典型3kWp并网电站技术方案Word文件下载.doc
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GB/T20514-2006《光伏系统功率调节器效率测量程序》
2.1.2设计说明
本项目拟建设3kWp并网光伏电站，系统没有储能装置，太阳电池将日光转换成直流电，通过逆变器变换成220V交流电，直接并网。
有阳光时，光伏系统将所发出的电馈入电网，没有阳光时不发电。
当电网发生故障或变电站由于检修临时停电时，光伏电站也会自动停机不发电；
当电网恢复后，光伏电站会检测到电网的恢复，而自动恢复并网发电。
建设内容如下：
3kWp并网光伏电站的总体设计。
分布式光伏电站的开发与设计。
3kW的单相光伏并网逆变器的引进、消化吸收。
小型光伏电站监控。
3kWp并网光伏电站的施工建设和运行。
小型并网光伏电站技术、环境评价。
2.1.3设计原则
3kWp小型并网光伏电站，推荐采用分块发电、集中并网方案。
由于太阳能电池组件和并网逆变器都是模块化的设备，可以象搭积木一样一块块搭起来，3kWp直接作为一个模块实施。
太阳能电池阵列输入并网逆变器，然后接入电网。
设计的基本原则：
小型光伏电站设计简单，根据系统配置要求，12块光伏组件串联，一共1串接入1台3kW逆变器，然后与电网相连。
图2-13kWp并网光伏电站框图
2.1.4进度安排
3千瓦小型并网光伏电站的建设周期不超过1天。
2.2具体方案
2.2.1系统构成
光伏并网发电系统由太阳电池组件、光伏并网逆变器、配电保护系统、电力变压器和系统的通讯监控装置组成。
3kWp并网光伏发电站主要组成如下：
3kWp晶体硅太阳能电池组件及其支架——建议采用265Wp晶体硅组件（市场主流产品）；
光伏并网逆变器——设计采用不带工频隔离变压器的3kW光伏并网逆变器；
系统的通讯监控装置——设计采用古瑞瓦特GPRS/WiFi监控模块。
序号
项目名称
规格型号
数量
1
总装机容量
3.18kWp
2
太阳电池组件
多晶265Wp
12块
3
太阳电池组件支架
镀锌C型钢
1套
4
光伏并网逆变器
3kW
1台
5
交流配电箱
-
6
防雷及接地装置
表2-13kWp并网光伏电站主要配置表
2.2.2太阳电池阵列设计
1、太阳电池组件选型
目前使用较多的两种太阳能电池板是单晶硅和多晶硅太阳电池组件。
（1）单晶硅太阳能电池
目前单晶硅太阳能电池板的单体光电转换效率约为16%～19%，是转换效率最高的，但是制作成本稍高，市场占有率稍低于多晶组件。
（2）多晶硅太阳能电池
多晶硅太阳能电池板的单体光电转换效率约15%～17%。
制作成本比单晶硅太阳能电池要便宜一些，材料制造简便，节约电耗，总生产成本较低，因此得到大量发展，市场占有率最大。
本方案设计采用265Wp多晶硅太阳电池组件，见图2-2。
图2-2太阳电池组件
①组件设计特点
使用寿命长：
抗老化EVA胶膜（乙烯-醋酸乙烯共聚物），高通光率低铁太阳能专用钢化玻璃，透光率和机械强度高；
安装简便：
标配多功能接线盒，三路二极管连接盒，抗风、防雷、防水和防腐；
高品质保证：
光学、机械、电理等模块测试及后期调整完善，产品ISO9001认证；
转换效率高：
晶体硅太阳电池组件，单体光电转换效率≥16%；
边框坚固：
阳极化优质铝合金密封边框。
②组件电性能参数
太阳能电池组件种类
多晶硅
指标
单位
数据
峰值功率
Wp
265
组件效率
%
16.2
最大工作电压（Vmpp）
V
30.8
最大工作电流（Impp）
A
8.61
开路电压（Voc）
38.3
短路电流Isc
9.10
开路电压系数
/℃
-0.32%
