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　　300KW光伏发电并网系统方案

　　初

　　步

　　设

　　计

　　方

　　案

　　日期：2016年7月

　　目录

　　第一章概述5

　　一、300KW并网项目概况5

　　1.建设地点5

　　2.项目建设地点自然条件5

　　2.1地理方位5

　　2.2气候环境5

　　二、项目建设的必要性及意义5

　　1.项目建设的必要性5

　　2.项目建设的意义6

　　第二章项目技术方案7

　　一、设计依据及说明7

　　1.设计说明7

　　2.设计依据7

　　3.项目设计原则8

　　二、技术方案与主要设备9

　　1.光伏并网发电系统简介9

　　2.系统的主要构成10

　　3.系统的容量配置及接入方式10

　　3.1系统的容量配置10

　　3.2系统的电网接入方式10

　　4.主要产品、部件的选型及性能参数11

　　4.1多晶硅电池组件11

　　4.1.1选择依据11

　　4.1.2组件性能参数11

　　4.1.3组件功率曲线12

　　4.1.4组件特点14

　　4.2光伏组件支架14

　　4.2.1设计标准14

　　4.2.2材料选取的依据15

　　4.3并网逆变器的选型及技术参数15

　　4.3.1选型依据16

　　4.3.3并网逆器的效率曲线17

　　4.3.4最大功率点原理17

　　4.3.5并网逆变器效率保证18

　　4.3.6孤岛效应及仿真结果分析18

　　4.4线缆的选型设计19

　　4.4.2电力电缆21

　　4.5防雷接地设计23

　　4.6数据收集和监控系统26

　　4.8方阵设计29

　　4.8.1方阵最佳排布方式设计29

　　4.8.2方阵接线方案设计29

　　5.系统能效计算分析30

　　5.1电站系统效率分析30

　　6.运行维护方案31

　　6.1光伏方阵运行维护31

　　6.1.1光伏组件的维护31

　　6.1.2机械结构的维护33

　　6.2配电系统运行维护33

　　6.2.1运行管理33

　　6.2.2运行维护34

　　6.2.3数据维护方案34

　　6.2.4网络保障措施34

　　7.设备配置清单35

　　第一章概述

　　一、300KW并网项目概况

　　1.建设地点

　　河北省安国市

　　2.项目建设地点自然条件

　　2.1地理方位

　　安国市隶属河北省，由保定市代管的县级市，古称祁州，中心位置为北纬38°42’48″，东经115°33’30″，位于河北省中部、保定市南部，地处华北平原腹地，京、津、石三角中心地带，处于环京津和环渤海经济圈中。东北与博野县为邻。西与定州相连，西北与望都县、清苑区交界，西南与深泽县相连，东南与安平县接壤。北距北京250千米，南距石家庄110千米，东北距天津240千米，西距京深高速公路、京广公路、京广铁路30千米。

　　2.2气候环境

　　安国市属温带季风气候，冬季寒冷，夏季炎热，气温的年温差较大，降水季节分配不均匀，表现出明显的大陆性气候特征。在一年四季中，冬季寒冷降雪少，春季干旱风沙多，夏季高温多雨，秋季天气晴朗，冷暖适中，年主要风向为东北风和西南风。平均风速1.9m/s，年最大风速7.9m/s，年最小风速1.4m/s；年平均气温12.4℃，历年极端最高温度43.3℃，历年极端最低温度-22.0℃；年平均降水量555.3mm，年最大降水量934.6mm，年最小降水量183.5mm；年平均相对湿度60%；年无霜期最长208天，最短171天；历年最大积雪深度230mm；历年最大冻土深度580mm；历年平均蒸发量1707.1mm；年平均雷暴日数30.7天。

　　二、项目建设的必要性及意义

　　1.项目建设的必要性

　　中国的一次能源储量远远低于世界的平均水平，大约只有世界总储量的10%。太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和免维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位。

　　2.项目建设的意义

　　根据要求，在指定的车间及屋顶安装太阳能并网电站。就环保而言，制定新能源发展规划是必须的，人类赖以生存的环境必然要求我们发展新能源。太阳能光伏发电是世界上最环保的发电方式之一，目前国内已经开始大量使用太阳能电站发电，为人们的日常生活提供电量。遗憾的是，由于政府补贴的原因，目前太阳能的主要市场在德国、西班牙、美国等西方发达国家。如果中国人都能够团结起来，购买、安装和使用太阳能电池，必将对减少碳排放、保护环境，起到非常积极的作用。

　　人类的发展离不开能源，仅仅节省能源是无法解决问题的，在节流的同时必须开源。关灯一小时是一种概念上的节能，而安装太阳能电池是长久之计，是真正能够解决人类能源问题的方法。德国通过多年的太阳能安装，已经达到了关闭国内绝大部分核电站、关闭一部分火电站的作用，最大限度地减少了对地球的污染。各大企业购买太阳能，支持太阳能，无疑产生很大的正面效应，这是功在当代、利在千秋的行为！

　　本项目的实施，是本着对国家和人民高度负责、对子孙后代高度负责的精神，把节约能源资源工作放在更加突出的战略位置，切实做到节约发展、清洁发展、安全发展、可持续发展，坚定不移地走生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展道路，必将取得巨大的社会和环境效益，同时对太阳能光伏发电在河北以致全国的应用推广起到良好的带头和示范作用，促进光伏发电等节能环保产业的发展。

