光伏系统设计_？• 用户用电负荷（并网电站不要） • 当地的日照数据（包含辐射） • 当地的温度数据 • 当地的纬度 • 太阳电池的规格 • 太阳电池价格及其他价格

　　1、用户用电负荷 如在海岛上每月用电量是500KVA， 如有必要可以分为直流负载和交流负载。 这是独立电站设计的依据。 2、当地的日照数据（包含辐射） 太阳电池方阵面上所获得的辐射量 决定了其发电量。日照数据应尽可能的 详细，如果数据较少，但也需要每月的 数据，可能知道每日的日照数据最佳。

　　3、当地的温度数据 同日照数据一样，也需要尽可能的 详细。因为温度不但影响太阳电池的转 换率，也对蓄电池的充放电效率有影响。 4、当地的纬度 固定式太阳电池方阵采光面通常以 面向赤道的倾斜形式放置以在全年的范 围内达到较大的太阳辐射量，纬度和地 表情况对倾斜角的取值有影响 。

　　5、光伏组件的规格 如组件的峰值功率、 开路电压、峰值电 压、短路电流、峰 值电流、外形尺寸、 重量、最大输出功 率温度系数、开路 电压温度系数、最 大系统电压 。

　　凤凰城光伏休闲凉棚 组件采用120块串并联的连接方式，峰值功率：6300Wp，占地 面积9.5m×9.1m

　　六、太阳电池价格及其他辅材价格 太阳电池和蓄电池价格以及其他 设备价格如逆变器、电缆、光伏阵列 支架、配电设备、避雷装置等。这是 验算其成本的基本依据。

　　系统设计 1、光伏发电系统的基本组成 2、计算当地的光伏阵列的最佳倾角 3、确定每天需要的发电量 4、确定光伏发电系统的电压等级 5、确定光伏发电系统的太阳电池数量 6、确定光伏发电系统的蓄电池数量 7、逆变器的选配 8、防雷装置

　　1、光伏发电系统的基本组成 光伏发电系统主要由太阳电池方阵、 控制器、蓄电池组、逆变器、交流负载、 直流负载等部分组成。发电系统的基本 结构如图所示。

　　2、计算当地的光伏阵列的最佳倾角 太阳电池发电的能量来源于太阳，因此 太阳电池方阵面上所获得的辐射量决定了其 发电量。地表面（水平面）和方阵面（倾斜 面）上获得的辐射量均符合光的直射散射分 离原理，也就是说总辐射等于直接辐射与散 射辐射之和，方阵面上获得的辐射还包含地 面的反射辐射。

　　其中：QP 为水平面接收到的总辐射，MJ/m2； SP为水平面接收到的直接辐射，MJ/m2；DP为水 平面接收到的散射辐射，MJ/m2。

　　其中：QT为倾斜面接收到的总辐射， MJ/m2； ST为倾斜面接收到的直接辐射，MJ/m2；DT为倾 斜面接收到的散射辐射，MJ/m2；RT为倾斜面 接收到的反射辐射，MJ/m2。 （1）倾斜面接收到的直接辐射 倾斜面接收到的直接辐射ST可利用水平 面接收到的直接辐射求出：

　　其中RB为倾斜面上的直接辐射与水平面上 直接辐射的比值。RB的具体表达式为：

　　ϕ 式中： 为当地纬度，°； 为光伏阵列倾角，°; β δ 为太阳赤纬角，°; ωT为水平面日落角度，°;

　　其中QP为大气层外面水平面的太阳辐射，MJ/m2。 (3) 倾斜面接收到的反射辐射

　　地面的反射辐射为各向同性时： 1 RT = ρ R Q P (1 − cos β ) （9） 2 其中ρR 为地面反射率。一般计算时取0.2。 假如 QT 是太阳电池一个月获得的辐射量， 用 QT 除以太阳电池在标准工作条件下的日 照强度1kW/m2，就能求出太阳电池在标准辐 射状态下一个月的工作时间

　　其中PS为太阳电池的峰瓦功率,W；ξ1为污蚀系 ξ ξ 数；2 为防反二极管系数； 3为MPPT系数；T为 实际环境温度,℃；25℃为太阳电池在标准工 作条件下的工作温度值；0.4%表示太阳电池工 作温度每提高1℃，其输出能量减少0.4%。

