1、精選文檔分布式光伏并網發電系統設計與施工鮑其龍，史蘇明（單位：常州天合光能有限公司，常州213031）中文摘要：隨著能源危機的加劇和環境保護的壓力，可再生、清潔能源在常規能源系統中的地位凸顯，而太陽能是目前可知的最清潔、安全和可靠的可再生能源來源之一。發展和推廣太陽能能源應用已上升至國家戰略層面規劃，將會對我國經濟的發展模式產生深遠影響。以分布式光伏發電系統為代表的太陽能能源應用，以其清潔、環保、無污染和儲量極豐富等特性已受到中國乃至世界的青睞。如何建設分布式光伏發電系統的應用隨之成為大家關注的焦點，對于分布式光伏發電系統的設計和施工，可以結合事先現場調查的數據，進行組件排布、支架結構、基礎和

2、電氣結構設計，設計時需考慮建筑屋面的承載力、結構、朝向等因素，合理優化設備間的電氣匹配性及防雷保護，須嚴格參照設計要求進行分部分項施工、調試及并網。關鍵詞：分布式光伏并網發電系統；屋頂分布式；設計與施工；并網發電0. 引言當前，隨著全球人類經濟社會的發展，對能源的需求與日俱增。化石能源是全球消耗的主要能源，化石能源的大量、廣泛使用，帶來了日益嚴重的“副產品”：環境污染，氣候變暖，生態惡化。以煤炭和石油為標志的化石能源作為不可再生資源，悲觀的估計還有約100年、樂觀估計還有200年可供人類繼續使用，這迫切需要人類開發可再生資源。在可再生資源中，風能、地熱能、核聚變能以及太陽能是主要的存在形式。太

3、陽能以其潛在資源120000TW，實際可開采資源高達600TW被認為是最清潔、安全和可靠且唯一能夠保證人類未來需求的能量來源。在我國，特別是以北京為首的大型城市霧霾嚴重，中央政府為此計劃投入2.2萬億元治理大氣污染，政府對生態問題重視已經提升到一個高度，建設生態中國、美麗中國等內容相繼提出，前期高投入、高消耗、高排放、低效率的粗放型擴張的經濟增長方式已難以為繼，這也迫切需要轉變發展模式和發展途徑。國家能源局2012年9月12日正式發布太陽能發電發展“十二五”規劃，其中將太陽能發電“十二五”規劃目標定調為2100萬千瓦，其中光伏和光熱發電分別為2000萬千瓦和100萬千瓦。同時，規劃明確提出將發

4、展分布式光伏發電作為未來國內光伏市場應用的重要領域，并從體制和相關扶持政策上督促地方政府、電網和發電企業積極落實。結合分布式發電的發展和需求以及實施分布式發電系統的經驗，我們起草了本文作為分*作者簡介：鮑其龍，男，南京人，碩士，主要研究方向為光伏產品、系統相關質量、商務、運營和服務等，qilong.bao；史蘇明，男，鎮江人，學士，主要研究方向為光伏產品、系統相關質量、服務、技術支持等，suming.shi；布式光伏發電并網系統標準化設計、施工的指南，同時也可作為行業同類項目籌建、施工安裝及交付執行過程的重要參考。1. 概述分布式光伏并網發電系統（如下圖1.1所示）是利用屋頂上安裝的太陽能光伏

5、組件通過“光生伏特”效應將太陽能直接轉換為電能，在室內或室外安裝逆變器以及連接設備的線纜、電度表等，經過逆變器將直流電轉換為交流電、供用戶使用并與電網連接并網運行的光伏發電系統，是一種新型的、具有廣闊發展前景的發電和能源綜合利用方式。它倡導就近發電，就近并網，就近轉換，就近使用的原則，省去蓄電池，不僅可以大幅度降低造價、有效提高同等規模光伏電站的發電量，而且具有更高的發電效率和更好的環保性能，同時還有效解決了電力在升壓及長途運輸中的損耗問題。圖1.1分布式光伏發電系統簡視分布式光伏并網發電系統一般安裝在建筑屋頂上，由于國內目前環境、住宅結構、材料等諸多因素的差異，如何有效進行分布式光伏發電系統

6、的設計和施工成為研究的重點。鑒于目前分布式發展的需求，本文提出了分布式標準化設計、施工理念，既可以滿足一般建筑屋面分布式光伏系統的建設需求，也適用于結構復雜的建筑屋面分布式系統建設。2. 設計設計分布式光伏并網發電系統前，要仔細聽取用戶的意見，并結合周圍環境和住宅結構等，以事先調查數據為基礎進行設計（主要步驟參考下圖2.1），合理有效利用屋面進行太陽能陣列的排布，根據屋面結構、材料及環境等因素綜合采用符合要求的支架結構，最后對整個系統電氣安裝及引線、走線、監控等進行優化。圖2.1分布式光伏發電系統設計流程2.1. 事先調查事先調查也稱事前現場調查，由于住宅屋頂的形狀、結構、材料等各不相同，在屋

7、頂上敷設太陽能組件需要對安裝條件進行仔細研究，研究范圍參考以下內容：用戶方面：用電需求、安裝場地、位置、預算、時間、設計、外形等；房屋方面：結構、材料、載荷、強度、形狀、施工方法、方位角、傾斜角、日照條件等；電氣設備：買電合同、引線路徑、走線路徑、配電盤位置、并網點位置、安裝場所、接地方式等；作業環境：材料存放保管位置與方式、搬運路徑與方式、周圍障礙物、作業水電、安全與消防等、排水通風等；自然環境：暴雨、臺風、雷擊、泥石流、鹽害、公害、沙層等；2.2. 設計條件整理在進行設計前需要對事先調查的數據進行整理，綜合數據進行設計；一方面可以形成比較準確的光伏系統成本報價；另一方面在光伏系統的設備布置

