家庭用太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)-畢業(yè)論文

電力學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文家庭用太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)-1-引言世界范圍的能源危機(jī)和環(huán)境污染導(dǎo)致新能源的應(yīng)用成為熱點(diǎn)，而太陽(yáng)能憑借其清友好型、能緩減現(xiàn)有電力系統(tǒng)用電高峰壓力、能有效提高生活標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)電方式，正迅速得到應(yīng)用。19世紀(jì)70年代的產(chǎn)業(yè)革命以來，化石燃料的消費(fèi)急劇增大。初期主要以煤炭為主，進(jìn)入20世紀(jì)后，尤其第二次世界大戰(zhàn)以來，石油及天然氣的開采與消費(fèi)開始大幅度增加。在化石能源短缺的大背景下減排等問題尤為凸顯其重要性，人民逐漸把目光轉(zhuǎn)向了新能源這一新興領(lǐng)域。1980年聯(lián)合國(guó)在“聯(lián)合國(guó)新能源和可再生能源會(huì)議”上對(duì)新能源有了新的定義：以新技術(shù)和新材料為基礎(chǔ)，使傳統(tǒng)的可再生能源得到現(xiàn)代化的開發(fā)和利用，用取之不盡、周而復(fù)始的可再生能源取代資源有限、對(duì)環(huán)境有污染的化石能源。新能源的有許多，他們有太陽(yáng)能，海洋能，風(fēng)能，地?zé)崮?，核能，生物質(zhì)能等。而太陽(yáng)能是未來能源的一顆閃耀的新星。太陽(yáng)照射地球一個(gè)小時(shí)產(chǎn)生的能源，足夠目前世界全年的能源需求。因此，太陽(yáng)能被看作是擺脫對(duì)石油依賴的終極途徑。據(jù)電氣與電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）稱，十年內(nèi)，太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)可能最終成為最經(jīng)濟(jì)的供電方式，不過這有賴于太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速地改進(jìn)太陽(yáng)能電池的能效并創(chuàng)造規(guī)模效益。如今在在國(guó)家大力提倡低碳經(jīng)濟(jì)，循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展，和十二五節(jié)能減排目標(biāo)的宏觀政策影響下，所處的市場(chǎng)領(lǐng)域?qū)⒅饾u擴(kuò)大,可以預(yù)見未來十年將是太陽(yáng)能供熱發(fā)電行業(yè)發(fā)展的黃金十年。初步預(yù)計(jì)未來五年內(nèi)，其規(guī)模會(huì)以每年50-100%的速度遞增。本次試圖設(shè)計(jì)出一套符合裝機(jī)地點(diǎn)情況的家庭用分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)過程中，盡可能切合實(shí)際進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出不同的方案作為系統(tǒng)備案。完成系統(tǒng)安裝工作，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高效運(yùn)行為最終目標(biāo)。

太陽(yáng)能開發(fā)利用現(xiàn)狀世界光伏發(fā)展及現(xiàn)狀1954年世界第一塊太陽(yáng)能電池在美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室誕生，開啟了太陽(yáng)能利用的新篇章。經(jīng)過60年的發(fā)展，不僅太陽(yáng)能電池的利用率得到了極大的提高，而且太陽(yáng)能電池的使用范圍也不再僅僅局限于空間技術(shù)等高科技領(lǐng)域。太陽(yáng)能利用的飛速發(fā)展始于1973年世界爆發(fā)石油危機(jī)，從此之后，越來越多的國(guó)家開始意識(shí)到發(fā)展新能源的必要性，制定了一系列鼓舞光伏發(fā)電的優(yōu)惠措施，制定實(shí)施龐大的光伏工程。從此光伏行業(yè)得到了飛速發(fā)展，在1997-2006年的10年時(shí)間中，世界光伏產(chǎn)業(yè)擴(kuò)大了20倍，在未來這個(gè)數(shù)字將持續(xù)增長(zhǎng)[1]。表1.1為太陽(yáng)能電池發(fā)展重要節(jié)點(diǎn)。表1.1太陽(yáng)能電池發(fā)展重要節(jié)點(diǎn)時(shí)間事件1893年法國(guó)科學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)“光生伏打效應(yīng)”，即“光伏效應(yīng)”。1930年肖特基提出Cu2O勢(shì)壘的“光伏效應(yīng)”理論。同年，朗格首次提出用“光伏效應(yīng)”制造“太陽(yáng)電池”，使太陽(yáng)能變成電能。1941年奧爾在硅上發(fā)現(xiàn)光伏效應(yīng)。1954年恰賓和皮爾松在美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室，首次制成了實(shí)用的單晶太陽(yáng)電池，效率為6%。同年，韋克爾首次發(fā)現(xiàn)了砷化鎵有光伏效應(yīng)，并在玻璃上沉積硫化鎘薄膜，制成了第一塊薄膜太陽(yáng)電池。1955年吉尼和羅非斯基進(jìn)行材料的光電轉(zhuǎn)換效率優(yōu)化設(shè)計(jì)。同年，第一個(gè)光電航標(biāo)燈問世。美國(guó)RCA研究砷化鎵太陽(yáng)電池。1957年硅太陽(yáng)能電池效率達(dá)8%。1958年太陽(yáng)電池首次在空間應(yīng)用，裝備美國(guó)先鋒1號(hào)衛(wèi)星電源。1959年第一塊太陽(yáng)能多晶硅電池問世，效率為5%。1960年硅太陽(yáng)電池首次實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行。1974年COMSAT研究所提出無反射絨面電池，硅太陽(yáng)電池效率達(dá)18%。1978年美國(guó)建成世界首個(gè)10kWp太陽(yáng)能光伏地面電站。1990年德國(guó)提出“2000個(gè)光伏屋頂計(jì)劃”，每個(gè)家庭的屋頂裝3~5kWp光伏電池。開啟家庭用分布式光伏發(fā)電新篇章。1998年單晶硅光伏電池效率達(dá)25%。荷蘭政府提出“荷蘭百萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)光伏屋頂計(jì)劃”。我們可以很清晰的看到，在世界范圍內(nèi)，太陽(yáng)能的發(fā)展是非常迅速的，自1954年第一塊單晶硅電池問世后，僅僅4年時(shí)間，太陽(yáng)能電池就在空間技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛使用，之后就建成了大型光伏電站并投產(chǎn)使用，尤其是在1990年德國(guó)提出的光伏屋頂計(jì)劃，則是光伏行業(yè)發(fā)展的又一重要里程碑，它標(biāo)志著太陽(yáng)能光伏這一新興高科技技術(shù)正式向普羅大眾開放，讓光伏顯得不再神秘，讓每一住戶能夠接觸到太陽(yáng)能光伏發(fā)電并投身于新能源發(fā)展事業(yè)中。自1990年德國(guó)提出“2000個(gè)光伏屋頂計(jì)劃”計(jì)劃后，開啟了太陽(yáng)能光伏應(yīng)用的嶄新篇章，至此光伏電站的架設(shè)不再是高難度、高投資、高要求這樣的“三高”難題，人們可以根據(jù)需要在自家屋面建立起一個(gè)小型的家庭用分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，而不是只能投產(chǎn)一座大型的具有一定規(guī)模的電站。從今天看來，這一舉措影響了未來25年光伏行業(yè)的發(fā)展，甚至說直接改變了現(xiàn)今光伏行業(yè)的發(fā)展走向。這讓小型的家庭用或商用分布式光伏發(fā)電出現(xiàn)在人們的視野中，把大型太陽(yáng)能光伏電站化整為零，破除其局限性，減少單次投資金額，發(fā)展小型分布式系統(tǒng)，這吸引了無數(shù)人的眼光，這一思想和辦法飛速的在世界范圍內(nèi)傳播和發(fā)展。我國(guó)光伏發(fā)展及現(xiàn)狀我國(guó)太陽(yáng)能資源非常豐富，理論儲(chǔ)量每年達(dá)17000億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。太陽(yáng)能資源開發(fā)利用的潛力非常廣闊。表1.2為全國(guó)各地太陽(yáng)能總輻射量與年平均日照當(dāng)量[1]。表1.2我國(guó)各地太陽(yáng)能資源地區(qū)類別地區(qū)太陽(yáng)能年輻射量年日照時(shí)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)光照下年平均日照時(shí)間（時(shí)）(MJ/m(kWh/m一寧夏北部、甘肅北部、新疆南部、青海西部、西藏西部6680-84001855-23333200-33005.08-6.3二河北西北部、山西北部、內(nèi)蒙古南部、寧夏南部、甘肅中部、青海東部、西藏東南部、新疆南部5852-66801625-18553000-32004.45-5.08三山東、河南、河北東南部、山西南部、新疆北部、吉林遼寧、云南、陜西北部、甘肅東南部、廣東南部、福建南部、江蘇北部、安徽北部、臺(tái)灣西南5016-58521393-16252200-30003.8-4.45四湖南、湖北、廣西、浙江、福建北部、廣東北部、陜西南部、江蘇南部、安徽南部、黑龍江、臺(tái)灣東北部4190-50161163-13931400-22003.1-3.8五四川、貴州3344-4190928-11631000-14002.5-3.1在我國(guó)的西北地區(qū)，廣闊的無人區(qū)有著充沛的太陽(yáng)能資源，而這些未被利用的地區(qū)正是發(fā)展太陽(yáng)能、建造太陽(yáng)能光伏電站的絕佳地區(qū)。同樣在高海拔的西南地區(qū)以及黃土高原一帶，太陽(yáng)能資源也非常充沛。這些地區(qū)大都屬于人煙稀少或是未被開發(fā)利用的山地、平地，開發(fā)利用起這些利用率低下的地區(qū)以及這些地區(qū)無遮擋高關(guān)照的有利因素必將是我國(guó)發(fā)展太陽(yáng)能行業(yè)，建設(shè)高效、大型的光伏地面電站的首選，也將是我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)展的基石。對(duì)于我國(guó)現(xiàn)代化程度較高的華中華南一帶，也有著較為充沛的太陽(yáng)能資源，但是這些地區(qū)大都屬于人口高密度地區(qū)或是高產(chǎn)農(nóng)業(yè)區(qū)，要建立大型的地面太陽(yáng)能光伏發(fā)電電站是有難度且不切實(shí)際的。得益于德國(guó)的“2000個(gè)光伏屋頂計(jì)劃”和荷蘭政府提出的“百萬(wàn)個(gè)光伏屋頂計(jì)劃”讓這一光伏發(fā)展新思路得以應(yīng)用，在我國(guó)這些地區(qū)的光伏發(fā)展，必然是以小型分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)為思路來進(jìn)行，化整為零，在已有的基礎(chǔ)上合理投建，也是有著非常廣闊的前景。