光伏发电系统设计及应用精选(九篇)

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第1篇：光伏发电系统设计及应用范文

【关键词】分布式 光伏发电 光伏组件 光伏逆变器 直流汇流柜 光伏直流电缆 防雷系统

我国能源长期依赖于不可再生的石油及煤炭，给环境带来严重的负担。大力发展清洁能源能够实现国家的节能减排目标。分布式光伏发电能够实现每座建筑、每片适宜的土地都能分散生产、就地使用，尤其适合土地资源受限、电价相对较高、工业规模更大的中东部地区。

1 分布式光伏发电系统的特点

1.1 分布式光伏发电概念

分布式光伏发电是指采用光伏组件，将太阳能直接转换为电能的分布式电源系统；目前应用最为广泛的分布式光伏发电系统，是建在城市建筑物屋顶的光伏发电项目。该类项目必须接入公共电网，与公共电网一起为附近的用户供电。

1.2 分布式光伏发电特点

分布式光伏发电具有以下特点：污染少；就地消耗，减少长距离传输损耗；余电上网等等。

2 分布式光伏发电系统的电气系统设计方法

分布式光伏发电系统的主要电气设计流程包括：计算装机容量及发电量；组件连接电气设计；逆变器选型；光伏电缆设计、直流汇流箱设计和防雷系统设计等等。

3 分布式光伏发电系统主要电气设计

3.1 逆变器选型

根据分布式光伏发电系统的装机容量来选择与输出功率较接近的逆变器。此外，选择逆变器还需要考虑最大直流电压、MPPT电压范围、MPPT数量、直流输入接线端口数量、额定输出电压和功率因数等技术参数。如根据分布式发电系统内光伏组件不同朝向来选择MPPT数量；根据最大直流电压和MPPT电压范围来选择组件组串数量；根据组串并联路数来选择直流输入接线端口数量等等。

3.2 组串连接电气设计

组件方阵在电气连接的过程中，一般依据的原则是先串联后并联的原则。串联是为了获得所需要的工作电压，并联是为了获得所需要的工作电流。

3.3 直流汇流箱设计

直流汇流箱用于将光伏组件输出的多路直流电源进行汇流后接入逆变器。断路器是直流汇流箱中重要电器元件。主断路器的额定工作电压不能小于回路的最高工作电压，额定电流不小于回路的最高工作电流。原则上，直流回路的断路器采用直流断路器。如果在直流回路中使用交流断路器，可以考虑采用二极或三级串联的办法。

另外，直流汇流箱的防护等级需要满足现场使用地点的要求。

3.4 光伏直流电缆选型

光伏设备用无卤PV1-F电缆是根据光伏发电设备所处的特殊环境条件设计的，主要用于组件间的跳线和组件间汇流连接。对于环境温度高于60℃时，要对载流量进行修正。

3.5 防雷系统设计

由于分布式光伏发电系统的主要部分都是露天放置，占地面积较大，所以存在着受直接雷击和间接雷击的危害。所以应该采用滚球法复核屋顶原有的和周围建筑物的防雷系统能否对光伏发电系统进行直击雷进行保护。如果不能保护，应该加装避雷设备。为了减小感应雷对光伏发电系统中开关、电缆、汇流设备等电气元件的损害，可以将光伏发电系统的组件外框、组件支架等金属材料进行等电位连接后，再与建筑物屋顶原有的防雷接地系统进行可靠连接。

4 结语

对分布式光伏发电系统的电气系统设计方法进行阐述，重点介绍了电气系统设计中比较重要的逆变器选型、电缆选型、直流汇流箱设计和防雷系统设计方法。

参考文献：

[1]李英姿，太阳能光伏并网发电系统设计与应用，机械工业出版社.

[2]李钟实，太阳能光伏发电系统设计施工与应用，人民邮电出版社.

第2篇：光伏发电系统设计及应用范文

虽然太阳能是当前比较受关注，对未来人类社会文明的进步影响比较深远的主要可再生能源之一，但是，就目前其利用研究情况来看，光伏发电技术并没有成熟和完善，尚有待进一步提升。因此，在对光伏发电系统进行研究的过程中，研究人员的主要研究精力也都放在如何提升光伏发电技术，提高光伏发电效率上，希望能够通过该方法来有效解决当前光伏广泛发电系统所存在的构建成本高，但是发电效率低的问题。与光伏发电系统的构建情况不同，同为新能源之一的风力发电，其对发电系统的构建和研究的进展就相对比较顺利，尤其是近几年来，其更是取得了实质发展，成功通过对发电系统发电单元以及其他相关系统单元进行合理设计的方式成功实现了系统发电功率的大幅度提升，在降低系统构建成本的同时，大大提升了系统的发电能力。因此，为了能够加强对光伏发电系统的设计和研究，进一步提升光伏发电系统的发电效率，相关研究人员在对光伏发电系统设计进行研究的同时，充分借鉴了风力发电系统构建和系统设计方面的经验，然后在充分结合光伏发电系统其独有特点的基础上不断对光伏发电系统的设计进行深入研究。近几年来看，随着相关研究人员对光伏发电系统设计研究的不断深入以及科学技术水平的不断提升，对于光伏发电系统设计的研究终于取得了比较喜人的进展，在原有基础上大幅度提升了光伏发电系统的发电能力和发电效率。

2独立运行光伏发电系统的主要组成结构

当前，光伏发电系统的工作原理都是通过利用根据半导体的光生伏特效应原理制成的光伏电池将太阳能转化成电能来完成系统发电工作。通常情况下，独立运行的光伏发电系统主要包括光伏电池组件、控制器、逆变器以及蓄电池等几个基本组成结构。

2.1光伏电池组件

在整个光伏发电系统中，光伏电池组件是整个系统最核心的部分，对发电系统的正常运行以及系统的发电能力和发电效率具有极为重要的影响，因此，在对光伏发电系统进行构建的过程中，一定要对光伏电池组件的设计和安装引起足够重视。当前，在光伏发电系统的构建中，光伏电池的应用主要存在两方面问题，一方面是当前所使用的光伏电池组件对光能的转换效率相对较低，另一方面是其应用的成本比较高。

2.1.1第一代光伏电池

第一代光伏电池是以硅片为主要材料制成的，由于硅的特性完全符合光伏电池的需求，所以第一代光伏电池不论是发电性能还是应用技术都比较符合光伏发电系统对于光伏发电的要求，所以取得了比较不错的应用效果。但是由于硅材料需要从二氧化硅中进行提纯，其提纯成本比较高，所以导致硅电池的制造价格也比较高，大大增加了发电系统的构建成本，不适合大范围推广应用。

2.1.2第二代光伏电池

第二代光伏电池是在硅材料上铺设光电材料薄膜，通过降低光伏材料中硅材料的使用量来降低光伏电池的成本，进而使其能够得到广泛应用。前期所用薄膜为非晶硅薄膜，由于其在一定程度上降低了光伏电池的性能和转换效率，所以很快便被淘汰。后期所用薄膜为多晶硅薄膜，其不仅具有无毒无污染的特性，还能够进一步提升电池的性能，目前已经被广泛的应用在光伏发电系统中。

2.1.3第三代光伏电池

第三代光伏电池是在第二代多晶硅薄膜电池的基础上进一步发展起来，其不仅能够进一步降低光伏电池的成本，还能够在原有基础上再一次提升电池的性能。目前，第三代光伏电池尚处于试用阶段，并没有普及应用。

2.2控制器

光伏发电系统中的控制器主要包括两种，一种是充放电控制器，一种是MPPT控制器。其中，充放电控制器的主要作用是对系统蓄电池的充放电情况进行监控，根据蓄电池的充放电需要以及蓄电池本身的状态情况对蓄电池的充放电进行控制。MPPT控制器，属于整个光伏发电系统的核心模块，其主要作用监测光伏电池输出的电压和电流，然后在基于MPPT控制算法的基础上对其进行严格控制，确保发电系统能够一直以最大功率运行。