短路电流系数
0.05%
抗风力
Pa
2400
最大保险丝额定电流
15
最高系统电压
1000
尺寸
mm
1650×
992×
35
表2-2265Wp太阳电池组件技术参数
注：
标准测试条件（STC）下—AM1.5、1000W/m2的辐照度、25℃的电池温度。
（1）Isc是短路电流：
即将太阳能电池置于标准光源的照射下，在输出端短路时，流过太阳能电池两端的电流。
测量短路电流的方法，是用内阻小于1Ω的电流表接在太阳能电池的两端。
（2）Im是峰值电流。
（3）Voc是开路电压，即将太阳能电池置于100mW/cm2的光源照射下，在两端开路时，太阳能电池的输出电压值。
可用高内阻的直流毫伏计测量电池的开路电压。
（4）Vm是峰值电压。
（5）Pm是峰值功率，太阳能电池的工作电压和电流是随负载电阻而变化的，将不同阻值所对应的工作电压和电流值做成曲线就得到太阳能电池的伏安特性曲线。
如果选择的负载电阻值能使输出电压和电流的乘积最大，即可获得最大输出功率，用符号Pm表示。
此时的工作电压和工作电流称为最佳工作电压和最佳工作电流，分别用符号Vm和Im表示，即Pm=Im×
Vm。
太阳能电池板的工作电压和Voc均为输出电压，Voc指太阳能电池板无负载状态下的输出电压，工作电压指太阳能电池板连接负载后的最低输出电压，工作电流指太阳能电池板输出的额定电流。
太阳能电池板的一个重要性能指标是峰值功率Wp，即最大输出功率，也称峰瓦，是指电池在正午阳光最强的时候所输出的功率，光强在1000瓦/平方米左右。
③I-V曲线图
如图2-3I-V曲线图所示。
图2-3I-V曲线图
④如何保证组件高效和长寿命
保证组件高效和长寿命，主要取决于以下四点：
高转换效率、高质量的电池片；
高质量的原材料，例如：
高的交联度的EVA、高粘结强度的封装剂（中性硅酮树脂胶）、高透光率高强度的钢化玻璃等；
合理的封装工艺；
员工严谨的工作作风。
由于太阳电池属于高科技产品，生产过程中一些细节问题，一些不起眼问题如应该戴手套而不戴、应该均匀的涂刷试剂而潦草完事等都是影响产品质量的大敌，所以除了制定合理的制作工艺外，员工的认真和严谨是非常重要的。
2、光伏阵列表面倾斜度设计
从气象站得到的资料，均为水平面上的太阳能辐射量，需要换算成光伏阵列倾斜面的辐射量才能进行发电量的计算。
对于某一倾角固定安装的光伏阵列，所接受的太阳辐射能与倾角有关，较简便的辐射量计算经验公式为：
Rβ＝S×
[sin（α+β）/sinα]+D
式中：
Rβ——倾斜光伏阵列面上的太阳能总辐射量
S——水平面上太阳直接辐射量
D——散射辐射量
α——中午时分的太阳高度角
β——光伏阵列倾角
根据当地气象局提供的太阳能辐射数据，按上述公式可以计算出不同倾斜面的太阳辐射量，确定太阳能光伏阵列安装倾角。
通过计算确定本方案设计太阳能光伏阵列安装最佳倾角，全年接受到的太阳能辐射能量最大。
考虑到跟踪系统虽然能提高系统效率，但需要维护，而且会增加故障率，因此本项目设计采用固定的光伏方阵。
3、太阳电池组件连接方案
3kW逆变器最大输入电压550V，MPPT范围70V~550V。
265Wp组件开路电压为38.3V。
峰值工作电压30.8V。
光伏组件工作温度和环境温度存在如下关系。
其中，te是环境温度，E是测量时的太阳辐照强度，t1是光伏组件温度。
由于太阳电池组件的实际工作温度常难以直接测定。
因此采用上式公式来进行估算是有意义的。
测定了环境温度及辐照度便可根据它的NOCT（额定工作温度）数据来估算实际工作温度。
各种组件NOCT应当由专门机构来测定。
某种组件的NOCT取决于它的封装情况，以下一组典型的NOCT数据可作为参考标准。
