光伏發電系統設計及應用精選(九篇)

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第1篇：光伏發電系統設計及應用范文

【關鍵詞】分布式 光伏發電 光伏組件 光伏逆變器 直流匯流柜 光伏直流電纜 防雷系統

我國能源長期依賴于不可再生的石油及煤炭，給環境帶來嚴重的負擔。大力發展清潔能源能夠實現國家的節能減排目標。分布式光伏發電能夠實現每座建筑、每片適宜的土地都能分散生產、就地使用，尤其適合土地資源受限、電價相對較高、工業規模更大的中東部地區。

1 分布式光伏發電系統的特點

1.1 分布式光伏發電概念

分布式光伏發電是指采用光伏組件，將太陽能直接轉換為電能的分布式電源系統；目前應用最為廣泛的分布式光伏發電系統，是建在城市建筑物屋頂的光伏發電項目。該類項目必須接入公共電網，與公共電網一起為附近的用戶供電。

1.2 分布式光伏發電特點

分布式光伏發電具有以下特點：污染少；就地消耗，減少長距離傳輸損耗；余電上網等等。

2 分布式光伏發電系統的電氣系統設計方法

分布式光伏發電系統的主要電氣設計流程包括：計算裝機容量及發電量；組件連接電氣設計；逆變器選型；光伏電纜設計、直流匯流箱設計和防雷系統設計等等。

3 分布式光伏發電系統主要電氣設計

3.1 逆變器選型

根據分布式光伏發電系統的裝機容量來選擇與輸出功率較接近的逆變器。此外，選擇逆變器還需要考慮最大直流電壓、MPPT電壓范圍、MPPT數量、直流輸入接線端口數量、額定輸出電壓和功率因數等技術參數。如根據分布式發電系統內光伏組件不同朝向來選擇MPPT數量；根據最大直流電壓和MPPT電壓范圍來選擇組件組串數量；根據組串并聯路數來選擇直流輸入接線端口數量等等。

3.2 組串連接電氣設計

組件方陣在電氣連接的過程中，一般依據的原則是先串聯后并聯的原則。串聯是為了獲得所需要的工作電壓，并聯是為了獲得所需要的工作電流。

3.3 直流匯流箱設計

直流匯流箱用于將光伏組件輸出的多路直流電源進行匯流后接入逆變器。斷路器是直流匯流箱中重要電器元件。主斷路器的額定工作電壓不能小于回路的最高工作電壓，額定電流不小于回路的最高工作電流。原則上，直流回路的斷路器采用直流斷路器。如果在直流回路中使用交流斷路器，可以考慮采用二極或三級串聯的辦法。

另外，直流匯流箱的防護等級需要滿足現場使用地點的要求。

3.4 光伏直流電纜選型

光伏設備用無鹵PV1-F電纜是根據光伏發電設備所處的特殊環境條件設計的，主要用于組件間的跳線和組件間匯流連接。對于環境溫度高于60℃時，要對載流量進行修正。

3.5 防雷系統設計

由于分布式光伏發電系統的主要部分都是露天放置，占地面積較大，所以存在著受直接雷擊和間接雷擊的危害。所以應該采用滾球法復核屋頂原有的和周圍建筑物的防雷系統能否對光伏發電系統進行直擊雷進行保護。如果不能保護，應該加裝避雷設備。為了減小感應雷對光伏發電系統中開關、電纜、匯流設備等電氣元件的損害，可以將光伏發電系統的組件外框、組件支架等金屬材料進行等電位連接后，再與建筑物屋頂原有的防雷接地系統進行可靠連接。

4 結語

對分布式光伏發電系統的電氣系統設計方法進行闡述，重點介紹了電氣系統設計中比較重要的逆變器選型、電纜選型、直流匯流箱設計和防雷系統設計方法。

參考文獻：

[1]李英姿，太陽能光伏并網發電系統設計與應用，機械工業出版社.

[2]李鐘實，太陽能光伏發電系統設計施工與應用，人民郵電出版社.

第2篇：光伏發電系統設計及應用范文

雖然太陽能是當前比較受關注，對未來人類社會文明的進步影響比較深遠的主要可再生能源之一，但是，就目前其利用研究情況來看，光伏發電技術并沒有成熟和完善，尚有待進一步提升。因此，在對光伏發電系統進行研究的過程中，研究人員的主要研究精力也都放在如何提升光伏發電技術，提高光伏發電效率上，希望能夠通過該方法來有效解決當前光伏廣泛發電系統所存在的構建成本高，但是發電效率低的問題。與光伏發電系統的構建情況不同，同為新能源之一的風力發電，其對發電系統的構建和研究的進展就相對比較順利，尤其是近幾年來，其更是取得了實質發展，成功通過對發電系統發電單元以及其他相關系統單元進行合理設計的方式成功實現了系統發電功率的大幅度提升，在降低系統構建成本的同時，大大提升了系統的發電能力。因此，為了能夠加強對光伏發電系統的設計和研究，進一步提升光伏發電系統的發電效率，相關研究人員在對光伏發電系統設計進行研究的同時，充分借鑒了風力發電系統構建和系統設計方面的經驗，然后在充分結合光伏發電系統其獨有特點的基礎上不斷對光伏發電系統的設計進行深入研究。近幾年來看，隨著相關研究人員對光伏發電系統設計研究的不斷深入以及科學技術水平的不斷提升，對于光伏發電系統設計的研究終于取得了比較喜人的進展，在原有基礎上大幅度提升了光伏發電系統的發電能力和發電效率。

2獨立運行光伏發電系統的主要組成結構

當前，光伏發電系統的工作原理都是通過利用根據半導體的光生伏特效應原理制成的光伏電池將太陽能轉化成電能來完成系統發電工作。通常情況下，獨立運行的光伏發電系統主要包括光伏電池組件、控制器、逆變器以及蓄電池等幾個基本組成結構。

2.1光伏電池組件

在整個光伏發電系統中，光伏電池組件是整個系統最核心的部分，對發電系統的正常運行以及系統的發電能力和發電效率具有極為重要的影響，因此，在對光伏發電系統進行構建的過程中，一定要對光伏電池組件的設計和安裝引起足夠重視。當前，在光伏發電系統的構建中，光伏電池的應用主要存在兩方面問題，一方面是當前所使用的光伏電池組件對光能的轉換效率相對較低，另一方面是其應用的成本比較高。

2.1.1第一代光伏電池

第一代光伏電池是以硅片為主要材料制成的，由于硅的特性完全符合光伏電池的需求，所以第一代光伏電池不論是發電性能還是應用技術都比較符合光伏發電系統對于光伏發電的要求，所以取得了比較不錯的應用效果。但是由于硅材料需要從二氧化硅中進行提純，其提純成本比較高，所以導致硅電池的制造價格也比較高，大大增加了發電系統的構建成本，不適合大范圍推廣應用。

2.1.2第二代光伏電池

第二代光伏電池是在硅材料上鋪設光電材料薄膜，通過降低光伏材料中硅材料的使用量來降低光伏電池的成本，進而使其能夠得到廣泛應用。前期所用薄膜為非晶硅薄膜，由于其在一定程度上降低了光伏電池的性能和轉換效率，所以很快便被淘汰。后期所用薄膜為多晶硅薄膜，其不僅具有無毒無污染的特性，還能夠進一步提升電池的性能，目前已經被廣泛的應用在光伏發電系統中。

2.1.3第三代光伏電池

第三代光伏電池是在第二代多晶硅薄膜電池的基礎上進一步發展起來，其不僅能夠進一步降低光伏電池的成本，還能夠在原有基礎上再一次提升電池的性能。目前，第三代光伏電池尚處于試用階段，并沒有普及應用。

2.2控制器

光伏發電系統中的控制器主要包括兩種，一種是充放電控制器，一種是MPPT控制器。其中，充放電控制器的主要作用是對系統蓄電池的充放電情況進行監控，根據蓄電池的充放電需要以及蓄電池本身的狀態情況對蓄電池的充放電進行控制。MPPT控制器，屬于整個光伏發電系統的核心模塊，其主要作用監測光伏電池輸出的電壓和電流，然后在基于MPPT控制算法的基礎上對其進行嚴格控制，確保發電系統能夠一直以最大功率運行。