近年來，我國(guó)光伏技術(shù)得到了較快的發(fā)展，并且在偏遠(yuǎn)地區(qū)無電狀況中發(fā)揮了重要的作用。自70年代以來，經(jīng)過“六五”、“七五”、“八五”三個(gè)五年計(jì)劃攻關(guān)，有了初步的發(fā)展。在此期間也有了中國(guó)自主生產(chǎn)的單晶硅和多晶硅電池。同時(shí)政府也出臺(tái)了《可再生能源法》等一系列法規(guī)、政策措施，促進(jìn)了太陽(yáng)能利用的快速發(fā)展。2009年，我國(guó)光伏電池產(chǎn)量已突破200萬(wàn)千瓦，位居世界首位。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)工作原理及組成太陽(yáng)能光伏發(fā)電根據(jù)光生伏特效應(yīng)，利用太陽(yáng)能電池這種半導(dǎo)體電子器件有效地吸收太陽(yáng)光輻射能,并使之變?yōu)殡娔艿闹苯影l(fā)電方式。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本工作原理就是在太陽(yáng)光的照射下，將太陽(yáng)電池組件產(chǎn)生的電能通過控制器的控制給蓄電池充電或者在滿足負(fù)載需求的情況下給直流負(fù)載供電，如果日照不足或者在夜間則由蓄電池在控制器的控制下給直流負(fù)載供電，對(duì)于還有交流負(fù)載的光伏系統(tǒng)而言，還需要增加逆變器，將直流電轉(zhuǎn)換成交流電。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)無論是獨(dú)立使用還是并網(wǎng)發(fā)電，主要由太陽(yáng)電池板（組件）、控制器和逆變器三大部分組成，在離網(wǎng)系統(tǒng)中，還需要蓄電池作為電源系統(tǒng)。這些部件不涉及機(jī)械部件，所以光伏發(fā)電設(shè)備極為精煉，可靠穩(wěn)定壽命長(zhǎng)、安裝維護(hù)簡(jiǎn)便，適用于絕大部分場(chǎng)合。圖2.1太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)示意圖硅太陽(yáng)能電池常用的太陽(yáng)能電池主要是硅太陽(yáng)能電池，主要有單晶硅、多晶硅、非晶硅三種。單晶硅太陽(yáng)能電池變換效率最高，已達(dá)20％以上，性能穩(wěn)定，但使用的單晶硅材料和半導(dǎo)體工業(yè)所用材料具有相同的品質(zhì)，所以材料成本比較昂貴。多晶硅太陽(yáng)能電池效率比單晶硅太陽(yáng)能電池稍低，大約為13％～14％左右，但多晶硅太陽(yáng)能電池可用鑄造方法生產(chǎn)，所以成本比單晶硅太陽(yáng)能電池低。非晶硅太陽(yáng)能電池屬于薄膜電池，價(jià)格最便宜，但光電轉(zhuǎn)換效率最低，大約為7％～8％左右，穩(wěn)定性也不如晶體硅太陽(yáng)能電池，目前多用于弱光性電源，如手表、計(jì)算器等電池。將太陽(yáng)能電池單體進(jìn)行串聯(lián)、并聯(lián)并封裝之后，就成為了太陽(yáng)能電池組件，是可以作為電源單獨(dú)適用的最小單元。太陽(yáng)能電池組件再經(jīng)過串聯(lián)、并聯(lián)安裝固定在支架上后，就構(gòu)成了太陽(yáng)能電池方陣。太陽(yáng)能電池組件太陽(yáng)能電池組件是利用半導(dǎo)體材料的電子學(xué)特性實(shí)現(xiàn)P-V轉(zhuǎn)換的固體裝置，在廣大的無電力網(wǎng)地區(qū)，該裝置可以方便地實(shí)現(xiàn)為用戶照明及生活供電，一些發(fā)達(dá)國(guó)家還可與區(qū)域電網(wǎng)并網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)。一個(gè)太陽(yáng)能電池單體只能產(chǎn)生大約0.45～0.50V的電壓，所以需要把太陽(yáng)能電池連接成組件。一個(gè)組件上，太陽(yáng)能電池的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量是36個(gè)或40個(gè)，因此，一個(gè)太陽(yáng)能電池組件大約能產(chǎn)生16V的電壓，它正好能為一個(gè)額定電壓為12V的蓄電池進(jìn)行有效的充電。在分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中，太陽(yáng)能電池組件排布需要根據(jù)裝機(jī)容量、逆變器參數(shù)等來確定具體組件串并聯(lián)數(shù)。例如一居民分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)裝機(jī)容量為3kW，組件使用250W/塊、開路電壓為Uoc=37.7V的電池組件，逆變器選擇最大輸入功率PINMAX=3000W、最大輸入電壓U太陽(yáng)能控制器太陽(yáng)能控制器全稱為太陽(yáng)能充放電控制器，是用于太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中，控制多路太陽(yáng)能電池方陣對(duì)蓄電池充電以及蓄電池給太陽(yáng)能逆變器負(fù)載供電的自動(dòng)控制設(shè)備。太陽(yáng)能控制器采用高速CPU微處理器和高精度A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，是一個(gè)微機(jī)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)。既可快速實(shí)時(shí)采集光伏系統(tǒng)當(dāng)前的工作狀態(tài)，隨時(shí)獲得PV站的工作信息，又可詳細(xì)積累PV站的歷史數(shù)據(jù)，為評(píng)估PV系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性及檢驗(yàn)系統(tǒng)部件質(zhì)量的可靠性提供了準(zhǔn)確而充分的依據(jù)。此外，太陽(yáng)能控制器還具有串行通信數(shù)據(jù)傳輸功能，可將多個(gè)光伏系統(tǒng)子站進(jìn)行集中管理和遠(yuǎn)距離控制[2]。太陽(yáng)能控制器通常有6個(gè)標(biāo)稱電壓等級(jí)：12V、24V、48V、110V、220V、600V。逆變器太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)供電負(fù)載的要求，如負(fù)載為交流負(fù)載，則需要使用逆變器。在系統(tǒng)中使用逆變器時(shí)，還根據(jù)系統(tǒng)并網(wǎng)與否選擇離網(wǎng)逆變器或是并網(wǎng)逆變器。在逆變器的選擇時(shí)，要考慮施工地點(diǎn)組件排布情況，選擇適合組串規(guī)則的逆變器[3]。另外，如系統(tǒng)為離網(wǎng)逆變器，則使用符合規(guī)定的離網(wǎng)逆變器配蓄電池即可，如系統(tǒng)為并網(wǎng)逆變器，則需按系統(tǒng)組件排布情況選擇合適的并網(wǎng)逆變器。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類光伏系統(tǒng)按供電方式大致可分為獨(dú)立系統(tǒng)、混合系統(tǒng)和并網(wǎng)系統(tǒng)三大類。獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)是指與電力系統(tǒng)不發(fā)生任何關(guān)系的閉合系統(tǒng)，即離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。它通常用做便攜式設(shè)備的電源，向遠(yuǎn)離現(xiàn)有電網(wǎng)的地區(qū)或設(shè)備供電，以及用于任何不想與電網(wǎng)發(fā)生聯(lián)系的供電場(chǎng)合。離網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)在民用范圍內(nèi)主要用于邊遠(yuǎn)的鄉(xiāng)村，在工業(yè)范圍內(nèi)主要用于電訊、衛(wèi)星廣播電視、太陽(yáng)能水泵等。圖3.1獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是利用太陽(yáng)能電池方陣，在白天有光照時(shí)產(chǎn)生的直流電通過并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合電網(wǎng)要求的交流電之后通過配電柜，給交流負(fù)載供電，多余的電量則進(jìn)入公共電網(wǎng)[4]。在陰雨天或晚上，太陽(yáng)能電池組件沒有產(chǎn)生電能不能滿足負(fù)載需求時(shí)則由電網(wǎng)供電。這種系統(tǒng)直接將電能輸入電網(wǎng)，免除了蓄電池儲(chǔ)能裝置，省掉了蓄電池儲(chǔ)能和釋放的過程，可以充分利用光伏方陣所發(fā)的電能從而減小了能量的損耗，并降低了系統(tǒng)的成本。同時(shí)也是現(xiàn)階段大力推行的光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行方式。圖3.2并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)混合發(fā)電系統(tǒng)這種太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)中不單是使用太陽(yáng)能電池方陣，還使用了各種發(fā)電技術(shù)，如燃油發(fā)電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電等。使用混合供電系統(tǒng)的目的是為了綜合利用各種發(fā)電技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，避免各自的缺點(diǎn)。比如，風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)是常見的新能源結(jié)合的混合發(fā)電系統(tǒng)，風(fēng)力發(fā)電補(bǔ)足了光伏發(fā)電在連續(xù)陰天及夜間發(fā)電量低和不發(fā)電的缺陷，光伏發(fā)電則補(bǔ)足了風(fēng)力發(fā)電在無風(fēng)或風(fēng)力不夠時(shí)不發(fā)電的尷尬情況。但是混合系統(tǒng)控制較復(fù)雜；設(shè)計(jì)、安裝和施工工程較大；需要更多的維護(hù)工作；有噪音和污染。圖3.3混合發(fā)電系統(tǒng)家庭用太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)是由光伏電池板、控制器和電能儲(chǔ)存及變換環(huán)節(jié)構(gòu)成的發(fā)電與電能變換系統(tǒng)。光伏電池是太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的基本核心部件，它有兩大難題：一是如何提高光電轉(zhuǎn)換效率；二是如何降低生產(chǎn)的成本?，F(xiàn)已經(jīng)開發(fā)出電池效率在15%、組件效率在10%以上使用壽命超過15年的電池工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)[5]。對(duì)于不同類型的光伏系統(tǒng)，實(shí)際的總體目標(biāo)是不同的。對(duì)并網(wǎng)系統(tǒng)而言，一切工作都是圍繞使得整個(gè)光伏電站在全年能夠向電網(wǎng)輸出最多的電能這個(gè)目的，所以設(shè)計(jì)的總體目標(biāo)是盡量減少能量損失，使得光伏系統(tǒng)全年能夠得到最大的發(fā)電量。