　　第二章项目技术方案

　　一、设计依据及说明

　　1.设计说明

　　本技术方案严格按照相关工程技术说明书规定组织设计，以说明书中所述规范、规定和标准为根本，同时考虑国内、国外规范要求。

　　除非另作说明，所有相关标准均为现行标准。

　　当设计与技术说明书中规定之规范出现差异或矛盾时，采用较为严格的规范。

　　2.设计依据

　　本项目各部分的设计严格遵循和参考以下规范、标准：

　　配电系统设计遵循标准：

　　《地面用晶体硅光伏组件设计鉴定和定型》GB/T 9535

　　《地面用光伏（PV）发电系统概述和导则》GB/T18479

　　《低压配电设计规范》GB50054

　　《低压直流电源设备的特性和安全要求》GB17478

　　《电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范》GB50171

　　《光伏器件》GB6495

　　《电磁兼容试验和测量技术》GB/T17626

　　《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》DL/T620

　　《交流电气装置的接地》DL/T621

　　《电气装置安装工程施工及验收规范》GBJ232－82

　　《建筑设计防火规范》GBJ16-87(2005版)

　　《建筑物防雷设计规范》GB50057-2000

　　《建筑抗震设计规范》GB50011-2001

　　并网接口参考标准：

　　《光伏并网系统技术要求》GB/T 19939-2005

　　《光伏发电接入电力系统技术规定》GB/Z 19964-2005

　　《光伏系统电网接口特性》GB/T 20046-2006

　　《地面用光伏（PV）发电系统》GB/T 18479-2001

　　《太阳能光伏系统术语》GB/T 2297-1989

　　《电能质量供电电压允许偏差》GB/T 12325-2003

　　《安全标志（neq ISO 3864:1984）》GB/T 2894-1996

　　《电能质量公用电网谐波》GB/T 14549-1993

　　《电能质量三相电压允许不平衡度》GB/T 15543-1995

　　《电能质量电力系统频率允许偏差》GB/T 15945-1995

　　《安全标志使用导则》GB/T 16179-19956

　　《地面光伏系统概述和导则》GB/T 18479-2001

　　《光伏发电系统的过电压保护—导则》SJ/T 11127-1997

　　3.项目设计原则

　　本工程设计在遵循技术先进、科学合理、安全可靠、经济实用的指导思想和设计原则下，着重考虑以下设计原则：

　　先进性原则

　　随着太阳能技术的发展，太阳能电源设计必须考虑先进性，使系统在一定的时期内保持技术领先性，以保证系统具有较长的生命周期。

　　安全可靠原则

　　针对本工程的特点，公司选用的结构充分考虑了风荷载、温度应力对组件的影响，设计安全系数保证满足国家规定及本工程的要求。

　　结构轻巧而稳定原则

　　结构稳定可以保证结构的安全，同时也会产生一种结构稳定所特有的美感，失稳的结构会给人带来危机感，造成人的紧张，使人很不愉快。但过于保守、粗放的设计则又显得笨拙、累赘，缺乏灵气，也会使人不愉快。

　　本项目定做彩钢屋顶夹具做组件方阵支撑，整个方阵结构轻巧而稳定。

　　环保节能原则

　　太阳能电池发电不会排放二氧化碳或产生对温室效应有害的气体，也无噪音，是一种洁净能源，与环境有很好的相容性。其对于整个建筑的环保节能性能的影响，已经到了至关重要的地步。

　　经济性原则

　　保证资金投向合理，在确保满足国家规范的基础上，合理地使用材料至关重要，只有巧妙地、合理地发挥各种材料的特性，才能产生极佳的经济效益。

　　二、技术方案与主要设备

　　1.光伏并网发电系统简介

　　光伏并网发电系统主要由光伏组件、并网逆变器、计量装置及配电系统组成（如下图1所示），太阳能能量通过光伏组件转化为直流电力，再通过并网逆变器将直流电能转化为与电网同频率、同相位的正弦波电流，一部分给当地负荷供电，剩余电力溃入电网。

　　2.系统的主要构成

　　太阳能光伏并网发电系统的主要构成如下：

　　1)太阳电池组件；

　　2)太阳电池支架；

　　3)直流侧防雷配电单元；

　　4)光伏并网逆变器；

　　5)交流防雷配电单元；

　　6)监测和发电计量单元；

　　7)整个系统的连接线以及防雷接地装置等。

　　3.系统的容量配置及接入方式

　　3.1系统的容量配置

　　太阳能组件的功率：255W

　　方阵总功率：255W*=306KW

　　大约占地面积;306KW÷70W/M²=1.02万平方米

　　逆变器的型号：30kw组串式逆变器10台。

　　3.2系统的电网接入方式

　　8KW-300KW之间以380V接入，300KW-6MW之间以10KV电压接入，本项目采用多回路将分布式光伏接入公共电网配电箱或线路、配电室、或箱变380V母线。

