太阳能光电建筑应用及并网发电系统设计方案介绍

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1、 太阳能光电建筑应用及并网发电 系统设计方案介绍 太阳能光电建筑应用及并网发电 系统设计方案介绍 合肥阳光电源有限公司 2009 年 5 月 合肥阳光电源有限公司 2009 年 5 月 2目 录 目 录 一、太阳能光电建筑介绍3 1.1 太阳能光电建筑的应用 3 1.2 太阳能光电建筑的优点 3 1.3 光伏与建筑结合的几种安装方式 4 二、并网发电系统设计方案介绍5 2.1 并网发电方式介绍 5 2.2 光伏阵列的设计 6 2.3 光伏阵列汇流的设计 9 2.4 接入电网方案 .10 2.5 并网系统的监控通讯方式 .12 2.6 系统的安全性设计 .13 三、逆变控制设备选型.14 四、申

2、报指南.16 五、合肥阳光并网逆变器在国内光伏建筑一体化的应用案例.18 5.1 上海临港新城兆瓦级光伏电站 .18 5.2 上海世博会园区中国馆和主题馆 MW 级光伏并网发电系统 19 5.3 奥运鸟巢 105KW 光伏并网电站20 5.4 上海太阳能工程中心 MW 级光伏电站 21 3一、太阳能光电建筑介绍一、太阳能光电建筑介绍 1.1 太阳能光电建筑的应用 1.1 太阳能光电建筑的应用 太阳能光电建筑是指将光伏发电与建筑物相结合， 在建筑物的外围结构表面上布设光伏器件产生电力，从而使“建筑物产生绿色能源”。 光伏与建筑的结合有如下两种方式，都可以通过并网逆变器、控制装置与公共电网联接起来

3、组成并网发电系统。 （1） 一种是建筑与光伏系统相结合 （如图 1） ， 把封装好的的光伏组件 （平板或曲面板）安装在居民住宅或建筑物的屋顶上，组成光伏发电系统； （2） 另外一种是建筑与光伏器件相结合（如图 2） ，是将光伏器件与建筑材料集成化，用光伏器件直接代替建筑材料，即光伏建筑一体化（BIPV） ，如将太阳光伏电池制作成光伏玻璃幕墙、太阳能电池瓦等，这样不仅可开发和应用新能源，还可与装饰美化合为一体，达到节能环保效果，是今后的发展光伏建筑一体化的趋势。 图 1 合肥阳光产业基地 500KW 光伏发电系统 图 2 国家发改委 100KW 光伏发电系统 1.2 太阳能光电建筑的优点 1.2

4、 太阳能光电建筑的优点 从建筑、技术和经济角度来看，太阳能光电建筑有以下诸多优点： （1） 可以有效地利用建筑物屋顶和幕墙，无需占用宝贵的土地资源，这对于土地昂贵的城市建筑尤其重要； （2） 可原地发电、原地用电，在一定距离范围内可以节省电站送电网的投资。对于联网户用系统，光伏阵列所发电力既可供给本建筑物负载使用，也可送入电网； （3） 能有效地减少建筑能耗，实现建筑节能。光伏并网发电系统在白天阳光照射时发电，该时段也是电网用电高峰期，从而舒缓高峰电力需求； 4（4） 光伏组件一般安装在建筑的屋顶及墙的南立面上直接吸收太阳能， 因此建筑集成光伏发电系统不仅提供了电力，而且还降低了墙面及屋顶的温

5、升； （5） 并网光伏发电系统没有噪音、没有污染物排放、不消耗任何燃料，具有绿色环保概念，可增加楼盘的综合品质。 1.3 光伏与建筑结合的几种安装方式 1.3 光伏与建筑结合的几种安装方式 安 装 材 料 和 安 装 型 式示 意 图采 用 普 通 的 光 伏 组 件 ， 安 装 在 倾 斜 屋 顶 原 来 的 建 筑 材 料 之 上 。采 用 特 殊 的 光 伏 组 件 ， 作 为 建 筑 材 料 安 装 在 倾 斜 屋 顶 上 。采 用 普 通 的 光 伏 组 件 ， 安 装 在 平 屋 顶 原 来 的 建 筑 材 料 之 上 。采 用 特 殊 的 光 伏 组 件 ， 作 为 建 筑 材