8、上要和業主現場協商，達成一致意見，避免盲目設計造成以后的分歧，嚴重的會導致延誤工期，造成經濟糾紛。1.要能保證在冬至日的日出后1.5h至日落前1.5h之間，不會有前排方陣對后排方陣造成陰影遮擋問題。2.考察安裝光伏系統的地點是否合適。3.對于整個光伏系統的設備布置以及后期的光伏系統的安裝進行初步的估計。2.3. 組件排布設計太陽能電池組件的方位角與傾斜角選定是太陽能光伏系統設計時最重要的因素之一。所謂方位角一般是指東西南北方向的角度。對于太陽能光伏系統來說，方位角以正南為0，由南向東向北為負角度，由南向西向北為正角度，如太陽在正東方向時，方位角為-90，在正西方時方位角為90。方位角決定了陽光

9、的入射方向，決定了不同朝向的建筑物的采光狀況。傾斜角是地平面（水平面）與太陽能電池組件之間的夾角。傾斜角為0時表示太陽能電池組件為水平設置，傾斜角為90時表示太陽能電池組件為垂直設置。方陣間距同樣是太陽能光伏系統設計時最重要的因素之一。方陣間距是指前后光伏組件陣列之間的距離，間距的大小直接影響系統的發電效率、建設成本和投資回報。過小的間距會造成相鄰陣列的光線遮擋，形成熱斑并降低系統效率；過大的間距會降低建設場地面積的利用率，變相降低系統整體收益。2.3.1方位角太陽電池方陣的方位角（請參考下圖2.2）是方陣的垂直面與正南方向的夾角（向東偏設定為負角度，向西偏設定為正角度）。一般情況下，方陣朝向

10、正南（即方陣垂直面與正南的夾角為0）時，太陽電池發電量是最大的。在偏離正南（北半球）30度時，方陣的發電量將減少約1015；在偏離正南（北半球）60時，方陣的發電量將減少約2030。但是，在晴朗的夏天，太陽輻射能量的最大時刻是在中午稍后，因此方陣的方位稍微向西偏一些時，在午后時刻可獲得最大發電功率。在不同的季節，太陽電池方陣的方位稍微向東或西一些都有獲得發電量最大的時候。圖2.2：方位角示意圖2.3.2 傾斜角傾斜角（請參考下圖2.3）是太陽電池方陣平面與水平地面的夾角，并希望此夾角是方陣一年中發電量為最大時的最佳傾斜角度。一年中的最佳傾斜角與當地的地理緯度有關，當緯度較高時，相應的傾斜角也大

11、。和方位角一樣，在設計中也要考慮到屋頂的傾斜角的限制條件。對于正南（方位角為0度），傾斜角從水平（傾斜角為0度）開始逐漸向最佳的傾斜角過渡時，其日射量不斷增加直到最大值，然后再增加傾斜角其日射量不斷減少。特別是在傾斜角大于5060以后，日射量急劇下降，直至到最后的垂直放置時，發電量下降到最小。方陣從垂直放置到1020的傾斜放置都有實際的例子。對于方位角不為0度的情況，斜面日射量的值普遍偏低，最大日射量的值是在與水平面接近的傾斜角度附近。圖2.3：傾斜角示意圖以上所述為方位角、傾斜角與發電量之間的關系，對于具體設計某一個方陣的方位角和傾斜角還應綜合地根據安裝場所的經緯度以及屋面朝向，進一步同實際

12、情況結合起來考慮合理設計最佳傾斜角和方位角。2.3.3 方陣間距光伏陣列間距的確定原則是冬至日當天9:00至15:00，光伏陣列不會相互遮擋，一般按以下方式確定最小間距。首先按式（1）和式（2）計算出地區太陽高度角和方位角。sin=sinsin+coscoscos（1）sin=cossin/cos（2）式中：為緯度，為太陽赤緯，為時角，然后由式（3）確定陣列間距： D=cosH/tan （3）式中：D為陣列間距；H為陣列高度太陽高度角請參考下圖2.4，方位角請參考下圖2.5，赤緯角請參考下圖2.6，時角請參考下圖2.7 圖2.4：太陽高度角示意圖 圖2.5：太陽方位角示意圖 圖2.6：赤緯角示

13、意圖 圖2.7：時角示意圖附注：1、 太陽高度角為太陽方向與水平面的夾角；2、 太陽方位角為太陽方向的水平投影偏離南向的角度；3、 赤緯角又稱太陽赤緯，是地球赤道平面與太陽和地球中心的連線之間的夾角，相當于黃赤交角，是2326。赤緯角以年為周期，在+23 27與-23 27的范圍內移動，成為季節的標志。每年6月21日或22日赤緯達到最大值+23 27稱為夏至，該日中午太陽位于地球北回歸線正上空，是北半球日照時間最長、南半球日照時間最短的一天。在南極圈中整天見不到太陽，而在北極圈內整體太陽不落，這樣北半球就出現相對較熱的天氣，而南半球出現較冷的氣候。隨后赤緯角逐漸減少至9月21日或22日等于零時