但對(duì)于離網(wǎng)的獨(dú)立系統(tǒng)，有福光伏系統(tǒng)的應(yīng)用與當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件有關(guān)，同樣的負(fù)載在不同的地點(diǎn)應(yīng)用，所需配置的容量也不一樣，光伏系統(tǒng)全年能夠得到最大發(fā)電量往往并不是最佳選擇。同時(shí)目前光伏發(fā)電的成本還較高，所以要建成一個(gè)合理、完善的離網(wǎng)光伏系統(tǒng)，必須進(jìn)行科學(xué)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得離網(wǎng)光伏系統(tǒng)既能充分滿足負(fù)載的用電需要，又能達(dá)到配置的光伏組件和蓄電池容量最小，做到可靠性與經(jīng)濟(jì)型的最佳結(jié)合[6]。現(xiàn)階段行業(yè)內(nèi)對(duì)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使用軟件主要有：TRANSYS、RETScreen、PVsyst、PVSOL、SolarPro等，其中TRANSYS為系統(tǒng)仿真工作，RETScreen為經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)工具，PVsyst、PVSOL、SolarPro為光伏系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)工具。下文主要使用RETScreen和PVsyst進(jìn)行闡述。在投建一套太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)時(shí)，我們必須經(jīng)過以下步驟進(jìn)行投資建設(shè)生產(chǎn)。確定現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，計(jì)算太陽(yáng)能電池板最佳排布方式。軟件仿真設(shè)計(jì)，生成可行性研究報(bào)告。購(gòu)置運(yùn)輸物資到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝調(diào)試。正式運(yùn)行?？偟膩碚f，這是一個(gè)從市場(chǎng)開發(fā)到設(shè)計(jì)，從設(shè)計(jì)到實(shí)施最后到運(yùn)維的過程。本次設(shè)計(jì)試圖根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r，拋開市場(chǎng)成熟度，自行投建一套家庭用分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，以并網(wǎng)系統(tǒng)為目標(biāo)，以離網(wǎng)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，最終實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)正常運(yùn)行。確定現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)在市場(chǎng)成熟的前提條件下，必須有設(shè)計(jì)人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)以便后期設(shè)計(jì)。確定現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)包括確定現(xiàn)場(chǎng)可供電池板安裝面積、現(xiàn)場(chǎng)可排線和安裝逆變器位置、現(xiàn)場(chǎng)地面（屋面）承重、現(xiàn)場(chǎng)地面（屋面）朝向，以及現(xiàn)場(chǎng)貨運(yùn)情況。如是離網(wǎng)系統(tǒng)，還需考慮蓄電池安裝位置，并網(wǎng)系統(tǒng)還需考慮并網(wǎng)點(diǎn)或是當(dāng)?shù)厥欠襁m合并網(wǎng)。本次投建地點(diǎn)位于云南省大理白族自治州大理市，東經(jīng)100°13′，北緯25°34′，海拔2092米，年日照時(shí)數(shù)2227.5小時(shí)，年均無霜期228天，屬于三類地區(qū)，具有良好的太陽(yáng)能資源。投建現(xiàn)場(chǎng)為大理州市區(qū)小區(qū)，交通等運(yùn)輸條件較好，適合建設(shè)分布式太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)。本次設(shè)計(jì)經(jīng)過當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，云南省南方電網(wǎng)公司于2013年12月發(fā)布《云南電網(wǎng)公司分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)服務(wù)細(xì)則》、《南方電網(wǎng)公司分布式光伏發(fā)電營(yíng)業(yè)服務(wù)細(xì)則（試行）》等試行規(guī)定，省能源局發(fā)布《關(guān)于分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目管理暫行辦法的通知》等通知，充分證明當(dāng)?shù)卣约半娋W(wǎng)公司對(duì)于分布式光伏系統(tǒng)并網(wǎng)項(xiàng)目的認(rèn)可。但是就全國(guó)而言，云南省發(fā)布相關(guān)規(guī)定及通知的時(shí)間較晚，行業(yè)起步較慢，市場(chǎng)基本處于未開發(fā)階段。就小型分布式并網(wǎng)光伏系統(tǒng)而言，整個(gè)云南省只在玉溪（2個(gè)項(xiàng)目）、昆明（1個(gè)項(xiàng)目）實(shí)現(xiàn)了并網(wǎng)運(yùn)行。在本次投建地點(diǎn)的大理，尚未有家庭用分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)的先例。直接設(shè)計(jì)一套并網(wǎng)系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行有一定的難度及不確定性，所以在本次設(shè)計(jì)過程中，分別對(duì)離網(wǎng)系統(tǒng)和并網(wǎng)系統(tǒng)所需參數(shù)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪。系統(tǒng)建設(shè)房屋有較好的采光環(huán)境，周圍均為等高別墅區(qū)，無遮擋。向南屋面有兩塊，一塊為彩鋼瓦屋面，另一塊為琉璃瓦屋面，因琉璃瓦屋面部分安裝了太陽(yáng)能熱水器，剩余可用面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于彩鋼瓦，所以選擇在彩鋼瓦屋面上進(jìn)行系統(tǒng)的安裝，經(jīng)過測(cè)量，安裝地點(diǎn)情況如表4.1。表4.1安裝地點(diǎn)參數(shù)屋面南北向長(zhǎng)度（m）屋面東西向長(zhǎng)度（m）屋面面積（m2屋面類型屋面朝向屋面傾角6.424.9031.46彩鋼瓦南偏西6°14°圖4.1為屋面示意圖。圖4.1安裝屋面示意圖因?yàn)槲菝鏋椴输撏呶菝?，可以直接在彩鋼瓦上用專用夾塊固定光伏專用支架。則不需要考慮立式支架。在逆變器選擇安裝位置上，考慮逆變器安裝要求，以最大化延長(zhǎng)逆變器壽命為目的，并且考慮走線便捷性，選擇將逆變器安裝在屋面下方的通風(fēng)室內(nèi)，安裝位置如圖4.2所示。圖4.2逆變器安裝位置面示意圖安裝所需數(shù)據(jù)完成后，簡(jiǎn)單預(yù)估系統(tǒng)安裝走線情況。光伏板間直流線纜可以在連接好之后直接安放在電池板背部，在部分位置，需要用pve管進(jìn)行保護(hù)，防止雨水陽(yáng)光等侵蝕。在屋面后方留有一開口可作為進(jìn)出線口，讓直流線纜通過線口到達(dá)逆變器，交流電纜也可以利用此口進(jìn)出?？紤]離網(wǎng)系統(tǒng)，因蓄電池?zé)o須固定，考慮走線便捷，安放在預(yù)期逆變器位置下方即可。同時(shí)，統(tǒng)計(jì)了用電負(fù)荷情況，如表4.2。表4.2家庭用電量用電負(fù)荷數(shù)量功率(w)日均運(yùn)行時(shí)間（h）日均耗電量(kW·h)電視250022電燈若干34041.36電磁爐116000.50.8冰箱1120241電腦220041.6其他1總計(jì)2760W7.76至此，數(shù)據(jù)收集工作基本完成，之后將進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理及根據(jù)結(jié)果進(jìn)行太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)光伏支架的選擇固定支架系統(tǒng)：地面支架系統(tǒng)和屋頂支架系統(tǒng)。地面支架分水泥基礎(chǔ)光伏支架和地錨拴基礎(chǔ)光伏支架。水泥基礎(chǔ)光伏支架是使用在地基為水泥墩基礎(chǔ)的地面；地錨拴基礎(chǔ)光伏支架是使用在地基為螺旋樁或螺旋管的地面。屋頂支架分彩鋼板屋頂支架、琉璃瓦屋頂支架和水泥屋頂支架。彩鋼板屋頂支架是使用在屋頂為彩鋼瓦的屋面上，其支架結(jié)構(gòu)平鋪在彩鋼瓦上；琉璃瓦屋頂支架是使用在屋頂為琉璃瓦的屋面上，通過特殊的掛鉤嵌入琉璃瓦間，支架結(jié)構(gòu)平鋪在琉璃瓦上。除此之外還有太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)。太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)是經(jīng)過精確測(cè)量設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)能夠隨著太陽(yáng)的升落移動(dòng)，保證太陽(yáng)能電池板隨時(shí)以一個(gè)最佳入射角接收陽(yáng)光，從而提高太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率的一種支架系統(tǒng)。圖4.3光伏支架系統(tǒng)對(duì)于分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)來說，比較典型也是應(yīng)用較多的為水泥屋頂支架和彩鋼板、琉璃瓦支架。在鋼筋混凝土平屋面上，為了不破壞屋面的防水層結(jié)構(gòu)，大都采用水泥屋頂支架，在滿足屋面基礎(chǔ)負(fù)重，且滿足風(fēng)吸下受力要求的情況下，在基礎(chǔ)立式支架基礎(chǔ)上安裝龍骨，放置太陽(yáng)能電池板，最終將電池板用壓塊與龍骨可靠連接。在支架下方安置負(fù)重塊，保證支架穩(wěn)定。在后立柱安裝后拉，加強(qiáng)立體區(qū)域穩(wěn)定。這種支架優(yōu)點(diǎn)很明確，能夠完美切合當(dāng)?shù)叵到y(tǒng)最佳安裝角度進(jìn)行安裝，極大提高發(fā)電量，但是缺點(diǎn)也很明顯，極大增加了屋面負(fù)荷，在建成后期，如果要移動(dòng)支架雖然很簡(jiǎn)單，但是移動(dòng)負(fù)重塊將會(huì)很困難，并且這種安裝方式基本讓平屋面只能用于安裝電池板，可以說是改動(dòng)了屋面結(jié)構(gòu)，不能夠最大程度的利用空間。這種支架系統(tǒng)的安裝如圖4.4、圖4.5所示。