组件封装状况NOCT（℃）
用玻璃做基板无气隙封装41
用玻璃做基板的有气隙封装60
采用带有散热片的铝质基板40
采用不带散热的铝质基板43
采用塑料基板47
多晶硅太阳能电池采用塑料基板封装，NOCT为47，根据当地气象资料。
使用上述公式，以及太阳能电池组件电压和温度的关系，匹配相应并网逆变器，计算出方阵组串方式如下表。
串联数量/块
12
组件峰值功率/w
组件开路电压/V
组件短路电流/A
MPP电压/V
MPP电流/A
开路电压系数//℃
短路电流系数//℃
组件长/mm
1650
组件宽/mm
992
表2-4光伏阵列组串方式
根据上表计算结果，12块组件串联排列满足系统耐用及最大功率跟踪的要求，故设计符合要求。
3kWp光伏阵列单元设计为1路支路，共计12块太阳电池组件，实际功率达到3.18kWp。
2.2.3光伏并网逆变器
并网逆变器是太阳能光伏并网电站关键设备，古瑞瓦特Growatt3000-S并网逆变器具有如下功能特点：
功率因数:
1；
高转换效率达97.6%；
宽直流电压输入范围，最高可达550V；
MPP电压范围宽70V~550V；
多种通讯方式：
RS232，GPRS/WIFI/LAN/（可选）；
直流关断开关（可选），安全，维护方便零。
防孤岛效应设计：
孤岛效应是指光伏系统并网逆变器在并入的电网失压时或电网断电时，逆变器仍然保持对失压电网中的某一部分线路继续供电的状态，这样电力孤岛效应区域会发生电压和频率不稳定现象，有可能对外部设备造成损坏或发生触电安全事故。
根据《光伏系统并网技术要求》GB/T19939-2005对于防孤岛效应的规定：
当光伏系统并入的电网失压时，必须在规定的时间内（2s内）将该光伏系统与电网断开，防止出现孤岛效应。
为此，在该发电项目孤岛效应设计的，接入交流接触器对孤岛效应进行防护，即当电网电压断电时并入电网的接触器线圈失电，连接在并网回路的接触器常开触点断开，使并网回路断开逆变器停止工作，直到整体对于孤岛效应的防护作用。
本光伏发电系统选用的古瑞瓦特Growatt3000-S逆变器电气参数如下：
输入参数：
最大输入功率
3400W
最大输入电压
550V
启动电压
70V
额定输入电压
360V
MPP电压范围
70~550V
满载MPP电压范围
250~500V
MPPT数量
最大输入电流
13A
输入端子最大允许电流
输出参数：
额定输出功率
3000W
最大交流输出功率
3000W
最大输出电流
14.3A
额定电网电压
220Vac（单相）
电网电压范围
180~280Vac（符合相应国家电网指令要求）
额定电网频率
50Hz/60Hz
电网频率范围
45～55Hz/55～65Hz（符合相应国家电网指令要求）
总电流波形畸变率
<
3%（额定功率）
功率因数
保护参数：
孤岛保护
具备
直流反接保护
交流短路保护
漏电流保护
直流开关
可选
接地故障检测
过压保护
压敏电阻
过流保护
系统参数：
最大效率
97.6%
欧洲效率
97.3%
隔离方式
无变压器
防护等级
IP65
夜间自耗电
0.5W
工作温度范围
－25～＋60℃
相对湿度
0~100%无凝露
冷却方式
自然冷却
最高海拔
4000m（＞2000m降额）
显示
LCD
通讯
RS232（具备），GPRS/WiFi/LAN（可选）
直流端子
H4/MC4（可选）
交流端子
即插即用连接器（WielandRST25I3S）
认证
CE,VDE0126-1-1，IEC62109，G83，AS4777，AS/NZS3100，CEI0-21，VDE-AR-N4105，EN50438，CQC
机械参数：
尺寸（宽×