14、全球的晝夜時間均相等為秋分。至12月21日或22日赤緯減至最小值-23 27為冬至，此時陽光斜射北半球，晝短夜長而南半球則相反。當赤緯角又回到零度時為春分即3月21日或22日；4、太陽時角，日面中心的時角，即從觀測點子午圈沿赤道量至太陽所在時圈的角距離。以地球為例，在地球上，同一時刻，對同一經度，不同緯度的人來說，太陽對應的時角是相同的。單位時間地球自轉的角度定義為時角w，規定正午時角為0，上午時角為負值，下午時角為正值。地球自轉一周360度，對應的時間為24小時，即每小時相應的時角為15度。2.4. 支架結構設計2.4.1 支架材質支架的材質一般是根據使用環境和使用壽命選取的，光伏系統支架材

15、料通常為鋼結構和鋁合金結構，或者兩者混合。1) 鋁合金：質量輕是它的優點也是缺點，承載能力低，最常用的是6063型號的鋁材，其優勢為耐腐蝕和外觀美觀，在屋面上可以避免維護的成本，主要應用于家庭；2) 不銹鋼：這是最常見的光伏支架材料，材料選擇冷彎型鋼，特點為在組合附件的配合下安裝方便,維護成本相對較低，同時成型工藝成熟，并且種類多樣，規格和防腐蝕性能上都有突出的優點，對鹽害等抵抗性強，一般在潮濕環境或海邊等區域選擇使用；2.4.2 支架強度支架的強度要能承受自重、組件重量和風壓的最大負荷。太陽能電池陣列用支架結構設計時考慮的荷重主要有固定荷重、風壓荷重、積雪荷重及地震荷重；此外，也有因溫度變化

16、產生的“溫度荷重”,但與其他荷重相比很小，一般忽略不計。固定荷重G：組件質量和支撐物自身質量的總和；風壓荷重W：加在組件上的風壓力和加在支撐物上的風壓力的總和；積雪荷重S：與組件面垂直的積雪荷重；地震荷重K：加在支撐物上的水平地震力；1) 雪載荷a) 我國建筑結構荷載規范GB 50009規定，屋面水平投影面上的雪荷載標準值，應按下式計算Sk=rS0式中：Sk：雪荷載標準值（kN/m2）；r：屋面積雪分布系數；S0：基本雪壓（kN/m2）。基本雪壓應按該規范附錄中附表給出的50年一遇的雪壓采用。b) 美國建筑及其它結構最小設計荷載規定，斜度小于1/12的平屋面的雪荷載按下式計算：Pf=CeCtI

17、Pg式中：Pf ：雪荷載；系數，美國本土為0.7，阿拉斯加為0.6；Ce為暴露系數；Ct為熱力系數；I為重要性系數；Pg為地面雪荷載。地面雪荷載系基于雪荷載超過的年概率為2%（即平均重現期50年）的數值。2) 風載荷a) 我國建筑結構荷載規范GB 50009規定，垂直于建筑物的風力載荷值應按下式計算：Wk=zsz0式中： Wk：風荷載標準值（kN/m2）；z：高度z處的風振系數；s：風荷載體型系數；z：風壓高度變化系數；0：基本風壓（KN/m2）。基本風壓應按該規范附錄中附表給出的50年一遇的風壓采用，但不得小于0.3kN/m2。b) 美國建筑及其它結構最小設計荷載規定，在z高度的風速壓力按下

18、式計算：Qz=0.00256Kz( IV )2式中：Qz為風速壓力；Kz為風速壓力暴露系數；I為重要性系數；V為基本風速；規范要求使用的基本風速至少為70mph，設計風荷載至少為10Ib/ft2 (0.48kN/m2), 基本風速V系基于風速超過的年概率為0.02（即平均重現期50年）的數值。3) 地震載荷a) 我國建筑抗震設計規范GB50011規定，采用底部剪力法時，各樓層可僅考慮一個自由度，結構的水平地震作用標準值；應按下列公式確定：FEK= 1 Geq式中：FEK為結構總水平地震作用標準值；1為水平地震影響系數值，可取水平地震影響系數最大值max； Geq為結構等效總重力荷載，單質點應取

19、總重力荷載代表值。下表為不同地震烈度下水平地震影響系數最大值：地震影響6789多遇地震0.040.08(0.12)0.16（0.24）0.32罕遇地震0.50（0.72）0.90（1.2）1.4括號中數值分別用于設計基本地震加速度為0.15g和0.30g的地區。地震烈度為8和9度需考慮豎向地震作用，9度時的高層建筑，其豎向地震作用標準值應按按下列公式確定；樓層的豎向地震作用效應可按各構件承受的重力荷載代表值的比例分配，并乘以增大系數1.5。FEvk=a v max Geq式中：FEvk為結構總豎向地震作用標準值；a v max為豎向地震影響系數的最大值，可取水平地震影響系數最大值a max的6

20、5%；Geq為結構等效總重力荷載，可取總重力荷載代表值的75%。可知0.650.750.49即為豎向地震作用標準值與水平地震作用標準值之比。b) 美國建筑及其它結構最小設計荷載ANSI A58.1規定，結構構件和非結構部件上的側向（即水平）地震力按下式計算：Fp=Z I Cp Wp式中：Fp為側向地震力；I 為重要性系數，一般公用發電廠I =1.0；Cp為水平力系數，與建筑部件連接或放置在建筑內的設備或機械Cp =0.3；Wp 為該部件的重量；Z為地震區域系數，表22給出在美國的數值：地震區域Z4133/423/813/1601/8美國地震區域1、2、3、4分別相當我國地震烈度6、7、8、9度