圖4.4立式配重支架系統(tǒng)圖4.5立式系統(tǒng)后拉桿對(duì)于家庭用分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，更多的是在屋頂?shù)男蔽菝嫔?，直接進(jìn)行安裝，即是彩鋼板、琉璃瓦支架。這種安裝方式通過專用的夾具與屋面角馳連接，再在此基礎(chǔ)上安裝龍骨與組件，這類支架將在原屋面承載能力基礎(chǔ)上增加恒荷載20kg/m2。這類安裝系統(tǒng)能與原有屋面貼合，受到風(fēng)力的影響不大，安裝方便快捷，拆卸也相對(duì)輕松，不用做屋面結(jié)構(gòu)改造，除此之外，這種安裝方式能夠很好的利用起屋頂斜屋面這類空置屋面，這是非常符合當(dāng)前節(jié)能的思想的，但是缺點(diǎn)也是非常明顯，原有斜屋面大多不可能傾角滿足光伏系統(tǒng)安裝的最佳傾角，這類屋面的安裝將會(huì)在利用空置面積的基礎(chǔ)上，轉(zhuǎn)而犧牲掉更高的系統(tǒng)效率。圖4.6彩鋼瓦支架系統(tǒng)本次設(shè)計(jì)中，現(xiàn)場(chǎng)屋面有琉璃瓦屋面和彩鋼瓦屋面，兩個(gè)屋面均為朝南向，并且都有一定的角度，但是琉璃瓦屋面面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于彩鋼瓦屋面，所以選用彩鋼瓦屋面作為太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)安裝屋面，選用彩鋼板支架系統(tǒng)。圖4.7為彩鋼瓦安裝步驟。圖4.7彩鋼瓦支架系統(tǒng)安裝詳解光伏組件選擇及排布自2012年歐盟對(duì)華反傾銷案后，我國(guó)大量的光伏制造商破產(chǎn)倒閉，這樣也留下塞選出了很多優(yōu)秀的光伏制造商，比如天合光能、天威英利、晶科能源等等。面對(duì)市場(chǎng)良莠不齊的光伏電池板，無疑要選用品質(zhì)過硬的電池板保障項(xiàng)目的成功運(yùn)行。根據(jù)當(dāng)前市場(chǎng)情況，本次設(shè)計(jì)選用了天威英利的YL250P-29b。參數(shù)如表4.3所示。表4.3光伏組件參數(shù)組件參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值組件型號(hào)YL250P-29b能效等級(jí)A額定功率250.0W（0/+5w）額定電壓29.8V額定電流8.39A開路電壓37.6V短路電流8.92A最大系統(tǒng)電壓1000V最大組串熔斷電流15A重量2kg組件尺寸1000mm*1650mm*40mm圖4.8組件外觀組件選擇完成后，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)可用安裝面積進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于一個(gè)離網(wǎng)系統(tǒng)而言，系統(tǒng)裝機(jī)容量需要根據(jù)家庭用電負(fù)荷情況來設(shè)計(jì)，系統(tǒng)裝機(jī)容量必須大于家庭總負(fù)荷，否則在家庭負(fù)荷開始運(yùn)行之后，整個(gè)供電系統(tǒng)功率無法達(dá)到負(fù)荷功率，將會(huì)導(dǎo)致用電回路中電壓過低，輕則電器或逆變器停止運(yùn)行或蕩機(jī)，重則燒毀電器和電氣設(shè)備，在一個(gè)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的逆變器中，會(huì)有低壓關(guān)斷保護(hù)裝置，在系統(tǒng)電壓低于某一值時(shí)，逆變器將會(huì)停止工作。當(dāng)然也并不能在離網(wǎng)系統(tǒng)中一味的追求大裝機(jī)容量，如果是在離網(wǎng)系統(tǒng)可用安裝面積富余的條件下，過大的裝機(jī)容量將會(huì)導(dǎo)致大量的電能浪費(fèi)，當(dāng)蓄電池儲(chǔ)存滿電能且逆變器交流側(cè)無負(fù)載消耗這些電能后，太陽(yáng)能控制器將會(huì)停止電池板繼續(xù)向蓄電池供電，導(dǎo)致電池板長(zhǎng)時(shí)間停止工作。同樣當(dāng)離網(wǎng)系統(tǒng)可用裝機(jī)面積無法滿足負(fù)荷所需容量時(shí)，必須設(shè)置一保護(hù)回路，并且將家庭電路分離開來，讓滿足離網(wǎng)系統(tǒng)容量的負(fù)載回路與系統(tǒng)相連，起到保護(hù)作用。對(duì)于一個(gè)并網(wǎng)系統(tǒng)而言，因?yàn)殡娋W(wǎng)即是一個(gè)負(fù)載，則不需考慮裝機(jī)容量與家庭用電的關(guān)系，只需盡可能的利用起屋面，增大裝機(jī)容量，從而產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于并網(wǎng)系統(tǒng)電能分配方式，在綜合設(shè)計(jì)部分具體說明。在本次設(shè)計(jì)初期，因現(xiàn)場(chǎng)施工的不確定性，對(duì)于系統(tǒng)能否并網(wǎng)未知，做了離網(wǎng)和并網(wǎng)兩種設(shè)計(jì)方案。因并網(wǎng)系統(tǒng)是按照最大裝機(jī)容量設(shè)計(jì)，先進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。上文提到本次設(shè)計(jì)提供屋面面積為31.46m2，可以進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算，單塊電池板面積為1.65m2，則有系統(tǒng)最大容量/250W=可用面積/單塊電池板面積，得出系統(tǒng)最大容量可為4.75kW即19塊250W電池板。在實(shí)際操作過程中，電池板大小固定不變，不可能滿滿排布19塊電池板，可以使用AutoCAD軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，輸入具體參數(shù)進(jìn)行組件排布最大化。同時(shí)因?yàn)槲蓓敄|和屋頂南為懸空位置，安裝無法進(jìn)行，同時(shí)為了后期運(yùn)維方便，設(shè)計(jì)將電池板分為兩部分排布，中間留一條走道，方便維護(hù)安裝，在此前提下進(jìn)行設(shè)計(jì)。在使用CAD軟件時(shí)，保證繪制參數(shù)正確，屋面比例與電池板比例必須相同，在繪制好兩者后，即可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行電池板試排布直至找到最佳排布方式。在安裝電池板時(shí)，每?jī)蓧K電池板間因?yàn)橐惭b專用夾塊，會(huì)占據(jù)兩板間2cm空間，繪出圖例。同時(shí)，屋面向南傾斜，為了彩鋼瓦排水，彩鋼瓦瓦梁也必然為南北向北高難低。在彩鋼瓦上安裝光伏專用支架后，電池板擺放位置也將被固定為1m邊與東西向平行，1.65m邊與南北向瓦梁平行，如圖4.9所示。圖4.9組件理想排布及初步排布經(jīng)過軟件設(shè)計(jì)可以發(fā)現(xiàn)，受到現(xiàn)場(chǎng)條件的制約，系統(tǒng)的裝機(jī)容量也受到了很大的影響,由計(jì)算結(jié)果的19塊4.75kW降低到理想化排布的18塊4.5kW，再降低到最終可性的12塊3kW。經(jīng)過初步的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)，整個(gè)并網(wǎng)系統(tǒng)排布情況如下：將整個(gè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的組件分為兩部分，每部分6塊組件，即1.5kW，共3kW。一部分組件沿彩鋼瓦最西端以三行兩列式排布于彩鋼瓦西側(cè)，另一部分沿彩鋼瓦最東端以三行兩列式排布與彩鋼瓦東側(cè)。兩部分組件中間留有約0.82m空置過道，方便前期安裝和后期運(yùn)維。在彩鋼瓦北端同樣留有約1.40m空置過道，此過道因?yàn)槎逃陔姵匕彘L(zhǎng)度（1.65m），無法進(jìn)行電池板的安裝。這些空間可以用作排線走線，具體排線走線的方法因受逆變器影響，在太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)中具體進(jìn)行設(shè)計(jì)說明。經(jīng)過這樣的設(shè)計(jì)，雖不能保證后期施工百分百能還原設(shè)計(jì)，但是能夠保證在投建地點(diǎn)以最大的裝機(jī)容量進(jìn)行系統(tǒng)裝機(jī)，保障分布式并網(wǎng)系統(tǒng)的核心電池板在裝機(jī)時(shí)不出現(xiàn)多塊或空置地塊，最大程度的節(jié)約投資成本。對(duì)于離網(wǎng)系統(tǒng)而言，上表可知家庭負(fù)荷最大功率為2760W，因電池板為250W/塊，滿足離網(wǎng)系統(tǒng)安裝條件的最小容量為3kW，在并網(wǎng)系統(tǒng)中電池板的設(shè)計(jì)可知，本次項(xiàng)目可用屋面最大裝機(jī)容量為3kW，即如果本次項(xiàng)目最終建成為離網(wǎng)系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)的裝機(jī)容量為3kW，電池板排布方式與并網(wǎng)系統(tǒng)相同。相比彩鋼瓦上建設(shè)的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的初期設(shè)計(jì)，立式支架分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的初級(jí)設(shè)計(jì)就要麻煩得多。在彩鋼瓦支架上的系統(tǒng)，電池板處于同一面內(nèi)，互相不會(huì)產(chǎn)生陰影遮擋；而在立式支架系統(tǒng)中，因?yàn)橹Ъ鼙旧碛幸欢ǖ母叨龋芭畔到y(tǒng)的陰影在某些時(shí)間段內(nèi)就會(huì)投射到后排系統(tǒng)的電池板上，極大程度影響了系統(tǒng)發(fā)電效率，因此要進(jìn)行陰影分析，保證前排后排系統(tǒng)有足夠的距離讓陰影不至于投射產(chǎn)生影響。在陰影分析中，中國(guó)以冬至太陽(yáng)上午9:00至下午15:00點(diǎn)在某一建筑標(biāo)高下產(chǎn)生的陰影長(zhǎng)度為基準(zhǔn)，進(jìn)行陰影分析，兼顧屋面盡可能高的裝機(jī)容量來進(jìn)行設(shè)計(jì)，一般設(shè)計(jì)使用基于AutoCAD開發(fā)的天正建筑，如需要詳盡的陰影分析也會(huì)使用ShadowAnalysis進(jìn)行分析。因本次設(shè)計(jì)為彩鋼瓦系統(tǒng)，不再詳述立式支架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。逆變器的選擇本次設(shè)計(jì)本著以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容為目標(biāo)，在逆變器的選擇上設(shè)計(jì)了兩套方案，一套以實(shí)現(xiàn)該光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)為目標(biāo)選用并網(wǎng)逆變器，一套備用設(shè)計(jì)選用離網(wǎng)逆變器帶蓄電池組，防止在項(xiàng)目實(shí)施過程時(shí)無法并網(wǎng)導(dǎo)致項(xiàng)目擱置。無論是并網(wǎng)逆變器或是離網(wǎng)逆變器，都要根據(jù)項(xiàng)目裝機(jī)容量來確定逆變器的功率，即逆變器功率要大于等于裝機(jī)容量，否則在系統(tǒng)工作時(shí)，電池板輸入逆變器功率大于逆變器功率，會(huì)造成逆變器蕩機(jī)，系統(tǒng)停運(yùn)。