【正文】 統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 第 6 章 防雷接地電纜等 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的防雷措施和設(shè)計(jì)要求 （ 1）太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)或發(fā)電站建設(shè)地址選擇，要盡量避免放置在容易遭受雷擊的位置和場(chǎng)合。高性能的逆變器可以做到連續(xù)多次滿負(fù)荷啟動(dòng)而不損壞功率開關(guān)器件及其它電路。 沈陽能源大廈建筑一體化光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 （ 4）保護(hù)功能 逆變器應(yīng)具有過電壓、過電流及短路自動(dòng)保護(hù)，過熱保護(hù)功能，斷路、缺相保護(hù)等功能。這是因?yàn)?10kW 級(jí)的通用型逆變器實(shí)際效率只有 70%～ 80%，將其用于光伏發(fā)電系統(tǒng)時(shí)將帶來總發(fā)電量 20%～ 30%的電能損耗。一般 kW 級(jí)以下的逆變器的效率應(yīng)為 80%～ 85%； 10kW 級(jí)的效率應(yīng)為 85%～ 90%；更大功率的效率必須在 90%～ 95%以上。 （ 3）整機(jī)效率 整機(jī)效率表示逆變器自身功率損耗的大小。 離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)以蓄電池為儲(chǔ)能設(shè)備，蓄電池端電壓的變化可達(dá)標(biāo)稱電壓的 30%左右。一般逆變器給出電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率。在逆變器以多個(gè)設(shè)備為負(fù)載時(shí)，逆變器容量的選取要考慮幾個(gè)用電設(shè)備同時(shí)工作的可能性，即負(fù)載同時(shí)系數(shù)。選用逆變器時(shí)應(yīng)首先考慮具有足夠的額定容 量，以滿足最大負(fù)荷下設(shè)備對(duì)電功率的要求，以及系統(tǒng)的擴(kuò)容及一些臨時(shí)負(fù)載的接入。 光伏逆變器的選用 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏逆變器的配置選型重點(diǎn)考慮下列幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。 （ 7）要求在電力系統(tǒng)發(fā)生停電時(shí)，并網(wǎng)光伏系統(tǒng)既能獨(dú)立運(yùn)行，又能防止孤島效應(yīng)，能快速檢測(cè)并切斷向公用電網(wǎng)的供電，防止觸電事故的發(fā)生。 （ 5）要求有較寬的直流電壓輸入適應(yīng)范圍。 （ 2）要求逆變器在負(fù)載和日照變化幅度較大的情況下均能高效運(yùn)行 （ 3）要求逆變器能使光伏方陣始終工作在最大功率點(diǎn)狀態(tài) 。 并網(wǎng)型逆變器的技術(shù)要求 并網(wǎng)逆變器不僅要將太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，還要對(duì)交流電的電壓、電流、頻率、相位與同步等進(jìn)行控制，還要解決對(duì)電網(wǎng)的電磁干擾、自我保護(hù)、單獨(dú)運(yùn)行和孤島效應(yīng)以及最大功率跟蹤等技術(shù)問題。高次諧波電流在電感性負(fù)載上產(chǎn)生渦流等附加損耗，導(dǎo)致部件嚴(yán)重發(fā)熱，不利于電氣設(shè) 備的安全運(yùn)行。 （ 2）整機(jī)效率要高 特別是在低負(fù)荷下供電時(shí)，仍須有較高的效率，這是獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)專用逆變器性能優(yōu)于通用逆變器的特點(diǎn)。 表 51 逆變器的分類 輸出波形 運(yùn)行方式 輸出交流電相數(shù) 功率流動(dòng)方向 方波逆變器 階梯波逆變器 正弦波逆變器 離網(wǎng)逆變器 并網(wǎng)逆變器 單相逆變器 三相逆變器 單向逆變器 雙向逆變器 逆變器的顯示功能主要包括：直流輸入電壓和電流的測(cè)量值，交流輸出電壓和電流的測(cè)量值，逆變 器的工作狀態(tài)（運(yùn)行、故障、停機(jī)等）。 沈陽能源大廈建筑一體化光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 第 5 章 光伏逆變器 光伏逆變器概述 將直流電能變換成交流電能的過程稱為逆變，完成逆變功能的電路稱為逆變電路，而實(shí)現(xiàn)逆變過程的裝置稱為逆變器或逆 變裝置。