高×
深）
271x320x142mm
安装方式
壁挂式
重量
8.8kg
表2-53kW逆变器参数
2.2.4发电监控系统配置方案
1、发电计量仪表配置示意图、仪表类型
光伏发电设备的计量点通常设在光伏并网逆变器的并网侧，该电度表是一块多功能数字式电度表，不仅要具有优越的测量技术，还要有非常高的抗干扰能力和可靠性。
同时，该表还可以提供灵活的功能：
显示电表数据、显示费率、显示损耗、状态信息、报警等。
此外，显示的内容、功能和参数可通过光电通讯口用维护软件来修改，通过光电通讯口还可处理报警信号，读取电度表数据。
（1）发电计量仪表配置示意图
图2-6发电计量仪表配置示意图
（2）仪表类型
采用单相感应式交流电能表，该产品性能稳定可靠，可以用于计量单相电网中有功电能，提供双向计量。
图2-7单相感应式交流电能表
2、数据采集方案
并网光伏发电系统综合监控系统的基本功能包括：
光伏并网逆变器运行状态的监视；
并网光伏发电系统发电量计量与统计；
光伏并网逆变器运行调度。
（1）GPRS通讯方式
GPRS/3G连接，单逆变器组网，适用户用或小型商业系统，单机组网,直接接入运营商2,3G网络，无需搭建本地网络。
（2）WIFI通讯方式
WIFI连接，单逆变器组网，适用户用或小型商业系统，单机组网，无线连接，灵活放置，最大通讯距离100m。
（3）查看界面
（4）运维
第3章初步工程设计
3.1土建设计
1、平屋顶安装
1）方阵支架基础设计
采用265Wp的太阳电池组件，排列方式为2行×
6列方式排列或者1行×
12列方式排列。
其中，265Wp单板尺寸为：
1650mm×
992mm×
35mm。
方阵支架基础采用C25混凝土现浇，预埋安装地角螺栓，单个基础0.064m³
。
图3-1
2、计算太阳电池方阵间距和光伏电站占地
计算当太阳能电池组件子阵前后安装时的最小间距D。
一般确定原则：
冬至当天早9:
00至下午3:
00太阳能电池组件方阵不应被遮挡。
计算公式如下：
ϕ：
为纬度（在北半球为正、南半球为负），根据项目地点经纬度计算；
H：
为光伏方阵阵列的高度；
光伏方阵阵列间距应不小于D。
图3-2
组件排布方式为：
根据并网逆变器的输入要求，采用265Wp组件12块串联为1组串。
方阵采用2行×
2、斜屋顶安装
采用265Wp的太阳电池组件，一般顺着房屋倾角安装，没有固定的排列方式。
不需要水泥基础。
图3-3
组件排布方式没有固定排列方式，根据房屋实际形状排列。
3.2电站防雷和接地设计
为了保证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。
（1）地线是避雷、防雷的关键，在进行太阳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1～2米深地线坑，采用40扁钢，添加降阻剂并引出地线，引出线采用35mm2铜芯电缆，接地电阻应小于10欧姆；
或采用40扁钢（直径不低于Φ8圆钢也可）作为引下线，50mm×
50mm×
3mm×
2500mm角钢作为垂直接地体，接地电阻应小于10欧姆。
（2）直流侧防雷措施：
电池支架应保证良好的接地，经过多级防雷装置可有效地避免雷击导致设备的损坏。
（3）逆变器防雷措施：
每台逆变器内含防雷保护装置，可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。
3.3电气设计
1、交直流电缆设计
图3-4
根据组件接线方式和逆变器参数可得下表：
名称
规格
直流电缆
PV1-F1*4mm2
交流电缆
ZR-YJV-0.6/1kV-3*4mm2
表3-1