同時(shí)，逆變器運(yùn)行的特性是輸入功率越接近于逆變器自身最大功率，逆變器轉(zhuǎn)化效率越高，所以在選擇逆變器時(shí)也不能選擇功率較大的逆變器，否則逆變器效率低下，造成不必要的損失?？偠灾谝惶紫到y(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，逆變器的選擇必須依據(jù)系統(tǒng)裝機(jī)容量來確定。對(duì)于一個(gè)離網(wǎng)系統(tǒng)而言，逆變器的選擇相對(duì)簡(jiǎn)單得多，首先逆變器要符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，有過流過壓保護(hù)等，其次逆變器實(shí)續(xù)功率要滿足系統(tǒng)容量，逆變器符合系統(tǒng)的直流側(cè)要求，輸入電壓符合蓄電池的輸出電壓，同時(shí)在逆變交流側(cè)能夠穩(wěn)定的輸出正弦波，如我國(guó)家用電一般為220V，50Hz。在光伏組件的選擇部分，初步設(shè)計(jì)如系統(tǒng)為離網(wǎng)系統(tǒng)的情況下，系統(tǒng)裝機(jī)容量為3kW，蓄電池輸出電壓可為12V/24V。則選擇實(shí)續(xù)功率為3kW的逆變器。但在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中，電池板工作效率不可能隨時(shí)以100%的效率（即滿載3kW）運(yùn)行，晴天正午時(shí)電池工作板效率到90%及以上是屬于非常優(yōu)秀的工作效率，且電池板運(yùn)行受天氣影響較大，對(duì)于陰天或是飄過的云遮擋陽(yáng)光，也會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行功率急劇下降，所以在實(shí)際中，3kW的系統(tǒng)可以不選擇實(shí)續(xù)功率為3kW的逆變器，依據(jù)離網(wǎng)逆變器型號(hào)，可以選擇2.5kW的離網(wǎng)逆變器。圖4.10為離網(wǎng)逆變器，表4.4為3kW離網(wǎng)逆變器參數(shù)。圖4.10離網(wǎng)逆變器表4.4離網(wǎng)逆變器參數(shù)離網(wǎng)逆變器參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值型號(hào)3000W離網(wǎng)逆變器直流輸入電壓12V/24V輸入電壓范圍DC11-15V/22-30V/44-60V空載電流<2A效率>90%交流輸出電壓AC220V實(shí)續(xù)功率3000W峰值功率6000W輸出頻率50Hz輸出波形純正弦波輸出諧波含量<3%低壓報(bào)警DC10.2-10.8V/20.4-21.6V低壓關(guān)斷DC9.2-9.8V/18.4-19.6V過載120%-130%輸出關(guān)斷對(duì)于一個(gè)太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)系統(tǒng)而言，因?yàn)橐⑷腚娋W(wǎng)，所以系統(tǒng)對(duì)逆變器的要求更為嚴(yán)格，否則將對(duì)地區(qū)電網(wǎng)產(chǎn)生破壞，影響片區(qū)用電，因此必須安裝一個(gè)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及電網(wǎng)上網(wǎng)要求的并網(wǎng)逆變器。并網(wǎng)逆變器要實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)，其電壓會(huì)略高于電網(wǎng)電壓，同時(shí)還需有符合上網(wǎng)點(diǎn)的連接點(diǎn)相位、與電網(wǎng)相同的頻率，保證外送電能質(zhì)量過關(guān)，必須有孤島保護(hù)、過載保護(hù)、過流保護(hù)、失壓保護(hù)等保護(hù)措施，保證電網(wǎng)失電時(shí)逆變器停止工作，防止電網(wǎng)失電時(shí)系統(tǒng)外送電引起的電氣設(shè)備損壞，避免對(duì)電網(wǎng)檢修試驗(yàn)人員造成危險(xiǎn)。由于建筑屋面或地面情況的多樣性，組件在安裝排布中可能會(huì)出現(xiàn)多種多樣的排布方式，這促使并網(wǎng)逆變器不再拘泥于普通逆變器的形式，而是出現(xiàn)了集中逆變器、組串逆變器、多組串逆變器和組件逆變器等多種形式的并網(wǎng)逆變器，來實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化的最佳方式。集中逆變器一般用于大型的光伏發(fā)電系統(tǒng)（電站），在這種系統(tǒng)中，很多光伏組串被連接到該中逆變器的直流側(cè)，一般功率大的系統(tǒng)使用三相IGBT功率模塊，功率小的系統(tǒng)使用場(chǎng)效應(yīng)晶體管，同時(shí)使用DPS轉(zhuǎn)換控制器來改善產(chǎn)出電能，使之非常接近正弦波電流。這種逆變器功率高，成本低。但是當(dāng)其中一個(gè)組串出現(xiàn)問題時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致逆變器蕩機(jī)整個(gè)系統(tǒng)停運(yùn)。組串逆變器是現(xiàn)在市場(chǎng)上使用得比較多的逆變器，將每個(gè)光伏組串通過一個(gè)該類型的逆變器，在直流側(cè)有最大功率峰值跟蹤，交流側(cè)并網(wǎng)。能夠讓不同的模塊串聯(lián)運(yùn)行，讓其中一個(gè)或幾個(gè)工作，產(chǎn)出更多的電能。缺點(diǎn)是組串?dāng)?shù)理限制，不適合部分系統(tǒng)使用。多組串逆變器是集中逆變器與組串逆變器的改良，能夠在一臺(tái)逆變器上實(shí)現(xiàn)多個(gè)組串的并聯(lián)，當(dāng)其中一個(gè)組串出現(xiàn)問題，也不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)蕩機(jī)，同時(shí)不同尺寸、不同技術(shù)的光伏組件或者不同方向的組串都能夠連接在這種類型的逆變器上?，F(xiàn)在很多系統(tǒng)選擇使用這種逆變器，能夠讓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)排布以及組件的選擇更為自由。組件逆變器則是每一塊組件使用一個(gè)逆變器，每一塊組件發(fā)出直流電后直接進(jìn)行逆變，再將多塊組件逆變后的交流電流匯流后輸送。多用于小型的系統(tǒng)（50W-400W）。根據(jù)光伏組件的選擇中，并網(wǎng)逆變器選擇為3kW并網(wǎng)逆變器。同樣在本次設(shè)計(jì)條件下，對(duì)于并網(wǎng)系統(tǒng)來說，也可以選擇2.5kW的并網(wǎng)逆變器。圖4.11為并網(wǎng)逆變器，表4.5為3kW并網(wǎng)逆變器詳細(xì)參數(shù)。圖4.11并網(wǎng)逆變器表4.5并網(wǎng)逆變器參數(shù)并網(wǎng)逆變器參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值型號(hào)3000W并網(wǎng)逆變器最大輸入功率3200W最大輸入電壓550VMPPT電壓范圍120V-450V最大輸入電流10A最大短路電流12A最大反饋電流<0.1mA電源連接器單相額定輸出功率3000W額定輸出電壓230V額定輸出頻率50Hz額定輸出電流13A最大輸出沖擊電流13A最大輸出故障電流20A最大輸出保護(hù)電流20A諧波畸變<3%最大效率96.18%并網(wǎng)逆變器必須要有出廠檢驗(yàn)，并且生成一份出廠檢驗(yàn)報(bào)告，只有通過檢驗(yàn)的并網(wǎng)逆變器才能投入使用，并且在光伏系統(tǒng)正式并網(wǎng)前，電網(wǎng)會(huì)對(duì)并網(wǎng)逆變器進(jìn)行檢測(cè)，保證逆變器正常運(yùn)行，保障電網(wǎng)安全。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的效益分析在太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，要根據(jù)已知數(shù)據(jù)對(duì)光伏系統(tǒng)的發(fā)電量進(jìn)行預(yù)估計(jì)算：EoutEout為系統(tǒng)全年輸出的電能（kW·h/y）；Ht為光伏方陣面上全年接收到的太陽(yáng)總輻照量與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的地面太陽(yáng)輻射強(qiáng)度G=1000W/m在光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期，可以使用RETScreen進(jìn)行系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。RETScreen是一款加拿大的清潔能源管理軟件，主要用于清潔項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益分析。在此軟件中，采用美國(guó)宇航局（NASA）衛(wèi)星測(cè)量所提供的數(shù)據(jù)，通過經(jīng)緯度的精確定位，可以知道地區(qū)每月平均每日太陽(yáng)輻射度等參數(shù)，并通過填寫預(yù)期項(xiàng)目情況，如項(xiàng)目裝機(jī)容量、組件選擇、逆變器選擇、當(dāng)?shù)仉妰r(jià)情況等數(shù)據(jù)，能生成一系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)報(bào)告。但是該軟件并不是專業(yè)的針對(duì)光伏設(shè)計(jì)的軟件，無法查詢地區(qū)最佳傾角，還需通過計(jì)算或是其他輔助軟件查詢地區(qū)傾角。針對(duì)在國(guó)內(nèi)難以查詢太陽(yáng)輻照度這一情況，則可以通過此軟件在國(guó)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)暢通的情況下進(jìn)行輔助查詢。圖4.12RETScreen讀取地區(qū)數(shù)據(jù)圖4.13大理地區(qū)日照時(shí)數(shù)在國(guó)內(nèi)，也有類似的輔助軟件及網(wǎng)站用以光伏電站的設(shè)計(jì)和發(fā)電量的估算。比如本次設(shè)計(jì)使用的“光伏寶”，網(wǎng)址為：/，則是一款非常簡(jiǎn)便快捷的輔助設(shè)計(jì)網(wǎng)站。在網(wǎng)站中有發(fā)電量估算模塊，只需簡(jiǎn)單填寫地區(qū)，即能讀取城市最佳傾角數(shù)據(jù)，之后選擇實(shí)際安裝傾角，朝向以及裝機(jī)容量后，就能夠?qū)ο到y(tǒng)的裝機(jī)容量進(jìn)行計(jì)算。因再日照時(shí)間計(jì)算中，正南用9:00至15:00分進(jìn)行計(jì)算，本次設(shè)計(jì)屋面朝向?yàn)槟掀?°，在計(jì)算中也是用9：00至15:00，所以以下分析設(shè)計(jì)全部認(rèn)為朝向?yàn)檎?。圖4.14為發(fā)電量估算界面。圖4.14發(fā)電量估算經(jīng)過以上的設(shè)計(jì)，本次系統(tǒng)的裝機(jī)傾角為14°，表4.6列舉了通過此網(wǎng)站的發(fā)電量估算,不同傾角對(duì)系統(tǒng)的影響。