2.3逆變器

逆變器的主要作用是對發電系統的電流進行轉換，將由光伏電池和蓄電池輸送出來的直流電轉換成能夠適合普通設備使用的交流電，以保證其他用電設備的正常運行。除了轉化電流功能之外，逆變器還能夠對系統電壓進行控制，使其處于穩定水平，確保系統供電質量。

2.4蓄電池

同光伏電池一樣，蓄電池也是整個光伏發電系統中最重要的組成部分之一，對整個發電系統的發電能力和發電效率具有比較重要的影響。蓄電池與光伏電池相連，其主要作用是將由光伏電池轉化來的電能進行儲存，以負責供電使用。在整個光伏發電系統中，光伏電池和蓄電池是最重要的兩個組成部分之一，其質量好壞和性能高低能夠直接影響到整個光伏發電系統的發電能力和發電效率，因此，在對光伏發電系統進行設計的過程中，一定要注重對這兩個環節的設計。

3獨立運行光伏發電系統的設計

在對光伏發電系統進行設計的過程中，最重要的任務就是對光伏電池和蓄電池進行選型和設計，但是，由于在當前的光伏發電系統的設計過程中，光伏電池多使用多晶硅薄膜光伏電池，蓄電池多使用技術成熟的鉛酸蓄電池，所以就不多做介紹。

3.1光伏跟蹤控制系統設計

光伏跟蹤系統的設計主要目的是對光伏跟蹤器進行控制，確保讓光伏發電系統的接受面對太陽位置進行跟蹤，最大限度的吸收太陽光輻射所帶來的太陽能。當前，按照部件結構的不同，光伏跟蹤控制系統主要分為兩種，一種是開環伺服系統，一種是閉環伺服系統。

3.1.1開環伺服系統

開環伺服系統是采用步進電機進行驅動，系統中不具備位置反饋裝置和校正控制裝置，在跟蹤過程中，接受面跟蹤精度的控制主要依賴于布距角和傳動結構。在其運行過程中，需要將光敏器件按照規定角度安裝在遮光板下方，確保光敏器件可以通過對陽光照射強度的感應來控制跟蹤器對太陽進行跟蹤。正常情況下，陽光會直接照射到遮光板上，這樣光敏器件就會正好位于遮光板所形成的陰影中。而如果太陽位置發生偏移，陽光無法直接照射在遮光板上，光敏器件無法被遮光板所形成的陰影籠罩，就會暴露在陽光下，就會感受到陽光的照射并將陽光的照射強度轉變成微電流信號輸送到系統中，然后系統會根據信號的強弱對太陽的位置進行判斷，調整跟蹤器角度完成跟蹤。由于在該系統中，步進電機對開環的控制容易受到負載的影響，經常發生丟步和過沖等問題，會降低系統跟蹤性能，所以當前該系統在光伏發電系統設計中已不常用。

3.1.2閉環伺服系統

相比開環伺服系統，閉環系統的跟蹤精度要高很多。閉環系統中除了設有控制器之外，還設有傳感檢測裝置，可以對跟蹤位置進行反饋和檢測，保證跟蹤精度。

3.2控制器的設計

在獨立光伏發電系統中，控制器的主要作用是對蓄電池的充放電進行控制，以確保光伏發電系統的正常運行。在對控制器設計的過程中，最重要的工作就是對控制器進行選型，而在對控制器進行選型的過程中，主要需要注意以下幾個方面。（1）控制器的系統電壓應該與蓄電池電壓一致，當前默認為220V。（2）控制器的最大電流取決于太陽能電池方陣的電流，通常情況下，其以短路電流作為電池陣列的最大電流值。輸入最大電流=電池組件的短路電流×并聯數=8.23A×14=115.22（A）。（3）控制器的輸出最大電流取決于輸出負載的電流，通常以是逆變器的電流為準。（4）控制器應該能對蓄電池的過充電和過放電進行保護，將其控制在允許的范圍內，并應該帶有通信以及數據收集等輔助功能。

4結束語

第3篇：光伏發電系統設計及應用范文

【關鍵詞】分布式光伏；光伏組件；光伏設計和安裝；

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 分布式光伏發電定義

分布式光伏發電系統是一種利用太陽電池半導體材料的光伏效應，將太陽光輻射能直接轉換為電能的一種新型發電系統，有獨立運行和并網運行兩種方式。與建筑結合的光伏并網發電是當前分布式光伏發電重要的應用形式，技術進展很快，主要表現在建筑光伏的電氣設計方面和與建筑結合的安裝方式。

1.2 分布式光伏發電特點

一是輸出功率相對較小，具有間歇性。傳統的集中式電站動輒幾十萬千瓦，甚至幾百萬千瓦，規模化的應用提高了其經濟性。光伏發電的模塊化設計，決定了其規模可大可小，可根據場地的要求調整光伏系統的容量。一般而言，一個分布式光伏發電項目的容量在數千千瓦以內。與集中式電站不同，光伏電站的大小對發電效率的影響很小，因此對其經濟性的影響也很小，小型光伏系統的投資收益率并不會比大型的低。

二是污染小，環保效益突出。分布式光伏發電項目在發電過程中，沒有噪聲，也不會對空氣和水產生污染。但是，需要重視分布式光伏與周邊城市環境的協調發展，在利用清潔能源的時候，考慮民眾對城市環境美感的關切。

三是能夠在一定程度上緩解局地的用電緊張狀況。分布式光伏發電在白天出力最高，正好在這個時段人們對電力的需求最大。但是，分布式光伏發電的能量密度相對較低，每平方米分布式光伏發電系統的功率僅約100瓦，再加上適合安裝光伏組件的建筑屋頂面積的限制，因此分布式光伏發電不能從根本上解決用電緊張問題。

2、分布式建筑光伏組成

分布式光伏發電系統屬于分類中并網光伏發電系統中的與建筑結合的光伏發電系統，系統的基本設備包括光伏組件、控制器、逆變器、儲能裝置、配電保護裝置等設備，另外還有供電系統監控裝置和環境監測裝置。

2.1光伏組件

光伏組件是具有封裝及內部聯結的、能單獨提供直流電流輸出的、最小不可分割的光伏電池組合裝置。將若干太陽能電池板按一定方式連接，組成太陽能電池方陣（陣列），在配上適當的支架及接線盒組成太陽能電池組件。

2.2控制器

有些光伏系統如景觀系統，微網系統等需要一定的存儲設備，如蓄電池。控制器的主要作用是控制蓄電池的充放電， 控制器應具有如下一些功能：信號檢測、蓄電池最優充電控制、蓄電池放電管理、設備保護、故障診斷定位、運行狀態指示。

2.3逆變器

逆變器的工作原理與整流器恰好相反，它的功能是將直流電轉換為交流電，為“逆向”的整流過程，因此稱為“逆變”。光伏陣列所發的電能為直流電能，然而許多負載需要交流電能，如變壓器和電機等。直流供電系統有很大的局限性，不便于變換電壓，負載應用范圍也有限。除特殊用電負荷外，均需要使用逆變器將直流電變換為交流電。逆變器除了能將直流電能變換為交流電能外，還具有自動穩壓的功能，可以改光伏發電系統的供電質量。

并網逆變器對于整個系統正常工作具有重要的地位，光伏系統需根據系統容量相應配置一定容量的并網逆變器。逆變器的故障率一定程度上決定整個系統的故障率，且并入電網的電能質量（諧波、電壓偏差、電壓波動和閃變和電壓不平衡度等）基本上由逆變器的輸出決定，因此需要選擇可靠性高，保護功能強，無諧波污染等逆變器。

2.4儲能裝置

蓄電池是將電能轉換為化學能貯存起來，需要時再把化學轉變為電能的一種貯能裝置。太陽能光伏發電系統配套使用的蓄電池的功能，是貯存太陽能電池方陣受光照時所發出電能并可隨時向負載供電。目前常用的蓄電池有普通或膠體鉛酸蓄電池和鐵鋰蓄電池。

2.5 配電保護裝置

光伏并網系統作為電力系統的一部分需要接入保護裝置，一般裝在直流配電柜和交流配電柜中。保護裝置一方面對光伏發電系統保護，防止孤島效應等發生；另一方面需要安裝繼電保護裝置，防止線路事故或是功率失穩。并網保護裝置中一個重要的設備是逆變器。光伏系統除了在逆變器中設置有并網保護裝置外，在光伏系統輸出和并網點之間須增設另一套并網保護裝置（置于交流配電柜中）作后備保護，以保證在光伏逆變系統發生異常的時候，光伏系統不對電網產生較大的不良影響，還可以保證在電網發生故障的時候，電網不對光伏系統產生損壞。常用的并網保護功能有低電壓保護、過電壓保護、低頻率保護、過頻率保護、過電流保護、短路、電網異常等故障保護及告警功能；并有孤島監控檢測保護功能

