2011光伏發電技術進展和政策分析專項培訓王斯成國家發改委能源研究所2011年1月8日北京光伏發電技術和系統設計目前一頁\總數一百四十七頁\編于十一點1、光伏發電的特點

2、光伏發電系統的設計（資源評估、系統構成、設備選型、太陽電池、逆變器、匯流箱、組串設計、發電量計算、數據采集和監控等）

3、用戶側并網的光伏系統：“凈電量計量”法、單向雙表計量、最大并網容量、“逆功率”和“防逆流”，德國VDE標準等；

4、特殊設計：遮擋計算、抗風計算、防雷和接地等；

5、二氧化碳減排計算

6、RetScreen軟件介紹目錄目前二頁\總數一百四十七頁\編于十一點1、光伏發電系統設計目前三頁\總數一百四十七頁\編于十一點并網光伏發電系統的設計步驟1、在考察的基礎上進行預可行性研究（RetSchreen）；2、技術方案確定和設備選型（太陽電池、逆變器、監控、其它設備、運行方式等）；3、工程設計：與建筑結合、土建施工方案、抗風能力、防雷接地、電網接入系統；4、特殊設計：1)對于BIPV和BAPV：并網方式、遮擋計算、專用BIPV組件的安裝設計、造型和美觀等;2)對于大型光伏電站：占地計算、場地、基礎、機房、圍欄、自動跟蹤系統等。目前四頁\總數一百四十七頁\編于十一點太陽能資源評估5目前五頁\總數一百四十七頁\編于十一點太陽輻射傳輸過程示意反射散射吸收直射地面反射6目前六頁\總數一百四十七頁\編于十一點中國氣象局地面觀測網——日照7目前七頁\總數一百四十七頁\編于十一點中國目前可以取得的太陽輻射資料我國1953年開始測量太陽輻射，氣象臺站數量從解放初的70個發展到現在的2610個，其中氣象站2300個（縣級氣象站），氣象臺310個?？h級氣象站的主要任務是對風（臺風）、氣溫、濕度、降雨、雪、雹、地溫等參數的觀測和預報，與太陽輻射相關的數據只有“日照時數”。日照時數的測量是用感光紙記錄光強大于120W/m2的時間，分辨率為10分鐘。從國家氣象局網站上可以查到全國122個氣象臺1957-2007年的輻射數據（不包括臺灣、香港和澳門）。1993年以前，全國有66個氣象臺有水平面太陽總輻射和散射輻射的數據，1993年以后，全國只有17個氣象臺有水平面太陽總輻射和散射輻射的數據。8目前八頁\總數一百四十七頁\編于十一點布格-朗伯定律:SD’=S0Fm

S0=1350W/m2余弦定律:ST’=SD’COSZm=1/Sin×P/P0Sin=SinSin+CosCosCosN=23.5Sin(360*(284+N)/365)DT’=Dp’(1+CosZ)/2RT’=ρQp’(1-CosZ)/2SQT=ST+DT+RT（直散分離）9目前九頁\總數一百四十七頁\編于十一點太陽能資源的單位換算1992年以前的太陽輻射單位：Kcal/cm21992年以后：MJ/m2光伏設計用輻射單位：kWh/m21卡=4.18焦耳，1焦耳=1ws甘肅武威水平面年輻射量：6141.6MJ/m26141.6106/3600/1000=1706kWh/m21706kWh/m2/365=4.70kWh/天甘肅武威水平面年輻射量：147Kcal/cm21471034.1810000/3600/1000=1706.8kWh/m21706kWh/m2/365=4.70kWh/天10目前十頁\總數一百四十七頁\編于十一點太陽能資源數據

(10年平均值MJ/m2(kcal/cm2))水平面上的太陽能資源太陽電池方陣傾斜面上的太陽能資源方陣傾斜面上的太陽輻射量由計算機輔助設計軟件完成（RetScreen）.對于獨立光伏系統：優化設計太陽電池方陣的傾角有利于增加冬天的充電電流，適當減少夏季的充電電流，從而有效避免蓄電池的過充電和過放電，也有利于減少蓄電池的冬季儲備容量，減少初投資。對于并網光伏系統，追求全年發電量最大，傾角的選擇又不相同。對于聚光太陽電池，要求DNI（DirectNormalInrradiation）的輻射數據，我們國家沒有。11目前十一頁\總數一百四十七頁\編于十一點中國水平面太陽輻射分布圖等級資源帶號年總輻射量（MJ/m2）年總輻射量（kWh/m2）平均日輻射量（kWh/m2）最豐富帶I≥6300≥1750≥4.8很豐富帶II5040–63001400–17503.8–4.8較豐富帶III3780–50401050–14002.9–3.8一般IV<3780<1050<2.912目前十二頁\總數一百四十七頁\編于十一點全國平均不同發電系統的年利用小時數

Fullrunninghrs(peakhrs)fordifferentlocation獨立光伏電站效率：60-65%；Eff.ofstand-alongsys.