2.3逆变器

逆变器的主要作用是对发电系统的电流进行转换，将由光伏电池和蓄电池输送出来的直流电转换成能够适合普通设备使用的交流电，以保证其他用电设备的正常运行。除了转化电流功能之外，逆变器还能够对系统电压进行控制，使其处于稳定水平，确保系统供电质量。

2.4蓄电池

同光伏电池一样，蓄电池也是整个光伏发电系统中最重要的组成部分之一，对整个发电系统的发电能力和发电效率具有比较重要的影响。蓄电池与光伏电池相连，其主要作用是将由光伏电池转化来的电能进行储存，以负责供电使用。在整个光伏发电系统中，光伏电池和蓄电池是最重要的两个组成部分之一，其质量好坏和性能高低能够直接影响到整个光伏发电系统的发电能力和发电效率，因此，在对光伏发电系统进行设计的过程中，一定要注重对这两个环节的设计。

3独立运行光伏发电系统的设计

在对光伏发电系统进行设计的过程中，最重要的任务就是对光伏电池和蓄电池进行选型和设计，但是，由于在当前的光伏发电系统的设计过程中，光伏电池多使用多晶硅薄膜光伏电池，蓄电池多使用技术成熟的铅酸蓄电池，所以就不多做介绍。

3.1光伏跟踪控制系统设计

光伏跟踪系统的设计主要目的是对光伏跟踪器进行控制，确保让光伏发电系统的接受面对太阳位置进行跟踪，最大限度的吸收太阳光辐射所带来的太阳能。当前，按照部件结构的不同，光伏跟踪控制系统主要分为两种，一种是开环伺服系统，一种是闭环伺服系统。

3.1.1开环伺服系统

开环伺服系统是采用步进电机进行驱动，系统中不具备位置反馈装置和校正控制装置，在跟踪过程中，接受面跟踪精度的控制主要依赖于布距角和传动结构。在其运行过程中，需要将光敏器件按照规定角度安装在遮光板下方，确保光敏器件可以通过对阳光照射强度的感应来控制跟踪器对太阳进行跟踪。正常情况下，阳光会直接照射到遮光板上，这样光敏器件就会正好位于遮光板所形成的阴影中。而如果太阳位置发生偏移，阳光无法直接照射在遮光板上，光敏器件无法被遮光板所形成的阴影笼罩，就会暴露在阳光下，就会感受到阳光的照射并将阳光的照射强度转变成微电流信号输送到系统中，然后系统会根据信号的强弱对太阳的位置进行判断，调整跟踪器角度完成跟踪。由于在该系统中，步进电机对开环的控制容易受到负载的影响，经常发生丢步和过冲等问题，会降低系统跟踪性能，所以当前该系统在光伏发电系统设计中已不常用。

3.1.2闭环伺服系统

相比开环伺服系统，闭环系统的跟踪精度要高很多。闭环系统中除了设有控制器之外，还设有传感检测装置，可以对跟踪位置进行反馈和检测，保证跟踪精度。

3.2控制器的设计

在独立光伏发电系统中，控制器的主要作用是对蓄电池的充放电进行控制，以确保光伏发电系统的正常运行。在对控制器设计的过程中，最重要的工作就是对控制器进行选型，而在对控制器进行选型的过程中，主要需要注意以下几个方面。（1）控制器的系统电压应该与蓄电池电压一致，当前默认为220V。（2）控制器的最大电流取决于太阳能电池方阵的电流，通常情况下，其以短路电流作为电池阵列的最大电流值。输入最大电流=电池组件的短路电流×并联数=8.23A×14=115.22（A）。（3）控制器的输出最大电流取决于输出负载的电流，通常以是逆变器的电流为准。（4）控制器应该能对蓄电池的过充电和过放电进行保护，将其控制在允许的范围内，并应该带有通信以及数据收集等辅助功能。

4结束语

第3篇：光伏发电系统设计及应用范文

【关键词】分布式光伏；光伏组件；光伏设计和安装；

Abstract： the distributed photovoltaic power generation system is a way of using new energy， in this paper， the principle and function of distributed photovoltaic system were analyzed. And the actual building design essentials and a brief introduction to the installation requirements. Relying on the national latest preferential policies to solve the problem of low our country rural area electricity to power your.

Key words： distributed photovoltaic （pv）； Photovoltaic modules； Photovoltaic （pv） design and installation；

1、分布式光伏基本概念

1.1 分布式光伏发电定义

分布式光伏发电系统是一种利用太阳电池半导体材料的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统，有独立运行和并网运行两种方式。与建筑结合的光伏并网发电是当前分布式光伏发电重要的应用形式，技术进展很快，主要表现在建筑光伏的电气设计方面和与建筑结合的安装方式。

1.2 分布式光伏发电特点

一是输出功率相对较小，具有间歇性。传统的集中式电站动辄几十万千瓦，甚至几百万千瓦，规模化的应用提高了其经济性。光伏发电的模块化设计，决定了其规模可大可小，可根据场地的要求调整光伏系统的容量。一般而言，一个分布式光伏发电项目的容量在数千千瓦以内。与集中式电站不同，光伏电站的大小对发电效率的影响很小，因此对其经济性的影响也很小，小型光伏系统的投资收益率并不会比大型的低。

二是污染小，环保效益突出。分布式光伏发电项目在发电过程中，没有噪声，也不会对空气和水产生污染。但是，需要重视分布式光伏与周边城市环境的协调发展，在利用清洁能源的时候，考虑民众对城市环境美感的关切。

三是能够在一定程度上缓解局地的用电紧张状况。分布式光伏发电在白天出力最高，正好在这个时段人们对电力的需求最大。但是，分布式光伏发电的能量密度相对较低，每平方米分布式光伏发电系统的功率仅约100瓦，再加上适合安装光伏组件的建筑屋顶面积的限制，因此分布式光伏发电不能从根本上解决用电紧张问题。

2、分布式建筑光伏组成

分布式光伏发电系统属于分类中并网光伏发电系统中的与建筑结合的光伏发电系统，系统的基本设备包括光伏组件、控制器、逆变器、储能装置、配电保护装置等设备，另外还有供电系统监控装置和环境监测装置。

2.1光伏组件

光伏组件是具有封装及内部联结的、能单独提供直流电流输出的、最小不可分割的光伏电池组合装置。将若干太阳能电池板按一定方式连接，组成太阳能电池方阵（阵列），在配上适当的支架及接线盒组成太阳能电池组件。

2.2控制器

有些光伏系统如景观系统，微网系统等需要一定的存储设备，如蓄电池。控制器的主要作用是控制蓄电池的充放电， 控制器应具有如下一些功能：信号检测、蓄电池最优充电控制、蓄电池放电管理、设备保护、故障诊断定位、运行状态指示。

2.3逆变器

逆变器的工作原理与整流器恰好相反，它的功能是将直流电转换为交流电，为“逆向”的整流过程，因此称为“逆变”。光伏阵列所发的电能为直流电能，然而许多负载需要交流电能，如变压器和电机等。直流供电系统有很大的局限性，不便于变换电压，负载应用范围也有限。除特殊用电负荷外，均需要使用逆变器将直流电变换为交流电。逆变器除了能将直流电能变换为交流电能外，还具有自动稳压的功能，可以改光伏发电系统的供电质量。

并网逆变器对于整个系统正常工作具有重要的地位，光伏系统需根据系统容量相应配置一定容量的并网逆变器。逆变器的故障率一定程度上决定整个系统的故障率，且并入电网的电能质量（谐波、电压偏差、电压波动和闪变和电压不平衡度等）基本上由逆变器的输出决定，因此需要选择可靠性高，保护功能强，无谐波污染等逆变器。

2.4储能装置

蓄电池是将电能转换为化学能贮存起来，需要时再把化学转变为电能的一种贮能装置。太阳能光伏发电系统配套使用的蓄电池的功能，是贮存太阳能电池方阵受光照时所发出电能并可随时向负载供电。目前常用的蓄电池有普通或胶体铅酸蓄电池和铁锂蓄电池。