2.6 監測設備

光伏系統需要一套計算機監測、顯示、通訊系統。

監測包括對太陽能發電狀態的監測，如系統輸入（直流）電壓、電流，輸出（交流）電壓、電流、功率，實時發電量，累計發電量等，同時還監測系統的故障狀態，如保護電流、電壓等。被監測的量還包括環境參數，如太陽輻射量、環境溫度、風向風力等，這需要一套環境監測儀。

環境檢測儀由風速傳感器、風向傳感器、日照輻射表、測溫探頭、控制盒及支架組成，可測量環境溫度、風速、風向和輻射強度等參量，其RS485通訊接口可接入并網監控裝置的監測系統，實時記錄環境數據。

3、建筑光伏的設計和安裝

3.1分布式建筑光伏系統設計一般規定

太陽能光伏系統總的設計原則是：使光伏系統滿足負載供電合理的可靠性同時，又有最佳的經濟性；應該在太陽能資源豐富的地區建設。

3.1.1光伏建筑設計應根據建設地點的地理、氣候條件，確定建筑的布局、朝向、間距、群體組合和空間環境，滿足光伏系統設計和安裝的技術要求。光伏建筑單體或建筑群體的主要朝向宜為南向。光伏建筑一體化是光伏系統依賴或依附于建筑的一種新能源利用形式，其主體是建筑，客體是光伏系統。因此，分布式光伏系統設計應以不損害和影響建筑的效果、結構安全、功能和使用壽命為基本原則。

3.1.2應考慮光伏組件類型、安裝位置、安裝方式對發電效益的影響，并應為光伏系統的安裝、使用、維護、保養等提供必要的空間和承載條件。光伏組件設計不應跨越建筑變形縫。

3.1.3建筑體型及空間組合應為光伏組件接收更多的太陽光創造條件。光伏組件的安裝部位應避免受自身或建筑本體的遮擋，并宜滿足光伏組件冬至日全天有6h以上建筑日照時數的要求。

3.1.5光伏組件的構造及其安裝應考慮通風降溫措施，光伏電池的最高溫度不應高于85℃。

3.1.6光伏系統的控制機房宜采用自然通風，當不具備條件時應采取機械通風措施。

3.2分布式建筑光伏系統的安裝

3.2.1由于光伏系統是靠接收太陽光發電的，故一座建筑可安裝光伏系統的位置就很有限，一般只有屋頂和南立面適合安裝太陽能電池板，建筑東西立面也可以適量安裝。

3.2.2坡屋頂上順坡安裝；這種安裝方式有它的優勢，依屋頂坡度平行安裝，節省支架用材，節省安裝面積，減小風壓，并可在屋頂形成一層保溫層。

3.2.3在平屋頂上以固定傾角安裝，這種方式可以根據建筑所在地區的緯度采用全年可最大限度獲取太陽能以獲得最大發電量的角度。

3.2.4對于鋼筋混凝土結構的平屋頂，當采用固定傾角安裝時有2種選擇，如果附加光伏系統滿足房屋的承重要求，可以采用不破壞屋面的防水保溫結構，用壓重的方式保證光伏陣列安裝的穩定。

3.2.5如果原建筑設計屋面承重余量不大，則可采用植筋方式，將光伏方陣支架基礎與房屋主結構連接，這種方式要注意做好植筋后屋面的防水保溫工作。

3.2.6如果是鋼結構廠房，彩鋼屋頂，目前支架與屋面連接一般采用特殊夾具。

車棚、涼棚可根據建筑形態進行設計，一般采用鋼結構。

4、總結

依托國家頒布《關于分布式光伏發電項目管理暫行辦法的通知》國能新能[2013]433號和：第二條 分布式光伏發電是指在用戶所在場地或附近建設運行，以用戶側自發自用為主、多余電量上網且在配電網系統平衡調節為特征的光伏發電設施。使得分布式光伏發電的發展，首先將帶來系統集成產業的興起，其次，對于電網廣域監控系統和微功率調度系統將有一個很大的促進。這是直接的產業輻射，而隨著越來越多的建筑具有自發電功能，存儲能源的使用，以及光伏光熱一體化，建筑節能設施，將隨后興起。在屋頂的分布式光伏發電達到一定的比例的時候，將形成節點式、橫向、市際的能源基礎設施，以及由此形成的市場，會促進人們許多新的工作方式和生活方式的形成。其影響將遠遠大于互聯網給人們帶來的變化。

我國還有部分地區沒有送上電。在已經送上電的農村，還有許多家庭因為收入低，僅有的電器是電燈和電視，他們晚上天一黑就睡覺，只為了節省一些電費。如果采用光伏分布式發電，能夠讓那些現在用不起電的人都能夠享受哪怕是最基本的電力設施可以提供的便利，如現代化的學校、醫院、健康護理、食品和公共衛生、就業以及計算機技術等，那我們的國家將會發生巨大的變化。

參考文獻：

[1]中華人民共和國住房和城鄉建設部.《民用建筑太陽能光伏系統應用技術規范》JGJ-203-2010[S].北京：中國建筑工業出版社，2010-5.

[2]梁有偉，胡志堅，陳允平. 分布式發電及其在電力系統中的應用研究綜述[J]. 電網技術，2003，27（12）：71-75.

第4篇：光伏發電系統設計及應用范文

關鍵詞：太陽能；光伏發電；并網

一、引言

我國太陽能資源的高值中心和低值中心都處在北緯22°～35°這一帶，青藏高原是高值中心，四川盆地是低值中心；太陽年總輻射量，西部地區高于東部地區。我國幅員遼闊，太陽能資源分布也十分不均勻，根據不同地區的日照條件設計太陽能發電系統時也會有不同的系統設計方案，所以我國在安裝太陽能發電裝置時，地理位置處于太陽能資源第三類及以上地區時太陽能發電裝置能發揮更高的系統發電效率。

二、建設目標

隨著能源危機以及各個國家對新能源的開發利用，太陽能應運而生，其中光伏發電得到廣泛發展。主要是：

① 利用日光發電，提供高質量的清潔能源；

② 有效調峰，緩解當地供電部門在供電高峰期時壓力；

③ 全自動智能化運行，無須專人值守；

④ 完善的保護功能及報警功能，保護負載、電網及電站自身的安全運行；

⑤ 配備環境氣象監測系統，實時掌握電站建設地點的氣象資料；

⑥ 強大的在線監控網，實現對電站的現場/遠程實時監控，及數據分析；

三、系統總體設計依據及原則

1、相關國際國家標準：

(1) IEC61215 晶體硅光伏組件設計鑒定和定型；

(2) SJ/T11127-1997《光伏（PV）發電系統過電壓保護―導則》等。

2、設計原則：

(1)《光伏系統并網技術要求》（GB/T19939--2005）、《國家電網公司光伏電站接入電網技術規定（試行）》確定電站建設及供電方案的設計原則；a.光伏系統的設計應對環境條件、系統性能進行綜合評價。b.系統設計應有冗余量，具有保護功能以滿足系統可靠工作的要求配置提高系統運行可靠性。c.系統設計應考慮建站地點的地理條件。d.應進行系統設計的綜合優化。

(2)一般性原則：①安全可靠性，②先進實用性，③擴充性和靈活性，④示范性；

(3)設計時將保證做到以下幾個方面：①保證電能質量，②能量輸出最大化，③美觀性。

四、系統組成及方案設計

太陽能系統由太陽能電池組件、防雷匯流箱、并網逆變器、配電保護系統、系統監控裝置組成。我們將分以下幾個部分來考慮系統的設計：（1）并網光伏電站總體方案部分；（2）太陽能組件部分；（3）太陽能并網逆變器部分;(4)交直流配電部分;(5)系統保護設計部分;(6)太陽能光伏電站在線監控、顯示系統部分;(7)輔助系統部分（匯流箱及支架部分）。

