天和家太阳能光伏发电系统应用案例.docx

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1、天和家太阳能光伏发电系统应用案例天和家/43kWp屋顶并网光伏发电系统设计一、项H简介1 （天和家园住宅小区概况浙江省慈溪市天和家园住宅小区占地面积64 788m2，总建筑面积13 （4万m2。小 区住宅整体布置方式为南北朝向，南北均无高大建筑物，无遮阴情况，日照充分。小区 建筑住宅以多层为主，屋顶呈人字形，楼高22. 2-22. 86m。计划在天和家 园20号楼屋 顶装设太阳能电池板，建住宅小区太阳能光伏发电示范电站。20号楼LI前处于在建状 态，-屋顶可利用面积有:西侧平台，面积87m ;斜屋面，W-W共7块，总面积（斜 面）113.9mo ;露台，LL共5个，总面积11-57233. 4

2、4m。2 （设计要求a（该项U有一定的公众影响力。美观与否非常重要，要求光伏电池组件的安装应 保持屋顶的风格和美观，并与小区及周围环境相协调。b （该光伏电站主要提供天和家园小区公用设施用电，包括:地下车库西区照明灯 35（2kW，地下车库东区照明（灯21（4kW，智能化设备2kW等。要求在阴雨天气 时， 应能使用城市电网为公用负荷供电。c （光伏电站建设费用计入小区开发成本。建成后随小区移交物业管理，要求节省投 资。维护管理方便。二、光伏发电系统运行方式的选择太阳能光伏发电系统的运行方式可分为两类。即：独立运行和并网运行。独立 运行的光伏发电系统需要有蓄电池作为储能装置，主要用于无电网的边远

3、地区。由于必 须有蓄电池储能装置，所以整个系统的造价很高。在有公共电网的地区。光伏发电系统 一般与电网连接，即采用并网运行方式。并网型光伏发电系统的优点是可以省去蓄电池，而将电网作为自己的储能单元。曲于蓄电池在存储和释放电能的过程 中，伴随着能量的损失，且蓄电池的使用寿命通常仅为5, 8年，报废的蓄电池乂将对环 境造成污染，所以，省去蓄电池后的光伏系统不仅可大幅度降低造价，还具有更高的发 电效率和更好的环保性能，且维护简单、方便。在建筑密度很大的城市住宅小区中，能 够安装太阳能电池板的面积有限，住宅小区屋顶光伏发电系统的容量通常远远小于其变 压器的容量，即光伏系统的发电功率始终小于小区负载的功

4、率，没有剩余电能送入上级 城市电网。综合考虑，该光伏发电系统拟采用并网运行方式(并在小区内局部并网，不考虑将电 能输入上级城市电网，系统原理图如图1所示。采取小区内局部并网运行方 式提高了上 级城市电网的安全性。I小区黄戴 小区公用负载 iI区内低压供嘎系貌图L住宅小区太阳能光伏发电局部并竭方案 三、系统设计1 (设计依据该系统的设计依据有：光伏系统并网技术要求(GB/T19939-2005);当地气象 资料;建设方提供的相关资料及要求。2(光伏系统太阳能电池组件的配置方案(1) 最佳方阵倾角的确定0/0/0/0/02-3024和东经12102 -12142之间，处于北亚热带南慈溪市介于北 纬

5、302缘，属季风型气候。平均年日照时数2038小时，太阳年辐射量4 000、4800MJ/m,0年日照白分率47,。查阅相关资料可知，太阳能电池组件方阵最佳倾角为30o(2) 太阳能电池组件的选择与布置)太阳能电池组件的选择口前，高效晶体硅太阳能电池的光电转换效率巳达21,以上，大批量生产的单晶硅 光伏电池组件的光电转换效率也巳达到14,以上。该系统选用了常州天合光能有限公司 生产的rlSM 一 175D型高效单晶硅电池组件(其外形如图2所示。图 2 1SM-175D型电池组件外形图TSM - 175D型电池组件技术参数如下，峰值功率:Pm二175WP;开路电压：二43.58V;最佳工作电压:

6、U二36. 2V;短路电流:IM. 97A;最佳工作电流：，OCSCm=4. 85A;重量:G=16kg;尺寸：长 X 宽 X 厚二 1 581 mmX809mmX40mm。（b）太阳能电池组件的布置将太阳能光伏发电应用于城市住宅小区时，与建在边远地区、荒漠地区的独立光伏 电站有很多不同点，不能简单地将太阳能电池方阵按最佳倾角的要求布置，必须要充分 考虑与周围环境的协调和美观。根据建设方提供的加号楼屋面图参见图（3）以及现场 考察情况，电池方阵布置方案如下：2& （西侧平台面积87m。采用锯齿型方阵。共安装组件36块，方阵倾角为o30o 功率为:175WpX36=6300W。2b （斜屋面旷W

7、,共7块小屋面可安装太阳能组件，总面积（斜面）113. 9m, 170与斜屋面平行安装组件87块，方阵倾角为斜屋面坡度31。功率为:175WX87=15 225Wpoc （顶层露台上方装饰性花架有L L共5个可安装太阳能组件。面积15233.44m。，考虑露台的采光和建筑的整体布局和美观。将露台上方装饰性花架2前半部分空出一定面积，保持装饰性花架的原貌，后部约有163 m安装组件，0共安装组件126块，为减少风压及屋顶的美观，方阵倾角为7。功率为:175WpX126=22050Wpo该布置方案共安装了 TSM-175D型高效单晶硅太阳能组件249块，总功率为43 575Wo，设计按43kWp配

8、置、计算。P（3）太阳能组件的分组串接从系统效率考虑，直流电压越高效率就越高，住宅用电电压为220-400V。安装 组 件时，原则上要在同一日照条件使用串联的组件，否则，其他组件会受输出量最低组件 的影响导致整体输出严重下降。该方案屋面布置的太阳能电池组件在安装后的光照有两 种情况:a （平台、露台上方装饰性花架安装的组件将不会受到建筑物等的挡光影响;b （斜屋面安装的组件在每天的不同时间段，其光照将会受到不同方向建筑的一定 影响。为了将组件吊接后的热斑效应损耗降到最低，将受到不同方向建筑物影响的组件进 行分组。将受到相同方向建筑物影响的组件归为一组。并且在系统中采用多组串逆变 器（在后面的逆

9、变器中详述）。为了平衡逆变器的功率，每台多组串逆变器都接入了 多组的组件。山多组串逆变器的每路MPPT （最大功率跟踪）电路对每路组件 进行最 大功率点跟踪，从而使因挡光引起的组件功率损失降低到最低限（电池组件被圈的为一组）。度。电池组件分组数参见图3所示3 （并网逆变器选择和配置方案）并网逆变器的选择并网逆变器是并网光伏系统的重要电力电子设备（其主要功能是把来自太阳能电池方阵输出的直流电转换成与电网电力相同电压和频率的交流电，并把电力输送给与 交流系统连接的负载，同时还具有极大限度地发挥太阳能电池方阵性能的功能和异常或 故障时的保护功能，即：？尽可能有效地获取因天气变化而变动的太阳能电 池方

10、阵输出 所需的自动运行和停机功能，以及最大功率跟踪控制功能；？保护电网安 全所需的防单 独运行功能和自动电压调整功能？电网或并网逆变器发生异常时，安全脱网或停下逆变 器的功能。巳进入实用阶段的并网逆变器的回路方式有电网频率变压器绝缘方式、高频 变压器绝缘方式和无变压器方式3种。其中无变压器回路方式因在成本、尺寸、质量和 效率等方面具有优势而被广泛采用。该系统的并网逆变器选用德国艾思玛公司（SMA） 生产的Sunny Mini Central系列SMC6000TL型无变压 器集中式逆变器和Sunny Boy系列 SB5000TL MultiString型无变压器多组吊逆变器，具有过压保护、对地故

