5kWp光伏太阳能并网发电系统设计方案设计人：申小波（Mellon）单位：个人电话：日期： 2013年10月27日目录一、光伏太阳能并网发电系统简介 (2)二、项目地点及气候辐照状况 (2)三、相关规范和标准 (5)四、系统结构与组成 (5)五、设计过程 (6)1、方案简介 (6)2、设计依据 (6)3、组件设计选型 (7)4、直流防雷汇流箱设计选型 (9)5、交直流断路器 (11)6、并网逆变器设计选型 (13)7、电缆设计选型 (14)8、方阵支架 (15)9、配电室设计 (15)10、接地及防雷 (15)11、数据采集检测系统 (16)六、仿真软件模拟设计 (17)七、接入电网方案 (22)八、设备配置清单及详细参数 (22)九、系统建设及施工 (22)十、系统安装及调试 (23)十一、运行及维护注意事项 (26)十二、设计图纸 (28)十三、工程预算投资分析报告 (32)5kWp光伏太阳能并网发电系统配置方案一、光伏太阳能并网发电系统简介并网系统（Utility Grid Connected）最大的特点：太阳电池组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网，并网系统中光伏方阵所产生电力除了供给交流负载外，多余的电力反馈给电网。
在阴雨天或夜晚，太阳电池组件没有产生电能或者产生的电能不能满足负载需求时就由电网供电。
因为直接将电能输入电网，免除配置蓄电池，省掉了蓄电池储能和释放的过程，可以充分利用光伏方阵所发的电力，从而减小了能量的损耗，并降低了系统的成本。
但是系统中需要专用的并网逆变器，以保证输出的电力满足电网电力对电压、频率等电性能指标的要求。
因为逆变器效率的问题，还是会有部分的能量损失。
这种系统通常能够并行使用市电和太阳能太阳电池组件阵列作为本地交流负载的电源，降低了整个系统的负载缺电率，而且并网系统可以对公用电网起到调峰作用。
但并网光伏供电系统作为一种分散式发电系统，对传统的集中供电系统的电网会产生一些不良的影响，如谐波污染，孤岛效应等。
二、项目地点及气候辐照状况图片来自Google地球1、项目地点为：江苏省泰州市XX区XX镇；2、纬度：32°22’，经度：120°12’；3、平均海拔高度：7m；4、温度5、湿度6、辐照度三、相关规范和标准光伏并网逆变系统的制造、试验和验收可参考如下标准：GB/T 19939-2005 《光伏系统并网技术要求》GB/T 20046-2006 《光伏（PV ）系统电网接口特性（IEC 61727:2004,MOD ）》 GB/Z 19964-2005 《光伏发电站接入电力系统技术规定》 GB/T 14549-1993 《电能质量 公用电网谐波》GB/T 15543-1995 《电能质量 三相电压允许不平衡度》GB/T 18210-2000 《晶体硅光伏方阵I －V 特性的现场测量》 GB/T 20514-2006 《光伏系统功率调节器效率测量程序》GB/T 20513-2006 《光伏系统性能监测 测量、数据交换和分析导则》 GB/T 14285-2006 《继电保护和安全自动装置技术规程》GB/T 20047.1 2006 《光伏(PV)组件安全鉴定+第一部分 结构要求》 GB4064-1984 《电气设备安全设计导则》 EN50178 《用于电力安装的电气设备》 《中华人民共和国消防法》《电力监管条例》(国务院令〔2005〕第432号) 《中华人民共和国电力法》四、系统组成与原理1、系统具体由太阳能电池方阵及其支架、直流防雷汇流箱、并网逆变器、交流断路器等部分组成。
其中，太阳能电池组件为电源系统，逆变器为控制保护系统，负载及电网为系统终端。
2、光伏并网发电系统主要组成如下： （1）光伏电池组件及其支架； （2）光伏阵列防雷汇流箱； （3）光伏并网逆变器； （4）系统的通讯监控装置； （5）系统的防雷及接地装置； （6）土建、配电房等基础设施； （7）系统的连接电缆及防护材料。
3、下图为并网系统原理示意图：并网逆变器交流断路器双向电表国家电网交流负载光伏阵列 直流汇流箱并网示意图五、设计过程1、方案简介本太阳能并网发电系统因使用自发自用余电上网模式，将系统设计成全年发电量均衡，以此设计组件阵列倾角等参数。
此光伏并网发电系统将采用分布式并网的设计方案，将该5kWp的并网发电系统，通过1台并网逆变器接入230V单相交流电网，实现并网发电。
另外，系统可选择配置1套监控装置，可采用RS232/RS485或Ethernet（以太网）的通讯方式，实时监测并网发电系统的运行参数和工作状态。
2、设计依据并网光伏发电系统的设计比离网光伏发电系统简单，这不仅是因为离网光伏发电系统不需要蓄电池和充电控制器，且其供电对象是较稳定的电网。
故毋须考虑发电量与用电量之间的平衡，也不需要考虑负载的电阻、电感特性。
通常只需根据光伏组件总功率计算其发电量；或反之，根据需要的发电量设计并网发电系统设置。
目前并网系统设计依据如下：（1）光伏发电系统所在地理位置(纬度) ；（2）当地年平均光辐射量；（3）需要年发电量或光伏组件总功率或投资规模或占地面积等；（4）并网电网电压，相数；本并网系统设计以光伏组件总功率（5kWp）为依据。
3、组件设计选型（1）倾角及方位角设计计算光伏组件水平倾角的设计主要取决于光伏发电系统所处纬度和对一年四季发电量分配的要求。
