详解太阳能光伏系统设计.docx

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详解太阳能光伏系统设计

详解太阳能光伏系统设计

摘要：

太阳能光伏系统设计主要包括以下内容：

1.太阳能光伏系统分类；2.系统设计信息收集；3.光伏设计软件介绍；4.并网系统设计方。

本期主要从太阳能光伏系统分类和系统设计信息收集这两方面加以分析。

太阳能光伏系统设计主要包括以下内容：

1.太阳能光伏系统分类；2.系统设计信息收集；3.光伏设计软件介绍；4.并网系统设计方。

本期主要从太阳能光伏系统分类和系统设计信息收集这两方面加以分析。

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目前，太阳能光伏系统主要分为并网光伏系统和离网光

伏系统。

并网光伏系统

离网（独立）光伏系统：

离网（混合）系统：

离网（混合）系统：

并网（混合）系统：

三种系统的优缺点对比：

要想了解太阳能光伏系统设计，必须首先弄清楚太阳能光伏发电原理，它的原理也比较简单——基于半导体的光生伏特效应，利用太阳电池将太阳能直接转化为直流电能。

晶体硅太阳电池原理示意图

首先向大家介绍下光伏发电的特点，主要有以下几个方面：

1、主要由电子元器件构成，不涉及机械转动部件，运行没有噪声；

2、没有燃烧过程，发电过程不需要燃料；

3、发电过程没有废气污染，也没有废水排放；

4、设备安装和维护都十分简便，维修保养简单，维护费用低，运行可靠稳定，使用寿命很长达到25年；

5、环境条件适应性强，可在不同环境下正常工作；

6、能够在长期无人值守的条件下正常稳定工作；

7、根据需要很容易进行扩展、扩大发电规模。

其次，光伏发电系统按照应用场合、类型区分可分为以下几种模式：

1、为无电场合提供电源；

2、小型太阳能电子产品；

3、大规模光伏发电系统；

4、与建筑结合光伏发电系统（BIPV、BAPV）

光伏系统设计信息收集，主要包括气象资料收集、地点位置信息、相关建筑信息收集三个方面。

气象资料搜集又包括太阳辐射、温度、湿度、风速等几个方面。

太阳辐射又分为太阳短波辐射（直射辐射SL、散射辐射Ed、总辐射Eg、短波反射辐射Er）、地球长波辐射（大气长波辐射EL↓、地面长波辐射EL↑）。

它们之间的转换公式如下：

Eg↓=SL+Ed↓；SL=S?

sinHA=S?

cosZ；E*=Eg↓＋EL↓‐Er↑‐EL↑。

太阳辐射资料：

温度有日平均温度、日最高温度、日最低温度三种数值，温度对光伏组件的开路电压，输出电流，输出功率，等电性能有很大影响，在后续设计中是很重要的因素，同时又对相关的电气设备的使用环境也有很大影响。

湿度只有日平均相对湿度一个参数，但也有一定影响，湿度对光伏支架的使用寿命和光伏系统的相关电气设备如逆变器等的使用有影响。

风速又分为日平均风速，日极大风速，日最大风速三个值，其对光伏设备有一定破坏性，风速越大破坏力越强。

这也对BAPV安装的光伏组件的支架的抗风安全性，以及BIPV安装的光伏幕墙、屋顶等结构件的建筑安全性都提出了更高的要求。

在谈到安装地点信息收集时，其主要受以下因素影响：

1、安装地点建筑物的朝向。

在BIPV系统中，受到建筑物本身安装地点的限制，建筑物的朝向通常决定了光伏组件的朝向。

2、安装地点的通过性。

光伏组件是否能够很顺利的运达光伏阵列安装现场；光伏逆变器等较大的设备是否能够很顺利的运到安装现场；如果不能从楼内运输，是否有起吊的条件等。

安装地点信息一般会受到阴影的影响比较大，诸如建筑物本身的天线、冷却塔、栏杆等是否会对光伏阵列造成阴影；周边的高大树木、建筑物等是否会对光伏阵列造成影响；周边的建筑规划是否有更高大的建筑物会对光伏阵列造成影响，等等这些问题都会对光伏设施造成或多或少的影响，因此在安装光伏设备时必须要加以考虑。

