光伏组件方阵应用的设计与安装文档格式.docx
《光伏组件方阵应用的设计与安装文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光伏组件方阵应用的设计与安装文档格式.docx（28页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
忖前世界上有3种已经商品化的硅太阳能电池：
单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池。
对于单晶硅太阳能电池，山于所使用的单晶硅材料与半导体工业所使用的材料具有相同的品质，使单晶硅的使用成本比较昂贵。
多晶硅太阳能电池的晶体方向是无规则性的，意味着正负电荷对并不能全部被PN结电场所分离，因为电荷对在晶体与晶体之间的边界上可能山于晶体的不规则而损失，所以多晶硅太阳能电池的效率一般要比单晶硅太阳能电池低。
多晶硅太阳能电池用铸造的方法生产，所以它的成本比单晶硅太阳能电池低。
非晶硅太阳能电池属于薄膜电池，造价低廉，但光电转换效率比较低，稳定性也不如晶体硅太阳能电池。
一般产品化单晶硅太阳能电池的光电转换效率为13%〜15%；
产品化多晶硅太阳能电池的光电转换效率为11%〜13%；
产品化非晶硅太阳能电池的光电转换效率为5%〜8%。
（二）光伏组件及光伏方阵
1.光伏组件介绍
光伏组件也称太阳能电池组件，英文名称aSolarModule或PVModule"
它是将多个单体的太阳能电池片根据需要串、并联越来，通过专用材料及特殊工艺封装后得到，其功率一般用Wp表示，其中p是英文peak,“峰值”的意思。
光伏组件根据用途不同分为普通型太阳能组件和建材型太阳能组件，其中建材型太阳能组件乂分为双面玻璃夹胶电池组件、中空玻璃电池组件以及光伏瓦电池组件等。
普通型太阳能组件如图2-17所示，常见的普通型太阳能组件单晶硅组件，多晶硅组件，非晶硅组件。
这种组件用于普通光伏电站的建设。
图2-17普通多晶硅组件
双面玻璃夹胶电池组件，这种组件电池片夹在两层玻璃之间，组件的受光面釆用低铁超白钢化玻璃，背面采用普通钢化玻璃，这种玻璃一般用于光伏采光顶与光伏幕墙，如图2-18所示。
I0一
丄；
L
图2-18双面玻璃夹胶电池组件构造图
中空玻璃电池组件除了有采光和发电的功能外，还具有隔音、隔热、保温的功能，常用于作为各种光伏建筑一体化发电系统的玻璃幕墙电池组件。
这种组件在组件与玻璃间装有干燥剂的空心铝隔条隔离，并用丁基胶、结构胶等进行密封
处理，把接线盒及正负极引线等也都用密封胶密封在前后玻璃的边缘夹层中，与组件形成一体，使组件安装和组件间线路连接都非常方便。
如图2-19所示。
图2-19中空玻璃组件的结构图
光伏瓦是采用合成材料（工程材料）制作的瓦片通过自动化安装工艺与晶硅太阳能模组结合，形成具有光伏发电功能的瓦片，具有隔热、保温、防水、能发电特点，如图2-20所示
图2-20光伏瓦图示及运用
根据国家住房和城乡建设部2010年1月6日建质【2010]1号建筑太阳能光伏系统设讣与安装图集10J908-5,儿种光伏组件结构及用途如表2-7所示。
表格2-7按结构和用途分光伏组件的类型
7、.组件类型
用途
常规光伏俎件
夹层玻珂光代组件
中空玻刘光庆组件
瓦式比伏组件
險型结构
1
復处z匕裁信"
EVA"
丈就碗厂EVA
\
EVA?
