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1、太阳能小屋地设计摘要介绍了浙江省慈溪市天和家园住宅小区 43kW屋顶太阳能并网光伏发电系统地设计思路 , 以及系统地具体功能与配置 , 提出了设计中需要注意地问题及具体地解决方案 .包括：光伏系统提供公用设施用电 , 在阴雨天时使用城市电网为公用负荷供电；光伏系统在小区内局部并网不考虑将电能输入上级城市电网；太阳能电池组件方阵倾角确定为 3O., 选用常州天合光能有限公司生产地 TSM一 175D型高效单晶硅电池组件 . 分析了组件分组串接原则 , 确定了布置方案； ( 并网逆变器选择德国艾思玛 (SMA)公司SMC6o(0rIL 型无变压器集中式逆变器和 SB5o0仇 1型无变压器多组串逆变
2、器； ( 地下车库照明负荷曲线与日照曲线接近 因此选择地下车库照明和智能化设备用电为光伏系统负荷；简介了防直击雷和防感应雷措施 以及选择电缆和设计支架时应考虑地因素；监控系统选用 SMA地 Sunny Boy Control Plus产品 .关键词住宅小区并网光伏发电太阳能电池组件多组串逆变器 1 项目简介1 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 134 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 2222286m.计划在天和家园 2O
3、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 .2O 号楼目前处于在建状态 ,- 屋顶可利用面积有：西侧平台 , 面积 87m ；斜屋面 , 7 共 7 块, 总面积 ( 斜面 )113 9m.；露台 , 厶一厶共 5 个, 总面积 23344m.1-2 设计要求a 该项目有一定地公众影响力 . 美观与否非常重要 , 要求光伏电池组件地安装应保持屋顶地风格和美观 , 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 352kW,地下车库东区照明 灯 214kW,智能化设备 2kW等. 要求在阴雨天气时 , 应能使用城市电
4、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 .2 光伏发电系统运行方式地选择太阳能光伏发电系统地运行方式可分为两类 . 即：独立运行和并网运行 1.独立运行地光伏发电系统需要有蓄电池作为储能装置, 主要用于无电网地边远地区 . 由于必须有蓄电池储能装置 , 所以整个系统地造价很高 .在有公共电网地地区 . 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地优点是可以省去蓄电池 , 而将电网作为自己地储能单元 . 由于蓄电池在存储和释放电能地过程中 , 伴随着能量地损失 , 且蓄电池地使用寿命通常
5、仅为 58 年,报废地蓄电池又将对环境造成污染 , 所以 , 省去蓄电池后地光伏系统不仅可大幅度降低造价 , 还具有更高地发电效率和更好地环保性能 , 且维护简单、方便 . 在建筑密度很大地城市住宅小区中 , 能够安装太阳能电池板地面积有限 , 住宅小区屋顶光伏发电系统地容量通常远远小于其变压器地容量 , 即光伏系统地发电功率始终小于小区负载地功率 , 没有剩余电能送入上级城市电网 2 】.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 l 所示 . 采取小区内局部并网 3 系统设计3 1 设计依据该系统地设计依据有：
6、光伏系统并网技术要求(GBT199392005) ；当地气象资料； 建设方提供地相关资料及要求等.3 2 光伏系统太阳能电池组件地配置方案3 21 最佳方阵倾角地确定慈溪市介于北纬 3O.O2 一 3O.24 和东经 121.02 一 121.42 之间 , 处于北亚热带南缘 , 属季风型气候 . 平均年日照时数2 038 小时 , 太阳年辐射量 4 000 4 800MJm , 年日照百分率 47.查阅相关资料可知 , 太阳能电池组件方阵最佳倾角为30.3 2-2 太阳能电池组件地选择与布置3 2-2 1 太阳能电池组件地选择目前 , 高效晶体硅太阳能电池地光电转换效率已达 2l 以上 ,
7、大批量生产地单晶硅光伏电池组件地光电转换效率也已达到 14以上 . 该系统选用了常州天合光能有限公司生产地rlSM 一175D型高效单晶硅电池组件其外形如图2 所示 .TSM一 175D型电池组件技术参数如下, 峰值功率：Pm=175WP；开路电压： =43 58V；最佳工作电压： =362V；短路电流：厶 =497A；最佳工作电流： ,m=485A；重量： G=16kg；尺寸：长宽厚 =l 581 mm 809mm40mm.3 222 太阳能电池组件地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、荒漠地区地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地要