系統分為上述的七個部分來設計，各個部分完全采用模塊化冗余設計，擴容簡便，施工、調試、運營管理、監控、維護都極為方便，能夠大大節省建設方的初始投資和后期運營費用。

以系統保護及并網光伏電站監控系統為例進行設計。

1、系統保護。保護功能主要包括以下幾個主要部分：孤島效應保護、防雷與接地保護、系統其他常規保護。

（1）孤島效應保護。Xi系列并網逆變器采用了兩種 “孤島效應”的檢測方法，即被動式與主動式檢測方法。

（2）防雷與接地保護。將外部防雷措施和內部防雷措施（接閃功能、分流影響、均衡電位、屏敝作用、合理布線、加裝過電壓保護器等多項重要因素）作為整體來統一考慮防雷措施。主要考慮的是：直擊雷防護；感應雷防護；防止雷電反擊。

1) 直擊雷防護：防直擊雷的基本措施是安裝避雷針。根據GB50057-2000《建筑物防雷設計規范》的規定：建筑物屬于三類防雷建筑物時，我們可以采取把所有屋頂電池組件、方陣支架與原有建筑物防雷系統中的防雷網（避雷帶）有效相連，以達到防雷的目的。具體措施為：a. 接 閃b.均 壓c．屏 蔽d．接 地。

2）感應雷防護：感應雷由靜電感應產生，也可由電磁感應產生，光伏發電系統的防感應雷工作重點是防止感應雷由外界線路侵入室內設備。SJ/T11127中有關規定，主要采取以下措施：a．合理選擇機房的位置及機房內設備的合理布局可有效的減少雷害。b．在供電系統設備的每回路接口處安裝電涌保護器 SPD ，并對出入機房纜線采取屏蔽、接地，實現等電位連接等措施，可有效減少雷擊過電壓對系統設備的侵害。c．配電機房采用聯合接地可有效的解決地電位升高的影響，合格的地網是有效防雷的關鍵。

（3）系統其他常規保護。對于常規的過壓、欠壓、過流、短路等保護功能也均進行了充分的考慮。完善的保護功能將保證太陽能發電系統安全、穩定的運行。過/欠電壓保護：當光伏系統與電網接口處電壓超出規定的電壓范圍時（三相±7%，單相+7%，-10%），過／欠電壓保護在0.2～2s內動作,將光伏系統與電網斷開；過/欠頻率保護：當光伏系統與電網接口處頻率超出規定的頻率范圍時（±0.5HZ），過／欠頻率保護在0.2～2s內動作，將光伏系統與電網斷開；短路保護：光伏系統對電網設置了短路保護，當電網短路時，逆變器的過電流在大于額定電流的150%時，光伏系統將在0.1s以內與電網斷開。

2、太陽能光伏電站在線監控系統部分

并網光伏發電項目必須配置現場數據采集系統和遠程通訊系統，實行集中、實時監控，方便電站的運營管理。數據采集系統安裝在屋頂，系統由數據采集器、溫度采集器、濕度采集器和輻照度采集器構成，系統配有專業的數據處理設備和軟件，數據可以直接在數據采集控制器閱讀查詢、也可以通過監控計算機、大屏幕、遠程計算機閱讀和查詢。采集系統單相供電。系統原理圖如圖1.1所示：

圖1.1太陽能光伏電站在線監控系統原理圖

監控裝置主要數據采集器、輻照傳感器盒，通過RS485通訊方式，配置監控軟件，獲取并網逆變器的運行數據和工作參數，也可以通過以太網遠程通訊方式，在異地實時查看整個電源系統的實時運行數據、環境數據以及歷史數據和故障數據等。

五、總結

人類要現可持續發展，只能依靠科技進步，大規模地開發利用可再生潔凈能源。太陽能以其獨具的優勢，其開發利用必將在21世紀得到長足的發展，并終將在世界能源結構轉移中擔綱重任，成為21世紀后期的主導能源。

參考文獻：

1、 電力電子設備應用手冊

第5篇：光伏發電系統設計及應用范文

關鍵詞：離網光伏發電系統；光伏陣列；蓄電池組

1 概述

太陽能是一種清潔和可再生能源。我國具有較好的太陽能資源，但是也是一個能源消耗大國，而且人口分布也極不合理，所以發展太陽能光伏發電系統對于我國的可持續發展、能源供給具有較好的獨立性和安全性。隨著光伏發電成本的迅速降低，以及我國光伏發電迅速發展的背景下，離網光伏發電系統將走入千家萬戶。文章以浙江省衢州市離網光伏發電項目為案例，從電池組件容量設計、蓄電池容量分析、控制器選擇、逆變器選配等角度出發，分析了家用獨立光伏發電系統優化設計方案。

2 離網光伏發電系統工作原理

典型離網光伏發電系統主要由電池陣列、控制器、蓄電池、逆變器、負載等部件組成，其工作原理如圖1所示。太陽能光伏發電的核心部件是太陽能電池陣列，它將太陽能直接轉換成電能，并通過控制器把光伏陣列產生的電能存儲于蓄電池中。當負載用電時，蓄電池中的電能通過控制器、逆變器送入各個負載上。

圖1 離網光伏發電系統結構

3 離網光伏發電系統的設計方法

對于離網光伏發電系統的設計，在太陽輻射量（平均值）、地理位置（經度、維度）、用電量（平均）、環境地形等條件確定的情況下，我們設計的主要內容為離網光伏發電系統結構、太陽能電池方陣容量和結構、蓄電池容量和結構、控制器選配、逆變器選配等，同時需要綜合考慮光伏發電系統的經濟性、可靠性和穩定性。圖2為離網光伏發電系統設計方法框圖。

從圖2中可以看出，離網光伏發電系統設計步驟為：首先分析系統用電需求；確定離網光伏發電系統結構；分析當地太陽能資源和氣象地理條件數據的收集、計算；確定系統容量設計，包括系統電壓的確定，太陽能電池組件功率、方陣構成的設計，蓄電池（組）的容量、結構的設計與計算；最后進行離網光伏發電系統其他電氣設備的配置與設計，其中包括控制器的選型與配置、交流逆變器的選型與配置、組件支架及固定方式設計等。

4 家用離網光伏發電系統的結構設計

家用離網光伏發電系統包括電池組件、光伏控制器、蓄電池、逆變器及負載。系統結構如圖1所示。

4.1 系統負載用電需求分析

由于家用用電設備中存在較多“待機”電氣設備，難以用額定功率及用電時間求取耗電量，最為簡捷的方法就是通過月平均耗電量，來核算電氣設備每天耗電量。但是，對離網光伏發電系統來說，要保證系統全年缺電率為零，只要保證該系統在耗電量最多的月份或時間段內，且光照資源等氣象因素最差的情況下能正常可靠運行就可。如果能保證上述最惡劣情況下，系統能正常運行，那么該系統也能滿足其他時間段的用電需求。所以從我國浙江省家庭負載運行情況來看，冬季2月份是用電高峰期，同時也是光照資源最差的時間段。

假設一家庭用電設備在冬季2月達到最高耗電量300kWh，可得平均每天耗電10kWh。

4.2 系統結構

由于家用離網光伏發電系統中存在交流用電設備和直流用電設備，所以家用離網系統結構采用如圖1所示結構，包括電池陣列、控制器、蓄電池、逆變器、負載等部件。

4.3 氣象資源獲取

由于我國當前具有太陽資源測量的氣象站較少，在實際工程項目中，我們一般采用RETScreen軟件來獲取當地太陽資源。圖3為利用RETScreen獲取浙江衢州的太陽資源。

由此可得，該地區每月平均每天氣象資源如表1所示。

4.4 電池組件容量及結構設計

4.4.1 系統直流電壓確定

系統直流電壓U也稱為系統電壓，其是蓄電池、控制器、逆變器輸入端的直流電壓值。常見離網系統直流電壓有12V、24V、48V、96V、110V等。根據本項目實際情況，結合后續蓄電池組、逆變器、控制器的選配情況，本方案系統電壓設置96V。

4.4.2 光伏陣列總容量設計

光伏陣列總容量就是系統所有電池組件容量之和。光伏陣列總容量的大小主要與負載日耗電量有關。有如下關系：

Gp?？濁=Gf

Gp=H?PB

式中Gp表示組件日發平均電量，單位kWh；Gf表示負載每日平均耗電量，單位kWh；？濁為系統轉換效率，包括充電效率系數？濁1，逆變器轉換系數？濁2，組件損耗系數？濁3，其中？濁1、？濁2、？濁3分別取0.9系數；H表示當地日峰值日照時數，單位h；PB表示光伏陣列最小總容量，單位w。