11、障保护、孤岛 效应保护、过载保护、短路故障保护等完善的保护功能，并具有内置逆变采集器和RS485、 RS232通信接口，可方便地获取逆变器的运行参数(直流输入电压和电流、交流输出电压和电流、功率、电网频率fMQiMLi十 . L 等)。其技术参数如表1所示。A*袁1井网逆变H技术Tab.l Technical parameter of gnd-connected inverter最大输入路数3 ”3 最大光伏功率6kW6kWJft大直流电压750V700V最大宜流电流3x6.3A3x75A最大直流功率53kW氏2kW最大MPP电压600V-500V量大交沆功率.5kW6kW输入电庄范隔MPPT

12、125T 处 V335-7OOV交流电流谐波4%4%最大效早913%97.7%多组串逆变器采用了每路独立的最大功率跟踪，可以处理不同朝向和不同型号的光 电组件，也可以弥补不同连接串中的光电组件数量和部分阴影的影响。因而可以有效 地避免屋面安装的组件因阴影引起的功率损失。(b)逆变器与电池组件的分组匹配逆变器与电池组件的分组串接如图4所示。在标准测试条件下逆变器所接入的每路 组件数量、输入电压、功率如表2所示。对照表1可知，该方案逆变器与电池 组件的 配置是合理的，满足要求。4 (太阳能光伏发电系统负载的选择从严格意义上说，并网光伏发电系统是将整个城市的电网系统作为自己的储能单 元，因而，光伏系

13、统所带负载时任意的，不存在选择问题。但由于我国可再生能源 法刚刚于2006年1月1日实施。可再生能源法的“上网电价法”和“全网平摊”法规尚未实施，这就带来了住宅小区移交物业管理后电费管理上的困难。 因而，为了更好地保证上级城市电网的安全，方便管理，太阳能并网光伏系统负载的选 择原则应是使屋顶并网光伏系统的发电功率小于所带负载的用电功率，并且尽可能使负 载的用电时间与光伏系统的发电时间相匹配。#天和家园设置了高压环网站一座，在小区各负荷点设置了 7个箱变，其中2#箱变为800 kV?A, 6箱变1000kV(A(其它均为630 kV?A。与光伏系统公共#接入点相连的4箱变变压器容量为630kV?

14、A，主要供小区公用负荷用电。天和 家园 公用负载主要有:地下车库西区照明灯35(2kW，地下车库东区照明灯21(4kW，智能化设备2 kW,以及小区景观灯、围墙灯等。地下车库照明负荷曲线与 太阳光日照曲线接近，因此，选择地下车库照明和智能化设备用电为光伏系统的负 荷。总负荷功率为58(6kW，大于光伏系统的峰值功率43kW，且所安装的光伏系统峰值 功率43kWo不到所连4#箱变容量的10,保证了无电能输入上级城市电网，符合设计要 求。袈2谨变器与电池组件分绘匹配Tab.2 Divided group 氏 match of inverter and battery nuxlule主v 3二 2r

15、鸟E镭近卜-.SB5W0TLDC1申联124442 100DC2申联124442100DC3124442 100逆变器2SMC6000TLDC1中联134812 273DC2申联134812 275DC3小取134812 273逆变器3 sMceooorruDC1小联13412275DC213412 275DC313412 275逆变器4SMC6OO0TTLDC1申联13m2 275DC2申联134812275DC3申联134812 275逆变祥5SB5000TLDC193331573DC2申联124442100DC3申联124442100逆变器6SB5C00TLDC1申联to3701 750

16、DC2申厝灸103701750DC3申联103701 750逆变器7SB5000H.DC1书联114071925DC2串联n4071925DC3串联i4071925四、防雷设计1(防直击雷描施直击雷是指直接落到太阳能电池阵列、低压配电线路、电气设备以及在其旁的雷 击。防直击雷的基本措施是安装避雷针。由于该光伏系统中的外置设备在整个环境中 不是最高建筑物，所以设讣为:把所有屋顶电池组件的钢结构与屋顶建筑的防雷网相 连，以达防雷击的tl的，并符合光伏(PV)发电系统过电压保护-导则(SJ/T11127)中有关规定。2(防感应雷措施太阳能光伏发电系统的雷电浪涌入侵途径，除了太阳能电池阵列外。还有配电