建筑并網光伏發電效率：70-75%；Eff.ofBIPV&BAPV大型并網光伏電站效率：75-80%。Eff.ofLS-PV不同地區水平面年太陽輻射Horizontal（kWh/m2)傾斜面年太陽輻射Tilted（kWh/m2)獨立光伏電站Stand-along建筑并網系統BIPV&BAPV開闊地并網系統LS-PV西北地區West1610.801828.41125014501540東南沿海East1364.651502.04100012001250全國平均Average1487.731665.2311001250135013目前十三頁\總數一百四十七頁\編于十一點光伏電站的系統構成和設備選型14目前十四頁\總數一百四十七頁\編于十一點大型荒漠電站設備配置和選型太陽電池方陣接線箱直流配電逆變器交流配電數據采集、顯示和通信目前十五頁\總數一百四十七頁\編于十一點太陽電池16目前十六頁\總數一百四十七頁\編于十一點

導體絕緣體半導體

NPFGPNNP

N-P+I17目前十七頁\總數一百四十七頁\編于十一點

太陽電池的結構18目前十八頁\總數一百四十七頁\編于十一點太陽電池、組件和方陣19目前十九頁\總數一百四十七頁\編于十一點太陽電池的I-V特性及功率曲線I:電流Isc:短路電流Im:最大工作電流V:電壓Voc:開路電壓Vm:最大工作電壓標準條件：AM=1.5Q’=1000W/m2T=25C光強I溫度V(-2.5mV/C)20目前二十頁\總數一百四十七頁\編于十一點太陽光強與開路電壓和短路電流的關系I:電流Isc:短路電流Im:最大工作電流V:電壓Voc:開路電壓Vm:最大工作電壓21目前二十一頁\總數一百四十七頁\編于十一點溫度的影響隨著太陽電池溫度的增加，開路電壓減少，在20-100C范圍，大約每升高1C每片電池的電壓減少2mV；而光電流隨溫度的增加略有上升?？偟膩碚f，溫度升高太陽電池的功率下降，典型功率溫度系數為－0.35%/C。也就是說，如果太陽電池溫度每升高1C，則功率減少0.35%。

22目前二十二頁\總數一百四十七頁\編于十一點光強的影響光強與太陽電池組件的光電流成正比，在光強由100W/m2-1000W/m2范圍內，光電流始終隨光強的增長而線性增長；而光強對光電壓的影響很小，在溫度固定的條件下，當光強在400W/m2-1000W/m2范圍內變化，太陽電池組件的開路電壓基本保持恒定。

23目前二十三頁\總數一百四十七頁\編于十一點串聯回路太陽電池的熱斑現象

d點，此時工作電流為零，組開路電壓VGd等于電池1和電池2的開路電壓之和；c點，電池1和電池2都有正的功率輸出；b點，此時電池1仍然工作在正功率輸出，而受遮擋的電池2已經工作在短路狀態，沒有功率輸出，但也還沒有成為電池1的負載；a點，此時電池1仍然有正的功率輸出，而電池2上的電壓已經反向，電池2成為電池1的負載；應當注意到，并不是僅在電池組處于短路狀態才會發生“熱斑效應”，從b點到a點的工作區間，電池2都處于接收功率的狀態，如旁路型控制器在蓄電池充滿時將通過旁路開關將太陽電池短路，此時就很容易形成熱斑。24目前二十四頁\總數一百四十七頁\編于十一點并聯回路太陽電池的熱斑現象a點，此時電池組的工作電壓為零，短路電流Isc等于電池1和電池2的短路電流之和；b點，電池1和電池2都有正的功率輸出；c點，此時電池1仍然工作在正功率輸出，而受遮擋的電池2已經工作在開路狀態，沒有功率輸出，但也還沒有成為電池1的負載；d點，此時電池1仍然有正的功率輸出，而電池2上的電流已經反向，電池2成為電池1的負載，此時電池1的功率全部加到了電池2上，如果這種狀態持續時間很長或電池1的功率很大，也會在被遮擋的電池2上造成熱斑損傷。應當注意到，從c點到d點的工作區間，電池2都處于接收功率的狀態。25目前二十五頁\總數一百四十七頁\編于十一點防止熱斑現象發生防止熱斑現象的辦法就是加裝旁路二極管和阻斷二極管。旁路二極管的作用是在被遮擋組件一側提供電流通路；阻斷二極管的作用是阻斷被遮擋組件上的反向電流。26目前二十六頁\總數一百四十七頁\編于十一點逆變器27目前二十七頁\總數一百四十七頁\編于十一點并網逆變器的要求逆變器轉換效率可靠性（元器件選擇、保護功能）輸出電流總諧波電子兼容技術（電磁干擾、防雷、接地、浪涌、漏電等）最大功率點跟蹤技術（MPPT）電網鎖相技術孤島檢測和防護并網電路拓撲結構并網系統的群控、監控及調度技術目前二十八頁\總數一百四十七頁\編于十一點并網逆變器的拓撲結構

（自身帶有隔離變壓器）目前二十九頁\總數一百四十七頁\編于十一點并網逆變器的拓撲結構

（通過升壓變壓器并入高壓電網）目前三十頁\總數一百四十七頁\編于十一點太陽電池的最大功率跟蹤（MPPT）要求：快速、準確和穩定目前三十一頁\總數一百四十七頁\編于十一點孤島現象和防護孤島現象：當電網的部分線路因故障或檢修而停電時，停電線路由所連的并網發電裝置繼續供電，并連同周圍的負載構成一個自給供電的孤島。IEC62116ed1.0（2005）