　　4.主要产品、部件的选型及性能参数

　　4.1多晶硅电池组件

　　4.1.1选择依据

　　对于大型电站电池组件选型遵循以下原则：

　　在兼顾易于搬运条件下，选择大尺寸，高效的电池组件，如255Wp；

　　选择易于接线的电池组件；

　　组件各部分抗强紫外线（符合GB/T18950-2003橡胶和塑料管静态紫外线心能测定）；

　　遵循以上原则选择英利多晶硅电池组件YL255-29b。

　　4.1.2组件性能参数

　　YL255P-29b技术参数：

　　抗风力：2400Pa          绝缘强度：DC 3500V,1min漏电流≤50μA

　　峰值电压：30.0V        最高系统电压：1000V

　　峰值电流：8.49A        重量：18.5kg

　　开路电压：37.7V         外形尺寸：1640mm×990mm

　　短路电流：9.01A        功率误差：+3%

　　填充因子：74%           功率温度系数：-0.45%/K

　　工作温度：46+/-2℃    电流温度系数：+0.06%/K

　　电压温度系数：-0.37%/K

　　4.1.3组件功率曲线

　　YL255Pb-2组件I-V曲线图

　　YL255Pb-2组件P-V曲线图

　　YL255Pb-2低光强数据表

　　光强(W/m 2)       温度(℃)       短路电流(A)       最大功率点电流[A]       开路电压[V]       最大功率点电压[V]       峰值功率[W]

　　1000                       25                        8.19                          7.70                           37.5                          29.7                           229.0

　　800                         25                         6.53                         6.16                           37.2                          29.9                           184.4

　　600                         25                         4.90                        4.61                            36.7                         30.1                           138.6

　　400                         25                          3.27                       3.06                            36.1                          30.0                           92.0

　　200                         25                          1.64                       1.50                             34.9                         29.6                           44.3

　　注：数据为典型数据，供参考

　　4.1.4组件特点

　　铝边框组件产品性能描述

　　1）多晶硅电池组件弱光性好；

　　2）太阳电池绒面表面处理和减反射层减少对阳光的反射；

　　3）电池片采用全自动焊接，有良好的接触可靠性；

　　4）低铁超白钢化玻璃覆盖在表面，有很好的机械强度并保证好的透光性；

　　5）后面的背板防止被磨损，撕裂和刺破，起到密封防水和绝缘的作用；

　　6）铝边框上有四个安装孔，2个接地孔，便于安装和接地；

　　7）接线盒达到IP65的防护等级，接线方便，安全并有保护作用；

　　8）在接线盒内，设有旁路二极管，可有效减少阴影带来的组件输出功率损失；

　　9）组件的功率是从接线盒内由接线端子输出的。端子的材料是表面附银浆的H59，具有优良的耐候、抗腐蚀性能，可确保在产品在寿命期内的可靠输出；

　　10）在接线盒上用O型圈，保证其密封性良好；

　　11）接线盒用优质硅胶固定，保证有良好的耐腐蚀性、密封性；

　　12）产品一致性好。

　　4.2光伏组件支架

　　4.2.1设计标准

　　《建筑结构荷载规范》GB 50009-2001

　　《钢结构质量工程验收规范》（GB50205-2001）

　　《铝合金建筑型材》GB/T5237-2000

　　《碳素结构钢》GB/T700-1988

　　《优质碳素结构钢》GB/T699-1999

　　4.2.2材料选取的依据

　　根据风压和雪压的计算结果，再根据太阳能布置进行材料的选择，完全满足抗风不低于25m/s的要求。

　　根据材料力学的弯曲变形公式，计算出连接部件的最优截面，确定选择的材料及结构方式

　　选择支架的防锈处理方法

　　热浸锌

　　当构件的材料厚度小于5毫米以下，镀层的厚度不得小于65微米。当构件的材料厚度大于5毫米以上，镀层的厚度大于86微米。使钢结构的防腐蚀年限达到20年以上。

　　涂层法

　　图层一般做4-5遍。干漆膜总厚度室外工程为150微米，室内工程为125微米，允许误差25微米。在海边或海上或是在有强烈腐蚀性的大气中，干漆膜总厚度为200——220微米。

　　太阳能方阵固定螺栓的选择

　　根据风压和雪压的计算结果，再加上支架和太阳能电池板的分布，进行受力分析，根据力矩的平衡方程，计算出螺栓的上拔力，并选择螺栓的大小和水泥带的宽和厚度。

　　钢结构支架符合钢结构支架的要求

　　方阵紧固螺栓连接符合现行国家标准《紧固件机机械性能螺栓、螺钉和螺柱》GB3098规定。

　　4.3并网逆变器的选型及技术参数

　　4.3.1选型依据

　　根据《光伏发电站接入电力系统技术规定》GB/Z 19964-2005

　　《光伏系统并网技术要求》GB/T 19939-2005

　　《光伏（PV）系统电网接口特性》GB/T 20046-2006

　　根据以上规范要求，逆变器的选型必须符合以下要求：

　　电能质量：光伏系统向当地交流负载提供电能和向电网发送电能的质量应受控，在电压偏差、频率、谐波和功率因数方面应满足实用要求并符合标准。出现偏离标准的越限状况，系统应能检测到这些偏差并将光伏系统与电网安全断开。

　　电压偏差：为了使当地交流负载的工作，光伏系统中逆变器的输出电压应与电网相匹配。正常运行时，光伏系统和电网接口处的电压允许偏差应符合GB/T 12325的规定。三相电压的允许偏差为额定电压的±7%，单相电压的允许偏差为额定电压的+7%、-10%。

