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太阳能逆变器的选择与配置方案2011年11月17日10


8.1 SMA 公司(德国) 8.2 8.3 KACO(德国)

FRONIUS 集团(奥地利) 8.4 西门子公司(德国)

8.5 XANTREX 科技有限公司(加拿大) 8.6 SPUTNIK ENGINEERING 有限公司(瑞士) 8.7 合肥阳光电源有限公司 8.8 北京科诺伟业科技有限公司 8.9 广东志成冠军集团有限公司 8

.10 荣信电力电子股份有限公司 8.11 上海正泰电源系统有限公司 8.12 安徽颐和新能源科技股份有限公司

太 阳 能 逆 变 器 的 选 择 与 配 置 方 案 2011年 11月 17日 10:18:38
络 作者:胡盘峰,陈慧敏

来 源 :网

摘要:

太 阳 能 光 伏 发 电 系 统 在 实 际 应 用 中 ,主 要 是 利 用 太 阳 光 直 接 发 电 。 这

是 一 种 利 用 光 电 转 换 原 理 和 相 应 的 光 电 转 换 器 材 来 发 电 的 系 统 ,它 具 有 安 装 方 便 、 规 模 可 大 可 小 、发 电 过 程 不 排 放 污 染 物 质 、无 噪 音 和 整 个 寿 命 期 间 几 乎 免 维 护 等 许 多 优 点 。 系 统 可 划 分 为 两 种 ,即 太 阳 能 光 伏 发 电 独 立 电 源 系 统 和 太 阳 能 光 伏 发 电 并 网系统。 关键字:
化石能源, 光伏电池组件, 光电转换器

随 着 煤 炭 和 石 油 等 化 石 能 源 的 大 量 消 耗 ,不 可 再 生 能 源 正 面 临 资 源 枯 竭 和 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 自 然 环 境 的 重 要 措 施 ,对 建 设 资 源 节 约 型 和 环 境 友 好 型 社 会 , 实 现 经 济 社 会 全 面 协 调 可 持 续 发 展 , 具 有 非 常 重 要 的 意 义 。本 文 设 计 的 太 阳 能 光 伏 发 电 系 统 已 经 在 常 州 部 分 新 建 别 墅 和 小 区 进 行 安 装 ,光 伏 电 池 组 件 的 安 装 应 保 持

屋 顶 的 风 格 和 美 观 , 并 与 小 区 及 周 围 环 境 相 协 调 。在 阴 雨 天 气 时 , 能 使 用 城 市 电 网 为 公 用 负 荷 供 电 ,建 成 后 具 有 节 省 电 能 、 环 保 和 维 护 管 理 方 便 等 优 点 。 由 于 在 建 筑 密 度 很 大 的 城 市 住 宅 小 区 中 ,能 够 安 装 太 阳 能 电 池 板 的 面 积 有 限 ,住 宅 小 区 屋 顶 光 伏 发 电 系 统 的 容 量 通 常 远 远 小 于 其 变 压 器 的 容 量 ,即 光 伏 系 统 的 发 电 功 率 始 终 小 于 小 区 负 载 的 功 率 ,没 有 剩 余 电 能 送 入 上 级 城 市 电 网 。 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 ,采 取 小 区 内 局 部 并 网 运行方式提高了上级城市电网的安全性。 1太 阳 能 光 伏 发 电 系 统 简 介 太 阳 能 光 伏 发 电 系 统 在 实 际 应 用 中 ,主 要 是 利 用 太 阳 光 直 接 发 电 。 这 是 一 种 利 用 光 电 转 换 原 理 和 相 应 的 光 电 转 换 器 材 来 发 电 的 系 统 ,它 具 有 安 装 方 便 、 模 可 大 可 规 小 、发 电 过 程 不 排 放 污 染 物 质 、无 噪 音 和 整 个 寿 命 期 间 几 乎 免 维 护 等 许 多 优 点 。系 统 可 划 分 为 两 种 ,即 太 阳 能 光 伏 发 电 独 立 电 源 系 统 和 太 阳 能 光 伏 发 电 并 网 系 统 。 并网太阳能光伏发电系统主要由太阳能电池方阵、并网逆变器和控制器等组成, 如 图 1所 示 。 这 是 太 阳 能 光 伏 发 电 进 入 大 规 模 商 业 化 发 电 阶 段 、 成 为 电 力 工 业 组 成 部 分 之 一 的 重 要 方 向 ,是 当 今 世 界 太 阳 能 光 伏 发 电 技 术 发 展 的 主 流 趋 势 。