21、。2.4.3 使用壽命支架的使用壽命因材質而異，因在外界環境中長期使用，一般要求使用具有鋼鐵1025倍耐腐蝕作用的熱浸鍍鋅方法進行防護；2.4.4 螺栓、螺母螺栓、螺母材質采用SUS304、SWCH810、SS400、S35C，高強度螺栓一般使用SWCH1245、SS490、S35C。2.4.5 尺寸公差產品尺寸公差設計一般參考GB18001804-79公差與配合，但設計時需結合實際需求，注意不必要的提高尺寸產品精度會增加產品成本。2.5. 基礎設計建筑屋面的構造千差萬別（參考下圖2.8），按照形狀來區分，主要可以分為坡屋面（帶有一定傾斜度的屋面）和平屋面（傾斜度基本為0的屋面）兩類。圖2.8

22、：屋面外形構造圖在不同形狀屋頂上按照最佳方位角和傾斜角來制造支架的話，會增加設計難度、加大支架成本和重量、增加屋面的載荷及強度負荷。同時在利用現有的地形和有效面積，應盡量避開周圍建、構筑物或樹木等產生的陰影。綜合考量以上因素，坡屋面系統一般采取與屋面平行的安裝方式(請參考下圖2.9)，平屋面一般采取最佳方位角與傾斜角的安裝方式(請參考下圖2.10)。 圖2.9：坡屋面安裝圖示圖2.10：平屋面安裝圖示1) 坡屋面坡屋面光伏系統組件安裝一般采取與屋面平行，利用支撐金屬件、支架、緊固件等與屋面結構固定牢靠，直接放置在防火、防火的屋面上的安裝方式（參考下圖2.11）。圖2.11：坡屋面支架及組件安裝

23、簡視圖2) 平屋面坡屋面光伏系統組件安裝一般采取最佳方位角與傾斜角的安裝方式，在屋面結構層上采用混凝土澆筑，要使基座預埋件與屋頂主體結構的鋼筋焊接或連接，如果受到結構限制無法進行焊接或連接的，應采取措施加大基座與屋頂的附著力，并采用鐵線拉緊法或支架延長固定等加以固定（參考下圖2.12）。圖2.12：平屋面支架及組件安裝簡視圖在進行方陣基礎、方陣支架設計時，要充分考慮到承重、抗風、抗震等因素，在沿海地區還要考慮防臺風、防潮濕、防鹽霧腐蝕等。方陣支架安裝前應涂防腐涂料，對外露的金屬預埋件應進行防腐防銹處理，防止預埋件受損而失去強度。方陣支架連接用的緊固件設計時應采用不銹鋼，如果設計采用鍍鋅件，則必

24、須符合國家標準要求，達到保證其壽命和防腐緊固的目的。2.6. 電氣設計分布式光伏系統并網又稱用戶側并網，用戶側并網的光伏系統一般在低壓側（400/230V）并入電網。分布式光伏并網發電系統電氣系統（參考下圖2.13）主要包括：直流部分、交流部分和監測與顯示部分。圖2.13：電氣系統結構圖2.6.1直流部分直流部分電氣設計一般包括：組件選配、方陣串并聯方式和電纜選用。1) 對于并網發電系統來說，發電電量和用戶使用電量之間沒有相互限制的關系，系統容量和方陣大小由安裝場所面積決定。2) 設計單個方陣串并聯組件數量和方陣間連接方式時，需考慮交流部分逆變器的相關參數（如：最大輸入開路電壓、最大輸入電流、

25、最大輸入功率、最大額定功率、MPP模式下輸入電壓等，參考下圖2.14），使得最終直流端輸入電流、電壓、功率能與逆變器較好的契合。圖2.14：逆變器參數示意圖3) 電纜線徑需符合直流端輸入電流和交流端輸出電流最大承載值的要求，同時具備較好的耐候性。1) 組件選配組件選配主要考慮以下幾點：a) 外觀顏色：分布式系統作為建筑的一部分，對光伏系統方陣的外觀提出了一定的要求，通常要求方陣組件顏色均勻一致、邊框顏色、背板顏色等等；類型單晶多晶非晶硅銅銦硒薄膜CIS碲化鎘薄膜CdTe非晶/單晶異質結HIT顏色深藍或黑天藍紅棕、藍、紫藍深灰、黑墨綠、黑深藍、黑b) 使用壽命：組件作為直接將光能轉換成電能的元件

26、，在系統設計時會有壽命和穩定性方面的要求；組件壽命的選擇主要參考電站的設計壽命，目前晶硅組件的壽命一般為25年30年，非晶硅組件壽命1520年以上； c) 發電效率：在能夠長期工作的前提下，穩定的電能輸出也成了衡量光伏系統質量好壞的重要指標，以下各類光伏產品的發電效率供參考：晶硅非晶硅銅銦硒薄膜CIS碲化鎘薄膜CdTe非晶/單晶異質結HIT非晶/微晶組件效率1318%46%811%710%1516%89%d) 尺寸形狀：分布式系統因受安裝場所可利用長度和寬度上的限制，需要挑選合適尺寸的組件進行安裝設計。e) 耐候性能：光伏系統長期在戶外獨立的運行，需要對環境具備一定的承受能力，良好的耐候性是保

27、證光伏系統穩定運行的前提，一般要求組件通過國際、國內相關環境測試標準并取得相關證書。2) 方陣串并聯方式光伏方陣通過對單塊太陽電池組件進行適當的串、并聯，以滿足不同的需要。a) 組件串聯時，兩端電壓為各單塊組件電壓之和，電流等于各組件中最小的電流；并聯時，總電流為各單塊組件電流之和，電壓取平均值。b) 方陣串聯時，兩端電壓為各方陣電壓之和，電流等于各方陣中最小的電流；并聯時，總電流為各方陣電流之和，電壓取平均值。3) 電纜選配分布式光伏發電電纜一般要求按照電壓等級、滿足持續工作允許的電流、短路熱穩定性、允許電壓降、經濟電流密度及敷設環境條件因素等進行選配。由于光伏發電系統自身的特點，經常需要在