　　频率：光伏系统并网时应与电网同步运行。电网额定频率为50Hz,光伏系统并网后的频率允许偏差应符合GB/T15945的规定，即偏差值允许±0.5Hz。

　　谐波和波形畸变：低的电流和电压的谐波水平是所希望的；较高的谐波增加了对所连接的设备产生有害影响的可能性。

　　光伏系统的输出应有较低的电流畸变，以确保对连接到电网的其他设备不造成不利影响。

　　电压不平衡度：光伏系统并网运行（仅对三相输出）时，电网接口处的三相电压不平衡度不应超过GB/T15543规定的数值，允许值为2%，短时不超过4%。

　　过/欠电压：当电网接口处电压超出3.3规定的电压范围时，光伏系统应停止向电网送电，此要求适用于多相系统中的任何中的任何一相。

　　安全与保护：光伏系统和电网异常或故障时，为保证设备和人身安全，应具有相应的并网保护功能。

　　过/欠频率：当电网接口处频率超过2.4规定的频率范围时，过/欠频率保护应在0.2S内动作，将光伏系统与电网断开。

　　防孤岛效应:当电网断电时，逆变器立即停止并网发电。

　　在考虑易于搬运条件下，尽量选择小尺寸并网逆变器；

　　选择高效率的；

　　根据电站容量尽量不要选择过少的逆变器，避免因逆变器的故障而造成大面积停电；

　　4.3.2并网逆变器电路结构、拓扑图及等效电路原理图

　　4.3.3并网逆器的效率曲线

　　4.3.4最大功率点原理

　　运用优化模糊控制策略，配合预测控制算法，使得太阳电池的MPPT效率高达99％，从而最大限度地利用宝贵的太阳能资源，进一步提高系统的综合效率。这种跟踪控制方式优点:快速、准确、稳定

　　。

　　4.3.5并网逆变器效率保证

　　优化的控制技术，最高效率达到98.2%;

　　先进的MPPT算法，最高跟踪效率可达99.9%;

　　全系列配置超大LCD人机界面，便于功能参数查看与设置;

　　内置高精度时钟，精确记忆实时信息，时钟功能在掉电后保持14天以上;

　　具备完善的故障诊断、保护、记录、查询等功能，方便故障排除;

　　全系列采用系统级的热仿真设计技术，产品可靠性更高，使用寿命更长;

　　IP65防护等级，防盗设计，适应室外各种恶劣环境;

　　强大的组网功能，可灵活支持RS485、以太网、WIFI等多种通讯模式;

　　支持立式、壁挂式安装，用户可根据现场灵活选择安装方式。

　　4.3.6孤岛效应及仿真结果分析

　　防止孤岛效应的基本点和关键点是电网断电的检测。

　　被动式检测方法：指实时检测电网电压的幅值、频率和相位。当电网失电时，会在电网电压的幅值、频率和相位参数上，产生跳变信号，通过检测跳变信号来判断电网是否失电。由于被动式方案的检测范围有限，因此为了满足逆变器防孤岛保护安全标准的要求，必须采用主动式方案。主动式方案通过有意地引入扰动信号来监控系统中电压、频率以及阻抗变化，从而判断是否出现了电网失电情况。

　　主动式检测方法：指对电网参数产生小干扰信号，通过检测反馈信号来判断电网是否失电。本产品中采用的一种方法就是通过在并网电流中注入很小的失真电流，通过测量逆变器输出的电流的相位和频率，采用正反馈的方案，加大注入量。当电网有电时，该扰动对电网电压和频率没有任何影响，当电网失电时，该扰动将会引起电网电压和频率发生较大的相应变化，以确定电网的存在与否。

　　4.4线缆的选型设计

　　我公司在工程中使用符合技术文件要求的电缆，在方阵与方阵之间的电缆采用耐压等级高，绝缘性能好，机械强度大，抗紫外线的光伏专用电缆；在直流汇流箱输出到配电室以及交流输出侧使用铜芯耐火、阻燃电力电缆。