»
P\r^
左阳能电池
-
•
彳EVarf^FVB
“"
;
k阳能（1池
“^jEVA&
r/B
"
俶化找玖
”PVB
/偸化孩潮tr^
爪化彼嘎
RVA
文阳能印沦
EYA
*15
培体
7
阳台
屋面
采尢顶
>
/
遮阳
V
雨篷
护栏
幕培
门窗
2.光伏组件性能
光伏组件性能主要是组件输入与输出特性，称i-U特性，即电流-电压特性。
它是检验组件性能的重要参数，衡量山光能转化为电能转换率重要指标，其特性图如2-21所示，曲线图反映了当组件接受太阳光照时，电池组件的输出电压、输岀电流及输出功率的关系。
图2-21电池组件I-U特性图
⑦转换效率（n）：
转换效率是指太阳能电池组件受光照时的最大输出功率与照射到组件上的太阳能量功率的比值。
即：
〃亠"
55（2_3）
其中：
P"
为太阳入射功率，对于地面应用的太阳能电池，太阳功率密度为1000W/m2（海平面），对于太空电池，太阳功率密度为135W./nf。
4.光伏方阵
大阳能电池方阵也称光伏阵列（SolarArray或PVArray）。
太阳能电池方阵是为满足高电压、大功率的发电要求，山若干个太阳能电池组件通过串并联连接，并通过一定的机械方式固定组合在一起。
除太阳能电池组件的串并联组合外,太阳能电池方阵还需要防反充（防逆流）二极管、旁路二极管、电缆等对电池组件进行电气连接，还需要配备专用的、带避雷器的直流接线箱。
有时为了防止鸟粪等沾污太阳能电池方阵表面而产生“热斑效应”，还要在方阵顶端安装驱鸟器。
另外电池组件方阵要固定在支架上，支架要有足够的强度和刚度，整个支架要牢固的安装在支架基础上。
（1）相同性能太阳能电池组件的串、并联组合太阳能电池方阵的连接有串联、并联和串、并联混合儿种方式。
组件串联连接时，当每个单体的电池组件性能一致时，可在不改变输出电流的情况下，使方阵输出电压成比例的增加；
组件并联连接时，则可在不改变输出电压的情况下，使方阵的输出电流成比例的增加；
串、并联混合连接时，即可增加方阵的输出电压，又可增加方阵的输出电流。
如图2-22所示，每个单体的电池组件性能一致12V3A的组件，其2串3并联后总电压与电流为24V9A.
图2-22相同性能组件审并联总电流与总电圧情况
（2）不同性能太阳能电池组件的串、并联组合
但是，组成方阵的所有电池组件性能参数不可能完全一致，所有的连接电缆、插头插座接触电阻也不相同，于是会造成各串联电池组件的工作电流受限于其中电流最小的组件：
而各并联电池组件的输出电压乂会被其中电压最低的电池组件钳制。
因此方阵组合会产生组合连接损失，使方阵的总效率总是低于所有单个组件的效率之和，具体情况如下：
1）两个性能不同的组件（A、B）$联时，电圧仍相加，电流将被限制到略高于电流最小的组件（组件B）的电流值，如图2-23虚线所示；
图2-23性能不同的组件吊联情况图
2）两个性能不同的组件（A、B）并联时，电流将增加，但是电压只是二者的平均值，如图2-24虚线所示。
图2-24性能不同的组件并联情况图
三、项目实施：
（-）光伏组件（方阵）的设计
为了满足工业生产、生活用电所需的功率，太阳能电池组件一般含有足够多的串联单体电池，以便能产生足以给蓄电池组充电的电压。
组件串联可以增加系统的输出电压，而并联可以增加系统的输出电流。
组件的设计（方阵）即对组件的串并联数目、尺寸进行设计，以减小组件功率的损耗。
现行商业应用的太阳能光伏组件主要以晶硅太阳能电池为主，这里将以晶硅太阳能电池为基础来介绍光伏组件的设计。