光伏并網逆變器防孤島測試方法TestingProcedure-IslandingPreventionMeasuresforPowerConditionersusedingridconnectedphotovoltaic(PV)generationsystems32目前三十二頁\總數一百四十七頁\編于十一點大型荒漠電站關鍵設備和技術難點：太陽電池、逆變器、監控系統、自動跟蹤、電站工程建設、電網接入系統。目前三十三頁\總數一百四十七頁\編于十一點超大規模光伏發電（VLS-PV)超大規模光伏發電（VLS-PV）是國際能源機構（IEA）的第8項任務（Task8），主要研究、追蹤超大規模光伏發電的技術和信息，并開展國際間的交流和合作。。VLS-PV

是指10MWp以上的光伏發電系統，一般指荒漠光伏電站。目前三十四頁\總數一百四十七頁\編于十一點大規模光伏電站（LS-PV）技術特點1、在輸電網（發電側）并網，電流是單方向的；沒有儲能系統；2、并入中壓電網（10kV，35kV，110kV);3、不能自發自用和“凈電表計量”，只能給出“上網電價”；4、少量自用電從電網?。ㄐ∮?%）（BIPV的大部分電自用）；5、一般功率很大，1MW以上；6、一般都是無人值守；7、要求離負荷中心較近，就地消化；8、一般占用荒地；9、自動跟蹤和聚光電池一般都是用在荒漠電站；10、帶有氣象和運行數據自動監測系統和遠程數據傳輸系統。目前三十五頁\總數一百四十七頁\編于十一點大型并網光伏電站配置目前三十六頁\總數一百四十七頁\編于十一點大型荒漠電站設備配置和選型太陽電池方陣接線箱直流配電逆變器交流配電箱式變壓器數據顯示和通信目前三十七頁\總數一百四十七頁\編于十一點光伏電站的組串設計目前三十八頁\總數一百四十七頁\編于十一點1、取決于逆變器的直流輸入電壓范圍和最高允許電壓；

2、取決于光伏組件的Vm和Voc；

3、取決于當地冬季白天最低溫度。目前三十九頁\總數一百四十七頁\編于十一點電站場地整理1、爐渣鋪墊、壓實2、只對道路進行處理3、不做任何處理4、依勢而建，沒有平整。目前四十頁\總數一百四十七頁\編于十一點ConstructionPhases建設階段(1)

EarthMoving平整土地Ifnecessary,useofheavymachinery如需要，使用重型機械Nosealing/coatingneeded不需覆蓋土地Constructionsiteneedsstorageplaceforequipment施工地點需安排設備堆放場地

Geodesy,Geology,MicroClimate測量，地質，微氣候Basicsforconstructiondrawings&scheduling施工圖的基礎StaticAnalyses(WindSpeed,WeightofSnow)influencematerialcosts靜力分析（風速、雪重）影響材料成本PartofEnergyYieldCalculation產電量計算Source:PhoenixSolar41目前四十一頁\總數一百四十七頁\編于十一點太陽電池支架水泥地基簡單地埋直接埋地水泥墩地扦固定目前四十二頁\總數一百四十七頁\編于十一點ConstructionPhases建設階段(2)

Ramming打樁Deploymentofenvironmentallyfriendlyrammingtechnologies開發了環境友好的打樁技術Levelingoffgeologicalspecialties按地質特性調整Ideallyfacilitatestheexactalignmentofsupportbeams使得樁基的對直非常方便Source:PhoenixSolar43目前四十三頁\總數一百四十七頁\編于十一點ConstructionPhases建設階段(3)

ErectionofSystemsInstallationofmainbeams

ErectionofSystems

Installationofangel-irondependingongeographicalpositionInstallationofcrossbeamsSource:PhoenixSolar44目前四十四頁\總數一百四十七頁\編于十一點電站機房預制機房混凝土機房木制機房沒有機房目前四十五頁\總數一百四十七頁\編于十一點電纜鋪設目前四十六頁\總數一百四十七頁\編于十一點ConstructionPhases建設階段

Electrical-TechnicalWorks電氣連接Constructionandinstallationofdistribution-,transformer,andinverters安裝配電箱、變壓器和逆變器InstallationofCables

敷設電纜Preparingfinalinstallation準備最后的安裝Digoutearthcablechannels開挖電纜溝LayingofStrings&Strapping放入電纜Source:PhoenixSolar47目前四十七頁\總數一百四十七頁\編于十一點大型電站組串匯流箱目前四十八頁\總數一百四十七頁\編于十一點防雷（組串）匯流箱目前四十九頁\總數一百四十七頁\編于十一點大型電站組串匯流箱目前五十頁\總數一百四十七頁\編于十一點大型電站組串匯流箱？直流保險目前五十一頁\總數一百四十七頁\編于十一點太陽電池的反向電流能力一塊36片電池串聯而成的太陽電池組件，額定工作電流為5A，其反向導通電壓（即二極管的正向導通電壓）為18V，所能承受的反向電流為20A（需要測定）；太陽電池組件的正向開路電壓為21V，假定2塊組件并聯，其中1塊被遮擋，在標準日照下另一塊組件對其注入的反向電流大約僅有2A（需要測定），則無保護條件下可以并聯的組件數量最多為10塊。目前五十二頁\總數一百四十七頁\編于十一點太陽電池的反向電流能力（RCA）越來越多的光伏組件供應商開始在數據清單中標注這一參數。對于小型或中型電站，這一參數沒有什么意義。大多數供應商認為IEC61215中10.3節的絕緣電阻測試已經足夠了，但是對于大型光伏電站來說是不夠的。對于沒有安裝組串保險或阻斷二極管的組串，RCA的數值將決定組串的數量！如果安裝組串保險，則使得系統變得更復雜。新標準ENIEC50380中3.6.2節明確規定組件必須標注反向電流能力（RCA）的數值。反向電流能力的數值越高，沒有保險的組串的并聯數也就可以越大。當每個組串被遮擋時，不會由于熱斑而損壞。注意：詢問組件供應商，如果安裝保險，應當是什么型號。目前五十三頁\總數一百四十七頁\編于十一點太陽電池的反向電流能力（RCA）

