太阳能作为绿色资源，被认为是人类在21世纪将取代传统化石能源的最佳选择之一太阳能发电是太阳能电源的发展方向，本文全面介介绍了20KW的太阳能发电工程的系统设计及安装情况，整个设计包括电池组件及支架、逆变器、系统的防雷保护、监控系统等部分的设计。该套系统具有安装维护方便，转换效率高，发电稳定可靠等特点。

能源和环境问题是近十几年来世界关注的焦点，随着社会的进步，对能源的需求量也越来越大，为了实现能源和环境的可持续发展，世界各国都将太阳能光伏发电作为发展的重点。太阳能光伏发电系统是利用太阳电池半导体材料的光伏效应，将太阳能辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统。太阳能光伏发电代表了太阳能能源的发展方向，是21世纪最具吸引力的能源利用技术。从能源供应的安全及清洁角度出发，太阳能的商业化开发和利用已成为发展趋势，目前世界各国已将其广泛应用在电站、通信、工业、家用等各方面。

　　从系统结构上看，太阳能光伏发电系统分为离网型和并网型两种型式，    离网型光伏发电系统：需要有蓄电池作为储能装置，主要用于无电网的边远区和人口分散地区，离网型系统由太阳电池组、充电控制器、逆变器和蓄电池组构成。

　　并网型光伏发电系统：在有公共电网的地区，光伏发电系统与电网连接并网运行，可以起到对电网调蜂、提高电网末端的电压稳定性、改善电网的功率因数和有效地消除电网杂波，是大规模利用太阳电池发电的发展方向。

本文主要是结合目前实施的太阳能光伏发电工程的设计与施工情况，对如何实施光伏发电系统的设计与施工进行介绍，并对构成光伏发电系统的各种设备以及监控系统也做以介绍。这里以20KW太阳能发电工程为例来介绍如何设计实施一个光伏发电工程系统。

并网光伏发电系统原理与结构：并网型光伏发电系统与常规电网相连，主要由太阳能电池组件、太阳能电池阵列、并网逆变器等组成，太阳能电池板接收光照后发出的电经过逆变器，逆变器将直流电转换成交流电后可以送到电网上，也可以直接为交流负载供电。

太阳能电池组件

太阳能电池组件是由一定数量的太阳能电池构成，这些太阳能电池通过导线连接，太阳能电池以把光能转换成电能的最小单位的太阳能电池单元为基片，由于一个太阳能电池只能产生大约0.5伏的电压，远远低于实际使用所需要的电压，为了满足实际使用的需要，通过把太阳能电池连接起来构成电池组件。

太阳能电池阵列

太阳能电池阵列是指安装在屋顶或地面上的太阳能电池组件的组合，太阳能电池阵列由若干个太阳能电池组件串联及并联连接构成，能够得到所需的直流电压和输出功率，太阳能电池阵列集合了一定数量的太阳能电池组件，如果要牢固的安装，则还需要使用安装支架。、

逆变器

逆变器是通过半导体功率开关的开通和关断作用．把直流电能转变成交流电能的一种变换装置，是整流变换的逆过程。由于太阳能电池发出的是直流电，而一般的负载及电网是交流，所以逆变器在光伏发电系统中是必不可少的。除此之外，当系统侧出现异常时，逆变器也能对系统进行保护。逆变器一般也分为系统和并网系统逆变器。

工程设计总则

　　太阳能发电系统的设计首先必须综合考虑安装地点的环境，了解所在地的经纬度、系统的最大负载功率、系统的输出电压及交直流方式等因素，在此基础上．制定相应的设计方案。本工程的总体设计遵循以下原则：