2.5 配电保护装置

光伏并网系统作为电力系统的一部分需要接入保护装置，一般装在直流配电柜和交流配电柜中。保护装置一方面对光伏发电系统保护，防止孤岛效应等发生；另一方面需要安装继电保护装置，防止线路事故或是功率失稳。并网保护装置中一个重要的设备是逆变器。光伏系统除了在逆变器中设置有并网保护装置外，在光伏系统输出和并网点之间须增设另一套并网保护装置（置于交流配电柜中）作后备保护，以保证在光伏逆变系统发生异常的时候，光伏系统不对电网产生较大的不良影响，还可以保证在电网发生故障的时候，电网不对光伏系统产生损坏。常用的并网保护功能有低电压保护、过电压保护、低频率保护、过频率保护、过电流保护、短路、电网异常等故障保护及告警功能；并有孤岛监控检测保护功能

2.6 监测设备

光伏系统需要一套计算机监测、显示、通讯系统。

监测包括对太阳能发电状态的监测，如系统输入（直流）电压、电流，输出（交流）电压、电流、功率，实时发电量，累计发电量等，同时还监测系统的故障状态，如保护电流、电压等。被监测的量还包括环境参数，如太阳辐射量、环境温度、风向风力等，这需要一套环境监测仪。

环境检测仪由风速传感器、风向传感器、日照辐射表、测温探头、控制盒及支架组成，可测量环境温度、风速、风向和辐射强度等参量，其RS485通讯接口可接入并网监控装置的监测系统，实时记录环境数据。

3、建筑光伏的设计和安装

3.1分布式建筑光伏系统设计一般规定

太阳能光伏系统总的设计原则是：使光伏系统满足负载供电合理的可靠性同时，又有最佳的经济性；应该在太阳能资源丰富的地区建设。

3.1.1光伏建筑设计应根据建设地点的地理、气候条件，确定建筑的布局、朝向、间距、群体组合和空间环境，满足光伏系统设计和安装的技术要求。光伏建筑单体或建筑群体的主要朝向宜为南向。光伏建筑一体化是光伏系统依赖或依附于建筑的一种新能源利用形式，其主体是建筑，客体是光伏系统。因此，分布式光伏系统设计应以不损害和影响建筑的效果、结构安全、功能和使用寿命为基本原则。

3.1.2应考虑光伏组件类型、安装位置、安装方式对发电效益的影响，并应为光伏系统的安装、使用、维护、保养等提供必要的空间和承载条件。光伏组件设计不应跨越建筑变形缝。

3.1.3建筑体型及空间组合应为光伏组件接收更多的太阳光创造条件。光伏组件的安装部位应避免受自身或建筑本体的遮挡，并宜满足光伏组件冬至日全天有6h以上建筑日照时数的要求。

3.1.5光伏组件的构造及其安装应考虑通风降温措施，光伏电池的最高温度不应高于85℃。

3.1.6光伏系统的控制机房宜采用自然通风，当不具备条件时应采取机械通风措施。

3.2分布式建筑光伏系统的安装

3.2.1由于光伏系统是靠接收太阳光发电的，故一座建筑可安装光伏系统的位置就很有限，一般只有屋顶和南立面适合安装太阳能电池板，建筑东西立面也可以适量安装。

3.2.2坡屋顶上顺坡安装；这种安装方式有它的优势，依屋顶坡度平行安装，节省支架用材，节省安装面积，减小风压，并可在屋顶形成一层保温层。

3.2.3在平屋顶上以固定倾角安装，这种方式可以根据建筑所在地区的纬度采用全年可最大限度获取太阳能以获得最大发电量的角度。

3.2.4对于钢筋混凝土结构的平屋顶，当采用固定倾角安装时有2种选择，如果附加光伏系统满足房屋的承重要求，可以采用不破坏屋面的防水保温结构，用压重的方式保证光伏阵列安装的稳定。

3.2.5如果原建筑设计屋面承重余量不大，则可采用植筋方式，将光伏方阵支架基础与房屋主结构连接，这种方式要注意做好植筋后屋面的防水保温工作。

3.2.6如果是钢结构厂房，彩钢屋顶，目前支架与屋面连接一般采用特殊夹具。

车棚、凉棚可根据建筑形态进行设计，一般采用钢结构。

4、总结

依托国家颁布《关于分布式光伏发电项目管理暂行办法的通知》国能新能[2013]433号和：第二条 分布式光伏发电是指在用户所在场地或附近建设运行，以用户侧自发自用为主、多余电量上网且在配电网系统平衡调节为特征的光伏发电设施。使得分布式光伏发电的发展，首先将带来系统集成产业的兴起，其次，对于电网广域监控系统和微功率调度系统将有一个很大的促进。这是直接的产业辐射，而随着越来越多的建筑具有自发电功能，存储能源的使用，以及光伏光热一体化，建筑节能设施，将随后兴起。在屋顶的分布式光伏发电达到一定的比例的时候，将形成节点式、横向、市际的能源基础设施，以及由此形成的市场，会促进人们许多新的工作方式和生活方式的形成。其影响将远远大于互联网给人们带来的变化。

我国还有部分地区没有送上电。在已经送上电的农村，还有许多家庭因为收入低，仅有的电器是电灯和电视，他们晚上天一黑就睡觉，只为了节省一些电费。如果采用光伏分布式发电，能够让那些现在用不起电的人都能够享受哪怕是最基本的电力设施可以提供的便利，如现代化的学校、医院、健康护理、食品和公共卫生、就业以及计算机技术等，那我们的国家将会发生巨大的变化。

参考文献：

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.《民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范》JGJ-203-2010[S].北京：中国建筑工业出版社，2010-5.

[2]梁有伟，胡志坚，陈允平. 分布式发电及其在电力系统中的应用研究综述[J]. 电网技术，2003，27（12）：71-75.

第4篇：光伏发电系统设计及应用范文

关键词：太阳能；光伏发电；并网

一、引言

我国太阳能资源的高值中心和低值中心都处在北纬22°～35°这一带，青藏高原是高值中心，四川盆地是低值中心；太阳年总辐射量，西部地区高于东部地区。我国幅员辽阔，太阳能资源分布也十分不均匀，根据不同地区的日照条件设计太阳能发电系统时也会有不同的系统设计方案，所以我国在安装太阳能发电装置时，地理位置处于太阳能资源第三类及以上地区时太阳能发电装置能发挥更高的系统发电效率。

二、建设目标

随着能源危机以及各个国家对新能源的开发利用，太阳能应运而生，其中光伏发电得到广泛发展。主要是：

① 利用日光发电，提供高质量的清洁能源；

② 有效调峰，缓解当地供电部门在供电高峰期时压力；

③ 全自动智能化运行，无须专人值守；

④ 完善的保护功能及报警功能，保护负载、电网及电站自身的安全运行；

⑤ 配备环境气象监测系统，实时掌握电站建设地点的气象资料；

⑥ 强大的在线监控网，实现对电站的现场/远程实时监控，及数据分析；

三、系统总体设计依据及原则

1、相关国际国家标准：

(1) IEC61215 晶体硅光伏组件设计鉴定和定型；

(2) SJ/T11127-1997《光伏（PV）发电系统过电压保护―导则》等。

2、设计原则：

(1)《光伏系统并网技术要求》（GB/T19939--2005）、《国家电网公司光伏电站接入电网技术规定（试行）》确定电站建设及供电方案的设计原则；a.光伏系统的设计应对环境条件、系统性能进行综合评价。b.系统设计应有冗余量，具有保护功能以满足系统可靠工作的要求配置提高系统运行可靠性。c.系统设计应考虑建站地点的地理条件。d.应进行系统设计的综合优化。

(2)一般性原则：①安全可靠性，②先进实用性，③扩充性和灵活性，④示范性；

(3)设计时将保证做到以下几个方面：①保证电能质量，②能量输出最大化，③美观性。

四、系统组成及方案设计

太阳能系统由太阳能电池组件、防雷汇流箱、并网逆变器、配电保护系统、系统监控装置组成。我们将分以下几个部分来考虑系统的设计：（1）并网光伏电站总体方案部分；（2）太阳能组件部分；（3）太阳能并网逆变器部分;(4)交直流配电部分;(5)系统保护设计部分;(6)太阳能光伏电站在线监控、显示系统部分;(7)辅助系统部分（汇流箱及支架部分）。