并聯連接的組串應當有保護，即直流保險。

注意：“光伏保險”的技術參數尚不存在。一般來說組串之間出現的短暫的電流屬于“緩升的短路電流”。因此，由持續電弧引起的過熱/退火/接線盒和電纜的燒毀都可能發生！

注意：一般來說可以在組件供應商提供的數據表上查到推薦的電流值，設法找到推薦的保險類型。

例外：在不安裝保險的情況下，就應當提供反向電流能力參數。對于并聯組串，組串的并聯數不應當超過其反向電流承受值的60%。例如：組件的反向電流能力（RCA）=25A

組件的短路電流=6A

組串的并聯數： 4(=RCA100%)

正確的組串數=3 (=RCA72%)，大約28%安全系數。目前五十四頁\總數一百四十七頁\編于十一點無錫尚德太陽電池組件說明書樣本maximumseriesfuserating

目前五十五頁\總數一百四十七頁\編于十一點IEC61730-2“光伏組件安全性鑒定”第二部分：試驗要求10.9ReversecurrentoverloadTestMST26反向電流過載試驗10.9.1PurposeModulescontainelectricallyconductivematerial,containedinaninsulatingsystem.Underreversecurrentfaultconditions,thetabbingandcellsofthemoduleareforcedtodissipateenergyasheat,priortocircuitinterruptionbyanover-currentprotectorinstalledinthesystem.Thistestisintendedtodeterminetheacceptabilityoftheriskofignitionorfirefromthiscondition.AlaboratoryDCpowersupplyshallbeconnectedtothemodulewithpositiveoutputconnectedtothepositiveterminalofthemodule.Thereversetestscurrent(Itest)shallbeequalto135%ofthemodule’sovercurrentprotectionrating,asprovidedbythemanufacturer.ThetestsupplycurrentshouldbelimitedtothevalueofItest,andthetestsupplyvoltageshallbeincreasedtocausethereversecurrenttoflowthroughthemodule.Thetestshallbecontinuedfor2h,oruntilultimateresultsareknown,whicheveroccursfirst.NOTEConcerningthemaximumovercurrentprotectionrating,see12.2ofIEC61730-1.目前五十六頁\總數一百四十七頁\編于十一點直流配電柜目前五十七頁\總數一百四十七頁\編于十一點防雷和接地目前五十八頁\總數一百四十七頁\編于十一點ConstructionPhases建設階段(5)

InstallationofModulesandSecuringofPlant安裝組件和防護SecuritySystems:安保系統,fences,cameras&motiondetectors柵欄、監視器、移動探頭Source:PhoenixSolar59目前五十九頁\總數一百四十七頁\編于十一點電站圍欄

60目前六十頁\總數一百四十七頁\編于十一點電網接入系統目前六十一頁\總數一百四十七頁\編于十一點自動跟蹤系統和聚光電池目前六十二頁\總數一百四十七頁\編于十一點不同跟蹤方式全年太陽能收益對比固定緯度角：比水平面提高14%；單軸水平跟蹤：提高40%；單軸跟蹤傾緯度角：提高51%；雙軸高精度跟蹤：提高56%。緯度：33.43oN，經度：112.02oE，海拔：339米。美國Arizona州PhenixWBANNo.：23183氣象站1961-1990的測試數據：緯度：33.43oN，經度：112.02oW，海拔：339米，氣壓：974毫巴63目前六十三頁\總數一百四十七頁\編于十一點自動跟蹤系統分類太陽電池方陣可以固定向南安裝，可以安裝成不同的向日跟蹤系統。分為地平坐標系和赤道坐標系。

1、地平坐標跟蹤系統

以地平面為參照系，跟蹤的是2個參數：太陽高度角（太陽射線與地平面的夾角）和太陽方位角（太陽射線在地面上的投影與正南方向的夾角）。地平坐標跟蹤分為：方位角跟蹤和全跟蹤。Sin=SinSin+CosCosCosSinβ=CosSin/Cos目前六十四頁\總數一百四十七頁\編于十一點地平坐標示意圖65目前六十五頁\總數一百四十七頁\編于十一點赤道坐標系圖示2、赤道坐標跟蹤系統

以赤道平面為參照系，跟蹤的是2個參數：太陽赤緯角（太陽射線與赤道平面的夾角）和太陽時角（地球自轉的角度，正午為零，上午為正，下午為負）。赤道坐標跟蹤分為極軸跟蹤、全跟蹤和水平軸跟蹤。目前六十六頁\總數一百四十七頁\編于十一點極軸坐標跟蹤系統原理圖全跟蹤極軸跟蹤極軸跟蹤的最大跟蹤誤差為：±23.5度；COS23.5=0.917,僅有8.3%，全年平均誤差：4%。目前六十七頁\總數一百四十七頁\編于十一點平板自動向日跟蹤系統68目前六十八頁\總數一百四十七頁\編于十一點極軸跟蹤系統連排極軸跟蹤系統獨立極軸跟蹤系統69目前六十九頁\總數一百四十七頁\編于十一點固定支架和單軸自動跟蹤支架的比較自動跟蹤支架固定支架70目前七十頁\總數一百四十七頁\編于十一點高倍聚光太陽電池400X500X250X250X目前七十一頁\總數一百四十七頁\編于十一點低倍聚光太陽電池目前七十二頁\總數一百四十七頁\編于十一點關于數據采集和遠程監測目前七十三頁\總數一百四十七頁\編于十一點IEEE1547規定，功率超過250kW的分布式電源必須安裝監測系統，以監視DR的接入狀態、有功、無功輸出和連接點的電壓。