光伏组件的最小单元是太阳能电池，晶硅太阳能电池的主要尺寸是5英寸和6英寸两种常用规格，但不管其尺寸多大，其工作电压都在0.5V左右，与它的面积没有关系，而工作电流则与电池面积成正比。
1.光伏发电系统对组件的要求
太阳能电池组件要对太阳能电池片提供机械防护及化学防护，以保证光伏发电系统的最终工作寿命，理论上，此寿命可达20年或更长。
系统密封设讣必须具备的其他特性还包括紫外（UV）稳定性，在高低极限温度及热冲击下电池不致因应力而破裂，能抗御沙尘暴等恶劣天气所引起的机械损伤，具有一定的自净能力,成本低廉。
除此之外，光伏组件作为光伏发电系统的核心部分，起着将太阳光的辐射能转换成直流电能，并送往蓄电池中存储起来，或直接推动负载工作的作用。
因此，光伏组件必须满足光伏发电系统的以下要求：
（1）有一定的标称工作电流输出功率。
（2）工作寿命长，能正常工作20〜30年，因此要求组件所使用的材料、零部件及结构，在使用寿命上相互一致，避免因一处损坏而使整个组件失效。
（3）有足够的机械强度，能经受住运输、安装和使用过程中发生的冲突、振动及其他应力。
（4）耐日照及极限温度变化。
（5）易于安装、维护、更换。
（6）组合引起的电性能损失小。
（7）组合成本低。
2.光伏发电的电压要求
光伏发电系统根据系统类型的不同，对光伏阵列的电压要求也不一样。
太阳能电池组件和其他电源一样也是由电压值和电流值标定的。
对于独立的光伏系统而言，光伏组件的电压主要是与蓄电池的电压对接。
只有当太阳能电池组件的电压等于或略高于合适的浮充电压时，才能达到最佳的充电状态。
组件输出电压低于蓄电池浮充电压，方阵就不能对蓄电池充电；
组件输出电压远高于浮充电压时,充电电流也不会有明显的增加。
口前，为了对标称12V蓄电池充电，要求光伏方阵输出电压高于蓄电池标称电压。
对于铅酸蓄电池组，要使一个标称12V的蓄电池完全充足电，需要1.25〜1.4倍以上的电压。
如果使用硅阻塞二极管，最少还需加上0.6V,以使其正向偏置。
温度每升高1°
C,组件的开路电压下降约0.4%。
不同的组件设讣会使电池在现场的工作温度不同。
组件安装成背面空气可以循环的，比非这种方式安装的温度要低一些。
LI前，市场上给标称12V蓄电池充电的太阳能电池组件的电压一般为18V。
以此推算，对48V、110V和220V的蓄电池组进行充电，其要求的光伏阵列电压分别为72V、165V和330Vo
对于并网发电系统，其系统电压一般要求高达儿百伏特，例如现在进行系统设讣时，系统电压的一般规格有110V、220V、600V等，那么系统要求光伏阵列的电压要高于这个电压。
因此光伏组件的电圧一般设讣为18V的整数倍，现在常用组件的电压规格主要是18V和36V两种。
（二）光伏组件（方阵）组合的设讣
总体要求：
根据用户要求确定用电器及用电量，选择合适的系统。
太阳能电池方阵是根据负载需要将若干个组件通过串联和并联进行组合连接，得到规定的输出电流和电压，为负载提供电力的。
方阵的输出功率与组件串并联的数量有关,串联是为了获得所需要的工作电压，并联是为了获得所需要的工作电流。
太阳能电池组件的设讣原则是要满足平均天气条件（太阳辐射量）下负载每日用电量的需求，也就是说太阳能电池组件的全年发电量要等于负载全年用电量。
设汁方法：
根据各种数据直接计算出太阳能电池组件或方阵的功率，根据讣算结果选配或定制相应功率的电池组件，进而得到电池组件的外形尺寸和安装尺寸；
另一种方法是选定尺寸符合要求的电池组件，根据该组件峰值功率、峰值工作电流和日发电量等数据，结合各种数据进行设汁计算，在计算中确定电池组件的串、并联数及总功率。
