光伏发电系统电气设计方案研究论述

光伏发电系统电气设计方案研究论述

刘秦韩志华

信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司山东分公司山东250101

摘要：随着社会经济的发展，我国发展开始面临资源、能源紧缺的问题，因而，在社会发展的过程中需要进一步重视节能环保措施。光伏发电技术使用快速发展，光伏发电是建设领域的一种重要节能措施。在国家对光伏发电的大力支持下，这种技术形式得到了快速的发展。文章在论述光伏发电电气体系结构和设计内容的基础上，从设备选择、设备布置、设备监控几方面具体分析光伏发电体系电气设计方案，为以后光伏发电体系在实践工程中的使用及关于节能减排的重要意义。

关键词：光伏发电系统；内容组成；电气设计方案

引言

当今，已有不少工程中设置了光伏发电体系，尤其是室外照明、地下工程及远离市政电源的地区使用更多，有的还配置了蓄电池，可全天候供电，具有节能减排、供电可靠的效果。现在，光伏组件、逆变器及直流体系的开关、导线、电缆等设备均是成套生产，成本已大幅降低，往后光伏发电体系在我国民用建筑工程中一定会有更大的发展。

1光伏发电系统组成

光伏直流体系主要由太阳能电池、光伏组件、光伏组串及直流汇流箱等组成。将直流电转换为交流电的主要设备是逆变器，逆变器主要由逆变桥电路晶闸管、反应二极管及直流电容等组成。并网型逆变器能够与高压10kV侧市政电源并网，也能够在低压0.4kV侧与市政电源并网，一般容量在250kW以上选用高压并网体系，250kW及以下选用低压并网体系。高压并网体系因容量大、电压高，一般装备升压变压器。由于逆变器的出口电压为315V，所以应设置315V/10kV的升压变压器，以满足与10kV市政电源并网的要求。100kW及以上低压并网体系应装备阻隔变压器，以满足低压220V/380V三相四线制市政电网系统。60kW及以下小型逆变器也能够不设置阻隔变压器，直接与低压电源并网，如组串型逆变器。在工程设计中，应业主要求，在已有建设房顶设置太阳能光伏电池组件，发电容量1000kW，因容量较大，经研究后设置两台500kW逆变器，选用两台并网型逆变器别离与两路10kV市政电源二段母线并网。为叙说方便，就一台逆变器光伏发电体系的设计进行论述。

2光伏发电系统电气设计内容

光伏发电系统是将太阳能转换为电能的系统。随着社会经济的深入发展，光伏发电系统被广泛的应用在各个地区，对社会发展建设起到了重要作用。在具体的设计上，光伏发电电气系统需要和原有的建筑电气设计相协调，在满足建筑电气设计要求的同时对电气设计进行优化。基于光伏发电自身局限性，在进行电气设计的时候需要对施工建设地点选择、气候天气、地理信息等因素进行考虑。光伏方阵的设计需要对当地的地理、气候、太阳能情况等进行综合考虑。在逆变器的设计选择上如果是间距一致、光伏方阵一致则是需要采用集中逆变的方式。如果间距和方阵不一致则是需要采用分散逆变方式。光伏接线箱一般安装在方便检修和操作的位置上，基于其是光伏组件的箱体，要求其防护等级不能比IP54小。光伏配电箱具体包括直流配电箱和交流配电箱两种，在内部还有流通母排、直流断路器、电涌保护器等。在出现系统故障的时候，通过并网配电箱能够实现两网之间的隔离，从而减少系统故障对电力系统正常运作的影响。在光伏直流线缆的设计上要对光伏发电的位置、环境等进行综合考虑，要注重防紫外线、耐高温、防老鼠等工作。在光伏系统的保护设计上要充分考虑雷电对光伏的影响。为了减少电磁感应雷对系统的影响需要安装防雷器。

3光伏发电系统电气设计方案

3.1光伏发电系统主要设备选择

3.1.1逆变器

光伏发电系统逆变器是应用晶闸管来控制光伏发电系统不同的导通时间，并采取有效的措施将直流电转变为交流电。按照电源属性可以将逆变器分为电压类型的逆变器和电流类型的逆变器;按照激磁的方式可以分为自动型的和他动型的震荡逆变器;按照波形可以分为方波和正弦波两种逆变器。电压类型的三相桥式逆变电路。在具体操作中为了能够为交流、直流转变过程中反馈能量提供通道，需要将逆变桥和反馈二极管进行并联，逆变器的线路回路需要设置过电流保护装置和电压保护器SPD，进线采用直流负荷开关操控。直流侧滤波应用EMC直流滤波器，并设置相应的自动控制开关(白天自动启动，晚上自动停止运行)。基于工程光伏电容量较大，在具体设计的时候可以选择相适应型号的光伏逆变器。

3.1．2太阳能光伏发电

这种发电主要是采取有效的措施将太阳能辐射能量之间转变为电能的具体器件。光伏电池是应用特殊的工艺来对非金属硅片进行处理。在太阳的照射下，在电子的游离下形成了电位差，借助这种电位差进行操作应用。现阶段，常见的太阳能光伏发电系统常用规格长宽都为156mm，结合不同的光伏材料具体还会分成单晶硅、多晶硅等类型。

3.1.3太阳能光伏组件

太阳能光伏组件是由不同光伏电池形成的组合体，在光伏电池片串联基础上形成不同规格的电池板。

3.2光伏发电系统的设备布置

3.2.1光伏阵列的布置原则

结合光伏组件是由各个承包商负责操作的，在具体的安排布置上需要遵循以下几个原则:第一，在光伏组件的周围安装相应的维护通道。第二，保证光伏组件串联的完整。第三，光伏组件的安装方位要朝着南方，同时还需要设置最佳倾斜角。第四，做好光伏组件的牢固处理，并做好相应的防水排水措施。第五，安装可靠的防雷接地系统。

3.2.2光伏组件的具体布置

光伏组件的外形布置。1000VK光伏组串外形尺寸。光伏阵列在房屋顶部上的布置。(光伏组串和建筑物边线距离A之间的距离不能比1．2m小，光伏组串间距和光伏组串距离屋顶设备的距离B不能比1m小。)

3.3光伏发电系统监控

光伏发电系统采用的是分层分布结构，在现场操作的时候需要设置监测元件、通讯管理设备等。第一，实现对施工现场光伏组件阵列运行情况的实时监测，监测的信息包括光伏组件的电流、电压和组件温度等。在对这些设备进行检测的时候需要加强数字通讯和上下级监控设备之间的关联，实现对各零件应用操作的实时性监测。第二，在光伏汇流箱内部安装光伏组件监控设备。在每一路的光伏组件中都要设置电流、电压相应的检测元件，同时还需要对光伏电的防雷保护装置和断路器通断状态进行实时监测。

结束语

总而言之，太阳能是一次能源，也是可再生能源，能源丰厚，既可免费使用，又无需运输。光伏发电既不耗费资源，又不开释污染物，不存在废料、废水、废渣等问题，是零耗能、零排放、零污染的发电技术，对周边环境保护和生态环境改进及经济效益进步都有非常明显的效果。往后随着国家方针的支撑，光伏发电技能一定会有更大发展。

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