家用分布式光伏专业系统设计并网型.doc
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1、家用分布式光伏系统设计邓李军(通威太阳能光伏电力事业部 技术研发部,成都)摘要:太阳能是最普遍自然资源,也是取之不尽可再生能源。分布式光伏发电特指采用光伏组件,将太阳能直接转换为电能分布式发电系统。它是一种新型、具备辽阔发展前景发电和能源综合运用方式,它倡导就近发电,就近并网,就近转换,就近使用原则,不但可以有效提高同等规模光伏电站发电量,同步尚有效解决了电力在升压及长途运送中损耗问题。当前应用最为广泛分布式光伏发电系统,是建在建筑物屋顶光伏发电项目,以便接入就近接入公共电网,与公共电网一起为附近顾客供电。从发电入网角度出发,依照家庭用电状况可以给出系统施工规定、设计办法以及光伏组件、逆变器选
2、取等。核心词:太阳能 分布式光伏发电系统1. 前言太阳能是一种重要,可再生清洁能源,是取之不尽用之不竭、无污染、人类可以自由运用能源。太阳每秒钟到达地面能量高达50万千瓦,如果把地球表面0.1%太阳能转换为电能,转变率5%,每年发电量可达5.61012kWh,相称于当前世界上能耗40倍。从长远来看,太阳能运用前景最佳,潜力最大。近30年来,太阳能运用技术在研究开发、商业化生产和市场开拓方面都获得了长足发展,成为迅速、稳定发展新兴产业之一。本文简朴地阐述了家用分布式光伏发电系统设计办法和施工规定,仅供参照。2. 太阳能光伏发电应用现状太阳能转换为电能技术称为太阳能光伏发电技术(简称PV技术)。太
3、阳能光伏发电不但可以某些代替化石燃料发电,并且可以减少CO2和有害气体排放,防止地球环境恶化,因而发展太阳能光伏产业已经成为全球各国解决能源与经济发展、环保之间矛盾最佳途径之一。当前发达国家如美国、德国、日本光伏发电应用领域从航天、国防、转向了民用,如德国“百万屋顶筹划”使许多家庭不但运用太阳能光伏发电解决了自家供电,并且这些家庭还办成了一所所私人“小型电站”,可以源源不断地为公用电网提供电能。近几年,国内光伏行业发展也非常迅速。国家对光伏发电较为注重,国家和地方政府相继出台了某些列补贴政策以增进光伏产业发展,国家发改委实行“送电到乡”、“光明工程”等惠农项目,地方政府也陆续启动了光伏照明项目
4、工程。与此同步,偏远地区消费者逐渐承认光伏产品,越来越多居民开始使用家用太阳能电源产品。光伏应用市场发展较为迅速。但当前国内太阳能光伏发电技术和国外相比尚有很大差距,重要体现为技术水平较低、电池效率低、成本高。因而国内还必要不断改进技术,使国内太阳能光伏发电产业更上新台阶。3. 分布式光伏系统构造太阳能光伏发电系统是运用光伏组件半导体材料“光伏”效应,将太阳光辐射直接转换为电能一种新型发电系统。它规模可大可小,在发电过程中不会排放污染物质,具备安装以便,没有噪音,整个寿命期间几乎无需维护等长处。太阳能光伏发电系统分为两大类,一类是太阳能光伏发电独立系统,另一类是太阳能光伏发电并网系统,本文只讲
5、述后者。太阳能光伏发电并网系统重要涉及太阳能光伏组件、光伏汇流箱、直流配电柜、并网型逆变器和交流配电柜等,家用并网型分布式光伏系统由于规模不大,汇流箱和交直流配电柜都用不到,整体框架如图1所示。图1 太阳能光伏发电并网系统本文涉及家用太阳能光伏发电系统为小型分布式光伏系统,因而在设计过程中应充分考虑实际状况,普通应遵循经济合用原则,可靠性高、牢固耐用、容易维护、充分考虑地理和气候环境影响。4. 安装地点选取家庭分布式光伏系统选址普通可选取在自家屋顶或空地上,需要考虑条件就是可使用面积、房屋构造和承重规定、地面基本状况和气象水文条件等。若选取安装在自家屋顶上,屋面承重能力必要不不大于20kg/m
6、2。房屋房梁如果是木质构造话就不要考虑了,光伏系统使用年限长达25年,木质房梁易腐坏,建议不要进行安装。若在人字构造屋顶建设太阳能光伏电站,不能像地面电站那样设计最佳倾角,并且考虑先后遮挡间距。为了便于光伏组件和屋顶结合,普通都在屋面上直接平铺支架,北半球铺朝南面,南半球铺朝北面,这样方可最大效率运用光能。支架与屋顶采用夹具连接,电池组件再安装于支架上。这种方式不但美观,并且可以实现屋顶面积运用最大化,见图2。在平顶构造屋顶建设太阳能光伏电站,需要架设光伏支架和设计最佳倾角和组件先后间距,见图3。 图2 人字屋顶安装方式 图3 平顶屋顶安装方式若选取安装在自家空地上,可以采用锚桩和混凝土条基做
7、支架基本,见图4和图详细选哪种则需要从地质状况和成本综合考虑了。此外,支架基本强度设计还要以本地气象条件做根据。 图4 锚桩基本 图5 水泥条基本需要注意一点,考虑到组件热胀冷缩效应,安装时上下左右组件之间间隔要达到3cm左右为佳。5. 家用分布式光伏系统设计5.1 光伏组件当前使用较多两种太阳能电池板是单晶硅和多晶硅太阳电池组件。(1)单晶硅太阳能电池当前单晶硅太阳能电池板单体光电转换效率为16%18%,是转换效率最高,但是制作成本高,还没有实现大规模应用。(2)多晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池板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某些,材料制造简便,节约电耗,总