2设 计 实 践 2.1常 州 地 区 的 太 阳 辐 照 量 常 州 地 处 长 江 下 游 平 原 ,国 家 生 产 力 布 局 中 最 大 的 经 济 核 心 区 ---长 江 三 角 洲 。 北 纬 33°14′ ~ 36°37′ ,东 经 118°22′ ~ 119°14′ , 平 均 海 拔 9(,东 望 大 海 , 西 达 荆 楚 ,南 壤 皖 浙 ,北 接 江 淮 ,长 江 越 境 而 过 。 常 州 属 北 亚 热 带 季 风 气 候 区 ,冬 冷 夏 热 ,四 季 分 明 、 雨 水 充 沛 、 光 能 资 源 充 足 、 年 平 均 温 度 为 15.7( , 最 高 气 温 为 43( (1934 年 7 月 13 日 ), 最 低 气 温 为 16.9( (1955 年 1 月 6 日 ) , 最 热 月 平 均 温 度 为 2 8 . 1 ( , 最 冷 月 平 均 温 度 为 - 2 . 1 ( 。年 平 均 降 雨 1 1 7 d , 降 雨 量 1106.5((,最 大 平 均 湿 度 81%,最 大 风 速 19.8(/s。 土 壤 最 大 冻 结 深 度 0.09(。 夏 季 主 导 风 向 东 南 、 东 风 ,冬 季 主 导 风 向 东 北 、 东 风 。 地 震 强 度 7级 。 无 霜 期 237d。 每 年 6月 下 旬 到 7月 中 旬 为 梅 雨 季 节 。 年 度 最 佳 季 节 为 秋 季 (9~ 11月 )常 州 地 区 历 年 平 均 气 象 资 料 见 表 1。

2.2太 阳 电 池 方 阵 倾 角 与 光 伏 方 阵 设 计 计 算 2.2.1太 阳 电 池 方 阵 倾 角 的 确 定 根 据 现 场 条 件 及 从 经 济 考 虑 ,采 用 固 定 式 倾 角 的 太 阳 光 伏 方 阵 。 由 于 太 阳 辐 射 均 匀 性 对 光 伏 发 电 系 统 的 影 响 很 大 ,对 其 进 行 量 化 处 理 是 很 有 必 要 的 ,为 此 引 入 辐 射 累 积 偏 差 δ ′ ,得

式 中 :Htt 为 倾 角 t 斜 面 上 各 月 平 均 太 阳 辐 射 量 ;?tt 为 该 斜 面 上 年 平 均 太 阳 辐 射 量 ;((i)为 第 i 月 的 天 数 。 可 见 ,δ ′ 的 大 小 直 接 反 映 了 全 年 辐 射 的 均 匀 性 ,δ ′ 越 小 辐 射 均 匀 性 越 好 。 按 照 负 载 负 荷 均 匀 或 近 似 均 衡 的 独 立 光 伏 系 统 的 要 求 ,理 想 情 况 当 然 是 选 择 某 个 倾 角