本项目主要是讲解第二种设计方法。
1.光伏组件（方阵）的串联
太阳能电池组件按一定数目串联起来，电流值不变，电压将增加，这样就可获得所需要的工作电压。
光伏组件的电压一般是18V或者36V,要得到系统要求的高电压，必须对光伏组件进行串联，以达到系统要求的电压。
例如，当要求系统的电压为220V时，每个光伏板的电压为36Y,因此需要7块或者8块组件串联才能得到合适的系统输出电压。
如前面所述，太阳能电池组件的电压需等于或略高于合适的浮充电压，因此太阳能电池组件的串联数必须适当，才能达到最佳的充电状态。
将系统的标称电压除以太阳电池组件的标称电压,就可以得到太阳电池组件需要吊联的太阳电池组件数，使用这些太阳电池组件串联就可以产生系统负载所需要的电压。
独立系统光伏组件（方阵）串联数量的汁算方法如下：
N_Ur_Uf
ocUoc（2-4）
式中，Ur为太阳能电池方阵输出的最小电压；
U°
c为太阳能电池组件的最佳工作电压；
研为蓄电池浮充电压；
Ud为二极管压降，一般取0.6V;
U■为其他因数引起的压降。
蓄电池的浮充电压和所选的蓄电池参数有关，应等于在最低温度下所选蓄电池单体的最大工作电压乘以吊联的电池数。
一般带蓄电池的光伏独立发电系统方阵的输出电压为蓄电池组标称电压的1.43倍。
则计算公式：
电池组件的宙联数2=
（2-5）
系统工作电压（V）x系数1.43
组件峰值工作电压（V）
如果系统为并网系统，则要确保光伏阵列的系统电压不超过逆变器的最大电压，同时满足光伏组件在较高工作温度下（例如7o°
C）,其输出电压不低于逆变器的输入电压。
2.光伏组件（方阵）并联
太阳能电池组件按一定数目并联起来，电压值不变，电流值将增加，这样就可获得所需要的工作电流。
以独立系统为例，太阳能电池组件设讣的基本思想就
是满足年平均日负载的用电需求。
太阳能电池组件的基本讣算方法是用负载平均每天所需要的能量（安时数）除以一块太阳能电池组件在一天中可以产生的能量（安时数），这样就可以算出系统需要并联的太阳能电池组件数，使用这些组件并联就可以产生系统负载所需要的电流。
其基本计算公式如下：
并联的组件数量=
日平均负载（AH）组件H输出（AH）
（2-6）
光伏组件的输出，会受到一些外在因素的影响而降低，根据上述基本公式计算出的太阳能电池组件，在实际情况下通常不能满足光伏系统的用电需求，为了得到更加正确的结果，有必要对上述基本公式进行修正。
首先，将太阳能电池组件的输出降低10%。
在实际情况下，太阳能电池组件的输出会受到外在环境的影响而降低。
泥土、灰尘的覆盖和组件性能的逐渐衰变都会降低太阳能电池组件的输出。
因此通常在讣算的时候以减少太阳电池组件输岀的10%来解决上述不可预知和不可量化因素导致的问题。
这可以看成光伏系统设讣时需要考虑的工程上的安全系数。
乂因为光伏供电系统的运行还依赖于天气状况，所以有必要对这些因素进行评佔和技术佔计，因而设计上留有一定的余量将使得系统可以年复一年地长期正常使用。
其次，将负载增加10%以应付蓄电池的库仑效率。
在蓄电池的充放电过程中,铅酸蓄电池会电解水，产生气体逸出，这也就是说太阳能电池组件产生的电流中将有一部分不能转化储存起来，而是耗散掉了。
所以可以认为必须有一小部分电流用来补偿损失，我们用蓄电池的库仑效率来评佔这种电流损失。
不同的蓄电池其库仑效率不同，通常认为有5%〜10%的损失，因此保守设计中有必要将太阳能电池组件的功率增加10%,以抵消蓄电池的耗散损失。
3.完整的太阳电池组件设计计算
