靠接地，每件金属物品都要单独接到接地干线，不允许串联后再接到接地干线上。
■防止雷电波侵入：
在出线杆上安装阀型避雷器，对于低压的220/380V可以采用低压阀型避雷器。
要在每条回路的出线和零线上装设。
架空引入室内的金属管道和电缆的金属外皮在入口处可靠接地，冲击电阻不宜大于30欧姆。
接地的方
式可以采用电焊，如果没有办法采用电焊，也可以采用螺栓连接。
接地系统的要求：
所有接地都要连接在一个接地体上，接地电阻满足其中的最小值，不允许设备串联后再接到接地干线上。
光伏电站对接地电阻值的要求较严格，因此要实测数据，建议采用复合接地体，接地机的根数以满足实测接地电阻为准。
电气设备的接地电阻RW4欧姆，满足屏蔽接地和工作接地的要求。
在中性点直接接地的系统中，要重复接地，R<10欧姆。
防雷接地应该独立设置，要求RW30欧姆，且和主接地装置在地下的距离保持在3m以上。
引下线采用圆钢或者扁钢，宜优先采用圆钢直径》8mm。
接地装置：
人工垂直接地体宜采用角钢、钢管或者圆钢。
水平接地体宜采用扁钢或者圆钢。
圆钢的直径不应该小于10mm,扁钢截面不应小于100mm2,角钢厚度不宜小于4mm,钢管厚度不小于3-5mm。
人工接地体在土壤中的埋设深度不应小于0.5mm,需要热镀锌防腐处理，在焊接的地方也要进行防腐防锈处理。
2）直流侧防雷措施：
组件支架应保证良好的接地，光伏组件阵列连接电缆接入直流防雷汇流箱，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。
3）交流侧防雷措施：
并网逆变器交流输出线采用防雷箱一级保护（并网逆变器内有交流输出防雷器）,有效地避免雷击和电网浪涌导致设备的损坏，且所有的机柜要有良好的接地。
4.6并网发电系统配置表
名称
规格
单位
数量
备注
太阳电池组件
120W
块
90
支架线缆
套
5
并网逆变器
10KW
台
1
并网型3相4线
接线箱
台
1
避雷器及接地设备
套
1
避雷针高要求15米
配电室
平方米
4~6
如有配电室则不考虑
左阳能板
并网逆变器
交流
图2并网系统发电原理图
5.系统建设及施工
图3.并网电站建设流程图
5.1光伏系统建设流程
项目的施工包括：
屋顶支架的基础预留；配电室基础预留；支架安装、组件的安装、电气设备的安装调试、系统的并网运行调试。
技术准备是决定施工质量的关键因素，它主要进行以下几方面的工作：
1）先对实地进行勘测和调查，获得当地有关数据并对资料进行分析汇总，做出切合实际的工程设计。
2）准备好施工中所需规范，作业指导书，施工图册有关资料及施工所需各种记
录表格。
3）组织施工队熟悉图纸和规范，做好图纸初审记录。
4）技术人员对图纸进行会审，并将会审中问题做好记录。
5）会同建设单位和设计部门对图纸进行技术交底，将发现的问题提交设计部门
和建设方，并由设计部门和建设方做出解决方案（书面）并做好记录。
6）确定和编制切实可行的施工方案和技术措施，编制施工进度表。
5.2光伏系统组件安装和检验
1.光伏方阵基础的施工
光伏方阵基础施工主要有预埋法、混凝土块配重法、螺旋地桩法、直埋法和地锚法等，可以根据安装要求及地质土壤情况等选择。
2.方阵支架的安装
"太阳能光伏方阵支架有角度固定的钢筋结构支架、自动跟踪支架及铝合金支架等。
其中铝合金支架一般用于在小规模屋顶光伏发电系统中和大型钢架结构支架中固定电池组件的部分支架，铝合金支架具有耐腐蚀、重量轻、美观耐用的特点，但承载能力低，价格偏高；自动跟踪支架由于成本、效率等原因，应用还不普遍。
方阵支架按照连接方式不同，可分为焊接和拼装式两种。
方阵支架应采用热镀锌钢材或普通角钢制作，沿海地区可考虑采用不锈钢等耐腐蚀钢材制作。
3.电池组件的安装
（1）.组件安装前应根据组件生产厂家提出的出厂实测技术参数和曲线，对电池组
件进行分组，将峰值工作电流相近的组件串联在一起，将峰值工作电压相近组件并联在一起，以充分发挥电池方阵的正整体效能。
（2）将分好组件的组件依次摆放到支架上，并用螺钉穿过支架和组件边框的固定孔，将组件与支架固定。
（3）按照方阵组件串并的设计要求，用电缆将组件的正负极进行连接。
对于接线
盒直接带有连接线和连接器的组件，在连接器上都标注有正负性，只要将连接器接插件直接插接即可。
电缆连接完毕，要用绑带、钢丝卡等将电缆固定在支架上，以免长期风吹摇动造成电缆磨损或接触不良。
5.3光伏屋面安装顺序
在建造完木板屋面后可进行光伏组件的安装。
1.安装屋沿光伏组件挡板，如图4。
2.铺设油毛毡，如图5。
3.划光伏组件安装线，如图6。
4.安装组件两侧纵向水槽，如图7。
5.光伏组件安装，从屋沿由左向右横向安装，再自下向上一层一层安装，如图8
6.地线固定，如图9。
7.