表4.6系統(tǒng)發(fā)電量估算傾角29°14°水平輻照年總值（kWh/m2）1698.851698.85傾斜角輻照年總值（kWh/m2）1880.301832.27首年總發(fā)電量（kWh）4332.214221.57首年平均發(fā)電量（kWh/kWp）1444.071407.19裝機(jī)容量（kW）33二氧化碳減排量（噸）4.534.42經(jīng)過對(duì)比我們可以發(fā)現(xiàn)，不同的裝機(jī)傾角對(duì)光伏系統(tǒng)運(yùn)行效率有一定的影響，在系統(tǒng)安裝角度與當(dāng)?shù)刈罴褍A角相差19°約52%的差值時(shí)，在一年中對(duì)系統(tǒng)發(fā)電量有110.64kWh約2.66%的影響，平均每天少發(fā)電約0.3kWh。除此之外，可以使用PVSYST軟件。PVSYST是一款專門用于太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件，它集成簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)，能夠完美的利用豐富的功能完成太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。它能夠讀取系統(tǒng)安裝位置數(shù)據(jù)，通過當(dāng)?shù)靥?yáng)輻照量直接得出當(dāng)?shù)刈罴烟?yáng)能組件安裝傾角、行距、方位角等數(shù)據(jù)；并根據(jù)系統(tǒng)情況詳細(xì)設(shè)計(jì)失配損失、連接損失、遮蔽損失、輻照損失、灰塵損失、溫度影響、平衡系統(tǒng)（BOS）效率等參數(shù)，根據(jù)系統(tǒng)安裝地點(diǎn)環(huán)境情況，繪制系統(tǒng)安裝效果圖并進(jìn)行陰影分析，最后進(jìn)行模擬計(jì)算，得出太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的一份詳盡的可行性報(bào)告及安裝效果圖。在PVSYST的初期設(shè)計(jì)部分，我們可以根據(jù)可用屋面面積來進(jìn)行設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，也可以根據(jù)系統(tǒng)裝機(jī)容量來進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，還可以根據(jù)年均發(fā)電量來進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在輸入相應(yīng)的安裝角度之后，能夠清楚的看到不同安裝傾角造成的損失以及系統(tǒng)預(yù)估運(yùn)行情況。圖4.15為PVSYST初期簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)的界面。圖4.15PVSYST初步設(shè)計(jì)界面根據(jù)上文可知，本次設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)裝機(jī)容量為3kW，裝機(jī)角度為14°，方位角以0°計(jì)算，在PVSYST該界面內(nèi)填寫相關(guān)數(shù)據(jù)后，軟件計(jì)算出傾角造成系統(tǒng)的損失為2.3%，同時(shí)通過“ShowOptimisation”可以查看平均發(fā)電情況預(yù)估、夏季發(fā)電情況預(yù)估、冬季發(fā)電情況預(yù)估等數(shù)據(jù)。在完成初期設(shè)計(jì)之后，會(huì)生成一份簡(jiǎn)單的系統(tǒng)預(yù)估。下圖4.16和圖4.17是不同裝機(jī)角度即最佳傾角29°和本次設(shè)計(jì)裝機(jī)角度14°的系統(tǒng)發(fā)電量預(yù)估報(bào)告。圖4.1629°傾角初步設(shè)計(jì)報(bào)告圖4.1714°傾角初步設(shè)計(jì)報(bào)告從兩份報(bào)告中可以看出，在使用同一太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)影響因子數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，在2-5月間傾角對(duì)光伏系統(tǒng)的發(fā)電量產(chǎn)生了比較明顯的影響，在發(fā)電情況較好的冬季，系統(tǒng)基本沒有受到影響。這是不同的季節(jié)特性造成的，在冬季較好的發(fā)電環(huán)境下，較小的影響因子不容易影響整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率，而在春夏季，雨水較多，導(dǎo)致發(fā)電效率有所降低，加上傾角不是最佳傾角，電池板利用率將會(huì)進(jìn)一步下降。經(jīng)過初步分析設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)為家庭用離網(wǎng)（并網(wǎng)）3kW光伏發(fā)電系統(tǒng)，裝機(jī)方位為南偏西6°，以國(guó)內(nèi)軟件測(cè)算數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，預(yù)計(jì)年發(fā)電量為4221.57kWh。對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行效率分析，如表4.7。表4.7系統(tǒng)效率分析序號(hào)效率名稱損失量值1光伏系統(tǒng)占地面積小，導(dǎo)線有極小損失可以忽略02太陽(yáng)能電池板之間存在一定的特性差異，不一致性損失系數(shù)2%3太陽(yáng)能電池板表面即使清理仍存在一定的積灰，遮擋損失系數(shù)2%4逆變器工作時(shí)存在一定損耗2%5早晚不可利用太陽(yáng)能輻射損失系數(shù)3%6光伏電池的溫度影響系數(shù)3%7考慮當(dāng)?shù)貧夂蜃兓^大及各種不利因素的影響3%8交直流電纜損耗4%系統(tǒng)總效率為：98%×98%×98%×97%×97%×97%×96%=82.5%本次設(shè)計(jì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)效率為82.5%。光伏組件在光照及常規(guī)大氣環(huán)境中使用會(huì)有衰減，按系統(tǒng)前十年總共衰減10%，后十五年輸出總共衰減10%計(jì)算，25年發(fā)電量測(cè)算如表4.8。表4.825年發(fā)電量估算年限單位（kWh）系統(tǒng)衰減率第1年4221.571%第2年4179.351%第3年4137.561%第4年4096.191%第5年4055.221%第6年4014.671%第7年3974.521%第8年3934.781%第9年3895.431%第10年3856.481%第11年3830.640.67%第12年3804.970.67%第13年3779.480.67%第14年3754.150.67%第15年3729.000.67%第16年3704.020.67%第17年3679.200.67%第18年3654.550.67%第19年3630.070.67%第20年3605.750.67%第21年3581.590.67%第22年3557.590.67%第23年3533.750.67%第24年3510.080.67%第25年3486.560.67%25年平均發(fā)電量3808.2925年總發(fā)電量99015.48按照實(shí)際裝機(jī)容量3kWp計(jì)算，25年年均發(fā)電等效利用小時(shí)數(shù)為：99015.48kWh÷3kW÷25=1320.21h由以上計(jì)算可得，本次設(shè)計(jì)在項(xiàng)目實(shí)施運(yùn)作后，25年總發(fā)電量約為99015.48kWh，第一年發(fā)電量為4221.57kWh，25年平均發(fā)電量為3808.29kWh，年平均利用小時(shí)數(shù)為1320.21h。太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)對(duì)于一個(gè)分布式太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)來說，最重要的三部分：電池板、逆變器、支架系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成之后，并不意味著系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)束或是關(guān)于這三部分的設(shè)計(jì)結(jié)束，而是意味著要開始更為詳盡的光伏系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，甚至于推翻之前的分塊式的設(shè)計(jì)推出一套新的設(shè)計(jì)方案使分塊整合，將電池板、支架和逆變器三者結(jié)合得更為緊密貼合實(shí)際，保證系統(tǒng)的順利安裝實(shí)施。同時(shí)還要細(xì)化分析太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益，預(yù)估發(fā)電量等，合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)排線走線方式方法，根據(jù)情況合理設(shè)計(jì)離網(wǎng)（并網(wǎng)）電能配送存儲(chǔ)方式等設(shè)計(jì)工作。這部分將以理論為基礎(chǔ)，以符合實(shí)際為要義來進(jìn)行設(shè)計(jì)，力求設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用。我把這部分設(shè)計(jì)的內(nèi)容稱為太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)。光伏組件的排布及固定在完成了太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)及經(jīng)濟(jì)效益分析之后，就要著手進(jìn)行光伏系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)。在這個(gè)部分，會(huì)依據(jù)初步設(shè)計(jì)情況，細(xì)化光伏支架龍骨位置，繪制圖例，深化設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)排線走線位置，確定電池板連接方式，設(shè)計(jì)離網(wǎng)系統(tǒng)所需的蓄電池組，設(shè)計(jì)并網(wǎng)系統(tǒng)并網(wǎng)點(diǎn)等工作。首先，將光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心電池板的安裝排布確定下來。在初步的設(shè)計(jì)中，電池板安裝方位是在屋面東南角和西南角，在屋面北面留有多余空間，現(xiàn)考慮到屋面南部和東部為懸空，在安裝靠近西南部及南部的電池板時(shí)比較危險(xiǎn)，所以對(duì)初步設(shè)計(jì)進(jìn)行更改，將電池組整體以西北角為基準(zhǔn)上移，讓電池組盡可能的靠近屋面西側(cè)和北側(cè)，避免在安裝過程中的危險(xiǎn)。確定支架系統(tǒng)為彩鋼瓦支架系統(tǒng)，則需要具體設(shè)計(jì)導(dǎo)軌（龍骨）的排布。在設(shè)計(jì)原則中，無論用什么方式讓電池板與龍骨固定，每塊電池板下必須有兩支與電池板長(zhǎng)方向垂直的龍骨排布。本次設(shè)計(jì)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，龍骨排布無障礙，因此每?jī)蓧K電池板下方以合理的方向安裝兩支龍骨，每支龍骨長(zhǎng)為220cm，分別平行排布在電池板一短邊向上33.5cm處和另一短邊向下33.5cm處。根據(jù)初步設(shè)計(jì)，共使用導(dǎo)軌（龍骨）12支。