6、料 安 装 在 平 屋 顶 上 。采 用 普 通 或 特 殊 的 光 伏 组 件 ， 作 为 幕 墙 安 装 在 南 立 面 上 。采 用 特 殊 的 光 伏 组 件 ， 作 为 建 筑 幕 墙 安 装 在 南 立 面 上 。采 用 特 殊 的 光 伏 组 件 ， 作 为 天 窗 材 料 安 装 在 天 窗 上 。采 用 普 通 或 特 殊 的 光 伏 组 件 ， 作 为 遮 阳 板 安 装 在 建 筑 上 。财政补贴将重点支持太阳能光电建筑一体化安装且发电主要用于解决建筑用能的项目，从项目类型上主要包括三类： 一是建材型，指将太阳能电池与瓦、砖、卷材、玻璃等建筑材料复合在一起成为不可分割的建

7、筑构件或建筑材料，如光伏瓦、光伏砖、光伏屋面卷材、玻璃光伏幕墙、光伏采光顶等； 二是构件型，指与建筑构件组合在一起或独立成为建筑构件的光伏构件，如以标准普通光伏组件或根据建筑要求定制的光伏组件构成雨篷构件、遮阳构件等； 三是与屋顶、墙面结合安装型，指在平屋顶上安装、坡屋面上顺坡架空安装以及在墙面上与墙面平行安装等形式。 5二、并网发电系统设计方案介绍二、并网发电系统设计方案介绍 2.1 并网发电方式介绍 2.1 并网发电方式介绍 目前， 太阳能光电建筑的发电系统设计容量可以从几千瓦到几百千瓦， 甚至上兆瓦，由于国内的光伏与建筑结合形式各种各样， 设备的选型需根据光伏阵列安装的实际情况（如组件规

8、格、安装朝向等）进行优化设计，大致可分为两种并网发电方式。 （1） 集中式并网发电 （1） 集中式并网发电 这种并网方式适合于在建筑物上安装朝向相同且规格相同的光伏阵列， 在电气设计时，采用单台逆变器集中并网发电方案实现联网功能，如图 3 所示。 负荷公共 电网逆变器交 流 防 雷 配 电 及 计 量直 流 汇 流 及 防 雷 配 电图 3 集中式并网发电原理框图 （2） 分布式并网发电 （2） 分布式并网发电 这种并网方式适合于在建筑物上安装不同朝向或不同规格的的光伏阵列， 在电气设计时，可将同一朝向且规格相同的光伏阵列通过单台逆变器集中并网发电，采用多台逆变器分布式并网发电方案实现联网功能

9、，如图 4 所示。 直流 汇流及 防雷 配电直流 汇流及 防雷 配电直流 汇流及 防雷 配电逆变器负荷交 流 防 雷 配 电 及 计 量公共 电网图 4 分布式并网发电原理框图 62.2 光伏阵列的设计 2.2 光伏阵列的设计 并网发电系统的光伏阵列设计需要考虑以下几点： （1） 光伏阵列朝向 （1） 光伏阵列朝向 光伏阵列正向赤道是其获得最多太阳辐射能的主要条件之一。一般情况下，方阵朝向正南（即方阵垂直面与正南的夹角为 0） 。系统的光伏阵列处于北半球，一般应按正南偏西，方位角 （一天中负荷的峰值时刻（24 小时制）12）15（经度116） 。 （2） 光伏阵列倾角 （2） 光伏阵列倾角 在

10、并网发电系统中， 光伏阵列相对于水平面的倾斜角度一般应该按照使阵列获得全年最多太阳辐射能的设计原则。电池板厂商将根据不同地区的地理位置及气象环境，会提供最佳的安装角度。 （3） 光伏组件串联数量的设计依据 （3） 光伏组件串联数量的设计依据 逆变器在并网发电时，光伏阵列必须实现最大功率点跟踪控制，以便光伏阵列在任何当前日照下不断获得最大功率输出。 在设计光伏组件串联数量时，应注意以下几点： 1) 接至同一台逆变器的光伏组件的规格类型、串联数量及安装角度应保持一致。 2) 需考虑光伏组件的最佳工作电压（Vmp）和开路电压（Voc）的温度系数，串联后的光伏阵列的 Vmp 应在逆变器 MPPT 范围