　　电缆的选择参照标准：

　　GB50054-95《低压配电设计规范》

　　Gb12706-91《聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆》

　　BS6346-1007《电力系统聚氯乙烯绝缘铠装电缆规范》

　　选择导线截面，应符合下列要求：

　　线路电压损失应满足用电设备正常工作及起动时端电压的要求；

　　按敷设方式确定的导体载流量，不应小于计算电流；

　　导体应满足动稳定与热稳定的要求；

　　4.4.1光伏专用电缆

　　电缆的绝缘性能：绝缘：XLP（E18）；护套：XLP（EM8）；

　　电缆的耐热阻燃性能：阻燃：单根垂直燃烧（IEC60332-1）；

　　电缆的防潮、防火：耐气候性：UV（UVISO 4892-2A）；耐臭氧：（IEC60811-2-1）；

　　电缆的敷设方式：空气中；

　　电缆芯的类型（铜芯、铝芯）：铜芯；

　　不同连接部分的技术要求：

　　a组件与组件之间的连接：电缆线号USE-2，档案号E181720，从UL网站上可以查询TAIYO线缆满足耐热90℃，防酸，防化学物质，防潮，防曝晒。

　　b方阵内部和方阵之间的连接：采用光伏专用电缆。满足防潮、防曝晒

　　c室内接线（环境干燥）：可以使用较短的直流连线。

　　电缆大小规格设计，遵循以下原则：

　　a逆变器的连接，选取的电缆额定电流为计算所得电缆中最大持续电流的1.25倍。

　　b方阵内部和方阵之间的连接，选取的电缆额定电流为计算所得电缆中最最大持续电流的1.56倍。

　　c考虑温度对电缆的性能的影响。

　　d考虑电压降不要超过2％。

　　e线路损耗的计算公式。

　　直流电源导线应根据允许压降选择适当的截面，其计算公式如下：

　　ΔU=IL/ΥS

　　式中S:导线的截面积（mm2）

　　I:导线通过的最大电流A

　　L:导线长度m

　　Υ:导电系数

　　铝的为Υ=34铜Υ=57

　　ΔU：允许电压降

　　用途：用于光伏系统连接，并已通过TUV测试

　　工作温度：-40~90℃

　　弯曲半径：5×D

　　性能：额定温度：90℃

　　短路温度：200℃5S

　　耐气候性：UV（UVISO 4892-2A）

　　耐臭氧：（IEC60811-2-1）

　　阻燃：单根垂直燃烧（IEC60332-1）

　　结构：

　　导体：镀锡铜绞线：（IEC60228Class5）

　　绝缘：XLP（E18）

　　护套：XLP（EM8）

　　颜色：红、黑

　　光伏专用电缆主要技术参数：

　　名称参数

　　导体标称截面2mm 4

　　导体导体结构No./mm 56/0.3

　　导体外径mm 2.9

　　绝缘厚度mm 0.65

　　护套厚度mm 0.88

　　最大导体直流电阻Ω/Km，20℃5.09

　　耐压强度AC.V 15min 3000

　　电流外径mm 6.2~6.6

　　参考载流量A 40

　　电缆重量Kg/100m 7.5

　　4.4.2电力电缆

　　电力电缆宜使用阻燃铜芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆，阻燃电缆有别于普通电缆，具有以下优点：

　　（1）交联聚乙烯绝缘电力电缆具有高机械强度、耐环境应力好、优良的电气性能和耐化学腐蚀等特点，重量轻，结构简便，使用方便。本产品适用于交流额定电压U0／U为0.6／IKV及下以的输配电线路上。

　　（2）阻燃型电缆的主要特点是电缆不易着火或着火时延燃仅局限在一定范围内，适用于电缆敷设密集程度较高的发电站、地铁、隧道、高层建筑、大型工矿企业、油田、煤矿等场所。

　　（3）耐火型电缆的主要特点是电缆除了能在正常的工作条件下传输电力外，电缆在着火燃烧时仍能保持一定时间的正常运行，适用于核电站、地铁、隧道、高层建筑等与防火安全和消防救生有关的地方。

　　阻燃铜芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆的技术指标：

　　额定电压：0.6/1KV

　　电线长期允许工作温度不超过90℃

　　短路时（最长持续时间不超过5S）导体最高温度不超过250℃

　　电缆敷设时环境温度应不低于0℃

　　电缆弯曲半径：不小于电缆外径的15倍

　　注：因交流侧电缆选择与建筑内电缆设计并无差别，所以电缆的类型选择可与建筑内其它电力电缆类型相同。

　　交流电源导线应根据最大负荷和电力电缆的安全载流量（即导线最大容许持续负荷）选择截面。

　　选择导线截面，应符合下列要求：

　　线路电压损失应满足用电设备正常工作及起动时端电压的要求；

　　按敷设方式确定的导体载流量，不应小于计算电流；

　　导体应满足动稳定与热稳定的要求；

　　沿不同冷却条件的路径敷设绝缘导线和电缆时，当冷却条件最坏段的长度超过5m，应按该段条件选择绝缘导线和电缆的截面，或只对该段采用大截面的绝缘导线和电缆。

　　导体的允许载流量，应根据敷设处的环境温度进行校正，温度校正系数可按下式计算：

　　K＝√(t1-t2)/√(t0-t0)

　　式中K温度校正系数；

　　t1：导体最高允许工作温度（℃）：

　　t0：敷设处的环境温度（℃）；

　　t2：导体载流量标准中所采用的环境温度（℃）。

　　导线敷设处的环境温度，应采用下列温度值：

　　直接敷设在土壤中的电缆，采用敷设处历年最热月的月平均温度；

　　敷设在空气中的裸导体，屋外采用敷设地区最热月的平均最高温度；

　　屋内采用敷设地点最热月的平均最高温度（均取10年或以上的总平均值。）

　　综上所述：根据以上公式，求得在直流汇流箱到配电室之间的线缆采用铠装铜芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆2×150mm2、2×16mm2，配电室输出的交流侧电缆采用铠装铜芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆3×185+2×50mm2。

　　4.5防雷接地设计

　　采用标准：

　　GB50057-94建筑物防雷设计规范

　　GB50169-92电气装置安装工程接地及验收规范

　　GB3482-83电子设备雷击实验方法

　　雷电是雷云层接近大地时，地面感应出相反电荷，当电荷积聚到一定程度，产生云和云间以及云和大地间放电，迸发出光和声的现象。根据雷电的不同形状，大致可分为片状、线状和球状三种形式；从危害角度考虑，雷电可分为直击雷、感应雷(包括静电感应和电磁感应)和球形雷。从雷云发生的机理来分，有热雷、界雷和低气压性雷。