28、惡劣的環境中工作，所以光伏系統電纜選擇時需考慮如下因素：a) 電纜的絕緣性能;b) 電纜的耐熱阻燃性能;c) 電纜的防潮，防光;d) 電纜的敷設方式;e) 電纜芯的類型(銅芯，鋁芯);f) 電纜的大小規格。不同的部件之間的連接，由于環境和要求的不同，選擇的電纜也不相同：a) 元件與元件之間的連接：必須進行UL測試，耐熱90，防酸，防化學物質，防潮，防曝曬。b) 方陣內部和方陣之間的連接：可以露天或者埋在地下，要求防潮、防曝曬。建議穿管安裝，導管必須耐熱90。c) 室內接線(環境干燥)：可以使用較短的直流連線。電纜大小規格設計，必須遵循以下原則a) 方陣內部和方陣之間的連接，選取的電纜額定電流為

29、計算所得電纜中最大連續電流的1.56倍。b) 交流負載的連接，選取的電纜額定電流為計算所得電纜中最大連續電流的1.25倍。c) 逆變器的連接，選取的電纜額定電流為計算所得電纜中最大連續電流的1.25倍。d) 考慮溫度對電纜的性能的影響。e) 考慮電壓降不要超過2%。f) 適當的電纜尺徑選取基于兩個因素，電流強度與電路電壓損失。計算公式為：線損 = 電流 電路總線長 線纜電壓因子(可由電纜制造商處獲得)2.6.2 交流部分交流部分電氣設計一般包括：逆變器選配、組件和逆變器的匹配、系統的電力布置方式、光伏系統其他器件選擇和防雷接地保護1) 逆變器選配逆變器的工作原理(請參考下圖2.15)： a)

30、直流電可以通過震蕩電路變為交流電； b) 得到的交流電再通過線圈升壓（這時得到的是方形波的交流電）；c) 對得到的交流電進行整流得到正弦波。圖2.15：逆變器工作原理圖逆變器類型根據工作方式可分為并網逆變器和不并網逆變器；根據逆變器內部結構可分為帶隔離變壓器的逆變器（低頻工頻變壓器和高頻變壓器）和不帶變壓器的逆變器；根據接入的光伏系統的不同可分為組串逆變器和集中逆變器。無隔離變壓器的并網逆變器(請參考下圖2.16)：a) 省去了笨重的工頻變壓器，效率高達97%以上，重量輕、結構簡單；b) 但是由于沒有電氣隔離，太陽能組件兩極有電網電壓，對人身安全不利；c) 影響電網質量，直流易傳入交流側，使電

31、網直流分量過大。圖2.16：無隔離變壓器逆變器工作原理圖工頻隔離變壓器并網逆變器(請參考下圖2.17)：a) 使用工頻變壓器進行電壓變換和電氣隔離，結構簡單、抗沖擊性能好，安全性高；b) 系統效率相對無變壓器低，約為95%左右，而且笨重。圖2.17：工頻隔離變壓器逆變器工作原理圖高頻隔離變壓器并網逆變器(請參考下圖2.18)：a) 使用隔離變壓器進行電氣隔離，重量輕，模塊化，系統效率達95%左右；b) 由于隔離DC/AC/DC的功率等級一般較小，所以該拓撲結構集中在5KW以下；c) 高頻DC/AC/DC的工作頻率較高，一般為幾十KHz,或更高，系統的EMC比較難設計。圖2.18：高頻隔離變壓器

32、逆變器工作原理圖組串并網逆變器(請參考下圖2.19)：a) 光伏系統被分解成幾個并聯的組串，每個組串被連接到一個特定的逆變器；b) 每個組串逆變器都有單獨的最大峰值跟蹤，通過降低不匹配和局部陰影二引起的損失來增加能量的產出；c) 降低了系統的成本，增加了系統的可靠性；圖2.19：組串并網逆變器結構示意圖集中并網逆變器(請參考下圖2.20)：a) 光伏系統由許多并聯的光伏組串構成，在直流側連接到一個集中的逆變器；b) 高效率、低成本；c) 系統能量產出受光伏模塊的不匹配和局部陰影的影響而降低；d) 能量產出依賴一個部件，可靠性受限制;e) 集中逆變器失效會導致整個光伏系統停運。圖2.20：集中并

33、網逆變器結構示意圖分布式光伏并網系統采用并網逆變器。為達到最大發電效率，逆變器都具有最大功率點MPPT跟蹤功能，因此在選配逆變器時一定要考慮影響逆變器MPPT的諸多因素，主要有：a) 太陽能組件：不同類型、型號太陽能組件具有不同的電氣參數（參考下圖2.21），輸出功率不同；圖2.21：組件電氣參數圖b) 安裝位置：不同的陣列安裝位置，由于朝向因素受到的光照條件不同，輸出功率也不一樣。圖2.22：不同朝向屋面太陽輻照量對比圖因此在選配逆變器時需注意：a) 相同太陽能組件、相同串并聯連接、安裝在同一建筑面，選擇一臺功率匹配的逆變器。b) 為了安全，盡量選擇帶隔離變壓器功能的逆變器；2) 組件和逆變