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对预埋的光伏组件阵列基础与螺栓，检查其横列水平度，符合标准再进行支架组装。
检测单块光伏组件、光伏幕墙组件的电流、电压，合格后进行组件的安装。
最后检查接地线、铁架紧固件是否紧固，组件的接插头是否接触可靠，接线盒、接插头须进行防水处理。
检测太阳组件阵列的空载电压是否正常，此项工作应由组件技术人员完成。
5.4线缆的敷设与连接
（1）在进行光伏电池方阵于直流接线箱之间的线路连接时，所使用导线线径要满足最大短路电流的需要。
各组件方阵串的输出引线要做好编号和正负极的标记，然后引入直流汇流箱。
（2）对于组件之间连接电缆及组串于汇流箱之间的连接电缆，一般都是利用专用接插件连接，敷设是尽可能利用组件支架作为电缆敷设的通道支撑于固定依靠。
（3）当太阳电池方阵在地面安装时要采用地下布线方式，地下布线时要对导线套管进行保护，掩埋深度距离地面在0.5m以上。
（4）交流逆变器输出的电气方式有单相二线制、单相三线制、三相三线制和三相四线制等。
5.5系统防雷接地安装
1地线是避雷、防雷的关键，在进行配电室基础建设和太阳能电池方阵建
设的同时，选择电厂附近土层较厚、潮湿的地点，挖1~2m深地线坑，采用40mm
扁钢，添加降阻剂并引出地线，引出线采用截面积为35mm勺铜芯电缆，接地电
阻应小于4Q。
2在配电室附近建一避雷针，高10m并单独做一地线。
3交流侧防雷措施：
每台逆变器的交流输出分别经低压交流防雷装置接入电网，课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。
5.6逆变器的安装
逆变器在安装前同样要进行外观及内部线路的检查，检查无误后先将逆变器的输入开关断开。
接线时要注意分清正负极极性，并保证连接牢固。
接线完毕，可接通逆变器的输入开关，待逆变器自检测正常后，如果输无短路现象，则可以打开输入开关，检查温升情况和运行情况，使逆变器处于试运行的状态。
6.太阳能光伏发电系统的检查与测试
6.1光伏发电系统的检查
根据现场考察的要求，检查施工方案是否合理，能否全面满足要求。
现场检查验收：
检查太阳组件方阵水泥基础、配电室施工质量是否符合要求，并做记录。
调试是按设备规格对已完成安装的设备在各种工作模式下进行试验和参数调节。
系统调试按设备技术手册中的规定和相关安全规范进行，完成后须达到或
超过设备规格所包含的性能指标。
如在调试中发现实际性能和手册中的参数不符，设备供应商应采取措施进行纠正，达标后才具备验收条件。
1电池组件及方阵的检查
检查组件的电池片有无裂痕、缺角和变色，表面玻璃有无破损、污物，边框有无损伤、变形等。
检查方阵外观是否平整、美观，组件是否安装牢固，引线是否接触良好，引线外皮有否破损等。
检查组件或方阵支架是否有生锈和螺钉松动之处。
2直流汇流箱和交流配电柜的检查
检查外壳有无腐蚀、生锈、变形，内部接线有无错误，接线端子有无松动，外部接线有无损伤。
3逆变器的检查
检查外壳有无腐蚀、生锈、变形，接线端子是否松动，输入、输出接线是否正确。
4接地系统的检查
检查接地系统是否连接良好，有无松动；连接线是否有损伤；所有接地是否为等电位。
6.2光伏发电系统的测试
1•光伏方阵的测试
测量电池组件串两端的开路电压，看是否基本符合上述要求，若相差太大，
则很可能有组件损坏、极性接反或是连接处接触不良等问题，可逐个检查组件的开路电压及连接状况，找出故障。
测量电池组件串两端的短路电流，应基本符合设计要求，若相差较大，则可能有的组件性能不良，应予以更换。
2.绝缘电阻的测试
为了了解太阳能光伏发电系统各部分的绝缘状态，判断是否可以通电，需要进行绝缘电阻测试。
绝缘电阻的测试一般是在太阳能光伏发电系统施工安装完毕准备开始运行前、运行过程中的定期检查时以及确定出现故障时进行。
3.绝缘耐压的测试
对于光伏方阵和逆变器，根据要求有时需要进行绝缘耐压测试，测量光伏方阵电压和逆变器电路的绝缘耐压值。
测量的条件和方法与上面的绝缘电阻测试相同。
在进行光伏方阵电路的绝缘耐压测试时，将标准光伏方阵的开路电压作为最大使用电压，对光伏方阵电路加上最大使用电压的1.5倍的直流电压或1倍的交流电压，测试时间10min左右，检查是否出现绝缘破坏。
6.3系统的维护与检修
■光伏发电系统的使用与维护的好坏直接影响着系统的使用寿命，影响着系统
的运行成本和发电效率。
一般情况下，无需对太阳能电池组件进行表面清洁处理，但对暴露在外的接线接点要进行定期检查，维护。
1）遇有大风、暴雨、冰雹、大雪等情况，应采取措施保护太阳能方阵，以免损坏。
2）太阳能方阵的采光面应经常保持清洁，如有灰尘或其它污物，应先用清水冲
洗，再用干净纱布将水迹轻轻擦干，切勿用硬物或腐蚀性溶剂冲洗、擦拭。
3）运输中应注意防止太阳能电池组件受到碰撞，以免损坏。
避免太阳能电池组
件方阵架在运输过程中有太大变形。
4）逆变器等电气设备是全自动控制设备，无需人工操作。
如无电压输出，请检查空气开关是否合上、保险盒是否熔断。
逆变器无输出，检查前面板的状态指示灯判断原因；若一切指示正常，检查逆变器的输出保险是否熔断。
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