    　1、由于本工程是安装在屋顶一圆弧形状的平台上，因此在阵列设计时不但要使安装后的阵列获得最大功率，同时还应考虑与建筑物的完美结合，使安装效果美观。

    　2、考虑到并网系统在安装及使用过程中的安全及可靠性，在并网逆变器直流输入端安装直流汇线箱。

    　3、结合直流汇线箱的数量（6个），决定电池组件连接时进入每个直流汇线箱的具体结构形式。

    　4、并网逆变器与电网连接采用三相四线制的输出方式。

电池组件的选型考虑

　　1、采用单晶硅太阳能电池板，型号STP77S-12/Bb。

　　2、主要技术参数

   　开路电压：21.26V,短路电流：5.0A，额定电压：17.5V，额定电流：4.40A,输出功率：77W，最大系统电压：715DC，工作温度：-40一十85℃，外形尺寸：1 195mm x 541 mm x30mm，重量：8Kg。

　　3、电池板20年内转换效率（或输出功率）衰减：＜10%。

　　太阳能电池方阵的设计考虑

　　1、 总体要求：

　　太阳能发电系统设计容量约为20kW，通过电池阵列直接将太阳辐射能转换成直流电能，再通过直流汇线箱与并网逆变器相连，将直流电能逆变成交流电能，再并入AC220V电网侧。

　　2、 方阵连接：

　　方阵总体由280块规格为77Wp的组件构成．77Wpx1280=21.56kWp。配有6个直流汇线箱。

　　太阳能电池方阵连接方式设计时要按用电量、功率、电压及光照情况，确定光伏电池组的总量及串、并联的方式。本工程将每14块电池组件串联成1路，共有20路。14块X20=280块。前4个汇线箱中进3路，后2个汇线箱中进4路。

太阳能电池方阵的设计 

　　太阳能电池方阵支架的设计主要根据安装的方式来决定，一般有跟踪安装和固定安装两种方式。由于本工程为固定式光伏阵列，在支架设计时则需要考虑安装支架的倾角及支架的承重情况。

　　固定式光伏方阵安装，应尽可能朝向赤道倾斜安装，这样一是可以增加全年接收到的太阳辐照量，二还能提升冬季方阵面上的太阳辐照量，降低夏季的辐照量；同时倾角的选择还要考虑当地纬度。本工程安装在成都，结合其地理因素，本支架的设计倾角为3000

　　对于支架材质的选择，应根据电池阵列的负荷来估算选择支架的材质及承受强度；同时电池方阵的倾斜角和方位角及电池组件的尺寸、安装地区的最大风速等因素也决定支架的设计。本工程采用G B707-88标准的热轧角钢，支架规格为50mmX50mmX5mm的，地脚规格为80mmX80mmX8mm

　　由于安装基础非平面结构，为了支架安装的稳定性，需要在安装前需要构造一水平基础。本工程采用槽钢标桩找平。

　　并网逆变器

　　并网逆变器采用最大功率跟踪技术，最大限度地把太阳能电池板转换的电能送入电网。逆变器自带的显示单元可显示太阳能电池方阵电压、电流，逆变器输出电压、电流、功率，累计发电量、运行状态、异常报警等各项电气参数。同时具有标准电气通讯接口，可实现远程监控。具有可靠性高、具有多种并网保护功能（比如孤岛效应等）、多种运行模式、对电网无谐波污染等特点。

　　逆变器的选择除了要考虑太阳能电池阵列的输出电压，还必须考虑并网的电压及相数。

　　该工程逆变器采用公司自主研发的5KVA并网型控制逆变器模块，主要技术参数如下：

　　1、MPPT电压范围120V一750V;

　　2、额定负载下逆变输出效率）90%;   

　　3、允许电网电压范围（单相）165V --265V;

　　4、允许单位频率范围此47 -51.5Hz; 

　　5、输出谐波畸变率<-5%; 

　　6、最大阵列开路电压：750V，最大直流输入电流：25A。

　　本系统配有3台逆变器柜，每台柜内装有2个并网型控制逆变器模块。逆变器柜提供了数字化的操作界面，可以方便灵活的操作，也可以将各种状态信息显示出来。

　　与电网的连接

　　从3个逆变器柜分别出来3路220V交流电，分别接到低压配电柜的端子上。

系统的防雷接地

　　太阳能阵列的安装位置决定了容易受到雷电引起的过高电压影响，所以必须采取相应的防雷措施。为了保证系统在雷雨等恶劣天气下能够安全运行，则需要发电系统采取防雷措施。主要有以下几个方面：