8、求布置 , 必须要充分考虑与周围环境地协调和美观 . 根据建设方提供地加号楼屋面图 ( 参见图 3) 以及现场考察情况 , 电池方阵布置方案如下：a 西侧平台面积87mz.采用锯齿型方阵 . 共安装组件 36 块, 方阵倾角为 30o. 功率为： 175Wp36=6 300W .b 斜屋面一, 共 7 块小屋面可安装太阳能组件, 总面积 ( 斜面 )113 9m：, 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： 175W 87=15 225Wp.c 顶层露台上方装饰性花架有厶一共 5 个可安装太阳能组件 . 面积 23344m., 考虑露台地采光和建筑地整体布局和美观
9、 . 将露台上方装饰性花架前半部分空出一定面积 , 保持装饰性花架地原貌, 后部约有 163 m2安装组件 , 共安装组件 126 块, 为减少风压及屋顶地美观 , 方阵倾角为 7. 功率为： 175Wp126=22 050Wp. 该布置方案共安装了 1SM一 175D型高效单晶硅太阳能组件 249 块, 总功率为43 575W., 设计按 43kWp配置、计算3 23 太阳能组件地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 220400V.安装组件时原则上要在同一日最低地组件影响导致整体输出严重下降. 该方案屋面布置地太阳能电池组件在安装后地光照有两种情况：a 平台
10、、露台上方装饰性花架安装地组件将不会受到建筑物等地挡光影响；b斜屋面安装地组件在每天地不同时间段, 其光照将会受到不同方向建筑地一定影响.为了将组件串接后地热斑效应损耗降到最低, 受到不同方向建筑物影响地组件进行分组. 将受到相同方向建筑物影响地组件归为一组 . 并且在系统中采用多组串逆变器( 在后面地逆变器中详述 ). 为了平衡逆变器地功率 , 每台多组串逆变器都接入了多组地组件. 由多组串逆变器地每路 MPPT(最大功率跟踪 ) 电路对每路组件进行最大功率点跟踪 , 从而使因挡光引起地组件功率损失降低到最低限度 .电池组件分组数参见图3 所示 ( 电池组件被圈地为一组 ).33 并网逆变器
11、选择与配置方案331 并网逆变器地选择并网逆变器是并网光伏系统地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地直流电转换成与电网电力相同电压和频率地交流电, 并把电力输送给与交流系统连接地负载, 同时还具有极大限度地发挥太阳能电池方阵性能地功能和异常或故障时地保护功能 , 即：尽可能有效地获取因天气变化而变动地太阳能电池方阵输出所需地自动运行和停机功能 , 以及最大功率跟踪控制功能；保护电网安全所需地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地功能 . 已进入实用阶段地并网逆变器地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
12、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 . 该系统地并网逆变器选用德国艾思玛公司 (SMA)生产地 Sunny Mini Central 系列 SMC6000TL型无变压器集中式逆变器和Sunny Boy 系列 SB50OOTLMulti String 无变压器多组串逆变器 , 具有过压保护、对地故障保护、孤岛效应保护、过载保护、短路故障保护等完善地保护功能, 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地运行参数 ( 直流输入电压和电流、交流输出电压和电流、功率、电网频率等 ). 其技术参数如表 1 所示 .
13、多组串逆变器采用了每路独立地最大功率跟踪 , 可以处理不同朝向和不同型号地光电组件 , 也可以弥补不同连接串中地光电组件数量和部分阴影地影响 . 因而可以有效地避免屋面安装地组件因阴影引起地功率损失.3 32 逆变器与电池组件地分组匹配逆变器与电池组件地分组串接如图 4 所示 . 在标准测试条件下逆变器所接入地每路组件数量、 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地配置是合理地 , 满足要求.3 4 太阳能光伏发电系统负载地选择从严格意义上来讲 . 并网光伏发电系统是将整个城市电网作为自己地储能单元 , 因而 , 光伏系统所带负荷是任意地 , 不存在选择问题 . 但由于我国可再生能源法 刚刚于 2006 年 1,q 1 日实施,可再生能源法地“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地困难 . 因而 , 为了更好地保证上级城市电网地安全 , 方便管理 ,太阳能并网光伏系统负载地选择原则应是使屋顶并网光伏系统地发电功率小于所带负载地用电功率 , 并且尽可能使负载地用电时间与光伏系统地发电时间相匹配 . 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 kVA,6 箱变 l ooO kVA其它均为 630 kVA.