34、器的匹配光伏系統組件和逆變器匹配需參考以下原則：a) 陣列的輸入電壓不能大于逆變器工作電壓范圍（考慮溫度：最高溫度時最佳工作電壓不低于光伏逆變器的MPPT最小電壓，否則會出現功率失真；最低溫時開路電壓不能高于光伏逆變器的最大輸入電壓，否則可能會損壞逆變器。）b) 陣列的輸入功率不要大于逆變器的最大輸入功率；c) 陣列的電壓工作范圍最好配置在逆變器效率較高的點；d) 陣列的輸入電流不要超過逆變器的直流輸入限制電流閥值；e) 逆變器和光伏組件的類型是否匹配。3) 系統的電力布置方式屋頂光伏組件和方陣所輸出的電流，經過逆變器轉換成可供居民使用的交流電，亦可切換到外部電網實現并網傳輸，為保證系統安全可

35、靠的運行，還需要綜合考慮防雷保護、電能檢測和數據傳輸顯示的設計。4) 光伏系統其他器件選擇a) 旁路元件一般在構成太陽能陣列的每個太陽能電池組件上都安裝旁路元件，多數使用二極管，以防陰影遮擋造成“熱斑效應”損壞組件（參考下圖2.23）。“熱斑效應”:太陽能電池組件中某一部分電池因樹葉、鳥糞、灰層等形成陰影，該部分電池不發電，且電阻變大。此時，串聯回路中的全部電壓加在這個電池上，被作為電阻在回路中發熱，產生高溫，使它本身和周圍的EVA變色，引起內部材料膨脹，如果溫度繼續升高，甚至會導致整個組件破損。圖2.23：旁路二極管工作原理b) 斷路開關斷路開關是為了維護、檢查太陽能陣列、逆變器、電能表和智

36、能檢測裝置，或者替換、維修某部分異常元件時，切斷系統電流的裝置，一般要求具備能切斷太陽能陣列最大直流電流、切斷電網最大交流電流的能力。5) 防雷接地通常雷擊有兩種主要形式：直擊雷和感應雷。1) 直擊雷：帶電的云層與大地上某一點之間發生迅猛的放電現象。直擊雷對大地的電壓低則幾兆伏，高則數10MV甚至更高，雷云對大地一次閃擊放電的峰值電流平均約為30多KA，它的瞬時功率為1091012W以上，由于瞬時功率很大，它的破壞力非常大。直擊雷防護技術（參考下圖2.24）以避雷針、避雷帶、避雷網、避雷線為主要，其中避雷針是最常見的直擊雷防護裝置。圖2.24：直擊雷防護及雷云與地面電氣示意圖2) 感應雷：靜電

37、感應雷（參考下圖2.25）：帶電云層由于靜電感應作用，使地面某一范圍帶上異種電荷。當直擊雷發生以后，云層帶電迅速消失，而地面某些范圍由于散流電阻大，以致出現局部高電壓，電磁感應雷（參考下圖2.25）：由于直擊雷放電過程中，強大的脈沖電流對周圍的導線或金屬物產生電磁感應發生高電壓以致發生閃擊的現象。圖2.25：感應雷雷云與設備電氣示意圖在PV系統中一般采取：避雷針（器）、浪涌吸收器、防雷變壓器三種保護措施。2.6.3 電表與檢測顯示電表與檢測顯示部分電氣設計包括：電能表、數據采集、傳輸和顯示。1) 電能表電能表選型需符合當地電網條件。按接入相線，電能表主要可分為單相、三相兩種電能表（參考下圖2.

38、26）； 單相電表 三相電表圖2.26：電能表圖示工作原理（參考下圖2.27）：圖2.27：電能表工作原理圖示當把電能表接入被測電路時，電流線圈和電壓線圈中就有交變電流流過，這兩個交變電流分別在它們的鐵芯中產生交變的磁通；交變磁通穿過鋁盤，在鋁盤中感應出渦流；渦流又在磁場中受到力的作用，從而使鋁盤得到轉矩（主動力矩）而轉動。負載消耗的功率越大，通過電流線圈的電流越大，鋁盤中感應出的渦流也越大，使鋁盤轉動的力矩就越大。即轉矩的大小跟負載消耗的功率成正比。功率越大，轉矩也越大，鋁盤轉動也就越快。鋁盤轉動時，又受到永久磁鐵產生的制動力矩的作用，制動力矩與主動力矩方向相反；制動力矩的大小與鋁盤的轉速成

39、正比，鋁盤轉動得越快，制動力矩也越大。當主動力矩與制動力矩達到暫時平衡時，鋁盤將勻速轉動。負載所消耗的電能與鋁盤的轉數成正比。鋁盤轉動時，帶動計數器，把所消耗的電能指示出來。2) 檢測和顯示檢測和顯示部分（參考下圖2.28）主要是依靠數據采集儀測量現場環境溫度、太陽輻射、瞬時發電量和總發電量數據，通過無線或有線通信技術傳輸給遠程系統予以顯示。圖2.28：數據檢測和顯示構成圖3 施工分布式光伏發電系統構成設備到場后即可安排系統工程施工，主要施工步驟參考以下流程圖3.1。圖3.1分布式光伏系統施工流程圖4 設計與施工實例我們曾為江蘇省連云港市東海縣設計并建設了381.22KW的連片分布式光伏發電并