目前七十四頁\總數一百四十七頁\編于十一點數據采集和遠程監測系統工作界面宣傳界面目前七十五頁\總數一百四十七頁\編于十一點美國

Springevell5.0MW

光伏電站網站76目前七十六頁\總數一百四十七頁\編于十一點與建筑結合的光伏系統BIPV和BAPV關鍵設備和技術難點：太陽電池、特殊BIPV組件、逆變器、數據采集和監控、與建筑結合的設計。目前七十七頁\總數一百四十七頁\編于十一點什么地方可以安裝太陽電池附加的特性：太陽電池與建筑結合后還具有最為重要的特性————發電。傳統的建筑材料被太陽電池組件替代后還具有獨特的光學效果。.安裝方式

ona inaslopedona inaflatinfrontof cold/warmglazedsunshadeslopedroof roof flatroofroofthefacade facade roof78目前七十八頁\總數一百四十七頁\編于十一點所需要的安裝面積RequiredareaforPVgeneratorswithdifferentcelltypes不同朝向安裝的太陽電池的發電量:假定向南傾斜緯度角安裝的太陽電池發電量為100；其它朝向全年發電量均有不同程度的減少。79目前七十九頁\總數一百四十七頁\編于十一點組件的遮擋和通風好的通風條件對于冷卻太陽電池組件很重要：溫度升高將減少發電量；組件溫度取決于安裝方式。Facadeintegration,

noventilationRoofintegration,noventil.ationOn/infacade,poorventil.On/infacade,

goodventilationOn/inroof,

poorventilationOn/inroof,goodventil.Onroof

withlargegapFreestanding應當盡量避免遮擋：對于晶體硅太陽電池，很小的遮擋就會引起很大的功率損失；遮擋對于薄膜電池的影響要小得多。80目前八十頁\總數一百四十七頁\編于十一點并網光伏建筑的電氣方案1：“上網電價”方式特點：1、電網公司以高電價收購PV電量；2、用戶繳納常規低價電費；3、PV電表接在用戶電表之前（電網一側）。81目前八十一頁\總數一百四十七頁\編于十一點并網光伏建筑的電氣方案2：“凈電表計量”方案特點：1、電力公司不用高價收購PV電量；2、允許抵消用電量（自發自用）；

3、PV計量電表裝在用戶電表之后（負載一側）。82目前八十二頁\總數一百四十七頁\編于十一點“凈電表計量”三相電接線方案逆變器太陽電池用戶繳費的電表計量PV電量的電表83目前八十三頁\總數一百四十七頁\編于十一點數字式“防逆流”保護裝置電源電壓：交流220V單相(－15%~＋10%)頻率：50Hz1Hz裝置額定數據交流電流：5A交流電壓：100V頻率：50Hz功耗：

0.5VA／相測量精度交流電流：

0.5%交流電壓：

0.5%有功功率：

3%無功功率：

3%頻率：

0.01Hz主要功能方向功率保護電量計量故障記錄保護控制信號輸出：常開或常閉觸點3對。靈敏度：“逆向”電流：200mA

響應時間：0.2秒84目前八十四頁\總數一百四十七頁\編于十一點“金太陽工程”并網發電圖解1、電力公司只同建筑業主結算；2、PV開發商同建筑業主結算；3、由電力公司確定并網點和電能計量裝置。85目前八十五頁\總數一百四十七頁\編于十一點“金太陽示范工程”

技術經濟分析目前八十六頁\總數一百四十七頁\編于十一點光伏發電在用戶側并網的一些基本概念目前八十七頁\總數一百四十七頁\編于十一點“上網電價”（Feed-inTariff）政策和并網方式何謂“凈電量計量法”？（NetMetering)“光電建筑”項目和“金太陽工程”執行的是什么政策？何謂“逆流”、“逆功率”？如何實現“逆功率保護”？一些基本概念的澄清目前八十八頁\總數一百四十七頁\編于十一點并網光伏建筑的電氣方案1：“上網電價”方式特點：1、電網公司以高電價收購PV電量；2、用戶繳納常規低價電費；3、PV電表接在用戶電表之前（電網一側）。89目前八十九頁\總數一百四十七頁\編于十一點并網方案2：“凈電量”方式“Net-Metering”Model特點：1、不給特殊電價；2、允許抵消電量“自發自用”；3、PV電表接在電表負載一側。。1、NospecialFITforPV；2、ReducepowerconsumptionfromgridbyPV；3、PVconnectgridatloadside。90目前九十頁\總數一百四十七頁\編于十一點并網光伏建筑的電氣方案2：“凈電量計量”方案特點：1、電力公司不用高價收購PV電量；