系统分为上述的七个部分来设计，各个部分完全采用模块化冗余设计，扩容简便，施工、调试、运营管理、监控、维护都极为方便，能够大大节省建设方的初始投资和后期运营费用。

以系统保护及并网光伏电站监控系统为例进行设计。

1、系统保护。保护功能主要包括以下几个主要部分：孤岛效应保护、防雷与接地保护、系统其他常规保护。

（1）孤岛效应保护。Xi系列并网逆变器采用了两种 “孤岛效应”的检测方法，即被动式与主动式检测方法。

（2）防雷与接地保护。将外部防雷措施和内部防雷措施（接闪功能、分流影响、均衡电位、屏敝作用、合理布线、加装过电压保护器等多项重要因素）作为整体来统一考虑防雷措施。主要考虑的是：直击雷防护；感应雷防护；防止雷电反击。

1) 直击雷防护：防直击雷的基本措施是安装避雷针。根据GB50057-2000《建筑物防雷设计规范》的规定：建筑物属于三类防雷建筑物时，我们可以采取把所有屋顶电池组件、方阵支架与原有建筑物防雷系统中的防雷网（避雷带）有效相连，以达到防雷的目的。具体措施为：a. 接 闪b.均 压c．屏 蔽d．接 地。

2）感应雷防护：感应雷由静电感应产生，也可由电磁感应产生，光伏发电系统的防感应雷工作重点是防止感应雷由外界线路侵入室内设备。SJ/T11127中有关规定，主要采取以下措施：a．合理选择机房的位置及机房内设备的合理布局可有效的减少雷害。b．在供电系统设备的每回路接口处安装电涌保护器 SPD ，并对出入机房缆线采取屏蔽、接地，实现等电位连接等措施，可有效减少雷击过电压对系统设备的侵害。c．配电机房采用联合接地可有效的解决地电位升高的影响，合格的地网是有效防雷的关键。

（3）系统其他常规保护。对于常规的过压、欠压、过流、短路等保护功能也均进行了充分的考虑。完善的保护功能将保证太阳能发电系统安全、稳定的运行。过/欠电压保护：当光伏系统与电网接口处电压超出规定的电压范围时（三相±7%，单相+7%，-10%），过／欠电压保护在0.2～2s内动作,将光伏系统与电网断开；过/欠频率保护：当光伏系统与电网接口处频率超出规定的频率范围时（±0.5HZ），过／欠频率保护在0.2～2s内动作，将光伏系统与电网断开；短路保护：光伏系统对电网设置了短路保护，当电网短路时，逆变器的过电流在大于额定电流的150%时，光伏系统将在0.1s以内与电网断开。

2、太阳能光伏电站在线监控系统部分

并网光伏发电项目必须配置现场数据采集系统和远程通讯系统，实行集中、实时监控，方便电站的运营管理。数据采集系统安装在屋顶，系统由数据采集器、温度采集器、湿度采集器和辐照度采集器构成，系统配有专业的数据处理设备和软件，数据可以直接在数据采集控制器阅读查询、也可以通过监控计算机、大屏幕、远程计算机阅读和查询。采集系统单相供电。系统原理图如图1.1所示：

图1.1太阳能光伏电站在线监控系统原理图

监控装置主要数据采集器、辐照传感器盒，通过RS485通讯方式，配置监控软件，获取并网逆变器的运行数据和工作参数，也可以通过以太网远程通讯方式，在异地实时查看整个电源系统的实时运行数据、环境数据以及历史数据和故障数据等。

五、总结

人类要现可持续发展，只能依靠科技进步，大规模地开发利用可再生洁净能源。太阳能以其独具的优势，其开发利用必将在21世纪得到长足的发展，并终将在世界能源结构转移中担纲重任，成为21世纪后期的主导能源。

参考文献：

1、 电力电子设备应用手册

第5篇：光伏发电系统设计及应用范文

关键词：离网光伏发电系统；光伏阵列；蓄电池组

1 概述

太阳能是一种清洁和可再生能源。我国具有较好的太阳能资源，但是也是一个能源消耗大国，而且人口分布也极不合理，所以发展太阳能光伏发电系统对于我国的可持续发展、能源供给具有较好的独立性和安全性。随着光伏发电成本的迅速降低，以及我国光伏发电迅速发展的背景下，离网光伏发电系统将走入千家万户。文章以浙江省衢州市离网光伏发电项目为案例，从电池组件容量设计、蓄电池容量分析、控制器选择、逆变器选配等角度出发，分析了家用独立光伏发电系统优化设计方案。

2 离网光伏发电系统工作原理

典型离网光伏发电系统主要由电池阵列、控制器、蓄电池、逆变器、负载等部件组成，其工作原理如图1所示。太阳能光伏发电的核心部件是太阳能电池阵列，它将太阳能直接转换成电能，并通过控制器把光伏阵列产生的电能存储于蓄电池中。当负载用电时，蓄电池中的电能通过控制器、逆变器送入各个负载上。

图1 离网光伏发电系统结构

3 离网光伏发电系统的设计方法

对于离网光伏发电系统的设计，在太阳辐射量（平均值）、地理位置（经度、维度）、用电量（平均）、环境地形等条件确定的情况下，我们设计的主要内容为离网光伏发电系统结构、太阳能电池方阵容量和结构、蓄电池容量和结构、控制器选配、逆变器选配等，同时需要综合考虑光伏发电系统的经济性、可靠性和稳定性。图2为离网光伏发电系统设计方法框图。

从图2中可以看出，离网光伏发电系统设计步骤为：首先分析系统用电需求；确定离网光伏发电系统结构；分析当地太阳能资源和气象地理条件数据的收集、计算；确定系统容量设计，包括系统电压的确定，太阳能电池组件功率、方阵构成的设计，蓄电池（组）的容量、结构的设计与计算；最后进行离网光伏发电系统其他电气设备的配置与设计，其中包括控制器的选型与配置、交流逆变器的选型与配置、组件支架及固定方式设计等。

4 家用离网光伏发电系统的结构设计

家用离网光伏发电系统包括电池组件、光伏控制器、蓄电池、逆变器及负载。系统结构如图1所示。

4.1 系统负载用电需求分析

由于家用用电设备中存在较多“待机”电气设备，难以用额定功率及用电时间求取耗电量，最为简捷的方法就是通过月平均耗电量，来核算电气设备每天耗电量。但是，对离网光伏发电系统来说，要保证系统全年缺电率为零，只要保证该系统在耗电量最多的月份或时间段内，且光照资源等气象因素最差的情况下能正常可靠运行就可。如果能保证上述最恶劣情况下，系统能正常运行，那么该系统也能满足其他时间段的用电需求。所以从我国浙江省家庭负载运行情况来看，冬季2月份是用电高峰期，同时也是光照资源最差的时间段。

假设一家庭用电设备在冬季2月达到最高耗电量300kWh，可得平均每天耗电10kWh。

4.2 系统结构

由于家用离网光伏发电系统中存在交流用电设备和直流用电设备，所以家用离网系统结构采用如图1所示结构，包括电池阵列、控制器、蓄电池、逆变器、负载等部件。

4.3 气象资源获取

由于我国当前具有太阳资源测量的气象站较少，在实际工程项目中，我们一般采用RETScreen软件来获取当地太阳资源。图3为利用RETScreen获取浙江衢州的太阳资源。

由此可得，该地区每月平均每天气象资源如表1所示。

4.4 电池组件容量及结构设计

4.4.1 系统直流电压确定

系统直流电压U也称为系统电压，其是蓄电池、控制器、逆变器输入端的直流电压值。常见离网系统直流电压有12V、24V、48V、96V、110V等。根据本项目实际情况，结合后续蓄电池组、逆变器、控制器的选配情况，本方案系统电压设置96V。

4.4.2 光伏阵列总容量设计

光伏阵列总容量就是系统所有电池组件容量之和。光伏阵列总容量的大小主要与负载日耗电量有关。有如下关系：

Gp・？浊=Gf

Gp=H・PB

式中Gp表示组件日发平均电量，单位kWh；Gf表示负载每日平均耗电量，单位kWh；？浊为系统转换效率，包括充电效率系数？浊1，逆变器转换系数？浊2，组件损耗系数？浊3，其中？浊1、？浊2、？浊3分别取0.9系数；H表示当地日峰值日照时数，单位h；PB表示光伏阵列最小总容量，单位w。