1）对于一年四季发电量要求基本均衡的情况，可以按以下方式选择组件倾角：纬度0~25°倾角等于纬度纬度26~40°倾角等于纬度加5~10°纬度41~55°倾角等于纬度加10~15°纬度 >55°倾角等于纬度加15~20°2）在我国大部分地区通常可以采用所在纬度加7°的组件水平倾角。
对于要求冬季发电量较多情况，可采用所在纬度加11°的组件水平倾角。
对于要求夏季发电量较多情况，可采用所在纬度减11°的组件水平倾角。
本并网发电系统位于北纬32°，考虑采用一年四季均衡发电模式，故组件倾角暂设为32°+5°=37°。
（2）阵列间距设计计算光伏方阵前后两排间距或与前方遮挡物之间的间距设计：光伏方阵前后间距或与前方遮挡物之间的间距如果不合理设计，则会影响光伏系统的发电量，尤其在冬季。
光伏方阵前后间距或与前方遮挡物之间的间距的设计与光伏系统所在纬度、前排方阵或遮挡物高度有关。
计算公式为：D=0.707H/tan〔arc sin(0.648cosΦ—0.399sinΦ) 〕——D：前后间距；Φ：光伏系统所处纬度(北半球为正，南半球为负)；H：为后排光伏组件底边至前排遮挡物上边的垂直高度；假设项目所出地理位置约为Φ=32°，则D=0.707H/tan〔arc sin(0.648cos32°—0.399sinΦ32°) 〕=0.707H/tan〔arc sin(0.648×0.848—0.399×0.529) 〕=0.707H/tan〔arc sin(0.549—0.211)= 0.707H/tan〔arc sin0.338〕=0.707H/tan18.6°=0.707H/0.336=2.1H本并网发电系统为屋顶平铺设计，此项暂不需要考虑。
（3）组件选型及参数组件暂考虑选用江阴浚鑫科技股份有限公司的60片多晶250Wp组件，具体参数资料如下：1）组件外形图及曲线图：2）组件电性能参数：STC电性能参数型号JT250PLe 组件功率范围（Wp）Pm≥250最大功率Pm（W）250最大工作电压Vm（V）31.4最大工作电流Im（A）7.98开路电压Voc（V）37.6短路电流Isc（A）8.75组件效率（%）15.5最大系统电压（VDC）1000最大熔断电流（A）15功率温度系数（%/℃）-0.43 开路电压温度系数（%/℃）-0.32短路电流温度系数（%/℃）+0.05 标称电池温度（℃）45±2最大负载（Pa）5400（112.78lbf/ft²）NOCT电性能参数型号JT250PLe最大功率Pm（W）184最大工作电压Vm（V）28.4最大工作电流Im（A） 6.48开路电压Voc（V）34.5短路电流Isc（A）7.12极限参数绝缘电压（V）3000工作温度（℃）-40~+85储存温度（℃）-40~+85其他参数线缆4mm²，1000mm，TUV认证接线端子型号MC4接头电池片数60片多晶电池片（6×10）电池片尺寸（mm）156×156组件尺寸（mm）1638×982×40组件重量（kg）19.5边框排水孔数量（个）10标称电池工作温度测试环境：800W/m²光强，20℃，AM1.5，风速1m/s。
（4）组件串并联设计串并联根据系统电压电流计算，以及参考使用并网逆变器型号。
目前暂考虑5kWp组件为20块250Wp的组件为10串2并连接，系统开路电压为：376V；短路电流为：17.5A；工作电压为：314V，工作电流为：15.96A。
4、直流防雷汇流箱设计选型根据组件串并联方式，直流汇流箱选用2进1出南京冠亚。
（1）产品特征：1）户外壁挂式安装，防水、防锈、防晒，防护等级达IP65，满足室外安装使用要求；2）可同时接入16路光伏方阵，每路光伏方阵的最大允许电流为20A；3）光伏方阵的最大开路电压值为DC1000V；4）每路光伏方阵配有光伏专用高压直流熔丝进行保护，其耐压值为DC1000V；5）直流输出母线的正极对地、负极对地、正负极之间配有光伏专用高压防雷器；6）直流输出母线端配有可分断的直流断路器；7）汇流箱具有对光伏组件阵列的状态、熔丝状态、防雷器状态、断路器状态等等监视功能，通过RS485远程传输； 8）产品内置防反二极管； （2）技术参数如下：最大开路电压(VDC)1000 输入路数 2 每路输入电流（A ）15 防水端子 PG21 光伏专用防雷模块 有 直流输出断路器 有 连续运行时间 可连续运行 机箱尺寸（深*宽*高mm ）300*350*180 安装方式 壁挂式 防护等级 IP65(室外) 通讯功能(选配) RS232 重量（Kg ）15环境绝缘强度（VAC ）（输入和输出）1500，一分钟噪音（dB 、1米） ≤10 使用环境温度(℃)-25～+65 环境湿度 0～99% 使用海拔(m)≤5000 （3）汇流箱电气原理图SPD 防雷器直流输出（+）直流输出（-）S1S2S1S2电池串列2（+）电池串列1（+）电池串列2（-）电池串列1（-）汇流箱外观汇流箱内部接线图5、交流断路器本系统采用单相交流断路器，选用正泰公司的DZ47-60 C32型号断路器，具体参数如下：6、并网逆变器设计选型（1）并网逆变器的选用主要根据下列要求：1）逆变器额定功率=0.85-1.2Pm；2）逆变器最大输入直流电压>光伏方阵空载电压（Voc）；3）逆变器输入直流电压范围>光伏方阵最小电压；4）逆变器最大输入直流电流>光伏方阵短路电流（Isc）；5）逆变器额定输入直流电压=光伏方阵最大功率电压（Vm）；6）额定输出电压=电网额定电压；7）额定频率=电网频率；8）相数=电网相数；（2）并网逆变器的输出波形畸变、频率误差等应满足并网技术要求。