2、允許抵消用電量（自發自用）；

3、PV計量電表裝在用戶電表之后（負載一側）。91目前九十一頁\總數一百四十七頁\編于十一點美國的“凈電量計量”法1、什么是“凈電量計量”?“凈電量計量”是一種付費管理模式，具有自己發電能力的用戶，當多余的自發電量反向流到電力配電網（系統）時，用戶能夠得到費用以減少電費支出。自己發電以減少電費支出包括2個方面：你自己發的電替代了你原來必須付費的電網的電量，以及你自己發的電反送到電網里，從而減少了你的電費。2、“凈電量計量”是如何實現的?如果你希望按照“凈電量”法付費，你自己的發電系統必須接到地方電網的配電系統。無論何時，只要你自己的發電系統的電力大于你的負荷，多余的電量就會反向流過你自家的電表，并使其倒轉。電表的倒轉就使得每個月的電表讀數減少，于是就節省了你的電費。3、當電表倒轉超過了正轉又當如何?在這樣的情況下，電表的月讀數將會少于上一次（收費時）電表的讀數，于是你的電費帳單上會顯示電力公司應當向你付費。4、電力公司如何向你付費?應當向你支付的費用（或多發的電量）可以結轉到下個月用于抵消你的電費。作為凈電量計量用戶，你也可以要求一年或12個月結算一次。

92目前九十二頁\總數一百四十七頁\編于十一點美國的“凈電量計量”法1、什么是“凈電量計量”?“凈電量計量”是一種簡單計量發電電量和消耗電量的方式或者說是一種自己擁有可再生能源發電系統，如光伏發電系統，的商業模式。凈電量計量條件下，光伏系統產生的多余電量將推著用戶計費電表倒轉，用戶可以將這些富余電量儲存以備需要的時候使用。這就保證了發電用戶發出的所有電量都具有零售電價的價值。2、按照聯邦法案（PURPA，210節），電力用戶可以使用自己的光伏系統發出的電為自己的照明和其它電器設備供電，從而抵消如果自己不發電而必須以零售電價支付給電力公司的電量。但是如果用戶發出了過剩的電量（滿足了自己的用電需求之外），是不允許采用“凈電量計量”模式運行的，此時電力公司將以“替代成本”躉購多余電量，這個躉購電價要遠遠低于零售電價。超出自用的電量應當另外計量，額外的電表的費用應由用戶支付。(看來，美國的電力公司在一開始也是同樣的頑固)3、“凈電量計量”法簡化了上述模式，即允許自發電用戶在付費周期內，將某時多發的電量抵消其它時間消費的電量。換句話講，就是用戶在付費時段內支付凈消耗的電量。（注：付費周期可以是月，也可以是年，在付費周期內，電表有時正轉，有時反轉，自己發出的總電量小于總用電量，用戶按照凈用電量付費。）93目前九十三頁\總數一百四十七頁\編于十一點關于實施金太陽示范工程的通知

財建〔2009〕397號

2009年7月16日用戶側并網的光伏發電項目所發電量原則上自發自用

，富余電量及并入公共電網的大型光伏發電項目所發電量均按國家核定的當地脫硫燃煤機組標桿上網電價全額收購。

自發自用：沒有疑問，在負載側并網，直接被負載消耗。富余電量？電表是否可以雙向計量？是否所有反向電流都屬于“富余電量”？還是按照結算周期定義“富余電量”？94目前九十四頁\總數一百四十七頁\編于十一點“金太陽工程”并網發電圖解1、電力公司只同建筑業主結算；2、PV開發商同建筑業主結算；3、由電力公司確定并網點和電能計量裝置。防逆流95目前九十五頁\總數一百四十七頁\編于十一點“金太陽工程”并網發電計量方式96目前九十六頁\總數一百四十七頁\編于十一點“金太陽工程”并網點（1）多個建筑、多個業主，多點計量。注:

圖中黃色屋頂上的光伏板代表整個并網光伏系統,含光伏組件、逆變器、隔離變壓器、配電系統等。

97目前九十七頁\總數一百四十七頁\編于十一點“金太陽工程”并網點（2）多個建筑、單一業主，單點計量。注:

圖中黃色屋頂上的光伏板代表整個并網光伏系統,含光伏組件、逆變器、隔離變壓器、配電系統等。

98目前九十八頁\總數一百四十七頁\編于十一點“金太陽工程”并網點（3）多個建筑、單一業主，單點計量。注:

圖中黃色屋頂上的光伏板代表整個并網光伏系統,含光伏組件、逆變器、隔離變壓器、配電系統等。

99目前九十九頁\總數一百四十七頁\編于十一點關于最大接入容量目前一百頁\總數一百四十七頁\編于十一點關于適用于“凈電量”模式的可再生能源系統的規模：所有電力公司都應該為具有可再生能源發電系統的用戶發電商提供”凈電量”模式的服務，即按照該州接入電網的規范允許可再生能源發電系統接入并并聯運行。然而所接入的可再生能源發電系統的額定容量不得超過用戶發電商的進戶線路的容量。對于接入容量的限制，說明如下

一些州并沒有強制限制參與“凈電量”運行的可再生能源發電系統的容量。對于那些強制限制系統容量的州，限制規模小到25kW，大到80MW，然而，大部分的州將最大容量限定在2MW。101目前一百零一頁\總數一百四十七頁\編于十一點102目前一百零二頁\總數一百四十七頁\編于十一點光伏發電接入配電網的容量限制（USA）TheUnitedStatesdoesnothaveuniformregulationsforinterconnectionacrossjurisdictions(statesandutilities).