　　众所周知，雷电的危害是多方面的，所带来的损失也是巨大的，所以必要的防雷措施是必不可少的，根据IEC62305中对防雷的防护主要分两类：一类是外部防雷保护，另一类是内部防雷保护，前者主要是针对直击雷的外部防护，对于本系统主要是防止直接雷对光电场和配电室的影响，而本身光电场中的支架系统就是一个很好的避雷网，所以光电场在这里我们不对这部分进行鳌述，主要是配电室的直击雷的防护我们主要采用避雷针方式，根据配电室的位置避雷针是不会影响整个光电场。而是针对雷电感应和雷电波的防护，如上所示在光伏方阵接入到并网逆变器之前，经过直流汇流箱和直流配电柜再接入到并网逆变器，所以在直流汇流箱和直流配电柜内加装直流浪涌保护器，同样道理在交流侧也同样加装交流浪涌保护器（安装在交流配电柜内）。

　　为了保证本工程光伏并网发电系统安全可靠，防止因雷击、浪涌等外在因素导致系统器件的损坏等情况发生，系统的接地装置必不可少。所有接地都要连接在一个接地体上，接地电阻满足其中的最小值，不允许设备串联后再接到接地干线上。

　　接地设计包括以下方面：

　　防雷接地：包括避雷针、避雷带以及低压避雷器、外线出线杆上的瓷瓶铁脚还有连接架空线路的电缆金属外皮。

　　工作接地：逆变器、蓄电池的中性点、电压互感器和电流互感器的二次线圈。

　　保护接地：光伏电池组件机架、控制器、逆变器、以配电屏外壳、蓄电池支架、电缆外皮、穿线金属管道的外皮。

　　屏蔽接地：电子设备的金属屏蔽。

　　系统的接地装置措施有多种方法，主要有以下几个方面供参考：

　　（1）地线是避雷、防雷的关键，在进行配电室基础建设和太阳电池方阵基础建设的同时，选择电厂附近土层较厚、潮湿的地点，挖1～2米深地线坑，采用50扁钢，添加降阻剂并引出地线，引出线采用10mm2铜芯电缆，接地电阻应小于4欧姆。

　　（2）在配电室附近建一避雷针，地线与方阵的连接在一起。

　　（3）直流侧防雷措施：电池支架应保证良好的接地，太阳能电池阵列连接电缆接入光伏阵列防雷汇流箱，汇流箱内含浪涌保护装置，电池阵列汇流后再接入直流防雷配电柜，经过多级防雷装置可有效地避免雷击导致设备的损坏。

　　（4）交流侧防雷措施：每台逆变器的交流输出经0.4KV开关柜接入电网，开关柜内含交流浪涌保护装置保护装置，有效地避免雷击和电网浪涌导致设备的损坏，且所有的机柜要有良好的接地。

　　4.6数据收集和监控系统

　　监控系统图

　　整个太阳能光伏并网系统由并网逆变器、数据采集器、PC机、液晶大屏幕电视等组成；此外，为了收集当地的气象数据为以后太阳能发电系统的应用积累数据，还辅以温度传感器、辐照度传感器、风速计等辅助设施采集相应设备的相关参数。

　　整个系统通过控制中心（通讯服务器装置）实时对各逆变器的数据进行采集，最终通过液晶大屏幕电视显示总发电量参数和各逆变器的发电量情况。此外，还可对并网系统当地的辐照度、环境温度、光伏并网组件的温度、风速等辅助参数进行采集。

　　监控系统可对各逆变器设备的运行状态进行实时监视记录。同时，也可智能控制各逆变设备工作回路的通断。对于各逆变器设备出现的故障可实时诊断并发出相应的声光报警。

　　监控装置能够采集的量和执行的操作：

　　①数据采集量包括：光伏电站输出的电压、电流、频率、总功率值和三相电压的不平衡度。逆变器的各种故障信息、工作状态；电池方阵的输出电压、电流。

　　②执行的控制操作：按指定地址切断逆变器的输出；电池方阵的电压输出。

　　③信息数据的存储：能够将装置的采集数据和逆变器的故障信息进行存储；可人工进行查阅，并以数据报表的形式打印出来。

　　监控所有逆变器的运行状态，采用声光报警方式提示设备出现故障，可查看故障原因及故障时间，监控的故障信息至少包括以下内容：

　　A、电网电压过高；

　　B、电网电压过低；

　　C、电网频率过高；

　　D、电网频率过低；

　　E、直流电压过高；

　　F、逆变器过载；

　　G、逆变器过热；

　　H、逆变器短路；

　　I、散热器过热；

　　J、逆变器孤岛；

　　K、DSP故障；

　　L、通讯失败；

　　(3)监控软件具有集成环境监测功能，主要包括日照强度、风速、风向、环境温度等参量。

　　(4)监控装置可每隔5分钟存储一次电站所有运行数据，可连续存储20年以上的电站所有

　　的运行数据和所有的故障纪录。

　　(5)可提供中文和英文两种语言版本。

　　(6)可长期24小时不间断运行在中文WINDOWS XP操作系统。

　　(7)监控主机同时提供对外的数据接口，即用户可以通过网络方式，异地实时查看整个电源系统的实时运行数据以及历史数据和故障数据。

　　(8)显示单元，用户可以选用大的液晶电视作为显示输出接口，这样将具有非常好的展示效果。

　　系统配置1套环境监测仪(如下图所示)，用来监测现场的环境情况：

　　该装置由风速传感器、风向传感器、日照辐射表、测温探头、控制盒及支架组成，适用于气象、军事、船空、海港、环保、工业、农业、交通等部门测量水平风参量及太阳辐射能量的测量。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。