在此離網系統中，冬天2月為耗電量最大時間，故在上述求解光伏陣列總容量的峰值日照時數必須采用冬天2月的平均峰值日照時數。

例如，家用離網光伏發電系統負載日耗電10kWh，而且上述峰值日照時數為2.43h，則可得光伏陣列總容量PB為5.63KW。上述光伏陣列總容量為該離網光伏發電系統實際最小容量，實際略大于該值。

4.4.3 單體組件選擇及光伏陣列結構設計

光伏陣列是通過單體電池組件串并聯得到的。

M×N×Pd=P？叟PB

式中，M為電池組件串聯數，取整數；N為電池組件并聯數，取整數；Pd為單體電池組件容量；P是電池方陣實際容量。

在單體電池組件規格選擇上，要根據系統電壓、光伏陣列實際冗余量、串并聯數量等因素綜合考慮。在離網光伏發電系統中，電池組件串并聯后要通過控制器給蓄電池充電，此時串聯后的組件峰值電壓Uf必須滿足下列關系。

M×Up=Uf

Uf=？濁4×U

式中，UP為單體電池組件的峰值電壓，UF為組件串聯后的峰值電壓，？濁4為充電電壓系數，取值范圍為1.40-1.49，U為系統電壓。即一個標稱電壓為96V的蓄電池，其組件串聯后的峰值電壓應在134.4V-143.0V范圍內，方可為其充電。

表2為一系列電池組件規格參數及其對應的電池組件串并聯方式、方陣陣列實際總容量關系表。

從表2可以看出，為了滿足離網系統用電需求，選擇不同規格的電池組件，其實際容量是不同的。采用規格240W的電池組件實際光伏陣列總容量較小，即實際冗余量最小，故選用規格為240W的電池組件來構建光伏陣列。

同時，選用表2的前兩種240W的電池組件實際光伏陣列總容量相同，但是第一種光伏陣列的并聯數為6，第二種光伏陣列的并聯數為3，從控制器選擇及轉換效率角度出發，并聯數越少系統效率更高。故此方案選擇第二種240W的組件規格。

4.4.4 電池組件傾斜角設計

為了獲取更多太陽資源，光伏陣列的放置可以采用水平放置、固定傾斜角放置、單軸跟蹤和雙軸跟蹤等模式。對于離網光伏發電系統，由于受其環境影響，光伏陣列將更多的采用固定傾斜角放置方式。在實際工程項目中，電池組件傾斜角設置如表3所示。

一般來講，固定傾角太陽能電池方陣面上的輻射量要比水平面輻射量高5%～15%。直射分量越大、緯度越高，傾斜面比水平面增加的輻射量越大。

但是，在采用上述最佳傾斜角設置方法時，雖然可以使光伏發電系統一年內獲取最大放電量。但是對于離網系統來說，為了在最惡劣的環境下不缺電，其光伏陣列傾斜角的設計，應使系統在最惡劣環境下獲取最大的太陽資源，而不是使系統在一年內獲取最大太陽資源。所以對于此離網系統傾斜角主要是保證在冬天2月份獲取最大輻照度。為了獲取更優傾斜角，可以采用Retscreen軟件進行分析。圖4為浙江衢州地區3種傾斜角獲取太陽資源的情況。

從圖4中可以看出傾斜角為28度時，該地區2月份可以獲取最大太陽資源，其日峰值日照時數為2.70h，同時年平均日峰值日照時數也獲取較大，達到3.71h。故傾斜角設置為28度。

4.4.5 鉛酸蓄電池容量C設計

離網光伏系統中，蓄電池容量設計要考慮負載耗電量、逆變器效率、氣象參數等因素。一般計算公式如下：

C×L×S×U=D×F×PF

式中，C蓄電池容量，Ah；F蓄電池放電效率修正系數，通常取1.05；PF平均負荷容量，Ah；L蓄電池的維修保養率，取0.8；S蓄電池的放電深度，取0.5；D表示無日照期間用天數，該地區2月份，最惡劣條件下，D為5天。

代入上述參數可得C為1367.2Ah，系統電壓為96V。實際可選擇標稱電壓為48V100AH的蓄電池28個，進行2串14并的連接方式。

4.4.6 光伏控制器選擇

光伏控制器主要實現蓄電池的充放電保護，其系統功率、系統電壓等級、光伏組件路數、電流等級等內容來確定。例如可選擇系統電壓為96V，系統電流為60A，容量為6kW的光伏控制器。

4.4.7 光伏逆變器選擇

光伏逆變器的選擇主要由系統電壓、輸出電壓、輸出波形等因素確定。但是對于一般電感性負載，如電機、冰箱、空調、洗衣機，在起動時，功率可能是額定功率的5～6倍。因此，通常電感負載起動時，逆變器將承受大的瞬時浪涌功率。所以在逆變器選擇時要放足夠的容量空間，本案例選擇輸入電壓為96V，輸出220V，容量為10kW的工頻純正波逆變器離網逆變器。

5 結束語

為滿足上述案例用電需求，光伏陣列共采用轉換效率為15%的24塊240W的單體組件，共5760W，有效組件面積約為40m2；蓄電池采用標稱電壓為48V100AH的28只蓄電池進行2串14并連接；控制器采用電壓等級96V，容量為10kW工頻純正波逆變器，系統成本約8.4萬左右。其中主要成本為鉛酸蓄電池，約占系統的62%，原因為本案例考慮的是缺電率為零離網光伏發電系統設計，而且在惡劣條件下蓄電池放電量為0.5，連續陰雨天數為5天，故蓄電池的配置成本相對較高。為了減少蓄電池配置容量，降低系統成本，在實際工程中可以采用市電互補離網光伏發電系統模式進行離網光伏發電系統配置。

參考文獻

[1]吳佳妮.離網光伏發電系統設計探討[J].電子技術與軟件工程，2015：140-143.

[2]程啟明.小型離網光伏發電系統的設計[J].上海電力學院學報，2014，30（3）：199-218.

[3]梁卓.小型離網光伏發電系統逆變器的研制[D].廣州：華南理工大學，2012.

[4]張建輝.離網小型風力發電系統的研究[J].華東電力，

2008，36（11）：118-120.

第6篇：光伏發電系統設計及應用范文

關鍵詞 太陽能；光伏；單級式拓撲結構；并網逆變系統；濾波

中圖分類號：TM615 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2013）24-0015-02

近年來，為緩解常規能源消耗和能源結構不合理等問題，太陽能光伏發電作為新能源核心產業發展迅速，且逐漸以供應分布式能源的主體為目標。并網系統與獨立系統是太陽能光伏發電系統的兩種主要方式，而并網系統主要被作為分布式或者集中式的太陽能發電站來應用。光伏發電系統的儲能設備使用的是蓄電池，并不與電網直接連接，白天儲存其太陽能電池需要輸出的電能，而夜晚向供電負荷直接提供電力。本文就單級式單向太陽能光伏并網逆變系統進行分析討論。因單級式太陽能光伏并網逆變系統在控制時既要對并網電流的相位和幅值進行控制，且還要對太陽能電池最大功率點進行跟蹤，因此，提高系統工作安全性和穩定性及整個系統的工作效率，是目前太陽能光伏并網逆變系統中主要面對的問題。另外，由于控制系統相對復雜實際應用中較少采用該拓撲結構。但與多級式系統相比，單級式系統工作效率要高許多，而工作效率是太陽能光伏發電系統中極其關鍵的。隨著現代數字信號處理技術以及電力電子技術的迅猛發展，克服系統拓撲結構帶來的控制難題也成為可能。

1 設計MPPT控制方案

日照溫度和強度會對光伏陣列的開路電壓和短路電流造成影響，如帶來系統效率降低等問題。為了對太陽能進行充分利用，MPPT方式必須應用于并網逆變系統中，以便于在任何環境下，光伏陣列能夠得到最大功率輸出。雖然有諸多光伏陣列的最大功率跟蹤方法，但現階段應用較多的有：模糊控制法、間歇掃描法、電導增量法、擾動觀測法、恒定電壓法等。方法各有千秋，具體應用時要根據系統所處環境進行選擇。最大功率點的跟蹤采用變步長擾動觀測法，這時，系統先對光伏陣列所輸出的電流和電壓進行采樣，并對電網周期內電流電壓的平均值分別進行計算，光伏陣列平均輸出功率的計算用兩者平均值的乘積，之后對比上一時刻輸出功率。如果相比于上一時刻功率，當前時刻功率較小，說明跟蹤方向此時已經與最大功率點發生偏離，給定電壓需要按照與原來給定電壓變化法相反的方向去改變；如果相比上一時刻功率當前時刻功率較大，這說明跟蹤方向是正確的，且應繼續維持該電壓變化方向。若原本已增加給定電壓，可繼續增加，若是減少給定電壓，應繼續減少。