在此离网系统中，冬天2月为耗电量最大时间，故在上述求解光伏阵列总容量的峰值日照时数必须采用冬天2月的平均峰值日照时数。

例如，家用离网光伏发电系统负载日耗电10kWh，而且上述峰值日照时数为2.43h，则可得光伏阵列总容量PB为5.63KW。上述光伏阵列总容量为该离网光伏发电系统实际最小容量，实际略大于该值。

4.4.3 单体组件选择及光伏阵列结构设计

光伏阵列是通过单体电池组件串并联得到的。

M×N×Pd=P？叟PB

式中，M为电池组件串联数，取整数；N为电池组件并联数，取整数；Pd为单体电池组件容量；P是电池方阵实际容量。

在单体电池组件规格选择上，要根据系统电压、光伏阵列实际冗余量、串并联数量等因素综合考虑。在离网光伏发电系统中，电池组件串并联后要通过控制器给蓄电池充电，此时串联后的组件峰值电压Uf必须满足下列关系。

M×Up=Uf

Uf=？浊4×U

式中，UP为单体电池组件的峰值电压，UF为组件串联后的峰值电压，？浊4为充电电压系数，取值范围为1.40-1.49，U为系统电压。即一个标称电压为96V的蓄电池，其组件串联后的峰值电压应在134.4V-143.0V范围内，方可为其充电。

表2为一系列电池组件规格参数及其对应的电池组件串并联方式、方阵阵列实际总容量关系表。

从表2可以看出，为了满足离网系统用电需求，选择不同规格的电池组件，其实际容量是不同的。采用规格240W的电池组件实际光伏阵列总容量较小，即实际冗余量最小，故选用规格为240W的电池组件来构建光伏阵列。

同时，选用表2的前两种240W的电池组件实际光伏阵列总容量相同，但是第一种光伏阵列的并联数为6，第二种光伏阵列的并联数为3，从控制器选择及转换效率角度出发，并联数越少系统效率更高。故此方案选择第二种240W的组件规格。

4.4.4 电池组件倾斜角设计

为了获取更多太阳资源，光伏阵列的放置可以采用水平放置、固定倾斜角放置、单轴跟踪和双轴跟踪等模式。对于离网光伏发电系统，由于受其环境影响，光伏阵列将更多的采用固定倾斜角放置方式。在实际工程项目中，电池组件倾斜角设置如表3所示。

一般来讲，固定倾角太阳能电池方阵面上的辐射量要比水平面辐射量高5%～15%。直射分量越大、纬度越高，倾斜面比水平面增加的辐射量越大。

但是，在采用上述最佳倾斜角设置方法时，虽然可以使光伏发电系统一年内获取最大放电量。但是对于离网系统来说，为了在最恶劣的环境下不缺电，其光伏阵列倾斜角的设计，应使系统在最恶劣环境下获取最大的太阳资源，而不是使系统在一年内获取最大太阳资源。所以对于此离网系统倾斜角主要是保证在冬天2月份获取最大辐照度。为了获取更优倾斜角，可以采用Retscreen软件进行分析。图4为浙江衢州地区3种倾斜角获取太阳资源的情况。

从图4中可以看出倾斜角为28度时，该地区2月份可以获取最大太阳资源，其日峰值日照时数为2.70h，同时年平均日峰值日照时数也获取较大，达到3.71h。故倾斜角设置为28度。

4.4.5 铅酸蓄电池容量C设计

离网光伏系统中，蓄电池容量设计要考虑负载耗电量、逆变器效率、气象参数等因素。一般计算公式如下：

C×L×S×U=D×F×PF

式中，C蓄电池容量，Ah；F蓄电池放电效率修正系数，通常取1.05；PF平均负荷容量，Ah；L蓄电池的维修保养率，取0.8；S蓄电池的放电深度，取0.5；D表示无日照期间用天数，该地区2月份，最恶劣条件下，D为5天。

代入上述参数可得C为1367.2Ah，系统电压为96V。实际可选择标称电压为48V100AH的蓄电池28个，进行2串14并的连接方式。

4.4.6 光伏控制器选择

光伏控制器主要实现蓄电池的充放电保护，其系统功率、系统电压等级、光伏组件路数、电流等级等内容来确定。例如可选择系统电压为96V，系统电流为60A，容量为6kW的光伏控制器。

4.4.7 光伏逆变器选择

光伏逆变器的选择主要由系统电压、输出电压、输出波形等因素确定。但是对于一般电感性负载，如电机、冰箱、空调、洗衣机，在起动时，功率可能是额定功率的5～6倍。因此，通常电感负载起动时，逆变器将承受大的瞬时浪涌功率。所以在逆变器选择时要放足够的容量空间，本案例选择输入电压为96V，输出220V，容量为10kW的工频纯正波逆变器离网逆变器。

5 结束语

为满足上述案例用电需求，光伏阵列共采用转换效率为15%的24块240W的单体组件，共5760W，有效组件面积约为40m2；蓄电池采用标称电压为48V100AH的28只蓄电池进行2串14并连接；控制器采用电压等级96V，容量为10kW工频纯正波逆变器，系统成本约8.4万左右。其中主要成本为铅酸蓄电池，约占系统的62%，原因为本案例考虑的是缺电率为零离网光伏发电系统设计，而且在恶劣条件下蓄电池放电量为0.5，连续阴雨天数为5天，故蓄电池的配置成本相对较高。为了减少蓄电池配置容量，降低系统成本，在实际工程中可以采用市电互补离网光伏发电系统模式进行离网光伏发电系统配置。

参考文献

[1]吴佳妮.离网光伏发电系统设计探讨[J].电子技术与软件工程，2015：140-143.

[2]程启明.小型离网光伏发电系统的设计[J].上海电力学院学报，2014，30（3）：199-218.

[3]梁卓.小型离网光伏发电系统逆变器的研制[D].广州：华南理工大学，2012.

[4]张建辉.离网小型风力发电系统的研究[J].华东电力，

2008，36（11）：118-120.

第6篇：光伏发电系统设计及应用范文

关键词 太阳能；光伏；单级式拓扑结构；并网逆变系统；滤波

中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）24-0015-02

近年来，为缓解常规能源消耗和能源结构不合理等问题，太阳能光伏发电作为新能源核心产业发展迅速，且逐渐以供应分布式能源的主体为目标。并网系统与独立系统是太阳能光伏发电系统的两种主要方式，而并网系统主要被作为分布式或者集中式的太阳能发电站来应用。光伏发电系统的储能设备使用的是蓄电池，并不与电网直接连接，白天储存其太阳能电池需要输出的电能，而夜晚向供电负荷直接提供电力。本文就单级式单向太阳能光伏并网逆变系统进行分析讨论。因单级式太阳能光伏并网逆变系统在控制时既要对并网电流的相位和幅值进行控制，且还要对太阳能电池最大功率点进行跟踪，因此，提高系统工作安全性和稳定性及整个系统的工作效率，是目前太阳能光伏并网逆变系统中主要面对的问题。另外，由于控制系统相对复杂实际应用中较少采用该拓扑结构。但与多级式系统相比，单级式系统工作效率要高许多，而工作效率是太阳能光伏发电系统中极其关键的。随着现代数字信号处理技术以及电力电子技术的迅猛发展，克服系统拓扑结构带来的控制难题也成为可能。