　　4.8方阵设计

　　4.8.1方阵最佳排布方式设计

　　彩钢屋顶

　　本工程建设规模为300KWp，实际布置容量为306KWp，共采用255Wp型多晶硅太阳能组件电池1200片。

　　4.8.2方阵接线方案设计

　　电池串联组数

　　电池组件串联组数的确定主要依据其工作电压、开路电压、当地温度和瞬时辐射强度对开路电压、工作电压的影响来分析。

　　本工程1264.8KWp单元太阳能光伏电池组件选用255Wp多晶硅电池板，开路电压37.7V，最佳工作电压30.0V。逆变器容量选用40kW,电池串数计算如下：

　　考虑到：

　　峰值功率的温度系数-0.42%/℃，环境温度范围：-40℃～85℃，电池片设计温度为：20℃,逆变器MPPT调节范围450~800VDC，逆变器允许的最大直流输入电压为1000VDC。

　　电池组件组合计算如下：

　　N≤Vdcmax/｛Voc×[1+(t-25)×Kv]｝

　　Vmpptmin/｛Vpm×[1+(t′-25)×Kv′]｝≤N≤Vmpptmax/｛Vpm×[1+(t-25)×Kv′]｝

　　式中：

　　Kv-光伏组件的开路电压温度系数；

　　Kv′-光伏组件的工作电压温度系数；

　　N-光伏组件的串联（N取整数）；

　　t-光伏组件工作条件下的极限低温（℃）；

　　t′-光伏组件工作条件下的极限高温（℃）；

　　Vdcmax-逆变器允许的最大直流输入电压（V）；

　　Vmpptmax-逆变器MPPT电压最大值（V）；

　　Vmpptmin-逆变器MPPT电压最小值（V）；

　　Voc-光伏组件的开路电压（V）；

　　Vpm-光伏组件的工作电压（V）。

　　N≤1000/｛37.7×[1+（-40-25）×（-0.32%）]｝=21.96

　　N≤800/｛30×[1+（-0.42)）/100×(-40-25)]｝=20.9

　　N≥470/｛30×[1+（-0.42）/100×(85-25)]｝=20

　　根据组件的电气参数、逆变器的直流耐受电压和最大功率点跟踪电压和当地环境条件，经济比选得出电池串列的最佳组串数为20。

　　5.系统能效计算分析

　　5.1电站系统效率分析

　　1)光伏阵列效率η1:

　　光伏阵列在1000W/㎡太阳辐射强度下,实际的直流输出功率与标称功率之比.

　　光伏阵列在能量转换与传输过程中的损失包括组件匹配损失、太阳辐射损失、偏离最大功率点损失、角度损失、直流线路损失、功率损失等。

　　得:η1=95%×95%×94%×99%×97%=81.3%

　　2)逆变器的转换效率η2:

　　逆变器输出的交流电功率与直流输入功率之比.Sc100η2=98.20%.

　　3)交流线路损失η3:应小于1%.可取η3=99%.

　　系统的总效率等于上述各部分效率的乘积:

　　η=η1×η2×η3=81.3%×98.2%×99%=79%.

　　由于系统中的主要部件电池组件在25年的寿命期内，效率在不同程度上都有所降低，这样导致了最后系统效率的不断降低，以至于每年的发电量均呈下降趋势。

　　而逆变器的效率在设备的寿命期内效率损失极其微小，所以在这里逆变器效率损失暂时不计。

　　6.运行维护方案

　　并网发电作为光伏发电的主要应用形式，目前在欧美等发达国家已经得到了广泛的应用，技术已经非常成熟，电站已经实现了全自动控制，基本不需要现场人员管理与维护，鉴于光伏应用在我国还处于起步普及推广阶段，并且综合考虑本项目的重要性，因此建议业主合理安排管理人员对电站系统投入运行后进行维护管理，以保障系统绝对可靠的运行。

　　6.1光伏方阵运行维护

　　考虑本项目实际情况：安装在工业区，光伏发电组件的安装倾角很小，接近于平铺，自洁能力差，容易沉积灰尘，从而对系统发电能力产生较大影响，因此，建议在项目建设完成并投入运营后，将此项工作作为运行维护中的重点工作，加以关注。

　　6.1.1光伏组件的维护

　　对于太阳能光伏发电，其影响因素包括：天气状况、大气质量、太阳能光伏组件表面的灰尘及空气中的油渍颗粒等。所以，一般情况下，太阳能电池板表面有灰尘和树叶、鸟粪等遮挡物附着，会使发电量减少，要求必须对组件进行表面清洁。