2 并網逆變系統的控制系統設計

2.1 直流電壓的控制

控制直流電壓是光伏并網逆變系統控制的關鍵組成。太陽能電池最大功率點跟蹤需要確保電壓的穩定性和采樣的快速性，這也是系統能夠穩定運行的必要前提，因此，采用PI控制直流電壓。

2.2 并網電流的控制

光伏并網逆變系統，其原理就是將太陽能電池的直流電能轉變為正弦交流電能后向電網提供電力的裝置，也是一個有源逆變系統。電網電壓與系統輸出電流的相位頻率一致就是系統的控制目標。控制電流分為直接電流控制和間接電流控制。直接電流控制的穩定性較高，響應電流較快。而間接電流控制無需電流反饋控制，控制較為簡單，但是自身也存在缺陷，如對系統參數的波動敏感、直流分量包含于交流側電流中、系統電流動態響應較慢等。空間矢量控制、模糊控制、神經網絡控制、雙環電流控制、滯環電流控制等是直接電流控制的方法。在此舉例說明系統采用SPWM并網逆變電流跟蹤方式控制，如圖1所示。圖中為電網電壓前饋環節；為濾波環節；為逆變環節；為PI調節環節；為實際并網電流。

圖1 并網電流控制圖

3 設計并網逆變系統主回路

單級式單相橋式逆變拓撲結構構成并網系統，D1至D4是對應的反并聯二極管，而T1至T4是功率器件，從而構成逆變橋，如圖2所示。

圖2 單級式單相橋式并網逆變主電路圖

電網電壓和逆變電壓的適配采用工頻變壓器來實現，且隔離逆變系統和電網電壓。直流側的濾波器作用是將直流側兩倍于電網頻率的電壓紋波濾除，用Cin表示。交流側的T型濾波器由L1、C、L2組成，可確保并網電流質量，并將濾除交流側電流諧波。根據相關技術資料設計系統主回路元器件參數。

4 總結

利用風力發電、燃料電池發電、太陽能光伏發電、小型水力發電等可再生能源的發電系統，可為電網發展緩慢、電力延伸困難地區的交通、通信、路燈照明等提供電力能源，并且主要在離網型村落供電系統、可再生能源并網發電系統和戶用電源系統中應用。光伏發電最終將實現并網運行，今后交流光伏發電系統也必將成為光伏發電的主流。太陽能光伏發電利用半導體材料的電子學特性，依靠太陽能電池組件，將光能轉化成電能。通過光伏數組，并網發電系統將接收來的太陽輻射能量經過高頻直流轉化后，成為高壓直流電，再經逆變器逆變后，將與電網電壓同相、同頻的正弦交流電流向電網輸出。

現階段所面臨的關鍵問題是，在不能有效提高太陽能光伏電池轉換效率的前提下，如何提高太陽能光伏并網逆變系統的轉換效率。而對并網逆變系統變換電路拓撲結構進行改進優化設計，能夠大大提高系統的轉換效率。其中，單級式變換拓撲結構優勢明顯，單級式單相太陽能光伏并網逆變系統，能夠對最大功能進行跟蹤，并有效實現并網。

第7篇：光伏發電系統設計及應用范文

【關鍵詞】 光伏建筑 防雷保護系統 監測預警系統

近年來，隨著我過太陽能技術在建筑中的應用越來越受到重視，與建筑相結合的并網光伏發電系統成為當今光伏應用的新趨勢。然而由太陽能光伏發電系統遭受雷擊引發的事故不斷增加，每年都有5%-10%的太陽能光伏建筑遭受到直擊雷或雷擊電磁脈沖的損壞。

雷電對太陽能光伏發電系統具有極大的破壞性，其電壓高達數百萬伏，瞬間電流可高達數十萬安培，雷擊對太陽能光伏發電系統所造成的破壞性后果，將嚴重導致設備損壞，甚至人員傷亡。因此，防雷保護系統是保證太陽能光伏并網發電系統設備正常安全運行的關鍵，這要引起足夠的重視。通過建立與光伏發電系統相關的雷電監測預警系統，對于掌握好雷電的特點、預防雷擊的危害、有效保護光伏發電系統的各個組件等各個方面有巨大的實際意義。

1 光伏建筑的防雷保護系統

對于光伏建筑的并網發電系統來說，雷電的危害主要是直擊雷，感應雷，雷電波入侵。因此，針對不同的雷電危害方式，采取相對應的防雷措施與技術方法，才能確立光伏建筑的整體防雷保護系統。

1.1 對直擊雷的防護措施

光伏建筑的屋面大部分由太陽能板組成，所以合理的防直擊雷措施能夠有效的保護太陽能板。防直擊雷采取的措施是引導雷云對避雷裝置放電，使雷電流迅速流入大地，從而保護建（構）筑物免受雷擊。防直擊雷的完整裝置包括接閃器、引下線和接地裝置三部分。對建筑物屋頂易受雷擊部位，應裝接閃桿、接閃帶、接閃網進行直擊雷防護。雷電流被接閃器引入大地時，要經由引下線、接地體而分散入地。對于光伏建筑，主要采用共同接地系統的設計。

1.2 感應雷的防護措施

雷電發生在電池板的附近，則會在電池板支架上產生靜電感應過電壓，陣列支架應與接地系統進行可靠連接。太陽能電池板背面的直流電壓引出導線與供電系統設備之間應達到絕緣配合。太陽能電池板四周鋁合金框架應與支架導通連接。當雷擊發生時，雷電流經過太陽電池板的鋁合金框架及金屬支架泄入大地，從而使太陽能電池板得到保護， 避免直擊雷沖擊而損壞。

1.3 對雷電感應的防護措施

由于雷電波（雷電浪涌）侵入造成控制機房內的控制器或逆變器遭損壞的概率最大，所以必須對雷電波侵入進行多級防護。在太陽電池方陣接線箱內安裝防雷模塊，在控制器、逆變器內安裝防雷元器件，使其具有防雷保護功能；在交流輸出端，改變以往設計中在架空出線桿上安裝低壓閥式避雷器的做法，改用更加靈敏、安全、方便的浪涌保護器即防雷器件防止雷電波由輸電線路進入機房。

2 防雷系統的監測預警系統組成

防雷系統的監測預警系統負責檢測每次雷擊防雷裝置動作后入地脈沖電流的強度、雷擊電壓的極性、雷擊次數的計數以及各個SPD的動作損壞情況，將檢測信號傳到監控主機上，并作為整個監測系統的數據庫管理中心，比如雷擊次數、雷擊電流強度、雷擊電壓極性、避雷裝置損壞情況等。該系統的主要包括數據采集的智能監測儀及兩種前端處理，PC監控主機。如圖1所示。

系統的上位PC機作為整個監測系統的管理中心，主要負責光伏建筑內各個智能監測儀所檢測的防雷裝置的各種雷擊信息。它可以顯示防護區域內所有防雷裝置的位置及動作狀態，當防雷裝置損壞，還能夠故障報警。

3 系統功能

該系統利用先進的智能型防雷設備構建防雷系統的監測預警系統能夠有效的保證光伏建筑防雷保護的有效性，應具有以下功能：

該系統能夠自動監控并記錄累計發生時間，累計次數，通流強度等動態數據，用戶可以通過主機進行累計情況查詢；防雷裝置長期運行及多次承受強雷擊后，可能發生劣化，老化等故障從而失去防雷保護作用。故障一旦發生，監控主機會及時報警，并顯示故障裝置的安裝位置等信息，使工作人員能夠及時維護設備，避免防雷保護系統失效；用戶可以通過主機可以查詢該系統中防雷設備的信息，包括運行狀態，故障信息，安裝位置，維護記錄等。本系統還提供各項維護記錄，故障記錄等多種統計報表功能，支持導出Excel，PDF文檔及打印輸出，方便數據統計及管理存檔。