使 得 ?tt 为 最 大 值 ,δ ′ 为 最 小 值 。 实 际 情 况 是 二 者 所 对 应 的 倾 角 有 一 定 的 间 隔 , 但 因 此 选 择 太 阳 电 池 组 件 的 倾 角 时 ,只 考 虑 ?tt 为 最 大 值 ,δ ′ 为 最 小 值 必 然 会 有 片 面 性 , 应 当 在 二 者 所 对 应 的 倾 角 之 间 进 行 优 选 。为 此 需 要 定 义 一 个 斜 面 辐 射 系 数 , 即

式 中 ,? 为 水 平 面 上 的 年 均 太 阳 辐 射 量 。 于 ?tt 和 δ ′ 都 与 太 阳 电 池 组 件 的 由 倾 角 有 关 ,所 以 当 K 取 极 大 值 时 ,应 当 有 dK/dt =0。 求 解 上 式 ,即 可 得 到 最 佳 倾 角 。 经 过 计 算 求 得 ,常 州 地 区 的 最 佳 倾 角 为 37°,常 州 地 区 每 个 月 份 斜 面 太 阳 辐 射 量 见 表 2。

表 2中 ,Hbθ 为 斜 面 上 直 射 太 阳 辐 射 量 ;Hdθ 为 斜 面 上 散 射 太 阳 辐 射 量 ;HRθ 为 斜 面 上 反 射 太 阳 辐 射 量 ;Hθ 为 倾 斜 面 上 太 阳 辐 射 总 量 ,即

2.2.2光 伏 方 阵 的 设 计 如 果 储 能 子 系 统 的 配 置 足 够 大 ,能 将 光 伏 子 系 统 在 日 太 阳 高 于 年 平 均 日 太 阳 辐 射 时 发 出 的 电 能 全 部 储 存 ,供 日 太 阳 辐 射 低 于 年 平 均 日 太 阳 辐 射 时 负 载 使 用 ,光 伏 子 系 统 可 取 最 小 值 ,得

如 果 光 伏 子 系 统 的 功 率 设 计 能 在 太 阳 辐 射 最 小 月 也 可 满 足 负 载 用 电 需 求 时 ,通 常 认 为 这 种 假 定 条 件 下 的 光 伏 子 系 统 为 最 大 功 率 ,即

式 中 :η in 为 从 光 伏 子 系 统 到 蓄 电 池 的 效 率 (包 括 方 阵 温 度 电 压 损 耗 、 组 合 损 失 、 灰 尘 遮 蔽 和 控 制 器 等 部 件 效 率 、 防 反 充 二 极 管 和 系 统 线 路 损 耗 ,蓄 电 池 充 电 效 率 等 )取 0.75;η out 为 从 蓄 电 池 到 负 载 的 效 率 (包 括 蓄 电 池 放 电 效 率 0.8、 逆 变 器 效 率 0.90等 )取 0.72;Gs 为 标 准 状 态 下 的 太 阳 辐 照 度 (25( ,A(1.5,1((/(2);?(in 为 水 平面最小月日平均太阳辐射量。 经 过 综 合 考 虑 实 际 情 况 和 经 济 性 ,选 取 太 阳 电 池 方 阵 功 率 为 2000(。 在 此 笔 者 选 择 常 州 某 公 司 生 产 的 型 号 为 CEEG170-24/s 的 太 阳 电 池 组 件 峰 值 功 率 为 170(。 直 流 系 统 电 压 选 取 为 48V,查 蓄 电 池 厂 家 提 供 的 产 品 手 册 ,蓄 电 池 的 充 电 电 压 应 设 置 为 68V。 因 此 组 件 串 联 数 Ns 计 算 为

2.3逆 变 器 的 选 择 与 配 置 方 案 网 逆 变 器 是 并 网 光 伏 系 统 的 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 的 直 流 电 转 换 成 与 电 网 电 力 相 同 电 压 和 频 率 的 交 流 电 ,并 把 电 力 输 送 给 交 流 系 统 连 接 的 负 载 。同 时 还 具 有 极 大 限 度 地 发 挥 太 阳 能 电 池 方 阵 性 能 的 功 能 和 异 常或故障时的保护功能。 在 本 系 统 的 设 计 中 选 用 合 肥 某 公 司 生 产 的 3(VA 的 单 相 逆 变 器 SN483KS,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 的 保 护 功 能 ,其 技 术 参 数 如 表 3所 示 。