大功率控制器采用多路輸入，每路輸入的最大電流＝額定輸入電流 /輸入路數(shù)， （ 3）控制器的額定負(fù)載電流 也就是控制器輸出到直流負(fù)載或逆變器的直流輸出電流，該數(shù)據(jù)要滿足負(fù)載或逆變器的輸入要求。一般考慮下列幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)： （ 1）系統(tǒng)工作電壓 根據(jù)直流負(fù)載的工作電壓或交流逆變器的配置選型確定，一般有 12V、 24V、 48V、 110V和 220V 等。對(duì)于應(yīng)附帶有自動(dòng)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示和遠(yuǎn)程通信功能的控制器，稱之為智能控制器。 基本作用：保護(hù)蓄電池；平衡光伏系統(tǒng)能量；顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)。 光伏控制器主要由電子元器件、儀表、繼電器、開關(guān)等組成。 （ 5）對(duì)蓄電池還應(yīng)有防爆、阻燃、抗震的要求，其自放電應(yīng)小于 4%/28d，恒流過充電壽命應(yīng)符合 YD/T 7992021 標(biāo)準(zhǔn)的要求。 （ 4）良好的均衡性 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)用蓄電池處于循環(huán)使用，系統(tǒng)中電池?cái)?shù)量較多，因此對(duì)整組電池容量的均衡性要求較高。在 10℃時(shí)按 10h 率放電，要求放出實(shí) 沈陽能源大廈建筑一體化光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 際容量 80%以上。 （ 2）良好的低溫放電性能 我國(guó)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)使用地區(qū)，環(huán)境條件惡劣，室外氣溫的變化范圍為 35～+55℃，蓄電池的工作環(huán)境溫度為 10～ +40℃，濕度為 90%，最高海拔高度為 5000m。蓄電池應(yīng)是適用于循環(huán)應(yīng)用的長(zhǎng)壽命 電池。它的特點(diǎn)是持續(xù)放電電流較大，壽命只有 1～ 2 年左右。 光伏電站，蓄電池的充、放電主要以季節(jié)或年為循環(huán)周期，以循環(huán)方式運(yùn)行，供電負(fù)載復(fù)雜多變且有優(yōu)先級(jí)之分。 光伏發(fā)電用 VRLA 蓄電池的使用特點(diǎn)及主要技術(shù)參數(shù) 光伏發(fā)電系統(tǒng)用蓄電池可分為兩種類型： 戶用系統(tǒng)，蓄電池的充、放電主要以一天或者幾天為一個(gè)循環(huán)周期，以充、放電制方式運(yùn) 行，供電負(fù)載相對(duì)固定。 光伏發(fā)電系統(tǒng)使用最普遍的是閥控密封式鉛酸蓄電池 鉛酸蓄電池按照電解液數(shù)量和電池槽結(jié)構(gòu)分類如下所示 傳統(tǒng)開口式鉛酸蓄電池：開口半密封式結(jié)構(gòu)，電解液處于 富液狀態(tài)，使用過程中需要加水調(diào)節(jié)酸密度； 閥控密封式鉛酸蓄電池：全密封式結(jié)構(gòu)，電解液為貧液狀態(tài)，使用過程中不需要進(jìn)行加水或加酸維護(hù) —— “免維護(hù)”。將這類電池稱為蓄電池，也稱二次電池。 （ 4）填充因子（ FF） 太陽電池的另一個(gè)重要參數(shù)是填充因子 FF，它是最大輸出功率與開路電壓和短路電流乘積之比 ： （ 5）轉(zhuǎn)換效率（ η ） 太陽電池的轉(zhuǎn)換效率指在外部回路上連接最佳負(fù)載電阻時(shí)的最大能量轉(zhuǎn)換效率， 等于太陽電池的最大輸出功率與入射到太陽電池表面的能量之比 。如果選擇的負(fù)載電阻值能使輸出電壓和電流的乘積最大，即可獲得最大輸出功率（ Pm） 。太陽電池的輸出功率 P=UI。 （ 3）最大輸出功率（ P） 把太陽電池接上負(fù)載，負(fù)載電阻中便有電流流過，該電流稱為太陽電池的工作電流（ I），也稱負(fù)載電流或輸出電流。各國(guó)研究的品種繁多，大多數(shù)尚未工業(yè)化生產(chǎn)，主要有以下幾種： ① 硫化鎘太陽能電池 ② 砷化鎵太陽能電池 沈陽能源大廈建筑一體化光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 ③ 銅銦硒太陽能電池 (新型多元帶隙梯度 Cu(In, Ga)Se2 薄膜太陽能電池 光伏組件的技術(shù)參數(shù) （ 1）開路電壓（ Uoc ） 受光照的太陽電池處于開路狀態(tài)，光生載流子只能積累于 pn 結(jié)兩側(cè)產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)，這時(shí)在太陽電池兩端測(cè)得的電勢(shì)差叫做開路電壓，用符號(hào) Uoc 表示。