考虑到上述因素，必须修正简单的太阳电池组件设计公式，将每天的负载除以蓄电池的库仑效率，这样就增加了每天的负载，实际上给出了太阳电池组件需要负担的真正负载；
将衰减因子乘以太阳电池组件的日输出，这样就考虑了环境因素和组件自身衰减造成的太阳电池组件日输出的减少，给出了一个在实际情况下太阳电池组件输出的保守估计值。
综合考虑以上因素，电池组件的并联设计公式可修正如下：
日平均负载（AH）
（2-7）
库仑效率x（组件日输出（AH）x衰减因子）
太阳能组件（方阵）的输出功率
P=PoxNsxNp（2-9）
方阵的输出功率与组件串并联的数量有关，串联是为了获得所需要的丄作电压，并联是为了获得所需要的工作电流，适当数量的组件经过审并联即组成了所需要的太阳能电池方阵。
利用上述公式进行太阳电池组件的设计计算时，还要注意以下一些问题：
（1）考虑季节变化对光伏系统输出的影响，逐月进行设讣讣算
对于全年负载不变的情况，太阳电池组件的设计计算是基于辐照最低的月份。
如果负载的工作情况是变化的，即每个月份的负载对电力的需求是不一样的,那么在设计时采取的最好方法就是按照不同的季节或者每个月份分别来进行计算，讣算出的最大太阳电池组件数LI就为所求。
通常在夏季、春季和秋季，太阳电池组件的电能输出相对较多，而冬季相对较少，但是负载的需求也可能在夏季比较的大，所以在这种情况下只是用年平均或者某一个月份进行设讣讣算是不准确的，因为为了满足每个月份负载需求而需要的太阳电池组件数是不同的，那么就必须按照每个月所需要的负载算出该月所必须的太阳电池组件。
其中的最大值就是一年中所需要的太阳电池组件数LI。
例如，可能你计算出你在冬季需要的太阳电池组件数是10块，但是在夏季可能只需要5块，但是为了保证系统全年的正常运行，就不得不安装较大数量的太阳电池组件即10块组件来满足全年的负载的需要。
（2）根据太阳电池组件电池片的串联数量选择合适的太阳电池组件
太阳电池组件的日输出与太阳电池组件中电池片的串联数量有关。
太阳电池在光照下的电压会随着温度的升高而降低，从而导致太阳电池组件的电压会随着温度的升高而降低。
根据这一物理现象，太阳电池组件生产商根据太阳电池组件工作的不同气候条件，设计了不用的组件：
36片串联组件与33片串联组件。
36片太阳电池组件主要适用于高温环境应用，36片太阳电池组件的串联设计使得太阳电池组件即使在高温环境下也可以在J附近工作。
通常，使用的蓄电池系统电压为12V,36片串联就意味着在标准条件（25°
C）下太阳电池组件的V中为17V,大大高于充电所需的12V电压。
当这些太阳电池组件在高温下工作时,山于高温太阳电池组件的损失电压约为2V,这样V*为15V,即使在最热的气候条件下也足够可以给各种类型的蓄电池充电。
采用36片串联的太阳电池组件最好是应用在炎热地区，也可以使用在安装了峰值功率跟踪设备的系统中，这样可以最大限度的发挥太阳电池组件的潜力。
33片串联的太阳电池组件适宜于在温和气候环境下使用33片串联就意味着在标准条件（25°
C）下太阳电池组件的◎为16V,稍高于充电所需的12V电压。
当这些太阳电池组件在40°
C〜45°
C下工作时，由于高温导致太阳电池组件损失电压约为IV,这样险为15V,也足够可以给各种类型的蓄电池充电。
但如果在非常热的气候条件下工作，太阳电池组件电压就会降低更多。
如果到50°
C或者更高，电压会降低到14V或者以下，就会发生电流输出降低。
这样对太阳电池组件没有害处，但是产生的电流就不够理想，所以33片串联的太阳电池组件最好用在温和气候条件下。