2、电网接入系统设计
本系统为3kWp的光伏系统，太阳能光伏并网发电系统接入220V（380）/50Hz的低压交流电网，电网接入方案描述如下：
图3-5低压交流电网接入方案图
3、电能计量
光伏发电设备的计量点设在逆变器出线侧，同时在该处设置一块多功能数字式电度表。
该电度表不仅要有优越的测量技术，还要有非常高的抗干扰能力和可靠性。
第4章年发电量计算
4.1光伏发电系统效率
光伏发电系统效率受很多因素的影响，包括：
当地温度、污染情况、光伏组件安装倾角、方位角、光伏发电系统年利用率、太阳电池组件转换效率、周围障碍物遮光、逆变损失以及光伏电站线损等。
光伏系统损耗见下表：
损耗项目
参数
交直流线路损耗
2.0%
尘土覆盖损耗
8.0%
逆变器平均损耗
4.0%
早晚不可利用辐射损失
2.4%
组件工作温度损耗
4.5%
其他损耗（故障等）
1.0%
表4-1损耗项目表
太阳能光伏系统效率
=（1-2%）×
（1-8%）×
（1-4.0%）×
（1-2.4%）×
（1-4.5%）×
（1-1%）≈79.90%。
4.2衰减率预测
经测试，采用的太阳电池平均衰减率（即光致衰退率）约为0.8%，首年衰减为1.6%，以后每年衰减0.8%，使用寿命长达25年，衰减不超过20%。
4.3发电量估算
由上述内容可知，本项目总装机容量为3.18kWp，假设峰值日照时数按1500小时计算，则该电站首年可发电3811kWh。
若考虑光伏发电系统效率为79.90%，根据采用的光伏组件衰减率为0.8%（首年衰减1.6%，以后每年衰减0.8%），综合计算可得出以下结论：
年发电量表格
（单位：
千瓦时）
1kWp年发电量
装机容量：
首年发电量
年均发电量
总发电量
1200.00
3811.23
3416.08
85402.04
第1年发电量
第2年发电量
第3年发电量
第4年发电量
第5年发电量
3750.25
3719.76
3689.27
3658.78
第6年发电量
第7年发电量
第8年发电量
第9年发电量
第10年发电量
3628.29
3597.80
3567.31
3536.82
3506.33
第11年发电量
第12年发电量
第13年发电量
第14年发电量
第15年发电量
3475.84
3445.35
3414.86
3384.37
3353.88
第16年发电量
第17年发电量
第18年发电量
第19年发电量
第20年发电量
3323.39
3292.90
3262.41
3231.92
3201.43
第21年发电量
第22年发电量
第23年发电量
第24年发电量
第25年发电量
3170.94
3140.45
3109.96
3079.47
3048.98
表4-23kWp并网光伏示范电站25年发电量计算
第5章环境影响评价
3kWp并网光伏电站采用支架基础，土建工程量小，整个施工对该区域的环境质量及生态环境影响基本可以忽略。
由于没有运动部件没有噪声，对周围环境没有不利影响。
随着工程的建设，该区域将出现新的人文景观，改善区域的面貌，美化环境。
本项目具有十分突出的环境效益。
光伏发电不消耗化石燃料，无二氧化碳、二氧化硫等有害气体的排放，节约水资源，同时减少相应的废水和温排水等对水环境的污染，清洁干净，环境效益良好，取代任何化石能源发电的环境效益都是巨大的。
按照上面的计算原则，本项目建成后，将完成安装3kWp并网光伏电站，25年内该系统年平均发电量约为3416.08kWh，每年减排温室气体CO2约3.405吨，其具体节能、环保和减排的效果如下表所示：
备注
电池组件总功率
3.18
千瓦
年平均发电量
0.341608
万千瓦时
每
升级会员 