排布情況如圖。龍骨選擇材料為熱鍍鋅C型鋼，這種材料使用年限長(zhǎng)，不易生銹，基本能配合電池板25年的使用壽命，規(guī)格為40×40×10×2.0。圖4.18導(dǎo)軌排布電池板與支架連接有多種方式，可以通過電池板背部固定孔進(jìn)行固定，也可以通過壓塊進(jìn)行固定。電池板背部固定孔固定最為牢固，但是非常不便，電池板背部空間狹窄，電池板厚度40mm，除去材料厚度及電池片占用厚度，可操作空間只留下約30mm，不方便螺母與螺桿的連接。這種固定方式需要使用m6×55及55以上的內(nèi)角螺絲，整個(gè)螺絲加裝m8及以上的墊片，從下往上穿過C型鋼通過墊片將螺絲頭卡主C型鋼，螺紋穿過電池板背部固定孔后將其與螺母連接固定。將用壓塊進(jìn)行固定是現(xiàn)階段最為普遍的連接方式，其安裝簡(jiǎn)便，能夠牢固固定電池板，在電池板正面即可進(jìn)行。壓塊分為中壓塊和邊壓塊，邊壓塊在龍骨與電池板最邊沿使用，只固定單塊電池板，通過壓塊側(cè)邊平臺(tái)上的螺絲將壓把與電池板邊沿壓實(shí)，中壓塊用于兩塊電池板間的固定，通過壓塊中間平臺(tái)上的螺絲將壓塊壓把分別與兩塊電池板邊沿壓實(shí)。這種固定方式需要用到異形螺母，這種螺母在下端裝有強(qiáng)力彈簧，螺母置于導(dǎo)軌內(nèi)部，通過彈簧作用，把異形螺母上推至導(dǎo)軌C口處卡住，后從上往下穿過壓塊螺絲孔將螺絲與異形螺母固定，完成連接。需要用到m8×25及25以上45以下的螺絲。圖4.19為壓塊安裝。圖4.19壓塊的固定綜合考慮后，本次設(shè)計(jì)使用壓塊固定。在導(dǎo)軌位置確定后，相應(yīng)電池板的安裝位置也就確定下來，如圖4.20所示。圖4.20組件排布線纜的排布在電池組位置和逆變器位置確定之后，就要開始進(jìn)行線纜鋪設(shè)的設(shè)計(jì)。在我國(guó)家庭用分布式太陽(yáng)能光伏電站還沒有一個(gè)非常好的發(fā)展，全國(guó)沒有任何一幢房屋能夠在建造時(shí)就將太陽(yáng)能光伏電站所需電纜預(yù)埋，所需現(xiàn)在要建設(shè)一個(gè)這樣的電站，所有的線纜只能走明線。對(duì)于在室內(nèi)的線纜可以排布在不影響居住者活動(dòng)的墻角或是屋頂，對(duì)于在室外的電纜，必須采取相應(yīng)的保護(hù)措施保證電纜不被雨水等自然因素侵蝕，一般情況都會(huì)安裝pvc管對(duì)室外電纜進(jìn)行保護(hù)。線纜的設(shè)計(jì)以安全為首要，特別是交流電纜，必須排布在遠(yuǎn)離人活動(dòng)的區(qū)域。其次在屋面應(yīng)根據(jù)電池組的串并聯(lián)情況鋪設(shè)管道，合理利用屋面與屋內(nèi)通風(fēng)口，避免打扣等破壞屋面結(jié)構(gòu)。本次設(shè)計(jì)為3kW光伏系統(tǒng)，共12塊電池板，依據(jù)電池板參數(shù)，可以進(jìn)行如下計(jì)算。當(dāng)電池板全部串聯(lián)時(shí)，系統(tǒng)工作電壓=29.8V×12=357.6V，系統(tǒng)開路電壓=37.6V×12=451.2V。當(dāng)電池組排布出現(xiàn)并聯(lián)時(shí)，假設(shè)以最小串?dāng)?shù)2串計(jì)算，每串工作電壓=29.8V×6=178.8V，每串開路電壓=37.6V×6=225.6V，即系統(tǒng)工作電壓為178.8V，系統(tǒng)開路電壓為225.6V。因?yàn)槟孀兤餍逝c逆變器輸入功率成正比，對(duì)于同一逆變器來說，在符合逆變器功率、電壓等參數(shù)要求的條件下，越接近逆變器最大功率的系統(tǒng)，其逆變器效率越高。對(duì)于本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，1路mppt即12塊電池板串聯(lián)能夠使逆變器工作效率最大，同時(shí)，屋面可利用情況良好，便于電池板的串聯(lián)。因此根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)計(jì)了線纜排布，在屋面室外部分，使用D20和D40的PVC管，D20的管用于穿不帶公頭母頭的直流線纜，D40的管用于穿帶有公頭母頭的直流線纜。直流線纜選用光伏專用的PV1-F4mm2。交流線纜選擇使用YJV3*4mm2在電池板安裝時(shí)，注意電池板線盒位置，電池板背部則直接可以用原有線纜連接，這部分線纜在電池板背部不會(huì)受到雨水侵蝕，則不需使用PVC管保護(hù)，連接后簡(jiǎn)單放置在C型鋼凹槽內(nèi)即可。在室內(nèi)部分，利用原有通風(fēng)口縫隙可將直流線纜正負(fù)線引入，因逆變器設(shè)計(jì)位置在通風(fēng)口下方，則直接懸墜下直流線纜即可。交流線室內(nèi)部分從逆變器出口向上引線，引至屋內(nèi)一高約2.8m的平臺(tái)上，保證安全，后沿平臺(tái)向外引線至窗口下端，窗口下端開一交流出線口，將交流線纜排至之外，后向下排布至進(jìn)戶線附近。因是否能夠?qū)崿F(xiàn)并網(wǎng)未知，則設(shè)計(jì)出兩種方案：如系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)并網(wǎng)，則根據(jù)電網(wǎng)要求并網(wǎng)點(diǎn)接入電纜。如為離網(wǎng)系統(tǒng)，則在使用光伏系統(tǒng)時(shí)必須斷開電網(wǎng)，將交流線纜接入原有電網(wǎng)接入點(diǎn)。圖4.21為屋面及裝有逆變器的屋內(nèi)線纜排布情況(離網(wǎng)系統(tǒng)中的蓄電池組及太陽(yáng)能控制器沒有繪制在圖中)。圖4.21系統(tǒng)排線設(shè)計(jì)蓄電池的設(shè)計(jì)離網(wǎng)光伏系統(tǒng)所產(chǎn)生的有效發(fā)電量出了取決于光伏方陣容量、當(dāng)?shù)氐臍庀蠛偷乩項(xiàng)l件以及現(xiàn)場(chǎng)安裝、運(yùn)行情況等因素，還受到蓄電池容量及維持天數(shù)的限制。對(duì)于一離網(wǎng)系統(tǒng)來說，蓄電池組是必不可少的。相對(duì)來說蓄電池組的設(shè)計(jì)在離網(wǎng)系統(tǒng)中顯得非常重要，這直接影響了一個(gè)離網(wǎng)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行效率與在運(yùn)行中能夠提供的電能。關(guān)于蓄電池容量的計(jì)算，參看如下公式：WT=E0在上式中，WT為蓄電池能量，單位Wh；CT為蓄電池容量，單位Ah；E0為平均每天負(fù)荷用電量，單位Wh/d；D為蓄電池最長(zhǎng)自給天數(shù)，單位d；U為蓄電池放點(diǎn)深度；VT為直流工作電壓，單位V；ηT為蓄電池系統(tǒng)總效率[7]。對(duì)于蓄電池系統(tǒng)總效率，有如下計(jì)算依據(jù)：ηT=其中η1為蓄電池充放電效率，η2為溫度損失因子，η3為逆變器效率[7]。對(duì)于本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，可依據(jù)以上公式進(jìn)行蓄電池組的容量計(jì)算。蓄電池放電深度U取值80%，蓄電池充放電效率η1取值0.85，溫度損失因子η2取值0.9，逆變器效率η3取值0.92，則首先計(jì)算出蓄電池系統(tǒng)總效率ηT約為0.7。在工程中蓄電池最長(zhǎng)自給天數(shù)一般要求至少3天，系統(tǒng)的直流工作電壓取決于選擇的離網(wǎng)逆變器電壓，一般為12V或24V。在現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)確定部分可知，家庭用戶負(fù)載2760W，日用電量為7.76kWh，則3天用電量為23.28kWh，則蓄電池能量為：WT=23280Wh÷（U×ηT）=23280Wh÷0.56=41571.43Wh當(dāng)逆變器工作電壓為24V時(shí)，蓄電池容量為CT=WT÷24V=41571.43Wh÷24V=1732.14Ah通過計(jì)算可知，本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)需要一塊1732.14Ah的24V蓄電池，因要留出適當(dāng)余量，所以選配1800Ah的24V蓄電池一塊。但是在實(shí)際工程中，沒有廠家可以提供24V大容量的電池，所以考慮選擇一塊12V3600Ah的蓄電池，由于系統(tǒng)逆變器為24V，所以需要兩個(gè)12V的蓄電池串聯(lián)來獲得24V電壓，所以選擇2塊12V1800Ah的蓄電池。當(dāng)逆變器工作電壓為12V時(shí)，蓄電池容量為CT=WT÷12V=41571.43Wh÷12V=3464.29Ah通過計(jì)算可知，本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)需要一塊3464.29Ah的12V蓄電池，因要流出適當(dāng)余量，所以選配1塊12V3500Ah的蓄電池，滿足逆變器工作需求。防雷系統(tǒng)光伏組件采用支架直接接地的方式進(jìn)行防雷保護(hù)，不設(shè)置獨(dú)立的防直擊雷保護(hù)裝置。將光伏電池組件支架連接扁鋼與房屋原有的接地端子連接作為防雷保護(hù)。在線路防雷上，整個(gè)光伏系統(tǒng)直流側(cè)的正負(fù)極均懸空、不接地，僅將光伏方陣支架接地[8]。因本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)容量小，接入點(diǎn)一般不會(huì)高于220V，不設(shè)置避雷器。大理地區(qū)不屬于雷區(qū)，因此不需要特殊的防雷設(shè)備。在本次設(shè)計(jì)中，在光伏組件之間，用4mm2銅線通過接地孔連接，實(shí)現(xiàn)等電位安裝。防止雷擊造成電池板燒毀。電氣方案設(shè)計(jì)無論是一個(gè)離網(wǎng)系統(tǒng)還是一個(gè)并網(wǎng)系統(tǒng)，最終光伏系統(tǒng)發(fā)出的電能總是要進(jìn)入家庭負(fù)載回路使用，只有符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的電氣設(shè)備和符合要求的電氣接線方案，才能保證系統(tǒng)發(fā)出符合國(guó)家電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求的交流電，才能保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全和穩(wěn)定。為了防止意外發(fā)生，在接入負(fù)載回路前端，必須安裝斷路器，保護(hù)電路[9]。對(duì)于離網(wǎng)系統(tǒng)而言，首要保障的是在使用光伏系統(tǒng)時(shí)整個(gè)電氣回路沒有和電網(wǎng)相連。離網(wǎng)逆變器是針對(duì)沒有連接電網(wǎng)的回路設(shè)計(jì)，沒有反送電保護(hù)裝置，如果同時(shí)存在電網(wǎng)，電網(wǎng)的電能一但反送至逆變器，將會(huì)燒毀逆變器甚至將電池組全部短路燒毀；其次，要保證系統(tǒng)容量大于負(fù)載功率，保證回路中電器設(shè)備安全運(yùn)行。特別要注意的是，離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)，連接回路中所有的感性電器設(shè)備必須處于關(guān)斷狀態(tài)，比如電冰箱、電視機(jī)等設(shè)備，否則在系統(tǒng)啟動(dòng)瞬間回路中電流會(huì)擊穿電感，損壞設(shè)備[10]。對(duì)于本次設(shè)計(jì)，由上文設(shè)計(jì)內(nèi)容可知，本次裝機(jī)容量大于家庭中負(fù)載，可以直接接入家庭負(fù)載。接入電器方案如圖4.22。