Ingeneral,small(under2MW)solarsysteminterconnectionruleshavethefollowingcharacteristics:1.Astreamlinedinterconnectionapplicationprocessthatensuresthatthedistributioncircuithasnomorethan15percentofitscapacityasdistributedgeneration.2.AninverterthatcompliedwithUL/IEEE1574standards,whichensures"anti-islanding."3.AlockableACdisconnecttoallowutilitypersonneltolockoutthegeneration.(Althoughthesemaynolongerberequiredinsomejurisdictions).ThesesimpleruleshaveworkedwellfortheUStodate,withalmostnodocumentedproblemsduetodistributedgeneration.The15percentrulehasbeenadoptedatthefederallevel,andaleadingutility(SouthernCaliforniaEdison)isusingthisrulewhendevelopingitsowndistributionsystemconnectedsolarsystems.分布式發電系統的容量不能超過配電線路額定容量的15%。103目前一百零三頁\總數一百四十七頁\編于十一點按照傳統經驗，分布式發電系統的容量不能超過峰值負荷的15%。104目前一百零四頁\總數一百四十七頁\編于十一點關于“逆功率”和“防逆流”目前一百零五頁\總數一百四十七頁\編于十一點“逆功率”的概念

IEEE1547分布式發電系統接入電網的技術標準1、并入輸電網的光伏系統類似于大型風電場和大型光伏電站，沒有逆流的問題，只能向中壓電網送電，也沒有雙向計量的問題。2、在負載側并網的光伏系統復雜，既有管理模式的問題也有“逆流”技術問題。106目前一百零六頁\總數一百四十七頁\編于十一點不同的配電網結構—二次網絡結構（點供電網絡）

一個負荷區由多臺配電變壓器供電（在次級測并聯）。優點：供電可靠性高，缺點：造價高，必須防“逆流”。有分布式發電系統的情況下必須防止誤動作。107目前一百零七頁\總數一百四十七頁\編于十一點不同的配電網結構—放射型配電網

中國絕大部分都是屬于放射型配電網結構，每個供電區域由一臺配電變壓器供電。優點：互不干擾，缺點：支路發生問題后不能及時恢復，必須等到修復。108目前一百零八頁\總數一百四十七頁\編于十一點“凈電表計量”三相電接線方案逆變器太陽電池用戶繳費的電表計量PV電量的電表在變壓器次級并網，有放逆流功能時，不需要加裝逆流計量電度表。109目前一百零九頁\總數一百四十七頁\編于十一點數字式“防逆流”保護裝置電源電壓：交流220V單相(－15%~＋10%)頻率：50Hz1Hz裝置額定數據交流電流：5A交流電壓：100V頻率：50Hz功耗：

0.5VA／相測量精度交流電流：

0.5%交流電壓：

0.5%有功功率：

3%無功功率：

3%頻率：

0.01Hz主要功能方向功率保護電量計量故障記錄保護控制信號輸出：常開或常閉觸點3對。靈敏度：“逆向”電流：200mA

響應時間：0.2秒110目前一百一十頁\總數一百四十七頁\編于十一點“逆流”的發生1HighvoltageduetoDG:Highvoltagesmaybecausedbyreversepowerflow.Underlight

loadforalocationwheretheprimaryvoltageisalreadyhigh,thevoltagerisecanbeenough

topushthevoltageabovenominallimits.ThiscanevenhappenforasmallDGlocatedon

thesecondarybecauseofthevoltagedropalongtheservicedrop,thesecondarywiring,and

thedistributiontransformer.分布式發電系統引起的高電壓：反向功率流可能引起高電壓。當負載很輕的時候，此時初級電壓已經很高了，這個高電壓足以超過電壓的上限。當次級側的分布式發電功率很小的時候，也有可能引起高電壓，這是由于架空線路、次級線包和配電變壓器上的電壓降引起的。111目前一百一十一頁\總數一百四十七頁\編于十一點“逆流”的發生2“StudyonD-UPFCintheClusteredPVSystemwithGrid

