天和家/43kWp屋顶并网光伏发电系统设计一、项H简介
1（天和家园住宅小区概况
浙江省慈溪市天和家园住宅小区占地面积64 788m2，总建筑面积13 （4万m2。 小区住宅整体布置方式为南北朝向，南北均无高大建筑物，无遮阴情况，日照充 分。小区建筑住宅以多层为主，屋顶呈人字形，楼高22. 2-22. 86m。计划在天和家 园20号楼屋顶装设太阳能电池板，建住宅小区太阳能光伏发电示范电站。20号楼 LI前处于在建状态，-屋顶可利用面积有:西侧平台，面积87m ;斜屋面，W-W共7 块，总面积（斜面）113.9mo ;露台，LL共5个，总面积11-57
233. 44m。
2（设计要求
a（该项U有一定的公众影响力。美观与否非常重要，要求光伏电池组件的安装 应保持屋顶的风格和美观，并与小区及周围环境相协调。 b（该光伏电站主要提供天和家园小区公用设施用电，包括:地下车库西区照明 灯35（2kW，地下车库东区照明（灯21（4kW,智能化设备2kW等。要求在阴雨天气 时，'应能使用城市电网为公用负荷供电。 c（光伏电站建设费用计入小区开发成本。建成后随小区移交物业管理，要求节 省投资。维护管理方便。
二、光伏发电系统运行方式的选择
太阳能光伏发电系统的运行方式可分为两类。即：独立运行和并网运行。独立
运行的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地区。由 于必须有蓄电池储能装置，所以整个系统的造价很高。在有公共电网的地区。光伏 发电系统一般与电网连接，即采用并网运行方式。并网型光伏发电系统的优点是可
以省去蓄电池，而将电网作为自己的储能单元。曲于蓄电池在存储和释放电能的过 程中，伴随着能量的损失，且蓄电池的使用寿命通常仅为5, 8年，报废的蓄电池乂 将对环境造成污染，所以，省去蓄电池后的光伏系统不仅可大幅度降低造价，还具 有更高的发电效率和
更好的环保性能，且维护简单、方便。在建筑密度很大的城市 住宅小区中，能够安装太阳能电池板的面积有限，住宅小区屋顶光伏发电系统的容 量通常远远小于其变压器的容量，即光伏系统的发电功率始终小于小区负载的功 率，没有剩余电能送入上级城市电网。
综合考虑，该光伏发电系统拟采用并网运行方式（并在小区内局部并网，不考 虑将电能输入上级城市电网，系统原理图如图1所示。采取小区内局部并网运行方 式提高了上级城市电网的安全性。
三、系统设计
1 （设计依据
该系统的设计依据有：《光伏系统并网技术要求》(GB/T19939-2005);当地气象 资料;建设方提供的相关资料及要求。
2(光伏系统太阳能电池组件的配置方案
(1)最佳方阵倾角的确定
0/0/0/0/02-3024和东经12102 -12142之间，处于北亚热带南慈溪市介于北 纬30
2缘，属季风型气候。平均年日照时数2038小时，太阳年辐射量4 000、4
800MJ/m,
0年日照白分率47,。查阅相关资料可知，太阳能电池组件方阵最佳倾角为
30o
(2)太阳能电池组件的选择与布置
@)太阳能电池组件的选择
□前，高效晶体硅太阳能电池的光电转换效率已达21,以上，大批量生产的单 晶硅光伏电池组件的光电转换效率也已达到14,以上。该系统选用了常州天合光能 有限公司生产的rlSM 一 175D型高效单晶硅电池组件(其外形如图2所示。
图2 1SM-175D型电池组件外形图
TSM - 175D型电池组件技术参数如下，峰值功率:Pm二175WP;开路电压： 二43. 58V;最佳工作电压:U二36. 2V;短路电流:IM. 97A;最佳工作电流：，OCSC
m=4. 85A;重量:G=16kg;尺寸：长X 宽X 厚二 1 581 mmX809mmX40mm。
(b)太阳能电池组件的布置
将太阳能光伏发电应用于城市住宅小区时，与建在边远地区、荒漠地区的独立 光伏电站有很多不同点，不能简单地将太阳能电池方阵按最佳倾角的要求布置，必 须要充分考虑与周围环境的协调和美观。根据建设方提供的加号楼屋面图参见图（3） 以及现场考察情况，电池方阵布置方案如下：
2&（西侧平台面积87m。采用锯齿型方阵。共安装组件36块，方阵倾角为
o30o 功率为:175WpX36=6300W。
2b （斜屋面旷W,共7块小屋面可安装太阳能组件，总面积（斜面）113. 9m, 17
0与斜屋面平行安装组件87块，方阵倾角为斜屋面坡度31。功率
为:175WX87=15 225Wpo
c （顶层露台上方装饰性花架有L〜L共5个可安装太阳能组件。面积15
233.44m。，考虑露台的采光和建筑的整体布局和美观。将露台上方装饰性花 架
2番茄加速前半部分空出一定面积，保持装饰性花架的原貌，后部约有163 m安装组 件，
0共安装组件126块，为减少风压及屋顶的美观，方阵倾角为7。功率
为:175WpX126=22050Wpo该布置方案共安装了 TSM-175D型高效单晶硅太阳能组件 跨网传输249块，总功率为43 575Wo ,设计按43kWp配置、计算。P