至于建筑信息收集搜集方面，只要是看该建筑是否为节能建筑、建筑物安装地点如楼顶的承重能力如何、建筑物隔热层的要求，以及建筑物上的实际建筑面积以及太阳能光伏组件安装的实际可利用面积等几个方面着手。

除以上说到信息之外，在安装地点信息搜集时，还要注意建筑内的防雷接地布置；建筑内的电气布置，如桥架的布局、配电房的位置等；收集相关的结构图纸；并要及时了解业主相关要求，以便于更好的进行施工。

上篇文章中，我们主要谈到了太阳能光伏系统设计前两部分，一、太阳能光伏系统的分类；二、系统设计信息的收集。

这一期我们将接着讲下面两个部分：

三、光伏设计软件介绍；四、并网系统设计方法。

首先讲到的是光伏设计软件基本功能，这个部分又分为光伏系统设计、光伏系统性能仿真与通讯、光伏系统经济和社会效益分析三个方面。

现在市面上的光伏设计软件，主要是针对独立光伏系统、并网光伏系统、混合供电系统进行设计的。

那么，接下来来介绍下利用光伏软件进行并网设计的基本步骤：

1、地点选择：

包括经纬度、太阳辐射数据、气温等。

–对于地点选择，需要建立一个完整的覆盖全中国甚至全世界的太阳辐射和气象数据库。

目前不是很全，尤其是亚洲地区，而北美、欧洲已经比较详细。

2、组件安装角度优化分析与选择–对于组件安装角度，能计算出最佳的光伏组件倾角，以及利用水平面的太阳辐射数据换算出任意方位角和倾角的组件上的太阳辐射。

3、组件选择：

包括组件生产商、性能等信息的数据库。

–组件信息的更新必须随动。

4、逆变器选择（包括光伏逆变器生产商性能等信息的数据库）

–逆变器信息的更新必须随动。

5、阴影分析（对于BIPV）

–阴影分析对于BIPV相当重要直观的三维的阴影演示非常的重要，对设计有很大辅助作用。

6、光伏组件阵列串并联选择–光伏组件的串并联选择对于光伏系统的安全工作和与逆变器的优化匹配非常的重要。

7、光伏组件连接的线损分析

–对于线损分析，可以对光伏系统的设计起到校核作用，并且可以用来控制线缆的成本。

现在，我们谈谈光伏系统性能仿真与通讯，在光伏系统设计完成之后，对设计的光伏系统进行仿真分析，可以得出该光伏系统的各项重要的性能指标，诸如：

年度总发电量、每个月的平均发电量、通讯方式等。

同时，光伏软件的还具有以下通讯功能：

●实时监控，能够做远程的实时监测了解系统的运行情况便于维修保养；

●记载实时数据作为技术分析的资料；

●通讯方式：

SMS、Modem、宽带。

紧接着，我们来分析下光伏系统所产生的效益问题，在这里主要从经济效益和社会效益两方面来展开。

首先说到光伏系统产生的经济效益，而评判经济效益主要有以下两个依据：

●通常采用生命周期的方法作为光伏发电系统的供电技术经济性指标。

建议采用净现值的方法进行评估。

●光伏系统的使用寿命为：

20～25年。

对于光伏系统所产生的社会效益，主要是依据其节能减排的优点来分析的。

一方面采用光伏系统可以减少煤炭的消耗，根据2005年的数据显示，1kWp的电能要消耗0.343kg标准煤，每年将消耗掉大量的煤炭资源。

另一方面，使用光伏发电系统可以有效减少有害物质的排放，光伏系统每发一度电可以减少如下有害物质的排放（单位g）：

最后，向大家简单介绍下现有的光伏设计软件：

1、PV*SOL——可以对独立和并网光伏系统进行系统设计，并完成仿真分析、经济效益分析、节能减排分析，并可以给出报告和相关图表。

2、PVDesigner——Siemens公司软件；

3、HOMER；

4、PVSYST；

5、RETScreen。

在文章的最后，和大家探讨下并网系统设计的方法，与此相关的问题只要涉及以下十个方面：

①基本原则

②场地调查

③组件选择

④逆变器选择

⑤组件和逆变器的匹配

⑥系统的电力布置方式