圖4.22離網(wǎng)系統(tǒng)回路連接對(duì)于并網(wǎng)系統(tǒng)而言，國(guó)家電網(wǎng)公司給出了多種家庭分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的接入方案，比如用戶側(cè)并網(wǎng)，則可以實(shí)現(xiàn)自發(fā)自用余電上網(wǎng)的目的，只需將光伏系統(tǒng)交流電纜并聯(lián)進(jìn)入家庭電力回路即可；或是電網(wǎng)側(cè)并網(wǎng)，則是可以讓系統(tǒng)所產(chǎn)生電能全部上網(wǎng)，這樣需要將光伏系統(tǒng)交流電纜接入380V/220V公共架空線。具體電氣方案如圖4.23和圖4.24。圖4.23并網(wǎng)系統(tǒng)用戶側(cè)并網(wǎng)圖4.24并網(wǎng)系統(tǒng)電網(wǎng)側(cè)并網(wǎng)設(shè)計(jì)報(bào)告在經(jīng)過經(jīng)濟(jì)效益分析以及設(shè)計(jì)之后，可根據(jù)項(xiàng)目情況，得出能量損失最小、光伏系統(tǒng)全年能夠得到最大的發(fā)電量并且充分滿足負(fù)載用電需要的既可靠又經(jīng)濟(jì)的最佳光伏系統(tǒng)方案。之后可以使用PVsyst光伏系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)工具對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行更為詳細(xì)的設(shè)計(jì)與計(jì)算。在PVsyst軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能中，可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行詳盡的設(shè)計(jì)，包括讀取系統(tǒng)安裝地理位置數(shù)據(jù)，通過當(dāng)?shù)靥?yáng)輻照量直接得出當(dāng)?shù)刈罴烟?yáng)能組件安裝傾角、行距、方位角等數(shù)據(jù)；根據(jù)屋面類型，繪制裝機(jī)現(xiàn)場(chǎng)3D效果圖，生成光照模型，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)模型進(jìn)行光照分析、陰影分析，得出遮光損失；選擇電池組件類型，選擇逆變器類型，同時(shí)通過設(shè)置裝機(jī)容量或是設(shè)置裝機(jī)面積，經(jīng)過逆變器的選擇后自動(dòng)設(shè)計(jì)出電池組最佳串并聯(lián)方式；根據(jù)系統(tǒng)情況詳細(xì)設(shè)計(jì)失配損失、連接損失、遮蔽損失、輻照損失、灰塵損失、溫度影響、平衡系統(tǒng)（BOS）效率等參數(shù)[11]。最后經(jīng)過模擬分析計(jì)算，得到一份詳盡的系統(tǒng)分析報(bào)告。該軟件設(shè)計(jì)光伏系統(tǒng)較為詳盡、準(zhǔn)確，國(guó)外很多光伏設(shè)計(jì)師都會(huì)使用該軟件進(jìn)行一些設(shè)計(jì)步驟。圖4.25為PVsyst系統(tǒng)設(shè)計(jì)的部分界面。圖4.25PVsyst部分界面本次設(shè)計(jì)通過PVsyst軟件，生成了一份詳細(xì)的設(shè)計(jì)報(bào)告，報(bào)告涵蓋了裝機(jī)地點(diǎn)，裝機(jī)角度、方位角，選用組件及逆變器等參數(shù)，計(jì)算得出年均發(fā)電量5580kWh，系統(tǒng)效率79.5%，與上文中的計(jì)算接近。報(bào)告如圖4.26、圖4.27、圖4.28和圖4.29。圖4.26系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告P1圖4.27系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告P2圖4.28系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告P3圖4.29系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告P4通過RETScreen軟件和PVsyst軟件，可完成分布式光伏系統(tǒng)從經(jīng)濟(jì)效益最大化到結(jié)構(gòu)合理化整個(gè)過程，能夠快捷智能的設(shè)計(jì)出一個(gè)高效益的光伏系統(tǒng)。通過詳細(xì)的數(shù)據(jù)設(shè)置與定義，能夠保證光伏系統(tǒng)在建成后的高效精準(zhǔn)運(yùn)行。優(yōu)化、強(qiáng)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程。至此，一套光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全部結(jié)束，設(shè)計(jì)圖紙如圖4.30。圖4.30系統(tǒng)總設(shè)計(jì)圖分布式太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)較之火電、水電站的設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，所受限制少，安裝形式多種多樣，能夠根據(jù)不同的現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行設(shè)計(jì)施工，是所有能源中比較便捷、投資周期短、投產(chǎn)快速的新型能源形式。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的施工及安裝在所有設(shè)計(jì)完成之后，根據(jù)設(shè)計(jì)圖到現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)確認(rèn)，在確認(rèn)設(shè)計(jì)無重大失誤的情況下，則開始進(jìn)行施工安裝。在此過程中，經(jīng)過與電網(wǎng)人員的積極協(xié)調(diào)和申請(qǐng)，在遞交了《分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目并網(wǎng)接入申請(qǐng)表（低壓）》及相關(guān)材料后，電網(wǎng)公司向投資方開據(jù)了《幸福家苑B區(qū)27-4分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目申請(qǐng)資料受理回執(zhí)》，正式同意本次設(shè)計(jì)項(xiàng)目并網(wǎng)。至此，本次設(shè)計(jì)項(xiàng)目正式確定為并網(wǎng)型家庭用分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)。購(gòu)置運(yùn)輸物資經(jīng)過設(shè)計(jì)后，安裝過程中所需物資已經(jīng)明確，所需配件規(guī)格及選擇理由，已在太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中說明，不在此贅述。整理物資清單，參看表5.1。表5.1物資清單物資名稱品牌及型號(hào)數(shù)量單價(jià)（元）合計(jì)（元）電池組件YL250P-29b12塊10/W30000并網(wǎng)逆變器AFORE-Anyhome-HNS300TL1臺(tái)36003600光伏支架熱鍍鋅40*40*10*2200C型鋼12支/1550直流電纜Pv1-f420米6120交聯(lián)電纜YJV4*420米//PVC管1D20*20006根1.59PVC管2D40*200010根330螺絲1M8*45360.518螺絲2M6*65480.524輔材壓塊、接頭若干//合計(jì)35351總計(jì)人民幣金額（大寫）：叁萬(wàn)伍仟叁佰伍拾壹圓整注意光伏板在運(yùn)輸途中一定要平置，否則運(yùn)輸途中顛簸很容易造成電池板碎裂。圖5.1和圖5.2為部分物資采購(gòu)單或物資標(biāo)號(hào)。圖5.1采購(gòu)光伏組件圖5.2采購(gòu)逆變器及輔材物資到齊后清點(diǎn)物資發(fā)現(xiàn)，光伏支架尺寸出現(xiàn)錯(cuò)誤，與廠商聯(lián)系后，得知廠商在切割時(shí)出現(xiàn)失誤，將2.2m支架切割為2.0m支架，協(xié)調(diào)后對(duì)之前設(shè)計(jì)方案進(jìn)行小幅更改：原設(shè)計(jì)太陽(yáng)能電池板全部使用壓塊與光伏支架進(jìn)行固定，現(xiàn)改為只使用中壓塊固定兩塊電池板中央連接處，電池板邊沿全部使用m6*65螺絲，利用電池板背板固定孔進(jìn)行固定。進(jìn)行安裝清點(diǎn)物資之后，開始準(zhǔn)備安裝。在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，經(jīng)過多方考慮，因彩鋼瓦為民用地方產(chǎn)彩鋼瓦，為防止安裝時(shí)間長(zhǎng)之后，彩鋼瓦會(huì)變形，所以用鋼材在彩鋼瓦上放搭建了一個(gè)框架，將光伏支架直接焊接于框架上。本次改動(dòng)并未影響光伏組件及支架的安裝位置，未改動(dòng)屋面面積，并未對(duì)之前設(shè)計(jì)造成影響。年1月20日傍晚，按照設(shè)計(jì)進(jìn)行支架的焊接，共3人進(jìn)行屋面光伏組件的排布固定（并未連接電池板）。圖5.3系統(tǒng)電池板及支架的安裝圖5.4中壓塊年1月21日，連接屋頂防雷，電池板等電位連接，檢查是否有固定松動(dòng)。至此電池組的排布安裝全部完成。年1月22日，直流線排線，基本吻合設(shè)計(jì)，安裝固定PVC管，對(duì)PVC管連接直通、90角以及三通的部分用玻璃膠封死，防止雨水漏入管內(nèi)腐蝕線材。直流線并未連接逆變器。圖5.5為直流排線情況，圖5.6為直流排線完工圖。圖5.5直流線排布圖5.6直流線排線完工圖年1月25日，固定逆變器，交流線排線。并未連接逆變器。圖5.7逆變器安裝效果圖年1月31日晚，根據(jù)太陽(yáng)能光伏電站施工要求，在晚間連接所有電池板，以最東北塊電池為整個(gè)電池方陣的正極，依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙依次連接至最西北塊電池的負(fù)極，后通過通風(fēng)口進(jìn)入逆變器室。直流側(cè)分清正極負(fù)極后，對(duì)應(yīng)壓好公頭母頭，連接逆變器。剝開交聯(lián)電纜頭，因使用的是YJV4*4型號(hào)，且整個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)完成接地（即防雷），所以只需連接火線和零線，在4芯中選擇2芯分別作為火線和零線連接逆變器，記錄好火線及零線所使用線芯。圖5.8逆變器連線至此，安裝工作全部完成。系統(tǒng)整改及試運(yùn)行年2月1日，采用自發(fā)自用余電上網(wǎng)的方式將交聯(lián)電纜另一端頭連接至家庭負(fù)載廚房回路中，在并網(wǎng)前端口安裝斷路器，同時(shí)此斷路器可以作為光伏發(fā)電系統(tǒng)的總開關(guān)，開關(guān)合上系統(tǒng)則開始運(yùn)行，關(guān)斷則系統(tǒng)停機(jī)。在連接好所有電氣設(shè)備后，啟動(dòng)系統(tǒng)，并網(wǎng)逆變器自動(dòng)檢測(cè)各個(gè)參數(shù)，40S后系統(tǒng)正常運(yùn)行，當(dāng)天試運(yùn)行了58分鐘，發(fā)電量2.05kWh,未出現(xiàn)故障。后關(guān)閉系統(tǒng)，解除并網(wǎng)點(diǎn)連接，保證家庭回路安