17、线 路、接地线以及它们的组合。从接地线侵入是由于近旁的雷击使大地电位上升，相对 比电源高，从而产生从接地线向电源侧反向电流引起的。根据SJ/T1U27中有 关规定。 该系统主要采取以下措施：& （在每路直流输入主回路内装设浪涌保护装置，并分散安装在防雷接线箱内。屋 顶光伏并网发电系统在组件与逆变器之间加入防雷接线箱，不仅对屋顶太阳能电池组 件起到防雷保护作用。还为系统的检测、维修、维护提供了方便。缩小了电池组件故 障检修范围。该设讣选用了 IP65防护等级的TRI-FL型接线箱。并随组件方阵直接安 装在室外。其接人方式参见图4。b （在并网接人控制柜中安装避雷元件，以防护从低压配电线侵入的雷电

18、波及浪涌。并网控制柜原理图参见图5所示。见城汽区CLS工闪小li电网LI L2 U NR AN Ll N L2 L3 NUN L5 N L6 N L7图，光伏系统并网控制柜原埋国五、电缆选择组件之间的连接电缆和组件与逆变器之间的电缆都使用在户外，直接暴露在阳光 下，因此，该光伏系统直流部分选用耐氧化、耐高温、耐紫外线的DCEYHR系列 电 缆，以保证系统长时间的安全正常运行。六、支架设计慈溪地区为沿海地区。在抗风压以及抗腐蚀方面采取了以下措施：a （所有支架采用国标型钢，多点结合，即:增加钢支架与屋面结构和相关承重结构 的连接点，将受力点均匀分布于各承重结构上。按抗12级台风要求进行力学设il

19、讣算 （各连接点选用特制型钢和不锈钢螺栓连接。b （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。七、监控系 统设计该监控系统选用德国艾思玛公司（SMA）配套生产的Sunny Boy Contwl Plus产品，具有强大的监控功能：a （监控系统内置可连接外部传感器的输入测量端口和操作界面。包含8个模拟 量（如温度、辐照度、气压、湿度等）和8个数字量（如风速、智能电表等）输入接 口。b （通过RS485通信总线与逆变采集器相连接，获取每组光伏组件的发电悄况和每 台逆变器的发电功率。c （监控系统可以存储数据，记录250个数据通道，可以显示实时运行状况，分 析 运行数据。d （监控系

20、统可以连接外置显示屏昆示户外系统运行情况。也可以与远程监控器 相 连，实现无线远程连接，远程管理员通过普通手机即可了解到系统的运行情况。八、总结& （该设计方案充分考虑了各种因素和要求，在遵循国家标准光伏系统并网技术 要求的前提下，充分体现了其科学性、经济性、美观性、示范性、人性化等特点， 选用的高效率单晶硅电池组件、高效率并网逆变器、多组串逆变器、监控系统（可拓 展到远程监控）等也充分反映了这些特点，达到了最佳效果，有着较好的示范性和影 响力。b （太阳能是一种清洁、可再生能源，太阳能光伏发电实现了直接将太阳能转化为 电能。我国人LI众多。人均能源资源量较低，发展可再生能源是落实科学发展观的必 然选择。其中太阳能发电是最有前景的技术之一，从环境保护和能源战略上都具有重 大意义。c （将太阳能光伏发电技术应用于城市住宅小区建设项口，国内II询尚无先例。我 国新能源法巳从2006年1月1日正式实施，随着“上网电价法”和“全网平 摊”等法 规的进一步实施，光伏发电的成本将接近于商业化，这必将极大地推动我国光伏产业 的发展（相信不久的将来，我国民用建筑物的屋顶太阳能并网光伏发电系统将会得到 广泛的应用。