⑦光伏系统其他器件选择

⑧系统防雷和接地

⑨施工注意事项

⑩国内外电站照片

基本原则：

从成本控制和质量保证两方面考虑。

场地调查主要是观察周围物体产生的阴影所造成的影响，只要能保证在冬至日的日出后1.5h至日落前1.5h之间，合适的间距有赖于纬度、时间以及附近高的物体的高度，不会有前后排阴影遮挡的问题即可。

具体的影响因素如下：

一、PV方阵考虑——美观：

与周边环境、颜色等协调；

二、设备安装：

1、安装设备容易进入；2、组件可能的走线位置；3、配电房的位置。

场地调查具有十分重要的作用，主要体现在下面两大方面：

1、可以从专业的角度出发考察业主指定的地点安装光伏系统是否合适。

2、对于整个光伏系统的设备布置以及后期的光伏系统的安装都要有初步的估计：

–一方面可以形成比较准确的光伏系统成本报价；

–另一方面在光伏系统的设备布置上要和业主现场协商，达成一致意见，避免盲目设计造成以后的分歧，严重的会导致延误工期，造成经济纠纷。

组件选择：

需要考虑成本、环境、质量、使用寿命、效率

至于组件选型，目前商业化较为成功的光伏组件根据材料和工艺的不同分为

几大类，市场应用率相对较高的有晶体硅（单晶、多晶）、薄膜电池（非晶硅、CIS、CdTe、HIT等）两大类。

组件选型又包含以下7个要点：

1、颜色与质感；2、强度与抗变形的能力；3、寿命与稳定性；4、发电效率；5、尺寸和形状；6、组件价格；7、环境友好度。

影响组件选型的相关因素，主要有颜色与质感、寿命与稳定性、发电效率、透光性、尺寸和形状。

1、以下是各种光伏组件的颜色与质感区分：

寿命与稳定性：

20~30年。

以下是各种光伏组件的发电效率，仅供大家参考：

对于透光性、尺寸和形状，在此不做详细说明。

本期文章结尾，简单列举下组件相关标准，光伏电池组件的设计、制造、安装、试验和性能需符合以下国家标准、国际标准中有不一致时按较高标准执行：

GB/T9535-1998地面用晶体硅光伏组件――设计鉴定和定型

GB/T2296-2001光伏电池型号命名方法

GB/T6495.1-1996光伏器件光伏电流--—电压特性的测量

GB/T6495.2-1996光伏器件标准光伏电池的要求

GB/T6495.3-1996光伏器件地面用光伏器件的测量原理以及标准光谱辐照度数据

GB/T6495.4-1996晶体硅光伏器件的I－V实测特性的温度和辐照度修正方法

GB/T6495.5-1996光伏器件用开路电压法确定光伏（PV）器件的等效电池温度（ECT）

GB/T6495.8-2002光伏器件第8部分：

光伏器件光谱响应的测量光伏组件盐雾腐蚀试验

GB/T18912-2002?

IEC61215晶体硅光伏组件设计鉴定和定型

Crystallinesiliconterrestrialphotovoltaic（PV）modules-Designquali-ficationandtypeapproval.

IEC61730.1光伏组件的安全性构造要求

Photovoltaic（PV）modulesafetyqualification-Part1:

Requirementsforconstruction.

IEC61730.2光伏组件的安全性测试要求

Photovoltaic（PV）modulesafetyqualification-Part2:

Requirementsfortesting.

IEC61829晶体硅光伏（PV）方阵IV特性的现场测量

Crystallinesiliconphotovoltaic（PV）array-On–sitemeasurementofI-Vcharacteristics

来源：

电力网综合

责任编辑：

奈奈