（3）使用峰值小时数的方法佔算太阳电池组件的输出
因为太阳电池组件的输出是在标准状态下标定的，但在实际使用中，日照条件以及太阳电池组件的环境条件是不可能与标准状态完全相同，因此有必要找出一种可以利用太阳电池组件额定输出和气象数据来佔算实际情况下太阳电池组件输出的方法，我们可以使用峰值小时数的方法估算太阳电池组件的日输出。
该方法是将实际的倾斜面上的太阳辐射转换成等同的利用标准太阳辐射1000W/m2照射的小时数。
将该小时数乘以太阳电池组件的峰值输出就可以估算出太阳电池组件每天输出的安时数。
太阳电池组件的输出发电量Q二峰值小时数X峰值功率二P^Xh瓦时（Wh）
太阳电池组件的输出为峰值小时数X峰值功率。
例如：
如果一个月的平均辐射为5.0kWh/m:
可以将其写成5.OhoursX1000W/m2,而1000W/m2正好也就是用来标定太阳电池组件功率的标准辐射量，那么平均辐射为5.OkWh/m'
就基本等同于太阳电池组件在标准辐射下照射5.0小时。
这当然不是实际情况，但是可以用来简化计算。
因为1000W/m:
是生产商用来标定太阳电池组件功率的辐射量，所以在该辐射情况下的组件输出数值可以很容易从生产商处得到。
为了计算太阳电池组件每天产生的安时数，可以使用峰值小时X太阳电池组件的峰值电流1.0
太阳电池组件的输出发电量Q二峰值小时数X太阳电池组件的峰值电流I些二I/h安时（Ah）
例如，假设在某个地区倾角为30度的斜面上按月平均每天的辐射量为5.OkWh/m'
可以将其写成5.OhoursX1000W/m：
o对于一个典型的75W太阳电池组件，1珂为4.4Amps,就可得出每天发电的安时数为5.0X4.4Amps=22.OAh/天。
某个地区年度的平均日照时间为5.4h/d,按照太阳能电池板每平方米大约100W的能量密度讣算，某个地区太阳能电池板平均日发电量0.540kWho
使用峰值小时方法存在一些缺点，因为在峰值小时方法中做了一些简化，导致估算结果和实际情况有一定的偏差。
首先，太阳电池组件输出的温度效应在该方法中被忽略。
在计算中对太阳电池组件的J要进行补偿。
因为在丄作的时候，蓄电池两端的电圧通常是稍微低于V”，这样太阳电池组件输出电流就会稍微高于使用J作为太阳电池组件的输出就会比较保守。
这样，温度效应对于山较少的电池片串联的太阳电池组件输出的影响就比对111较多的电池片串联的太阳电池组件的输出影响要大。
所以峰值小时方法对于36片串联的太阳电池组件比较准确，对于33片串联的太阳电池组件则较差，特别是在高温环境下。
对于所有的太阳电池组件，在寒冷气候的预计会更加准确。
其次，在峰值小时方法中，利用了气象数据中测量的总的太阳辐射，将其转换为峰值小时。
实际上，在每天的清晨和黄昏，有一段时间因为辐射很低，太阳电池组件产生的电压太小而无法供给负载使用或者给蓄电池充电，这就将会导致估算偏大。
通常，这一点造成的误差不是很大，但对于由较少电池片串联的太阳电池组件的影响比较大。
所以对36片串联的太阳电池组件每天输出的估算就比较准确，而对于33片串联的太阳电池组件的估算则较差。
再次，在利用峰值小时方法进行太阳电池组件输出估算时默认了一个假设，即假设太阳电池组件的输出和光照完全成线性关系，并假设所有的太阳电池组件都会同样地把太阳辐射转化为电能。
但实际上不是这样的，这种使用峰值小时数乘以电流峰值的方法有时候会过高地估算某些太阳电池组件的输出。
不过，总的来说，在已知本地倾斜斜面上太阳能辐射数据的情况下，峰值小时估计方法是一种对太阳电池组件输出
升级会员 