　　在北半球若以光伏阵列安装以面向赤道 的方向时的角度为正，则光伏阵列倾角的大 小只可能在-90～90°的角度之内变化。可 以利用计算机，对光伏阵列在－90～90°内 的每一个倾斜角度情况下光伏阵列的发电量 进行求解并比较在何种角度下其发电量取得 最大值，光伏阵列的计算得到的倾角可以精 确到0.1°。从而光伏阵列的最佳倾角。

　　在一些资料中叙述为在北半球光伏阵列 的安装倾角是当地纬度加上±5～15°，但 是应为多少是光伏阵列的最佳倾角呢？ 通过以上公式计算几个城市的结果如下：

　　a1，a2，a3分别代表在水泥地面，草 地面和干燥土地面上的光伏阵列最佳倾 角的计算值。 地面情况对固定式光伏阵列最佳倾角的选 择会造成较大的影响，同一地区光伏阵列 若安装在水泥地上，其最佳倾角最大，若 安装在草地上次之，干燥土地面上则最小。 这是和不同地表的地面反射率的取值相关 的，地面反射率越大，则光伏阵列的最佳 倾角则应越大。

　　（4）最佳倾角与纬度的关系式 由于最佳倾角的大小和纬度存在较大关 系，则可以通过相关检验分析其相关性并通过 曲线拟合方法推导不同地表情况下的光伏阵列 倾角和当地纬度的关系。 得到的固定式光伏阵列最佳倾角的拟合 得到的结果为：

　　率、逆变器效率。 根据（1）～（13）式计算出太阳电池的 峰值功率PS。

　　4、确定光伏发电系统的电压等级 由于光伏阵列是有许多块太阳电池通 过串并联形成的，光伏阵列的电压等于太 阳电池串联电压之和，即 （14） U N = U1 U 2 LU n n为1,2, … ，U1为每块太阳电池工作电压 由第三点已经计算出了太阳电池的峰值 PS，则方阵总电流由下式计算：

　　阵列电压UN应满足逆变器的输入电压 范围，并考虑电缆的电压降影响，考 虑天气变化对阵列电压引起的波动。

　　5、确定光伏发电系统的太阳电池数量 一般在设计电站时，选择的太阳 电池的规格是一样的，即每块太阳电 池的开路电压，短路电流和峰值功率 是相同的，这样（14)式变成

　　由（15）式得到阵列总电流IN，则由 电路并联公式的： （17） m为并联电池数，是整数，I1是太阳 电池最大工作电流。则太阳电池数量 为： Num = m × n （18）

　　6、确定光伏发电系统的蓄电池数量（并 网电站不要） 蓄电池的规格一般是电压@安时，所 以在确定蓄电池时是考虑蓄电池能够提供 的能量即伏安时，能够储成太阳电池每天 所产生的电能，即蓄电池的伏安时应等于 光伏阵列峰值功率×每天的辐射时间，考 虑到蓄电池的放电深度，和需要在阴雨天 满足负荷的工作时间，发电系统的供电可 靠率等。蓄电池组的容量为：

　　情况确定，一般取3～20； N ——用电同时率，一般取0.8； DD ——蓄电池的放电深度，一般取0.5～ 0.8； LT ——蓄电池的维修保养率，一般取0.8; R ——供电可靠率，一般取0.8~1。 上式没有考虑蓄电池自放电率的影响。

　　假设光伏系统的工作电压为 U L ，单节蓄电 池的标称电压（工作电压）为 U T ，那么蓄 电池的串联数目 N TS 为：

　　负载工作电压和蓄电池标称电压单位为V。 式中的int( )表示对系统工作电压除以蓄 电池标称电压的结果向下取整。

　　7、逆变器的选配 逆变器的功率一般大于阵列的峰值功率。 电缆线）式的总电流 和允许的电流密度决定，即 d =IN / J （23） J 电流密度,一般取3~6A/mm2 电缆电阻值

　　需要了解逆变器的参数： 直流电压工作范， 如 150V～450V ， 300V～780V 功率、频率、输出电压、 工作相数、有变压器型、无变压器型、 离网型、并网型。

　　逆变方式为：集中逆变、组串逆变，多组串 逆变和组件逆变 集中逆变 很多并行的光伏组串被连到同一台集中逆变 器的直流输入端 ，最大特点是系统的功率 高，成本低。但受光伏组串的匹配和部分遮 影的影响，导致整个光伏系统的效率和电产 能。同时整个光伏系统的发电可靠性受某一 光伏单元组工作状态不良的影响。