但非晶硅太陽電池存在的主要問題是光電轉(zhuǎn)換效率偏低，國(guó)際先進(jìn)水平為 10%左右，且不夠穩(wěn)定，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，其轉(zhuǎn)換效率衰減。從性能價(jià)格比來講，單晶硅太陽能電池還略好。從制作成本上來講，比單晶硅太陽能電池要便宜一些，材料制造簡(jiǎn)便，節(jié)約電耗，總的生產(chǎn)成本較低，因此得到大量發(fā)展。由于單晶硅一般采用鋼化玻璃以及防水樹脂進(jìn)行封裝，因此其堅(jiān)固耐用，使用壽命一般可達(dá) 15 年，最高可達(dá) 25 年。其作用是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，或送往蓄電池中存儲(chǔ)起來，或推動(dòng)負(fù)載工作 。作電源 必須將若干單體電池串、并聯(lián)連接和嚴(yán)密封裝成組件。 (7) 聚合物光伏電池 聚合物光伏電池是利用不同氧化還原型聚合物的不同氧化還原電勢(shì) , 在導(dǎo)電材料表面進(jìn)行多層復(fù)合 , 制成類似無機(jī) PN 結(jié)的單向?qū)щ娧b置。碲化鎘的沉積技術(shù)方法很多，如電化學(xué)沉積法、近空間升華法、近距離蒸氣轉(zhuǎn)運(yùn)法、物理氣相沉積法、絲網(wǎng)印刷法和噴涂法等。用這種半導(dǎo)體做成的光伏電池有很高的理論轉(zhuǎn)換效率， 已實(shí)際獲得的最高轉(zhuǎn)換效率達(dá)到 %。與硅光伏電池相比 ,砷化鎵光伏電池光電轉(zhuǎn)換效率高，硅光伏電池理論效率為 23%， 而單結(jié)砷化鎵光伏電池的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到 27%；可制成薄膜和超薄型太陽電池，同樣吸收 95%的太陽光 , 砷化鎵光伏電池只需 510μ m 的厚度 ,而硅光伏電池則需大于 150μ m。由于銅銦硒電池光吸收性能好，所以膜厚只有單晶硅光伏電池的大約 l/100。它的工藝制造過程與單晶硅和多晶硅相比大大簡(jiǎn)化 , 硅材料消耗少 , 單位電耗也降低了很多。非晶態(tài)硅是一種不定形晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。與單晶硅光伏電池相比，多晶硅光伏電池就 顯得具有一定競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。由于多晶硅材料多以澆鑄代替了單晶硅的拉制過程，因而生產(chǎn)時(shí)間縮短，制造成本大幅度降低。這種光伏電池一般以高純的單晶硅硅棒為原料，純度要求 %。 按品種分類： (1) 單晶硅光伏電 池 單晶硅光伏電池是開發(fā)較早、轉(zhuǎn)換率最高和產(chǎn)量較大的一種光伏電池。在能量轉(zhuǎn)換效率和使用壽命等綜合性能方面，單晶硅和多晶硅電池優(yōu)于非晶硅電池。 沈陽能源大廈建筑一體化光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 第 2 章 光伏組件 光伏電池 太陽能光伏電池（簡(jiǎn)稱光伏電池）用于把太陽的光能直接轉(zhuǎn)化為電能。 切換型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng) 一般住宅， 重要及應(yīng)急負(fù)載，建筑物，光伏建筑一體化。 表 12 并網(wǎng)系統(tǒng)的分類 分類 具體應(yīng)用實(shí)倒 有逆流并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng) 一般住宅，建筑物，光伏建筑一體化。 分散式并網(wǎng)：又稱為分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)，特點(diǎn)是所發(fā)出的電能直接分配到用電負(fù)載上，多余或者不足的電力通過聯(lián)結(jié)大電網(wǎng)來調(diào)節(jié)，與大電網(wǎng)之間的電力交換可能是雙向的。 集中式并網(wǎng)：特點(diǎn)是所發(fā)電能被直接輸送到大電網(wǎng)，由大電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)配向用戶供電，與大電網(wǎng)之間的電力交換是單向的。 沈陽能源大廈建筑一體化光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng) 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)就是太陽能組件產(chǎn)生的直流電經(jīng)過并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合市電電網(wǎng)要求的交流電之后直接接入公共電網(wǎng)。 