8、生产成本较低,因而得到大量发展。当前主流组件是250Wp多晶硅太阳电池组件,技术参数见表1。太阳能电池组件种类多晶硅指标单位数据峰值功率Wp250组件效率%15.3最大工作电压(Vmpp)V30.3最大工作电流(Impp)A8.27开路电压(Voc)V38.0短路电流IscA8.79开路电压系数/0.32%短路电流系数/0.053%抗风力Pa2400最大保险丝额定电流A15最高系统电压V1000尺寸mm165099240表1 250Wp太阳电池组件技术参数(3)国内太阳能资源分布状况如下 一类地区 年日照32003300小时,辐射量75009250MJ/m2。青藏高原、甘肃北部、宁夏北部和新疆
9、南部等地。二类地区 年日照30003200小时,辐射量58507500MJ/m2。河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部和新疆南部等地。此区为国内太阳能资源较丰富区。 三类地区 年日照22003000小时,辐射量50005850 MJ/m2。山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东南部、福建南部、江苏中北部和安徽北部等地。 四类地区 年日照14002200小时,辐射量41505000 MJ/m2。长江中下游、福建、浙江和广东一某些地区。 五类地区 全年日照时数约10001400小时,辐射量33504190MJ/
10、m2。四川、贵州两省。此区是国内太阳能资源至少地区。结合当前光伏发电技术,1kWp多晶硅太阳能电池组件五类区域年发电量大体如下:地区1kWp发电量(kWh)一类地区16662055二类地区13001666三类地区11111300四类地区9221111五类地区744922顾客可以依照系统安装地点和自己年用电量状况来合理选取装机规模。例如A家庭位于太阳能资源四类区域,平均年用电量是3000 kWh,装机3000W就够用了;B家庭位于二类地区,平均年用电量也是3000 kWh,装机W就可以了。5.2 光伏组件阵列安装朝向和角度如果安装地点是平面,则要计算光伏支架倾角,北半球朝南,南半球相反。考虑到跟
11、踪系统虽然能提高系统效率,但需要维护,并且会增长故障率,再结合费用、实用性等因素,家庭分布式光伏系统采用固定光伏方阵较好。从气象站得到资料,均为水平面上太阳能辐射量,需要换算成光伏阵列倾斜面辐射量才干进行发电量计算。对于某一倾角固定安装光伏阵列,所接受太阳辐射能与倾角关于,较简便辐射量计算经验公式为:RSsin(+)/sin+D式中:R倾斜光伏阵列面上太阳能总辐射量S 水平面上太阳直接辐射量D 散射辐射量中午时分太阳高度角光伏阵列倾角依照本地气象局提供太阳能辐射数据,按上述公式可以计算出不同倾斜面太阳辐射量,拟定太阳能光伏阵列安装倾角。当前用得诸多是运用RETScreen软件来分析不同倾角是斜
12、面上辐照度,再依照组件有关参数计算出不同倾角年发电量,最后取年发电量最大所相应倾角。例如A地不同倾斜面各月辐射量(KWh/m2)见表2所示,表2从中可以看出,当倾角在3840之间时,光伏阵列上辐射量能达到最大,固A地太阳能光伏阵列安装最佳倾角就在3840之间。5.3 太阳电池方阵间距计算计算当太阳能电池组件子阵先后安装时最小间距D。普通拟定原则: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:式中:为纬度(在北半球为正、南半球为负),依照项目地点经纬度计算; H:为光伏方阵阵列高度;光伏方阵阵列间距应不不大于D。6. 并网逆变器选取6.1 选型并网逆变器重要分高频变
13、压器型、低频变压器型和无变压器型三大类。依照所设计系统以及业主详细规定,重要从安全性和效率两个层面来考虑变压器类型。如下是它们之间对照表:类型 因素安全性转换效率成本价格重量、尺寸高频变压器型中低中中低频变压器型高中高大无变压器型低高低小家用分布式光伏系统是小系统,不需要很高技术指标,逆变器不带隔离变压器时,能源转换效率更高,再结合成本等因素,选取无变压器型较为合理。6.2容量匹配设计并网系统设计中规定电池阵列与所接逆变器功率容量相匹配,普通设计思路是: 组件标称功率组件串联数组件并联数电池阵列功率在容量设计中,并网逆变器最大输入功率应近似等于电池阵列功率,已实现逆变器资源最大化运用。6.3
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