3太 阳 能 光 伏 系 统 的 安 装 和 防 雷 太 阳 能 电 池 方 阵 基 座 和 支 架 施 工 安 装 完 全 按 抗 10级 以 上 台 风 的 要 求 设 计 ,但 底 座 采 用 了 钢 筋 混 泥 土 结 构 、铝 合 金 框 架 以 及 P V C 防 水 层 ( 如 图 2 所 示 ) , 保 证 了 本 系 统 的 安 全 系 数 ,但 有 点 浪 费 ,今 后 需 要 优 化 设 计 。

在 光 伏 发 电 系 统 控 制 机 房 的 入 口 端 和 出 口 端 ,安 装 防 雷 隔 离 箱 (内 部 装 有 避 雷 器 ) 。当 遭 到 雷 击 或 发 生 过 渡 时 , 箱 内 防 雷 器 件 劣 化 , 过 流 保 护 器 自 动 跳 出 , 自 动 脱 扣 脱 离 电 路 ,以 保 证 光 伏 发 电 系 统 设 备 。 避 雷 器 的 电 流 为 1000A(8/20μ s) 时 , 选 择 控 制 电 压 ( 浪 涌 电 流 流 过 时 浪 涌 电 压 被 限 制 而 残 留 在 避 雷 器 两 端 子 之 间 的 电 压 )为 2000V 以 下 的 避 雷 器 。 应 雷 的 浪 涌 电 感

流 , 最 大 有 1000A 。 还 有 , 太 阳 能 电 池 阵 列 的 脉 冲 耐 电 压 ( 将 标 准 雷 脉 冲 电 压 波 形 1.2~ 50μ s 正 负 各 3次 施 加 时 ,没 有 引 起 绝 缘 破 坏 的 最 大 电 压 )为 4500V,考 虑 到 避 雷 器 接 地 线 引 起 浪 涌 阻 抗 (雷 电 电 流 流 过 时 的 阻 抗 )的 增 大 ,所 以 把 控 制 电 压 限 制 在 2000V 以 下 ,接 地 线 尽 量 短 。 具 体 接 线 图 如 图 3所 示 。

4结 语 太 阳 能 是 一 种 清 洁 、 可 再 生 能 源 ,太 阳 能 光 伏 发 电 实 现 了 直 接 将 太 阳 能 转 化 为 电 能 。我 国 人 口 众 多 , 人 均 能 源 资 源 量 较 低 , 发 展 可 再 生 能 源 是 落 实 科 学 发 展 观 的 必 然 选 择 。 其 中 太 阳 能 发 电 是 最 有 前 景 的 技 术 之 一 ,从 环 境 保 护 和 能 源 战 略 上 都 具 有 重大意义。 随 着 中 国 经 济 建 设 和 城 市 建 设 的 发 展 ,能 源 形 势 日 趋 严 峻 ,资 源 环 境 的 压 力 不 断 加 重 ,节 能 减 排 、环 境 保 护 ,已 经 成 为 政 府 和 全 社 会 共 同 关 注 的 焦 点 问 题 。我 国 新 能 源 法 已 从 2006年 1月 1日 起 正 式 实 施 ,随 着 "上 网 电 价 法 "和 "全 网 平 摊 "等 法 规 的 进 一 步 实 施 ,光 伏 发 电 的 成 本 接 近 于 商 业 化 ,这 必 将 极 大 地 推 动 我 国 光 伏 产 业 的 发 展 。 相 信 不 久 的 将 来 ,我 国 民 用 建 筑 物 的 屋 顶 太 阳 能 并 网 光 伏 发 电 系 统 会 得 到 广 泛 的 应 用。


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