市電互補(bǔ)型光伏發(fā)電系統(tǒng) 城市太陽能路燈改造，電網(wǎng)覆蓋地區(qū)一般住宅光伏電站。 有蓄電池的直流光伏發(fā)電 系統(tǒng) 太陽能手表，太陽能電池手機(jī)充電器，太陽能草坪燈，庭院燈，路燈，交通標(biāo)志燈，殺蟲燈，航標(biāo)燈，直流戶用系統(tǒng)，高速公路監(jiān)控系統(tǒng)，無電地區(qū)微波中繼站，移動(dòng)通信基站，農(nóng)村小型發(fā)電站，石油管道陰極保護(hù)等。主要由太陽能電池組件、控制器、蓄電池組成，若要為交 流負(fù)載供電，還需要配置交流逆變器 。還可以將光伏系統(tǒng)細(xì)分為如下六種類型：小型太陽能供電系統(tǒng)；簡(jiǎn)單直流系統(tǒng)；大型太陽能供電系統(tǒng)；交流、直流供電系統(tǒng)；并網(wǎng)系統(tǒng)；混合供電系統(tǒng)；并網(wǎng)混合系統(tǒng)。 一般我們將光伏系統(tǒng)分為獨(dú)立系統(tǒng)、并網(wǎng)系統(tǒng)和混合系統(tǒng)。 （ 4）光生物利用 通過植物的光合作用來實(shí)現(xiàn)將太陽能轉(zhuǎn)換成為生物質(zhì)的過程。 （ 3）光化利用 這是一種利用太陽輻射能直接分解水制氫的光 — 化學(xué)轉(zhuǎn)換方式?？上н@種發(fā)電方式效率只有 10%，其成本大于壽命，沒有任何經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 ② 光 — 電轉(zhuǎn)換。前一過程為光 — 熱轉(zhuǎn)換，后一過程為熱 — 電轉(zhuǎn)換。即利用太陽輻射所產(chǎn)生的熱能發(fā)電。已實(shí)用的主要有以下兩種。 （ 2）發(fā)電 太陽能的大規(guī)模利用是用來發(fā)電。通常根據(jù)所能達(dá)到的溫度和用途的不同，而把太陽能光熱利用分為低溫利用（ 200℃）、中溫利用（ 200～ 800℃）和高溫利用（ 800℃）。 圖 11 中國(guó)太陽能資源分布 沈陽能源大廈建筑一體化光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 太陽能利用 （ 1）光熱利用 它的基本原理是將太陽輻射能收集起來，通過與物質(zhì)的相互作用轉(zhuǎn)換成熱能加以利用。 （ 5）五類地區(qū)：日照 1000~1400h/a；輻射量（ 3350~4200） MJ/(m2 （ 4）四類地區(qū)：日照 1400~2200h/a；輻射量（ 4190~5020） MJ/(m2 （ 3）三類地區(qū)：日照 2200~3000h/a；輻射量（ 4950~5680） MJ/(m2 （ 2）二類地區(qū)：日照 3000~3200h/a；輻射量（ 5860~6700） MJ/(m2 （ 1）一類地區(qū)：日照 3200~3300h/a；輻射量（ 6700~8370） MJ/(m2 參考文獻(xiàn) ................................................................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。太陽能光伏發(fā)電將作為最具可持續(xù)發(fā)展特征的能源技術(shù)進(jìn)入能源機(jī)構(gòu)其比例將愈來愈大并成為能源主體構(gòu)成之一。光伏應(yīng)用技術(shù)利用太陽光這種巨大的可再生能源來產(chǎn)生電力，其光 伏轉(zhuǎn)換構(gòu)件既可以安裝在建筑物上，又可以作為多功能建筑材料構(gòu)成實(shí)際的建筑物部件，光伏 建筑的產(chǎn)生是建筑物設(shè)計(jì)領(lǐng)域超越能源意識(shí)的新型設(shè)計(jì)意識(shí)，對(duì)人類生態(tài)環(huán)境起著重要作用。近年來，國(guó)外推行在用電密集的城鎮(zhèn)建筑物上安裝光伏系統(tǒng)，并采用與公共電網(wǎng)并網(wǎng)的形式，極大地推動(dòng)了光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展，光伏與建筑一體化已經(jīng)占據(jù)了整個(gè)太陽能發(fā)電量的最大比例。這和系統(tǒng)有諸多優(yōu)點(diǎn)，如有效利用建筑外表面、無需額外用地或者加建其他設(shè) 施、節(jié)約外飾材料（玻璃幕墻等）、外觀更有魅力、緩解電力需求、降低夏季空調(diào)負(fù)荷、改善室內(nèi)熱環(huán)境等。這種方式是將光伏方陣依附于建筑物上，建筑物作為光伏方陣載體，起支承作用。 從國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)來看 ,光伏