　　由于太阳能光伏组件存在热斑效应，会大大降低系统的发电量，同时也会缩短光伏组件的使用寿命。

　　太阳能光伏组件表面油渍颗粒的清洗，一般用清水加特定清洁剂进行冲洗，其中清洁剂禁止选用化学用品和对玻璃有腐蚀性的碱性试剂，以防对组件表面的玻璃及组件周围其它涂料层的腐蚀，清洗同时要避免太阳能电池板接线盒进水而引起短路和接地故障。

　　1）清洗方式

　　A）水冲洗（中性水）

　　第一个步骤为采用水冲洗方式，由于面积较大，组件表面清洁维护工作量较大，因此，建议分区域设置上水装置（水龙头及配套软管）在清洗作业时，可逐个针对每个子方阵进行，此种方式优点为当局部存在灰尘时，可独立进行清洗，且操作方便，工作效率高；

　　B)手工清洗

　　如前所述，因为本项目所在地为市区，空气存在油性粉尘颗粒，附着在组件表面时，不易脱落，水冲方式效果不明显，因此，建议在系统运行维护过程中注意监控、检查组件表面，如在水冲方式清洗后存在仍无法清除的组件方阵区域，建议采用本方式进行补充清洗。

　　所需工具：加长拖把（建议采用纯棉制品），中性去油剂

　　清洗方法：

　　由人工利用检修通道进行操作，检修通道间距最大设计为2米，可以使用自制加长专用清洁工具进行清洁。配合使用掺有洗涤剂的清洗液，保证油污能被清除，再用水清洗方式再次进行冲洗。

　　2)维护周期

　　为了确保组件表面清洁，考虑本项目的安装方式以及安装位置处于市区，因此，建议水冲洗周期设定为每月一次，其间至少每周还应进行一次检查，以便根据灰尘附着程度确定及时清洗；

　　6.1.2机械结构的维护

　　机械结构的维护主要为：并网系统组件支架的维护；

　　在每年春秋末期雨雪季节来临前，要求对支架固定系统进行防腐和防锈养护，同时要检查紧固件是否松动和脱落。防腐和防锈主要为在钢材表面及紧固件防锈粉剂的涂抹，钢材表面一般要除锈并涂抹防锈漆，紧固件一般要涂抹黄油等油物以防锈并方便日后维修的拆卸。

　　6.2配电系统运行维护

　　6.2.1运行管理

　　对于本项目光伏并网发电系统，主要由光电能量转换单元—太阳电池组件（方阵）、直流配电装置、逆变装置、交流低压配电装置、交流升压装置、高压配电装置组成，除发电单元装置外，其他设备一般被放置在同一的机房内，都为非常成熟的电力电子产品，因此，在系统运行期间，主要做好监控、管理工作。目前，光伏发电系统已经形成了较完善的自动控制体系，系统各项运行参数均可由电脑进行自动控制及管理，在系统运行期间，需做好如下工作：

　　用户权限管理

　　本电站应设置专门的操作人员，只有被授权的专业人员才允许对关键设备进行操作保养，其他人员绝不允许操作；

　　系统设置

　　系统运行日

　　工作流管理

　　公共服务

　　综合数据查询

　　配电设备台帐管理

　　电站运行日志与记录簿管理

　　电站操作票管理

　　电站工作票管理

　　电站设备缺陷管理

　　资料管理

　　6.2.2运行维护

　　1）运行状态监控

　　电站运行操作管理人员每天都应对电站各项运行状态参数监控数据进行分析，以便及时发现故障，及时排除，确保系统长期可靠运行。

　　2）设备维护保养

　　应定期进行设备检修、保养，一般可每年进行一次

　　3）防雷系统的定期检测保养

　　由于光伏发电系统的特点，系统防雷设备可靠工作变得非常重要，如设备失效，将对配电设备造成巨大的损伤，因此，应定期对防雷系统进行检修，确保其可以可靠工作，特别是雷雨过后，必须进行检修。

　　6.2.3数据维护方案

　　由于项目自动化运行程度很高，系统各项运行参数、数据均存储在电脑中，因此应注意对电脑中存储的各项电站数据进行定期备份，建议每周进行一次备份，以确保数据安全，以便在电脑出现硬件故障或被病毒感染后，可以及时进行数据恢复，保障系统可以持续不间断运行。

　　6.2.4网络保障措施

　　本项目电站作为独立的发电电站，并入公共电网，这就需要远程调度，现在远程调度一般均采用专用光纤组成网络系统进行远程调度，因此网络安全也是重要的安全因素，为了系统安全，建议针对系统网络按照如下原则制定严格的操作使用规章制度。

　　A）设置操作权限，只有授权专业人员可以操作；

　　B）不允许在电脑安装非相关的软件、上网等；

　　C）定期维护；

　　7.设备配置清单

　　序号名称型号数量单位单价总价备注

　　1光伏组件YL255P-29b 1200块多晶硅A类

　　2支架C型钢1264.8 KW

　　3逆变器30KW 10台并网

　　4交流配电柜10-1，240KW 1台刀闸，空开，浪涌保护，交流防雷

　　5监控系统1套监控，环境监测

　　6线缆PV-F 1*4mm米

　　BVR10mm米

　　YJV22-0.6/1KV-5×16

　　YJV22-0.6/1KV-3×185+1×120米

　　7配件MC4接插件套

　　扎带

　　线缆标识牌包