本文所設計的監測預警系統將防雷裝置集中監控，實時了解防雷保護系統各個設備的狀態，有效的解決了雷擊隨機性與人工巡檢階段性的矛盾，使防雷保護系統維護管理更有效，更方便，更及時。

4 結語

隨著太陽能光伏建筑越來越普及，對光伏建筑的防雷技術要求也越來越高。本文針對光伏建筑防雷保護系統提出了預警監測系統。該系統是集雷電防護，遠程監控，設備檢測，故障報警，事件記錄和統計報表等功能于一體的智能系統。該系統保障了光伏建筑防雷保護系統正常運行，減少了人工巡檢，使防雷保護系統維護管理更有效，更方便，更及時。

參考文獻：

第8篇：光伏發電系統設計及應用范文

關鍵詞：太陽能；光伏發電；并網；逆變器

作者簡介：熊巍（1983-），男，湖北紅安人，長江工程職業技術學院電力工程系，講師；周海波（1972-），男，湖北武漢人，長江工程職業技術學院電力工程系，講師。（湖北武漢430212）

基金項目：本文系2011年度湖北省教育廳科學技術研究項目（項目編號：B20116501）的階段性成果。

中圖分類號：TM615     文獻標識碼：A     文章編號：1007-0079（2012）09-0137-02

隨著全球人口的增長、經濟的發展，人類對能源的需求越來越大，從而導致了石油、煤礦等不可再生能源的迅速減少，我們正面臨著能源枯竭與環境惡化的雙重壓力。開發利用可再生能源是增加能源持續供給能力、改善能源結構、保障能源安全、逐步恢復生態環境的重要措施。[1]

眾所周知，太陽能清潔環保，利用價值高，并且有著取之不盡用之不竭的特性，這就決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陽能對建設資源節約、生態穩定型社會，實現全球經濟全面協調可持續發展意義深遠。本文設計的并網型光伏發電系統已在長江工程職業技術學院實驗環境下進行了安裝與調試，并成功與本校供電系統實現了內部并網。

一、太陽能光伏發電系統簡介

太陽能是指太陽光照所輻射的能量。目前太陽能的利用主要有光熱轉換、光電轉換和光化轉換三種形式。太陽能光電轉換又分為光熱發電和光伏發電兩種，通常說的太陽能發電主要是指太陽能光伏發電。

太陽能光伏發電系統是利用半導體的光生伏特效應進行光電轉換的發電系統，其應用基本形式主要分為獨立發電系統（如圖1所示）和并網發電系統（如圖2所示）兩大類。應用領域主要集中在航空航天、通信系統、微波中繼站、無電缺電地區用戶供電和市政照明工程等。

通常，太陽能光伏發電系統由光伏組件方陣、控制器、蓄電池和逆變器四大部分組成。

1.光伏組件方陣

即太陽能電池組件方陣，由太陽能電池板按系統需求串、并聯而成。它是太陽能發電系統中的核心部件，其作用就是將太陽的輻射能量轉換成電能輸送到蓄電池中儲存或者驅動負載工作。

2.控制器

它主要對蓄電池的充、放電進行控制，同時對蓄電池起到過充電保護和過放電保護的作用。

3.蓄電池

將光伏陣列組件產生的電能儲存起來，當光照強度過低或負載需求過大時，將儲存的能量釋放出來滿足負載的能量需求。一般為鉛酸電池，有的微型系統也使用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。

4.逆變器

在我國實際應用中，負載的額定電源通常為交流220V，而光伏陣列組件產生的電能通常為直流，因此需要通過逆變器將其轉換成負載所需的交流電能，故要使用逆變器。

目前，歐美、日韓等發達國家和地區正在大規模推廣光伏并網發電系統，一方面以取代正在急劇減少的常規化石能源；另一方面減少廢氣排放對環境造成的污染。為推動西部大開發，我國也正在進行大西部地區的太陽能發電工程建設，以改善西部生產條件和投資環境，促進我國西部地區的經濟發展。同時也將太陽能光伏發電技術大規模的應用和推廣到市政照明工程上。

二、并網型太陽能光伏發電控制系統設計

1.并網型太陽能光伏發電控制系統簡介

如圖2所示，并網型太陽能光伏發電系統最大的特點就是光伏組件方陣產生的直流電（一般為12VDC、24VDC、48VDC）經過并網逆變器轉換成符合市電電網要求的交流電后直接接入公共電網。當光照充足時，系統產生的電力除了供給負載外，剩余的電力反饋給公共電網；在白天或夜晚，系統產生的電能不能滿足負載需求時就由電網供電。

該系統主要由光伏組件方陣（即太陽能電池板）、光源跟蹤控制系統、并網逆變器等組成，與獨立光伏發電系統相比，因并網型光伏發電系統直接將電能輸入電網，也可直接利用電網電能，所以免除了配置控制器和蓄電池，但是系統中的逆變器必須使用專用的并網逆變器。

2.模擬光源跟蹤控制系統

因地球自轉，對于同一地點而言，不同季節不同時間點，太陽光的照射角度是不一樣的，只有讓太陽能電池方陣時刻正對著太陽才能保證光照強度最高，因此要設計光源跟蹤系統，使太陽能的利用率達到最大化。

本系統的模擬光源跟蹤控制系統主要由3盞日光燈（模擬早、中、晚三個時間點的日照）、太陽能模擬追日跟蹤傳感器、太陽能板水平和俯仰傳動機構、直流電動機（配減速箱）、三菱FX2N可編程控制器、按鈕和繼電器等組成。通過太陽能模擬追日跟蹤傳感器接收到的光線強度信號，利用PLC內設計程序進行比較，調整太陽能電池板的左右位置及仰角。模擬光源跟蹤PLC控制系統I/O分配如表1所示。

3.基于DSP的并網逆變控制

并網光伏發電系統中電能是可以直接送入上級電網的，為此必須保證逆變器的交流電源輸出與電網電壓同頻同相，因此并網逆變器有別于獨立發電系統中的逆變器，必須特別設計。本系統采用基于DSP控制核心的并網逆變器設計方案，其控制原理圖如圖3所示。通過對光伏陣列產生的直流電壓信號進行采集，并與逆變輸出的交流電壓進行比較運算，再與三角波載波信號合成生成SPWM調制信號，將光伏效應產生的直流電壓逆變為穩定輸出的正弦波交流電輸出。

為保證并網系統的有功功率輸出最大化，同時避免其對公共電網的電力污染，擁有較好的電磁兼容性，設計并網逆變器時要考慮能對公共電網電壓信號進行跟蹤采集，保證并網逆變器輸出的交流電流與電網電壓波形保持同頻、同相。[2]

為了保證逆變器輸出與電網電壓同頻同相，必須實時采集電網的電壓信號，由DSP檢測到過零信號的上升沿時發出同步中斷，以此時刻作為控制時間的基準點，即正弦波信號的起點。過零信號的采集處理是通過同步變壓器降壓得到電網電壓信號，然后經濾波整形為同步方波信號，最后送至DSP的外部中斷口進行檢測。[3]

目前，我國光伏發電系統主要應用于邊遠山區，由于地理位置等原因，這些系統往往采取無人值守和維護的管理模式，因此對于并網型光伏發電系統而言，并網逆變器作為整個系統的控制核心就顯得尤為重要。并網逆變控制設計必須保證系統具備一定的抗干擾能力、適應環境能力、瞬時過載能力以及對各種突況的保護功能等。

三、結束語

我國自20世紀80年代開始就進行太陽能電池的開發生產，在西部無電、缺電地區大力推廣太陽能光伏發電系統，使得我國的光伏產業在30年間取得了跨越式的發展，但與歐美等發達國家相比，我國光伏產業還處于初級階段，光伏發電技術方面還存在許多的不足之處。隨著全球能源的急劇減少，以及因能源而引起的社會矛盾不斷擴大，從長遠發展來看，目前是太陽能光伏發電技術發展的大好時機，無論是產業機構、研究部門還是用戶，光伏發電技術都面臨著良好的發展機遇。

本研究目前還處于硬件設計與調試應用階段，因此主要研究方向在于硬件設計，后期將主要開展對整個控制系統的實驗數據采集與分析研究，主要研究方向將集中在如何提高系統的穩定性、可靠性研究和逆變效率最大化研究等方面。

參考文獻：

[1]胡盤峰,陳慧敏.新型綠色住宅2KW并網太陽能光伏發電系統設計[J].上海工程技術大學學報,2008,(9).