40、網系統工程，工程利用東海縣青湖鎮青南小區屋頂建設光伏電站，青南小區共有居民128戶及村委會1戶。現場調查了解到建筑屋頂屋面結構及承載力可以滿足使用要求，總規劃安裝容量381.22KW，根據建筑物分布情況，光伏組件分散布置在各個建筑物屋頂，所發直流電經過逆變后低壓220V接入每戶居民電表進線側。4.1系統設計根據小區建筑物的分布情況：1、 整個電站分為112個2.94KW發電子系統與16個2.695KW發電子系統以及村委會1個8.82kW子系統（3x2.94kW），其中128個子系統配置1臺3kW逆變器和1臺并網配電箱，村委會子系統配置3臺3kW逆變器和1臺并網配電箱。2、 逆變器與并網配電箱采

41、用壁掛式。3、 工程共選用245Wp多晶硅組件1556塊，根據逆變器電氣特性計算，組件每12塊或11塊組件為一組串。4、 根據小區建筑物特點，光伏組件采用沿屋頂坡度平鋪的方式，組件方位角與建筑屋面方位一致，組件與組件之間間隙為20mm。5、 光伏組件采用鋁合金型材，材料型號根據當地風荷載計算，保證支架滿足25年運行期要求。支架形式與小區屋頂緊密結合，達到美觀和安全的統一。6、 組串電纜選用光伏專用電纜PV-F1-4mm2。7、 逆變器外殼、交流柜及進出戶保護套管均就近接地，室外安裝設備均就近打接地極，接地電阻小于10歐，進出建筑的電氣線路接地線均與建筑內PE母線可靠連接。8、 屋頂組件、支架作

42、可靠電氣連接，組件支架采用BVR-1*16 mm2軟銅線與接地銅相連，組件采用6 mm2軟銅線與支架相連。9、 各級配電箱內設置浪涌保護裝置，防止系統過電壓。10、 每棟建筑的并網點均應設置并網斷路器、計量裝置。計量及并網方式按供電部門要求執行。11、 采用無線通訊技術將系統發電量數據上傳至顯示設備。系統采用自發自用余電上網的方式，屋頂的光伏組件方陣經過串聯接入逆變器逆變后經并網配電箱，再接入到小區每戶居民電表進線側。工程電氣部分，包括光伏發電系統（含逆變器、配電裝置）、防雷、過電壓保護與接地、電纜敷設及防火封堵等。調度通訊部分在接入系統中設計，站內預留安裝場所。4.2系統施工4.2.1基礎工

43、程工藝流程（參考下圖3.1）：圖3.1：基礎工程施工流程圖4.2.1.1 施工面清理將準備施工的屋面清理打掃及必要的修補（參考下圖3.2）。圖3.2：施工面清理、打掃圖4.2.1.2 測量及安裝點定位 按照系統安裝設計圖紙確定屋面安裝點的位置，并清晰標注（參考下圖3.3、3.4）； 圖3.3：基準點測量及定位示意圖圖3.4：測量及安裝點定位施工圖4.2.1.3 打孔及植筋（坡屋面一般采用常規膨脹螺栓、平屋面一般采用膨脹掛鉤螺栓）；1) 采用工業電錘在定位點進行打孔，選擇一個與膨脹螺栓的脹緊圈（管）相同直徑的合金鉆頭，孔的深度應不大于螺栓的長度，不得打穿屋頂。然后用氣筒或氣泵將所打植筋孔內灰塵吹

44、凈，清理干凈孔內雜質，孔內不應有灰塵或明水等；2) 把膨脹螺栓套件一起下到孔內，不要把螺帽擰掉，防止孔鉆的比較深時螺栓掉進孔內而不好往外取。接著把螺帽擰緊，感覺膨脹螺栓比較緊而不松動后再擰下螺帽。3) 沿膨脹螺絲（螺桿）向安裝孔中注入結構膠進行密封，膠量應與安裝孔上表面齊平。（參考下圖3.5、3.6、3.7）。圖3.5：屋面打孔及螺栓固定圖示圖3.6：坡屋面打孔及螺栓固定施工圖圖3.7：平屋面打孔及螺栓固定施工圖4.2.1.4 支座位置固定1) 坡屋面：待結構膠凝固后，在周圍涂刷防水涂料進行保護，將支座固定件按設計要求和方向對準螺絲裝上并緊固（參考下圖3.8）。圖3.8：坡屋面支座固定施工圖2

45、) 平屋面：按照設計混凝土尺寸（以300mm*300mm為例）及設計要求準備澆筑用模具及鋼筋網，鋼筋網尺寸應小于混凝土模具尺寸。將準備好的模具架設與預埋膨脹掛鉤外圍，保證每排模具上下邊均在一條直線上。將植筋鋼筋網與膨脹掛鉤形成連接后往模具中注入混泥土進行澆筑，澆筑過程需用振蕩器將混凝土搗實，直至與模具上平面齊平。利用模板定位并埋入緊固螺絲，將混凝土基礎表面抹平。待混凝土固化后，拆除模具，在基礎表面用水泥和固化膠配置好涂刷一遍，保證基礎表面平整、光滑、美觀、無氣泡、氣孔（參考下圖3.9、3.10、3.11）圖3.9：平屋面基礎配筋結構圖圖3.10：平屋面基礎預埋件尺寸、結構圖圖3.11：平屋面植

46、筋及基礎制作施工圖例4.22支架結構工程工藝流程（參考下圖3.12）：圖3.12：支架結構施工工藝流程圖1) 坡屋面用棉線牽引并兩端固定做為基準線，可采用增加墊片的方式調整腳支撐使其在水平（沿棉線）方向上是一條直線；腳支撐安裝結束后，進行橫梁的安裝，每組橫梁間距尺寸需符合設計要求及組件安裝孔尺寸要求。將橫梁放到腳支撐上、預緊，用棉線將其帶直，將不平的地方調平；用水平尺將安放組件的橫梁面調至一個平面上，將調平后的橫梁擰緊（參考下圖3.13、3.14、3.15）。圖3.13：坡屋面支架排布圖圖3.14：坡屋面支架結構圖圖3.15：坡屋面支架安裝施工圖2) 平屋面待混凝土基礎養護期結束后，清除預制基