1 设计MPPT控制方案

日照温度和强度会对光伏阵列的开路电压和短路电流造成影响，如带来系统效率降低等问题。为了对太阳能进行充分利用，MPPT方式必须应用于并网逆变系统中，以便于在任何环境下，光伏阵列能够得到最大功率输出。虽然有诸多光伏阵列的最大功率跟踪方法，但现阶段应用较多的有：模糊控制法、间歇扫描法、电导增量法、扰动观测法、恒定电压法等。方法各有千秋，具体应用时要根据系统所处环境进行选择。最大功率点的跟踪采用变步长扰动观测法，这时，系统先对光伏阵列所输出的电流和电压进行采样，并对电网周期内电流电压的平均值分别进行计算，光伏阵列平均输出功率的计算用两者平均值的乘积，之后对比上一时刻输出功率。如果相比于上一时刻功率，当前时刻功率较小，说明跟踪方向此时已经与最大功率点发生偏离，给定电压需要按照与原来给定电压变化法相反的方向去改变；如果相比上一时刻功率当前时刻功率较大，这说明跟踪方向是正确的，且应继续维持该电压变化方向。若原本已增加给定电压，可继续增加，若是减少给定电压，应继续减少。

2 并网逆变系统的控制系统设计

2.1 直流电压的控制

控制直流电压是光伏并网逆变系统控制的关键组成。太阳能电池最大功率点跟踪需要确保电压的稳定性和采样的快速性，这也是系统能够稳定运行的必要前提，因此，采用PI控制直流电压。

2.2 并网电流的控制

光伏并网逆变系统，其原理就是将太阳能电池的直流电能转变为正弦交流电能后向电网提供电力的装置，也是一个有源逆变系统。电网电压与系统输出电流的相位频率一致就是系统的控制目标。控制电流分为直接电流控制和间接电流控制。直接电流控制的稳定性较高，响应电流较快。而间接电流控制无需电流反馈控制，控制较为简单，但是自身也存在缺陷，如对系统参数的波动敏感、直流分量包含于交流侧电流中、系统电流动态响应较慢等。空间矢量控制、模糊控制、神经网络控制、双环电流控制、滞环电流控制等是直接电流控制的方法。在此举例说明系统采用SPWM并网逆变电流跟踪方式控制，如图1所示。图中为电网电压前馈环节；为滤波环节；为逆变环节；为PI调节环节；为实际并网电流。

图1 并网电流控制图

3 设计并网逆变系统主回路

单级式单相桥式逆变拓扑结构构成并网系统，D1至D4是对应的反并联二极管，而T1至T4是功率器件，从而构成逆变桥，如图2所示。

图2 单级式单相桥式并网逆变主电路图

电网电压和逆变电压的适配采用工频变压器来实现，且隔离逆变系统和电网电压。直流侧的滤波器作用是将直流侧两倍于电网频率的电压纹波滤除，用Cin表示。交流侧的T型滤波器由L1、C、L2组成，可确保并网电流质量，并将滤除交流侧电流谐波。根据相关技术资料设计系统主回路元器件参数。

4 总结

利用风力发电、燃料电池发电、太阳能光伏发电、小型水力发电等可再生能源的发电系统，可为电网发展缓慢、电力延伸困难地区的交通、通信、路灯照明等提供电力能源，并且主要在离网型村落供电系统、可再生能源并网发电系统和户用电源系统中应用。光伏发电最终将实现并网运行，今后交流光伏发电系统也必将成为光伏发电的主流。太阳能光伏发电利用半导体材料的电子学特性，依靠太阳能电池组件，将光能转化成电能。通过光伏数组，并网发电系统将接收来的太阳辐射能量经过高频直流转化后，成为高压直流电，再经逆变器逆变后，将与电网电压同相、同频的正弦交流电流向电网输出。

现阶段所面临的关键问题是，在不能有效提高太阳能光伏电池转换效率的前提下，如何提高太阳能光伏并网逆变系统的转换效率。而对并网逆变系统变换电路拓扑结构进行改进优化设计，能够大大提高系统的转换效率。其中，单级式变换拓扑结构优势明显，单级式单相太阳能光伏并网逆变系统，能够对最大功能进行跟踪，并有效实现并网。

第7篇：光伏发电系统设计及应用范文

【关键词】 光伏建筑 防雷保护系统 监测预警系统

近年来，随着我过太阳能技术在建筑中的应用越来越受到重视，与建筑相结合的并网光伏发电系统成为当今光伏应用的新趋势。然而由太阳能光伏发电系统遭受雷击引发的事故不断增加，每年都有5%-10%的太阳能光伏建筑遭受到直击雷或雷击电磁脉冲的损坏。

雷电对太阳能光伏发电系统具有极大的破坏性，其电压高达数百万伏，瞬间电流可高达数十万安培，雷击对太阳能光伏发电系统所造成的破坏性后果，将严重导致设备损坏，甚至人员伤亡。因此，防雷保护系统是保证太阳能光伏并网发电系统设备正常安全运行的关键，这要引起足够的重视。通过建立与光伏发电系统相关的雷电监测预警系统，对于掌握好雷电的特点、预防雷击的危害、有效保护光伏发电系统的各个组件等各个方面有巨大的实际意义。

1 光伏建筑的防雷保护系统

对于光伏建筑的并网发电系统来说，雷电的危害主要是直击雷，感应雷，雷电波入侵。因此，针对不同的雷电危害方式，采取相对应的防雷措施与技术方法，才能确立光伏建筑的整体防雷保护系统。

1.1 对直击雷的防护措施

光伏建筑的屋面大部分由太阳能板组成，所以合理的防直击雷措施能够有效的保护太阳能板。防直击雷采取的措施是引导雷云对避雷装置放电，使雷电流迅速流入大地，从而保护建（构）筑物免受雷击。防直击雷的完整装置包括接闪器、引下线和接地装置三部分。对建筑物屋顶易受雷击部位，应装接闪杆、接闪带、接闪网进行直击雷防护。雷电流被接闪器引入大地时，要经由引下线、接地体而分散入地。对于光伏建筑，主要采用共同接地系统的设计。

1.2 感应雷的防护措施

雷电发生在电池板的附近，则会在电池板支架上产生静电感应过电压，阵列支架应与接地系统进行可靠连接。太阳能电池板背面的直流电压引出导线与供电系统设备之间应达到绝缘配合。太阳能电池板四周铝合金框架应与支架导通连接。当雷击发生时，雷电流经过太阳电池板的铝合金框架及金属支架泄入大地，从而使太阳能电池板得到保护， 避免直击雷冲击而损坏。

1.3 对雷电感应的防护措施

由于雷电波（雷电浪涌）侵入造成控制机房内的控制器或逆变器遭损坏的概率最大，所以必须对雷电波侵入进行多级防护。在太阳电池方阵接线箱内安装防雷模块，在控制器、逆变器内安装防雷元器件，使其具有防雷保护功能；在交流输出端，改变以往设计中在架空出线杆上安装低压阀式避雷器的做法，改用更加灵敏、安全、方便的浪涌保护器即防雷器件防止雷电波由输电线路进入机房。

2 防雷系统的监测预警系统组成

防雷系统的监测预警系统负责检测每次雷击防雷装置动作后入地脉冲电流的强度、雷击电压的极性、雷击次数的计数以及各个SPD的动作损坏情况，将检测信号传到监控主机上，并作为整个监测系统的数据库管理中心，比如雷击次数、雷击电流强度、雷击电压极性、避雷装置损坏情况等。该系统的主要包括数据采集的智能监测仪及两种前端处理，PC监控主机。如图1所示。

系统的上位PC机作为整个监测系统的管理中心，主要负责光伏建筑内各个智能监测仪所检测的防雷装置的各种雷击信息。它可以显示防护区域内所有防雷装置的位置及动作状态，当防雷装置损坏，还能够故障报警。

3 系统功能

该系统利用先进的智能型防雷设备构建防雷系统的监测预警系统能够有效的保证光伏建筑防雷保护的有效性，应具有以下功能：

该系统能够自动监控并记录累计发生时间，累计次数，通流强度等动态数据，用户可以通过主机进行累计情况查询；防雷装置长期运行及多次承受强雷击后，可能发生劣化，老化等故障从而失去防雷保护作用。故障一旦发生，监控主机会及时报警，并显示故障装置的安装位置等信息，使工作人员能够及时维护设备，避免防雷保护系统失效；用户可以通过主机可以查询该系统中防雷设备的信息，包括运行状态，故障信息，安装位置，维护记录等。本系统还提供各项维护记录，故障记录等多种统计报表功能，支持导出Excel，PDF文档及打印输出，方便数据统计及管理存档。