　　1、本系统采用的单晶硅太阳电池组件、连接电缆均带有防雷接地，每块电池板通过接地线缆与安装支架连接在一起，再经过支架引出。方阵总接地电缆再通过PVC管地埋进入配电室，与大楼总体接地连接在一起。

　　2、另一方面，直流汇线箱在整个系统中起到二级防雷的作用，进一步提高了系统的可靠性。 

　　3、并网逆变器交流输出线采用防雷箱一级保护（并网逆变器内有交流输出防雷器）

　　监控系统

　　采用公司自主设计开发的计算机监控系统DEA-SolarMonitor，该监控系统是根据太阳能发电工程的需求针对性开发的。

通过计算机与太阳能发电系统的各相关设备连接，并安装专用的监控组态软件，可以实现对工艺流程画面的组态，并可以对光伏系统的运行状况进行实时监测与控制。    通过监控系统可以在计算机上投入或切除逆变器，通过通讯的方式，还可将发电系统中的环境检测仪的参数、逆变器的参数等在计算机上显示出来。

　　该监控系统也可以与大屏相连接。

　　20kW光伏并网发电系统的施工

　　该工程的施工包括：太阳电池支架的加工及安装、太阳能电池方阵组件的安装、方阵间电缆的连接、直流汇线箱的安装、逆变器柜的安装、各设备间电缆的敷设、电气设备的调试、系统的并网运行调试。整个施工的过程如下：

　　图纸、资料等技术准备

　　在项目的施工前，必须有完善的施工技术准备，技术准备是决定施工质量的关键因素，它主要包含以下几方面内容：

　　1、先对实地进行勘测和调查后，完成安装支架的设计，并提交用于加工的最终设计图纸。

   　 2、完成现场施工图纸。其中包括：施工进度表、施工图册等有关资料；并组织施工队熟悉图纸和规范。

　　3、完成工程验收大纲及施工所需各种记录表格。

   　 4、设备发货需提供工程说明书，便于现场使用和维护。

安装

　　1、 太阳电池组件安装和检验

　　由于本太阳能电池方阵安装在屋顶，其中有一部分安装区域非水平面，需要整体做基础，直至基础符合标准再进行支架安装。然后检测单块电池板电流、电压，合格后进行太阳电池组件的安装。最后检查接地线、支架紧固件是否紧固．接线盒、接插头须进行防水处理。检测太阳电池阵列直流汇线箱的输入及输出是否连接正确。

　　2、 逆变器安装

　　根据提供的逆变器安装说明书的要求，对并网逆变器与太阳电池组件、交流电网的配电柜进行相应连接，观察并网逆变器的各项运行参数，并做好相应记录，为以后的调试做准备。

　　调试

　　1、根据现场考察的要求，检查施工方案是否合理，能否全面满足要求。

　　2、根据设计要求、供货清单，检查配套元件、器材、仪表和设备是否按照要求配齐。对一些工程所需的关键设备和材料，可视具体情况按照相关技术规范和标准在设备和材料制造厂或交货地点进行抽样检查。

   　3、按设备规格对已完成安装的设备在各种工作模式下进行试验和参数调节。系统调试按设备技术手册中的规定和相关安全规范进行，进行达标后才具备验收条件。

　　4、运行监控系统，对各设备进行调试。

　　该工程已并网发电，通过20kW光伏并网发电工程的设计与施工，公司逐渐掌握了太阳能光伏工程的设计，并且形成了一套完整的工程实施体系：包括工程的方案设计、施工设计、系统安装、调试及投运均已形成规范，为以后承接兆瓦级的大规模工程打下基础，积累的经验也可以作为以后工程的借鉴，但同时由于太阳能发电是一个新兴的领域，还有许多方面有待学习，公司还将继续在这个领域进行深入研究。下载本文