第9篇：光伏發電系統設計及應用范文

關鍵詞：太陽能;建筑;設計;應用

一、太陽能利用技術方法與優點

工程實踐表明，光伏發電技術是一種技術可靠、使用便捷、低碳環保，易于大規模生產利用的先進可再生能源技術，其優點如下： （1）太陽能資源是一種取之不盡、用之不竭的潔凈的可再生能源。開發利用時不消耗傳統化石燃料能源，不會排放產生廢水、廢氣、廢渣等污染物，是自然能源中較為理想的清潔能源。 （2）太陽能利用不受地域條件的限制。任何有太陽的地域均可就地開發利用。不存在選址、運輸等問題，特別是在交通不便利、偏遠的鄉村、海島，太陽能能利用價值更高。（3）太陽能可靠性高、維護簡單。光電板、逆變器、蓄電池等設備分布安裝，提高了整個能源系統的安全性、可靠性及耐久性。即使在惡劣的使用環境下，光伏發電系統故障也較少，因此運行維護成本較低。（4）光伏建筑集成由于占地面積小、安裝便利、供電可靠等原因，是目前國際上太陽能研究發展的前沿。

二、太陽能光伏系統建筑一體化利用方式與優勢

（一）太陽能光伏系統建筑一體化利用方式。“光伏發電與建筑物一體化”的概念在1991 年正式提出，是目前世界上大規模利用光伏發電的研發熱點。太陽能光伏與建筑物相結合主要有兩種形式：一種是在建筑物屋頂、立面安裝平板光伏器、光伏陣列與電網并聯向用戶供電，從而形成用戶聯網光伏系統。第二種形式是將光伏器件與建筑實現集成一體化，即在建筑物屋頂或立面安裝光伏發電電池板，用光伏發電的玻璃幕墻代替普通的玻璃幕墻，由屋頂和墻面的光伏器件直接吸收轉化太陽能，太陽能系統平板既可以做建材又可以發電，進一步降低光伏發電的成本。目前，許多國家已研制出大尺度的彩色光伏模塊可替代昂貴的墻體外飾材料，使光伏發電與建筑物一體化成本進一步降低。

建筑物與太陽能光伏發電系統的進一步有機結合是將太陽能電池板與建筑頂面、立面材料集成一體化。建筑物建設使用過程中，建筑立面墻體結構表面通常采用噴涂涂料、鋪貼瓷磚、安裝幕墻玻璃等。如果用太陽能電池板替代建筑立面墻體及屋頂建筑材料，太陽能電池板既可作為建筑裝飾材料，也可以用于光伏發電系統。由此可見，實現太陽能電池板與建筑的有機一體化結合，是太陽能光伏發電系統建筑一體化推廣與應用的一個關鍵問題，這種結合并非是建筑與太陽能電池板簡單“疊加”，而是在建筑與光伏系統設計方案階段將太陽能電池板納入建筑設計構思中。

太陽能電池板用于建筑材料，必須具備建筑材料的基本要求，如堅固耐久、防水防潮、保溫隔熱、隔音等以及適當的強度和剛度等性能。若安裝在屋頂、窗戶等，還應具有透光的性能。太陽能光伏系統建筑有機結合，根據建筑工程使用及工況的需要，與普通的平板式光伏系統組件不同，太陽能電池板兼有發電與建筑裝飾材料的功能，必須滿足建筑材料的基本性能需要。應該遵循以下原則：①建筑物設計完成后使太陽能電池板成為建筑不可缺少的一部分，成為建筑結構構成部分。②太陽能電池板的顏色和肌理必須與建筑物的相關部分相和諧統一，與建筑物的整體風格相結合。③太陽能電池板的比例和尺度必須與建筑整體的比例與尺度相協調，這將決定太陽能電池板的分格尺寸與形式。④太陽能電池板屋頂具體的細部設計，如材料用量是否最小化、設計細節是否和諧、有機等需統一考慮。

（二）太陽能光伏系統建筑一體化優勢。太陽能光伏發電系統建筑一體化的方式各不相同，這取決于地理、文化及政府政策等。在國外，由于公共建筑的建造與設計程序嚴格，太陽能電池板系統在個人住宅與公寓建筑使用的較為普遍。而在我國，特別是城市建筑，由于建筑開發是商家或政府，因此是否采用太陽能電池板系統完全取決于開發商或政府。在我國，日照充足的地區無論公共建筑還是住宅屋頂和墻面使用太陽能電池板系統的市場潛力十分巨大，從建筑結構、技術利用和經濟效益來分析，太陽能電池板與建筑的一體化優勢如下：

（1）節約用地，便于安裝 ，保護環境。太陽能光伏發電系統一般安裝于建筑物的屋頂或外立面墻體上，無需額外占用土地或增建其他建筑設施，適用于人口比較密集的建筑群、辦公區使用，尤其適用于土地昂貴的城市。由于太陽能電池板的組件集成化，光伏設備安裝比較方便，而且可以根據負載的耗電量來選擇裝機容量。與此同時，由于太陽能光伏發電系統設備安裝在建筑物的屋頂或立面墻體結構上，太陽能轉換為電能可降低建筑物臨近室外區域的溫度，從而達到減少室內空調制冷用電負荷，既節約了能源，又保證了室內的空氣質量，同時也避免了由于使用傳統化石能源燃料發電所導致的環境污染。（2）減少投資，保證供應，實現安全用電。太陽能光伏發電系統安裝不受地域條件限制，可實現就地發電用電，因此可以大幅度減少電站及輸送電網的建設投資。建筑物實現光伏發電系統一體化，光伏發電系統所發電力既可供給本建筑物使用，也可儲存于蓄電池或外送入電網。在自然條件差，負載可由蓄電池供電;在自然條件差較好，通常會出現電網用電高峰，以往需采取拉閘限電措施，但此時也正是太陽能光伏發電系統發電量最多的時候。建筑一體化太陽能光伏發電系統除可保證建筑物負載用電外，還可以向外電網供電，太陽能光伏發電系統的集成特性可以節約儲存電力的費用，另外用電安全性能也得到提高，從而緩解夏季電力高峰需求壓力，從而徹底解決電量不夠的問題。 （3）增效規模，降低成本。建筑一體化太陽能光伏發電系統中，太陽能光伏發電系統面板代替建筑屋頂或立面墻面，可以節約大量的建筑成本。另外，太陽能光伏發電系統面板在建筑用電地點發電，避免傳輸和分電損失（5%～10%），降低了電力傳輸、分配投資和維修費用。在建筑屋頂或立面結構上安裝太陽能發電系統設備，用太陽能電池板代替部分建筑材料，可以促進太陽能電池板工廠化規模生產，從而能進一步降低工程造價，有利于太陽能發電系統光伏產品的推廣與應用，市場潛力巨大。

三、太陽能光伏發電系統建筑一體化設計原則

太陽能光伏發電系統建筑一體化的設計原則要求，運營系統既要保證建筑中光伏發電系統的長期運行可靠，又要充分滿足用電設備的需要，使系統的配置實現合理、經濟。工程建設與投產中使用盡量少的太陽能光伏系統組件，使太陽能光伏發電組件與建筑物有機合為一體，替代部分建筑材料，如屋面與立面墻體裝飾材料，達到建筑節能的效果。協調光伏系統與建筑成本之間的關系，在滿足正常需要，保證系統、建筑質量的前提下盡可能的節約建筑與安裝成本投資，達到投入與產出最好的經濟效益。

結 語：近年來，隨著美國、西班牙、德國等發達國家對本國光伏產業的政策優惠及扶持，全球光伏發電應用已進入快速增長的階段。我國光伏產業近幾年來持續發展，但是同發達國家相比還是存在很大差距，光伏發電應用市場發展較為緩慢，安裝量較少，隨著我國工業與信息化部2012年2月頒布的《太陽能光伏產業“十二五”發展規劃》，我國的太陽能光伏發電系統應用及推廣將會有較大的發展。

隨著光伏發電產業化進程和技術開發的發展，太陽能光伏發電系統與建筑一體化生態節能工程，其發展前景廣闊，市場潛力巨大，其效率、性價比隨著太陽能光伏技術日益發展將進一步得到提高，也將極大地推動中國太陽能光伏發電系統建筑一體化的快速發展。

參考文獻：