11、内，Voc 应低于逆变器输入电压的最大值。 ? 首先，要了解太阳电池结温和日照强度对太阳电池输出特性的影响，如下图所示： 图 5 不同温度下的 I-V 和 P-V 特性曲线 7图 6 不同日照量下的 I-V 和 P-V 特性曲线 从图 5 可知，温度上升将使太阳电池开路电压 Voc 下降，短路电流 Isc 则轻微增大，总体效果会造成太阳电池的输出功率下降。从图 6 可知，日照强度在极大的程度上影响太阳电池的输出电流，导致太阳电池输出功率的变化。 ? 对于单晶硅和多晶硅太阳电池，工作电压（Vmp）的温度系数约为-0.0045/（折合 70时的系数为 0.8） ；开路电压（Voc）的温度系数约为-

12、0.0034/（折合-10时的系数为 1.12） 。 ? 对于非晶硅薄膜电池，工作电压（Vmp）的温度系数约为-0.0028/（折合 70时的系数为 0.874） ；开路电压（Voc）的温度系数约为-0.0028/（折合-10时的系数为 1.1） 。 3) 针对目前常见的晶体硅光伏组件，结合本公司产品的技术参数，给出各款型号逆变器的推荐 Voc 和 Vmp 配置，用户可根据实际光伏组件的参数进行计算和匹配。 ? 对于单晶硅和多晶硅光伏组件 以某公司的多晶硅 170Wp 为例（STC 条件下，25，Vmp35V，Voc44.5V，Pm=270W） ，给出各款型号逆变器的推荐 Voc 和 Vmp

13、配置，以及光伏组件的串联推荐数量： 设备型号 Udc 范围(V) 推荐 MPPT 范围(V) 推荐 Uoc 范围(V) 推荐串联数 n SG1K5TL 150450 190320 2404006,7,8,9 SG2K5TL 150450 190320 2404006,7,8,9 SG3K 200450 250320 3104007,8,9 SG5K 300780 375560 47070011,12,13,14,15 SG6K 320780 400560 50070012，13,14,15 SG10K3 220450 275320 3404008,9 8SG30K3 220450 275320

14、 3404008,9 SG50K3 450880 560620 70078016,17,18 SG100K3G500K3 450880 560620 70078016,17,18 用户实际计算方法如下： ? 串联数最小值 n1=V1/Vmp，使用进一法进行取整，V1 为推荐 MPPT 范围的下限值； ? 串联数最大值 n2=V2/Voc，使用舍去法进行取整，V2 为推荐 Uoc 范围的上限值。 其中：Vmp 和 Voc 为厂家提供的在 STC 条件下（STC: lrradiance 1000W/m2, Module temperature 25, AM=1.5）的数据。 ? 对于非晶硅薄膜光伏

15、组件 以某公司的非晶硅组件 40Wp 型号为例（STC 条件下，Vmp46V，Voc61V ，Pm40W） ， 给出各款型号逆变器的推荐 Voc 和 Vmp 配置， 以及光伏组件的串联推荐数量： 型号 Udc 范围(V) 推荐 MPPT 范围（V）推荐 Uoc 范围(V) 举例串联数 n SG1K5TL 150450 170300 225400 4,5,6 SG2K5TL 150450 170300 225400 4,5,6 SG3K 200450 230300 305400 5，6 SG5K-B 300780 340528 450700 7,8,9,10,11 SG6K-B 320780 3

16、65528 480700 8,9,10,11 SG10K3 220450 250300 330400 6 SG30K3 220450 250300 330400 6 SG30K3EV 250800 290540 380720 6,7,8,9,10,11 SG50K3 450880 515600 680800 12,13 SG100K3EV 300880 340600 450800 7,8,9,10,11,12,13SG100K3SG500K3 450880 515600 680800 12,13 用户实际计算方法如下： ? 串联数最小值 n1=V1/Vmp，使用进一法进行取整，V1 为推荐 MPPT 范围的下限值。 ? 串联数最大值 n2=V2/Voc，使用舍去法进行取整，V2 为推荐 Uoc 范围的上限值。 其中： Vmp 和 Voc 为厂家提供的在 STC 条件下 （S