　　组串逆变 组串逆变器是基于模块化概念基础上的， 每个光伏组串（功率5kW）通过一个逆 变器，在直流端具有最大功率峰值跟踪， 在交流端并联并网。许多大型光伏电站使 用组串逆变方式。优点是不受组串间模块 差异和光斑的影响，同时减少了光伏组件 最佳工作点与逆变器不匹配的情况，从而 增加了发电量。

　　多组串逆变 多组串逆变是取了集中逆变和组串逆变的优 点，避免了其缺点，可应用于大型光伏电站。 在多组串逆变器中，包含了不同的单独的功 率峰值跟踪和直流到直流的转换器，这些直 流通过一个普通的直流到交流的逆变器转换 成交流电，并网到电网上。光伏组串的不同 额定值（如：不同的额定功率、每组串不同 的组件数、组件的不同的生产厂家等等）、

　　不同的尺寸或不同技术的光伏组件、不同 方向的组串（如：东、南和西）、不同的 倾角或遮影，都可以被连在一个共同的逆 变器上，同时每一组串都工作在它们各自 的最大功率峰值上。 组件逆变 组件逆变器是将每个光伏组件与一个逆变器 相连，同时每个组件有一个单独的最大功率 峰值跟踪，这样组件与逆变器的配合更好。 通常用于50W到400W的光伏发电站，总效 率低于组串逆变器。 39

　　8、防雷装置 雷电是发生在大气中的声、光、电物理 现象，是自然界最壮观和重要的大气现象之 一。 雷电一般产生于对流发展旺盛的积雨云 中。积雨云形成过程中，在大气电场以及温 差起电效应、破碎起电效应的同时作用下， 正负电荷分别在云的不同部位积聚。当电荷 积聚到一定程度，就会在云与云之间或云与 地之间发生放电，也就是人们平常所说的 “闪电”。

　　雷电过电压又称为大气过电压或外部过电 压，它是由于变配电系统内的设备或建筑 物遭受到来自大气中的雷击或雷电感应而 引起的过电压。 雷电过电压有两种基本形式：一种是直击 雷或直接雷击；另一种雷电过电压称为雷 电感应或感应雷。

　　放电过程 发生闪电前，天空带电的积雨云在电场的作 用下，少数带电的云粒向地面靠拢，形成先 驱注流。先驱注流的延续将形成电离的微弱 导通，这一阶段称为先驱放电。 由于放电是沿着空气电离最强、最容易 导电的路径发展的，故先驱放电常常表现为 分枝状，通常只有一条放电分枝到达大地。

　　当先驱放电到达大地，或与大地放电迎面 会合以后，就开始放电阶段，这就是雷击。 在主放电中雷雨云与大地之间所聚集的 大量电荷，通过先驱放电所开辟的狭小电 离通道发生猛烈的电荷中和，放出能量， 以至发出强力的闪光和震耳的雷鸣。

　　雷电过电压有两种基本形式：一种是直击雷 或直接雷击；另一种雷电过电压称为雷电感 应或感应雷。 雷电流基本特征 雷击是强大的脉冲放电现象，具有电的一 切特性。 雷电把雷雨云中蕴藏的能量在微秒级时间 内释放出来，瞬间功率巨大。雷电流总是 集中在电阻较小的地方流过。

　　雷电防御重要环节和措施 对直击雷和线路侵入冲击波的防护应考虑： （1）对直击雷的防护 ； （2）对线路侵入冲击波的防护； （3）控制器防雷的进线段保护。 交直流防雷，交直流用空开分离

　　外部防雷工程技术措施主要起防直击雷作 用；内部防雷工程技术措施主要起防雷电 感应作用；采取综合防雷措施才能确保防 雷安全。 防雷装置 一、避雷针 二、避雷线（又称架空地线） 三、避雷器、浪涌保护器（SPD） 四、接地线 南京

　　防直击雷设计 太阳能光伏阵列的结构件通过接地体接 地防止直击雷，即太阳能光伏阵列的金属支 架及其它金属构件均应与屋面避雷带或防雷 引下线可靠连接。一般情况下防雷接地电阻 应小于30Ω，对于大型比较重要的供电系 统要求接地电阻小于10Ω，更高要求的其 接地电阻小于4Ω 。

　　防感应雷设计 为防止感应雷对光伏发电系统的设备器件 造成损坏，需在光伏阵列的直流输出端安 装光伏专用浪涌保护器（SPD）。

　　M1一块太阳电池价格（包括搭建成本）; M2单节蓄电池价格；K逆变器数量； M3单台逆变器价格；M4电缆每米价 格;M5配电控制等。

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