本文所设计的监测预警系统将防雷装置集中监控，实时了解防雷保护系统各个设备的状态，有效的解决了雷击随机性与人工巡检阶段性的矛盾，使防雷保护系统维护管理更有效，更方便，更及时。

4 结语

随着太阳能光伏建筑越来越普及，对光伏建筑的防雷技术要求也越来越高。本文针对光伏建筑防雷保护系统提出了预警监测系统。该系统是集雷电防护，远程监控，设备检测，故障报警，事件记录和统计报表等功能于一体的智能系统。该系统保障了光伏建筑防雷保护系统正常运行，减少了人工巡检，使防雷保护系统维护管理更有效，更方便，更及时。

参考文献：

第8篇：光伏发电系统设计及应用范文

关键词：太阳能；光伏发电；并网；逆变器

作者简介：熊巍（1983-），男，湖北红安人，长江工程职业技术学院电力工程系，讲师；周海波（1972-），男，湖北武汉人，长江工程职业技术学院电力工程系，讲师。（湖北武汉430212）

基金项目：本文系2011年度湖北省教育厅科学技术研究项目（项目编号：B20116501）的阶段性成果。

中图分类号：TM615     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2012）09-0137-02

随着全球人口的增长、经济的发展，人类对能源的需求越来越大，从而导致了石油、煤矿等不可再生能源的迅速减少，我们正面临着能源枯竭与环境恶化的双重压力。开发利用可再生能源是增加能源持续供给能力、改善能源结构、保障能源安全、逐步恢复生态环境的重要措施。[1]

众所周知，太阳能清洁环保，利用价值高，并且有着取之不尽用之不竭的特性，这就决定了其在能源更替中不可取代的地位。高效率低成本利用太阳能对建设资源节约、生态稳定型社会，实现全球经济全面协调可持续发展意义深远。本文设计的并网型光伏发电系统已在长江工程职业技术学院实验环境下进行了安装与调试，并成功与本校供电系统实现了内部并网。

一、太阳能光伏发电系统简介

太阳能是指太阳光照所辐射的能量。目前太阳能的利用主要有光热转换、光电转换和光化转换三种形式。太阳能光电转换又分为光热发电和光伏发电两种，通常说的太阳能发电主要是指太阳能光伏发电。

太阳能光伏发电系统是利用半导体的光生伏特效应进行光电转换的发电系统，其应用基本形式主要分为独立发电系统（如图1所示）和并网发电系统（如图2所示）两大类。应用领域主要集中在航空航天、通信系统、微波中继站、无电缺电地区用户供电和市政照明工程等。

通常，太阳能光伏发电系统由光伏组件方阵、控制器、蓄电池和逆变器四大部分组成。

1.光伏组件方阵

即太阳能电池组件方阵，由太阳能电池板按系统需求串、并联而成。它是太阳能发电系统中的核心部件，其作用就是将太阳的辐射能量转换成电能输送到蓄电池中储存或者驱动负载工作。

2.控制器

它主要对蓄电池的充、放电进行控制，同时对蓄电池起到过充电保护和过放电保护的作用。

3.蓄电池

将光伏阵列组件产生的电能储存起来，当光照强度过低或负载需求过大时，将储存的能量释放出来满足负载的能量需求。一般为铅酸电池，有的微型系统也使用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。

4.逆变器

在我国实际应用中，负载的额定电源通常为交流220V，而光伏阵列组件产生的电能通常为直流，因此需要通过逆变器将其转换成负载所需的交流电能，故要使用逆变器。

目前，欧美、日韩等发达国家和地区正在大规模推广光伏并网发电系统，一方面以取代正在急剧减少的常规化石能源；另一方面减少废气排放对环境造成的污染。为推动西部大开发，我国也正在进行大西部地区的太阳能发电工程建设，以改善西部生产条件和投资环境，促进我国西部地区的经济发展。同时也将太阳能光伏发电技术大规模的应用和推广到市政照明工程上。

二、并网型太阳能光伏发电控制系统设计

1.并网型太阳能光伏发电控制系统简介

如图2所示，并网型太阳能光伏发电系统最大的特点就是光伏组件方阵产生的直流电（一般为12VDC、24VDC、48VDC）经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电后直接接入公共电网。当光照充足时，系统产生的电力除了供给负载外，剩余的电力反馈给公共电网；在白天或夜晚，系统产生的电能不能满足负载需求时就由电网供电。

该系统主要由光伏组件方阵（即太阳能电池板）、光源跟踪控制系统、并网逆变器等组成，与独立光伏发电系统相比，因并网型光伏发电系统直接将电能输入电网，也可直接利用电网电能，所以免除了配置控制器和蓄电池，但是系统中的逆变器必须使用专用的并网逆变器。

2.模拟光源跟踪控制系统

因地球自转，对于同一地点而言，不同季节不同时间点，太阳光的照射角度是不一样的，只有让太阳能电池方阵时刻正对着太阳才能保证光照强度最高，因此要设计光源跟踪系统，使太阳能的利用率达到最大化。

本系统的模拟光源跟踪控制系统主要由3盏日光灯（模拟早、中、晚三个时间点的日照）、太阳能模拟追日跟踪传感器、太阳能板水平和俯仰传动机构、直流电动机（配减速箱）、三菱FX2N可编程控制器、按钮和继电器等组成。通过太阳能模拟追日跟踪传感器接收到的光线强度信号，利用PLC内设计程序进行比较，调整太阳能电池板的左右位置及仰角。模拟光源跟踪PLC控制系统I/O分配如表1所示。

3.基于DSP的并网逆变控制

并网光伏发电系统中电能是可以直接送入上级电网的，为此必须保证逆变器的交流电源输出与电网电压同频同相，因此并网逆变器有别于独立发电系统中的逆变器，必须特别设计。本系统采用基于DSP控制核心的并网逆变器设计方案，其控制原理图如图3所示。通过对光伏阵列产生的直流电压信号进行采集，并与逆变输出的交流电压进行比较运算，再与三角波载波信号合成生成SPWM调制信号，将光伏效应产生的直流电压逆变为稳定输出的正弦波交流电输出。

为保证并网系统的有功功率输出最大化，同时避免其对公共电网的电力污染，拥有较好的电磁兼容性，设计并网逆变器时要考虑能对公共电网电压信号进行跟踪采集，保证并网逆变器输出的交流电流与电网电压波形保持同频、同相。[2]

为了保证逆变器输出与电网电压同频同相，必须实时采集电网的电压信号，由DSP检测到过零信号的上升沿时发出同步中断，以此时刻作为控制时间的基准点，即正弦波信号的起点。过零信号的采集处理是通过同步变压器降压得到电网电压信号，然后经滤波整形为同步方波信号，最后送至DSP的外部中断口进行检测。[3]

目前，我国光伏发电系统主要应用于边远山区，由于地理位置等原因，这些系统往往采取无人值守和维护的管理模式，因此对于并网型光伏发电系统而言，并网逆变器作为整个系统的控制核心就显得尤为重要。并网逆变控制设计必须保证系统具备一定的抗干扰能力、适应环境能力、瞬时过载能力以及对各种突况的保护功能等。

三、结束语

我国自20世纪80年代开始就进行太阳能电池的开发生产，在西部无电、缺电地区大力推广太阳能光伏发电系统，使得我国的光伏产业在30年间取得了跨越式的发展，但与欧美等发达国家相比，我国光伏产业还处于初级阶段，光伏发电技术方面还存在许多的不足之处。随着全球能源的急剧减少，以及因能源而引起的社会矛盾不断扩大，从长远发展来看，目前是太阳能光伏发电技术发展的大好时机，无论是产业机构、研究部门还是用户，光伏发电技术都面临着良好的发展机遇。

本研究目前还处于硬件设计与调试应用阶段，因此主要研究方向在于硬件设计，后期将主要开展对整个控制系统的实验数据采集与分析研究，主要研究方向将集中在如何提高系统的稳定性、可靠性研究和逆变效率最大化研究等方面。

参考文献：

[1]胡盘峰,陈慧敏.新型绿色住宅2KW并网太阳能光伏发电系统设计[J].上海工程技术大学学报,2008,(9).