（3）太阳能组件的分组串接
从系统效率考虑，直流电压越高效率就越高，住宅用电电压为220~400V。安装 组件时，原则上要在同一日照条件使用串联的组件，否则，其他组件会受输出量最 低组件的影响导致整体输出严重下降。该方案屋面布置的太阳能电池组件在安装后 的光照有两种情况：
a（平台、露台上方装饰性花架安装的组件将不会受到建筑物等的挡光影响;
b（斜屋面安装的组件在每天的不同时间段，其光照将会受到不同方向建筑的一 定影响。
为了将组件吊接后的热斑效应损耗降到最低，将受到不同方向建筑物影响的组 件进行分组。将受到相同方向建筑物影响的组件归为一组。并且在系统中釆用多组 串逆变器（在后面的逆变器中详述）。为了平衡逆变器的功率，每台多组串逆变器都 接入了多组的组件。山多组串逆变器的每路MPPT （最大功率跟踪）电路对每路组件 进行最大功率点跟踪，从而使因挡光引起的组件功率损失降低到最低限
（电池组件被圈的为一组）。度。电池组件分组数参见图3所示
分子筛膜
3（并网逆变器选择和配置方案
@）并网逆变器的选择
并网逆变器是并网光伏系统的重要电力电子设备（其主要功能是把来自太阳能
电池方阵输出的直流电转换成与电网电力相同电压和频率的交流电，并把电力输送 给与交流系统连接的负载，同时还具有极大限度地发挥太阳能电池方阵性能的功能 和异常或故障
时的保护功能，即:？尽可能有效地获取因天气变化而变动的太阳能电 池方阵输出所需的自动运行和停机功能，以及最大功率跟踪控制功能;？保护电网安 全所需的防单独运行功能和自动电压调整功能？电网或并网逆变器发生异常时，安 全脱网或停下逆变器的功能。已进入实用阶段的并网逆变器的回路方式有电网频率 变压器绝缘方式、高频变压器绝缘方式和无变压器方式3种。其中无变压器回路方 式因在成本、尺寸、质量和效率等方面具有优势而被广泛采用。该系统的并网逆变 器选用德国艾思玛公司（SMA）生产的Sunny Mini Central系列SMC6000TL型无变压 器集中式逆变器和Sunny Boy系列SB5000TL MultiString型无变压器多组吊逆变 器，具有过压保护、对地故障保护、孤岛效应保护、过载保护、短路故障保护等完 善的保护功能，并具有内置逆变采集器和RS485、RS232通信接口，可方便地获取节能减排设备
逆变器的运行参数（直流输入电压和电流、交流输岀电压和电流、功率、电网频率
等）。其技术参数如表1所示。
A*®
袁1井网逆变H技术
Tab.l Technical parameter of grid-connected inverter
| | |
最大输入路数 | 3 •・” | 「3 ‘ |
最大光伏功率 | 6kW» | 6®kW» |
Jft大直流电压 | 750V | 700V |
最大宜流电■流 | 3x6.3A | 3x75A |
最大直流功率 | 53kW | 氏2kW |
最大MPP电压 | 600V | 500V |
量大交沆功率. | 5kW | 6kW |
输入电圧范隔MPPT | 125T 处 V | 335-7OOV |
交流电流谐波 | <4% | <4% |
最大效章 | 913% | 97.7% |
| | |
多组串逆变器采用了每路独立的最大功率跟踪，可以处理不同朝向和不同型号 的光电组件，也可以弥补不同连接串中的光电组件数量和部分阴影的影响。因而可 以有效地避免屋面安装的组件因阴影引起的功率损失。
（b）逆变器与电池组件的分组匹配
逆变器与电池组件的分组串接如图4所示。在标准测试条件下逆变器所接入的 每路组件数量、输入电压、功率如表2所示。对照表1可知，该方案逆变器与电池 组件的配置是合理的，满足要求。
4 （太阳能光伏发电系统负载的选择
从严格意义上说，并网光伏发电系统是将整个城市的电网系统作为自己的储能 单元，因而，光伏系统所带负载时任意的，不存在选择问题。但由于我国《可再生 能源法》刚刚于2006年1月1日实施。《可再生能源法》的“上网电价法”和
“全网平摊”法规尚未实施，这就带来了住宅小区移交物业管理后电费管理上的困 难。因而，为了更好地保证上级城市电网的安全，方便管理，太阳能并网光伏系统 负载的选择原
则应是使屋顶并网光伏系统的发电功率小于所带负载的用电功率，并 且尽可能使负载的用电时间与光伏系统的发电时间相匹配。
#天和家园设置了高压环网站一座，在小区各负荷点设置了 7个箱变，其中2
#箱变为800 kV?A, 6箱变1000kV(A(其它均为630 kV?A。与光伏系统公共
动态沙盘#接入点相连的4箱变变压器容量为630kV?A,主要供小区公用负荷用电。天和 家园公用负载主要有:地下车库西区照明灯35(2kW，地下车库东区照明灯
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