47、礎上的雜質。將腳支撐對準預埋螺絲按照設計要求進行安裝緊固。需對支撐進行直線度和垂直度的調節，可用棉線牽引并兩端固定做為基準線，保證支撐在水平（沿棉線）方向上是一條直線；用水平尺對后支撐進行找平，保證其在垂直方向上是一條直線。預緊、調平后，對支撐進行復緊，達到規定的扭力矩，確保強度。腳支撐安裝結束后，進行橫梁的安裝，每組橫梁間距尺寸需符合設計要求及組件安裝孔尺寸要求。將橫梁放到腳支撐上、預緊，用棉線將其帶直，將不平的地方調平；用水平尺將安放組件的橫梁面調至一個平面上，將調平后的橫梁擰緊（參考下圖3.16、3.17、3.18、3.19）。圖3.16：平屋面支架排布圖示圖3.17：平屋面基礎及支架結

48、構截面圖圖3.18：平屋面支架俯視、背視圖圖3.19：平屋面支架安裝施工圖用防水涂料沿混凝土基礎底部四周均勻涂刷，確保各基礎防水材料涂刷范圍一致，防水層平均厚度符合應設計要求，最小厚度不應小于設計厚度的80%，防水層無滲漏和積水現象（參考下圖3.20）。 圖3.20：平屋面防水施工圖4.2.3組件安裝工程工藝流程（參考下圖3.21）：圖3.21：組件安裝施工流程圖1) 搬運、安裝組件拆箱后，單片搬運應由兩人協同作業，以防磕、碰、劃傷組件；組件安裝前應看清型號，確保不同型號的組件沒有混裝在一起。組件放到支架上后，一人應扶住組件以防滑落，另一人按照設計要求用邊壓塊和中壓塊把組件預緊在支架上（參考下

49、圖3.22、3.23）。圖3.22：組件安裝壓接示意圖圖3.23：組件安裝施工圖2) 調平、調直對預緊的組件進行調平、調直，使各組件間距一致，各行各列件齊平在一個水平面上，調節好之后將組件擰緊（參考下圖3.24、3.25）。圖3.24：方陣排布縮略圖圖3.25：方陣排布施工圖4.2.4直流側電氣工程工藝流程（參考下圖3.26）：圖3.26：直流側電氣施工流程圖1) 電氣管道敷設與固定按照規劃及設計要求制作電氣管道，并用線夾及自攻釘將其固定在屋面及墻面上，電纜管道應與排水管道分離。彎頭、爬坡及下坡處需將電氣管道按照穿越角度折彎處理，使管道的可以較好的緊縛在建筑物上（參考下圖3.27、3.28）。

50、圖3.27：電氣管道固定簡視圖圖3.28：電氣管道敷設與固定施工圖2) 電纜敷設與連接架設電纜盤，應有人負責松盤，其余人拉動電纜至接線處，將放到位的電纜用線鉗剪短；用細鋼絲從電氣管道一側穿入直至穿出，將準備好的電纜（火線、零線、地線）一并沿管道拉出（參考下圖3.29）；圖3.29：電氣管道敷設與連接施工圖3) 接插件制作參照MC4接插件手冊在專人的指導下，剝離線纜并將接線端子與電纜用壓線鉗壓好，線頭剝線時，長度應按接線孔徑的深度進行，不宜過長露銅。將壓接好的接線端子插入接插件底部并鎖死，擰緊螺帽（參考下圖3.30）。圖3.30：接插件制作施工圖4) 電路連接與檢查將各屋面方陣組件按照設計規劃進

51、行組串連接，并用萬用表檢查器組串電壓是否符合要求；若測試異常，應由專業電工檢查組件及線路連接并排除故障。每塊組件邊框均開有防雷接地孔，方陣相鄰組件間、組件與支架用接地線進行連接，方陣支架需與接地扁鐵連接，確保連接可靠、牢固（參考下圖3.31）。圖3.31：電路測試與連接施工圖5) 逆變器安裝根據廠商提供的逆變器底座尺寸制作相應的墻面安裝孔定位模具，并在相應位置描點、標識并開孔。在開好的孔中植入膨脹螺母，用螺絲將逆變器底座緊固定在墻體上，在規劃的位置安裝逆變器（參考下圖3.32）。圖3.32：逆變器安裝施工圖6) 防雷、接地保護與接地電阻測試按照設計規劃，挖設接坑、敷設、掩埋接地扁鐵及制作接地樁，接地扁鐵應垂直與接地樁焊接在一起，盡量選擇碎土進行回添。扁鐵掩埋深度和地樁深度需符合國標及相關法律法規要求。每排接地扁鐵選擇若干點做接地電阻測試，接地電阻需符合國標及相關法律法規要求（參考下圖3.33、3.34）。圖3.33：防雷與接地保護電氣原理圖圖3.34：防雷與接地保護施工及測試圖4.2.5交流側電氣工程工藝流程（參考下圖3.35）：圖3.35：交流側電氣工程施工流程圖由專業的電工進行電網、電表及逆變器的線路連接，逆變器交流輸出端需設置有浪涌保護器及電路斷接元器件，以符合設計要求及國標規定（參考下