第9篇：光伏发电系统设计及应用范文

关键词：太阳能;建筑;设计;应用

一、太阳能利用技术方法与优点

工程实践表明，光伏发电技术是一种技术可靠、使用便捷、低碳环保，易于大规模生产利用的先进可再生能源技术，其优点如下： （1）太阳能资源是一种取之不尽、用之不竭的洁净的可再生能源。开发利用时不消耗传统化石燃料能源，不会排放产生废水、废气、废渣等污染物，是自然能源中较为理想的清洁能源。 （2）太阳能利用不受地域条件的限制。任何有太阳的地域均可就地开发利用。不存在选址、运输等问题，特别是在交通不便利、偏远的乡村、海岛，太阳能能利用价值更高。（3）太阳能可靠性高、维护简单。光电板、逆变器、蓄电池等设备分布安装，提高了整个能源系统的安全性、可靠性及耐久性。即使在恶劣的使用环境下，光伏发电系统故障也较少，因此运行维护成本较低。（4）光伏建筑集成由于占地面积小、安装便利、供电可靠等原因，是目前国际上太阳能研究发展的前沿。

二、太阳能光伏系统建筑一体化利用方式与优势

（一）太阳能光伏系统建筑一体化利用方式。“光伏发电与建筑物一体化”的概念在1991 年正式提出，是目前世界上大规模利用光伏发电的研发热点。太阳能光伏与建筑物相结合主要有两种形式：一种是在建筑物屋顶、立面安装平板光伏器、光伏阵列与电网并联向用户供电，从而形成用户联网光伏系统。第二种形式是将光伏器件与建筑实现集成一体化，即在建筑物屋顶或立面安装光伏发电电池板，用光伏发电的玻璃幕墙代替普通的玻璃幕墙，由屋顶和墙面的光伏器件直接吸收转化太阳能，太阳能系统平板既可以做建材又可以发电，进一步降低光伏发电的成本。目前，许多国家已研制出大尺度的彩色光伏模块可替代昂贵的墙体外饰材料，使光伏发电与建筑物一体化成本进一步降低。

建筑物与太阳能光伏发电系统的进一步有机结合是将太阳能电池板与建筑顶面、立面材料集成一体化。建筑物建设使用过程中，建筑立面墙体结构表面通常采用喷涂涂料、铺贴瓷砖、安装幕墙玻璃等。如果用太阳能电池板替代建筑立面墙体及屋顶建筑材料，太阳能电池板既可作为建筑装饰材料，也可以用于光伏发电系统。由此可见，实现太阳能电池板与建筑的有机一体化结合，是太阳能光伏发电系统建筑一体化推广与应用的一个关键问题，这种结合并非是建筑与太阳能电池板简单“叠加”，而是在建筑与光伏系统设计方案阶段将太阳能电池板纳入建筑设计构思中。

太阳能电池板用于建筑材料，必须具备建筑材料的基本要求，如坚固耐久、防水防潮、保温隔热、隔音等以及适当的强度和刚度等性能。若安装在屋顶、窗户等，还应具有透光的性能。太阳能光伏系统建筑有机结合，根据建筑工程使用及工况的需要，与普通的平板式光伏系统组件不同，太阳能电池板兼有发电与建筑装饰材料的功能，必须满足建筑材料的基本性能需要。应该遵循以下原则：①建筑物设计完成后使太阳能电池板成为建筑不可缺少的一部分，成为建筑结构构成部分。②太阳能电池板的颜色和肌理必须与建筑物的相关部分相和谐统一，与建筑物的整体风格相结合。③太阳能电池板的比例和尺度必须与建筑整体的比例与尺度相协调，这将决定太阳能电池板的分格尺寸与形式。④太阳能电池板屋顶具体的细部设计，如材料用量是否最小化、设计细节是否和谐、有机等需统一考虑。

（二）太阳能光伏系统建筑一体化优势。太阳能光伏发电系统建筑一体化的方式各不相同，这取决于地理、文化及政府政策等。在国外，由于公共建筑的建造与设计程序严格，太阳能电池板系统在个人住宅与公寓建筑使用的较为普遍。而在我国，特别是城市建筑，由于建筑开发是商家或政府，因此是否采用太阳能电池板系统完全取决于开发商或政府。在我国，日照充足的地区无论公共建筑还是住宅屋顶和墙面使用太阳能电池板系统的市场潜力十分巨大，从建筑结构、技术利用和经济效益来分析，太阳能电池板与建筑的一体化优势如下：

（1）节约用地，便于安装 ，保护环境。太阳能光伏发电系统一般安装于建筑物的屋顶或外立面墙体上，无需额外占用土地或增建其他建筑设施，适用于人口比较密集的建筑群、办公区使用，尤其适用于土地昂贵的城市。由于太阳能电池板的组件集成化，光伏设备安装比较方便，而且可以根据负载的耗电量来选择装机容量。与此同时，由于太阳能光伏发电系统设备安装在建筑物的屋顶或立面墙体结构上，太阳能转换为电能可降低建筑物临近室外区域的温度，从而达到减少室内空调制冷用电负荷，既节约了能源，又保证了室内的空气质量，同时也避免了由于使用传统化石能源燃料发电所导致的环境污染。（2）减少投资，保证供应，实现安全用电。太阳能光伏发电系统安装不受地域条件限制，可实现就地发电用电，因此可以大幅度减少电站及输送电网的建设投资。建筑物实现光伏发电系统一体化，光伏发电系统所发电力既可供给本建筑物使用，也可储存于蓄电池或外送入电网。在自然条件差，负载可由蓄电池供电;在自然条件差较好，通常会出现电网用电高峰，以往需采取拉闸限电措施，但此时也正是太阳能光伏发电系统发电量最多的时候。建筑一体化太阳能光伏发电系统除可保证建筑物负载用电外，还可以向外电网供电，太阳能光伏发电系统的集成特性可以节约储存电力的费用，另外用电安全性能也得到提高，从而缓解夏季电力高峰需求压力，从而彻底解决电量不够的问题。 （3）增效规模，降低成本。建筑一体化太阳能光伏发电系统中，太阳能光伏发电系统面板代替建筑屋顶或立面墙面，可以节约大量的建筑成本。另外，太阳能光伏发电系统面板在建筑用电地点发电，避免传输和分电损失（5%～10%），降低了电力传输、分配投资和维修费用。在建筑屋顶或立面结构上安装太阳能发电系统设备，用太阳能电池板代替部分建筑材料，可以促进太阳能电池板工厂化规模生产，从而能进一步降低工程造价，有利于太阳能发电系统光伏产品的推广与应用，市场潜力巨大。

三、太阳能光伏发电系统建筑一体化设计原则

太阳能光伏发电系统建筑一体化的设计原则要求，运营系统既要保证建筑中光伏发电系统的长期运行可靠，又要充分满足用电设备的需要，使系统的配置实现合理、经济。工程建设与投产中使用尽量少的太阳能光伏系统组件，使太阳能光伏发电组件与建筑物有机合为一体，替代部分建筑材料，如屋面与立面墙体装饰材料，达到建筑节能的效果。协调光伏系统与建筑成本之间的关系，在满足正常需要，保证系统、建筑质量的前提下尽可能的节约建筑与安装成本投资，达到投入与产出最好的经济效益。

结 语：近年来，随着美国、西班牙、德国等发达国家对本国光伏产业的政策优惠及扶持，全球光伏发电应用已进入快速增长的阶段。我国光伏产业近几年来持续发展，但是同发达国家相比还是存在很大差距，光伏发电应用市场发展较为缓慢，安装量较少，随着我国工业与信息化部2012年2月颁布的《太阳能光伏产业“十二五”发展规划》，我国的太阳能光伏发电系统应用及推广将会有较大的发展。

随着光伏发电产业化进程和技术开发的发展，太阳能光伏发电系统与建筑一体化生态节能工程，其发展前景广阔，市场潜力巨大，其效率、性价比随着太阳能光伏技术日益发展将进一步得到提高，也将极大地推动中国太阳能光伏发电系统建筑一体化的快速发展。

参考文献：