”Reversepowerflowfromthegrid-connectedphotovoltaic

(PV)systemsincreasesthevoltageofpowerdistributionline.InthecasethatlargenumbersofresidentialPVsystemsareconnectedtothepowergridwithinasmallarea,thissituationcalled“clustered”.并網“集群光伏系統”功率流控制器的研究一文指出：光伏系統的反向功率流將引起配電線路電壓的上升，尤其是當眾多戶用光伏系統集中在一個小區域內并網，這被稱作“集群”。這個控制器在發生“逆功率流”情況下也能穩定配電網的電壓。112目前一百一十二頁\總數一百四十七頁\編于十一點“防逆流”的措施KeepthePVsystemsizedlowerthantheminimumdaytimeloadatthecustomermeter.Indoingso,thesystemisdesignedtoensurethatthesiteloadisalwaysdrawingsomepowerfromtheutilitygridwithessentiallynochanceofexportingenergyfromthePVsystemtothenetwork.將光伏輸出設計成在白天總是小于負荷。Installaminimumimportrelay(MIR)orareversepowerrelay(RPR).（IEEE1547）安裝最小正向電流斷路器或逆向功率斷路器。Installadynamicallycontrolledinverter(DCI).ThisinvertercontrolstheoutputofthePVsysteminverter(s).ThistypeofsystemmonitorsthelevelofenergycomingintothecustomerlocationandwillrampdownthePVenergyproductioniftheloaddropsbelowaspecificthreshold.安裝動態功率可調逆變器。當負荷小到一定，逐級斷開光伏。AllowsmallerPVsystemstoconnecttoanetwork.MostsmallPVsystems,of30kilowatts(kW)orless.減少光伏系統的安裝功率（30kW或更?。?。113目前一百一十三頁\總數一百四十七頁\編于十一點允許“逆流”的情況下Usenon-unitypowerfactoroperationtogivePVinvertersvoltagecontrolcapability.Inverterscanphase-shifttheiroutputtosupplyvolt-amperesreactive(VArs)to(ordrawthemfrom)theutility.However,tosignificantlyreducevoltageincrease,thePVinverterwouldneedtobedesignedforadditionalapparentpowercapability(e.g.,a5-kilowattinvertermightneeda6-to7-kilovolt-ampererating).要求逆變器必須具有無功補償功能，以防止“逆流”情況下網壓升高。目前國內電網要求：對于大型光伏電站，功率因數調節范圍在超前或滯后0.98，對于小型電站要求功率因數接近1，且不調整。StudyonD-UPFCintheClusteredPVSystemwithGridKyungsooLee,KosukeKurokawaTokyoUniversityofAgriculture&Technology,2-24-16Naka-cho,Koganei-shi,Tokyo184-8588,JapanAbstract:Reversepowerflowfromthegrid-connectedphotovoltaic(PV)systemsincreasesthevoltageofpowerdistributionline.ThispaperproposesD-UPFC(Distribution-UnifiedPowerFlowController)tosolvetheover-voltageconditionwhentheclusteredPVsystemisinjectedtothedistributionsystem.為防止“逆流”情況下配電網電壓升高，已有很多公司開發了穩定電壓的控制裝置。114目前一百一十四頁\總數一百四十七頁\編于十一點光伏電站接入中壓輸電網目前一百一十五頁\總數一百四十七頁\編于十一點并入中壓電網（10kV-110kV）的光伏系統一般屬于類似大型荒漠光伏電站和風電場的光伏發電站。光伏發電站的功率潮流是單向的，不存在“逆功率流”的問題，“凈電量計量”法也不適用，管理辦法與大型電站一樣，只能以“上網電價”將電量賣給電網公司，不可能“自發自用”。

德國已經公布了BDEW標準“發電站接入中壓電網的技術規定”（Generatingplantsconnectedtothemedium-voltagenetwork），對于接入中壓電網（1kV-60kV）的發電站（包括風力發電、水電站、生物質發電、燃氣輪機和光伏發電）做出了技術規定，包括電壓、頻率等電能質量，有功無功調節能力，低電壓穿越能力等。

目前一百一十六頁\總數一百四十七頁\編于十一點低電壓穿越能力（Low-voltageRideThrough）第二類發電裝置（PV）的電網連接點117目前一百一十七頁\總數一百四十七頁\編于十一點有功功率調節（ActivePowerControl）118目前一百一十八頁\總數一百四十七頁\編于十一點無功功率調節（ReactivePowerControl）119目前一百一十九頁\總數一百四十七頁\編于十一點并網點的最大允許短路電流（Max.AdmissibleShort-CircuitCurrent）并網點的最大允許短路電流由于光伏電站的接入增加了，這有可能超過線路允許的短路電流值，需要重新計算和核實。一般同步發電機的短路電流是額定電流的8倍左右，而光伏電站的短路電流則基本與額定工作電流相當，因此一般情況下，對于光伏電站不需要增設限制短路電流的裝置。120目前一百二十頁\總數一百四十七頁\編于十一點4、特殊設計

（遮擋和占地計算、抗風能力設計、系統的防雷接地）目前一百二十一頁\總數一百四十七頁\編于十一點太陽電池方陣間距計算計算當太陽電池子陣前后安裝時的最小間距D。一般確定原則：冬至當天早9：00至下午3：00太陽電池方陣不應被遮擋。目前一百二十二頁\總數一百四十七頁\編于十一點按照國家標準公式計算間距：當光伏電站功率較大，需要前后排布太陽電池方陣，或當太陽電池方陣附近有高達建筑物或樹木的情況下，需要計算建筑物或樹木的陰影，以確定方陣間的距離或太陽電池方陣與建筑物的距離。一般確定原則：冬至當天早9：00至下午3：00太陽電池方陣不應被遮擋。計算公式如下：太陽高度角的公式：sin=sinsin+coscoscos太陽方位角的公式：sinβ=cossin/cos式中：為當地緯度；為太陽赤緯，冬至日的太陽赤緯為-23.5度；為時角，上午9:00的時角為45度。D=cosβ×L，L=H/tan，

=arcsin(sinsin+coscoscos)123目前一百二十三頁\總數一百四十七頁\編于十一點太陽電池方陣抗風能力設計

（依據：GB50009-2006建筑結構荷載規范、GB50017-2003《鋼結構設計規范》）

1、需要計算受風梁在受風條件下的彎曲應力和彎曲度；2、需要計算支撐臂在順風條件下的壓曲強度和逆風條件下的拉伸強度；3、需要計算在受風條件下螺栓的剪切力（折斷力）的耐受強度。目前一百二十四頁\總數一百四十七頁\編于十一點太陽電池支架抗風能力的設計1、受風梁彎曲強度和彎曲度的計算

彎曲力矩M：M=WL2/8（Nm）W：單位長度上的風壓（N/m）L：跨距長度（m）彎曲應力P：P=M/Z（N/cm2）Z：角鋼的截面系數彎曲度A：A=（5WtL3）/（384EIm）（cm）Wt：受風梁上的總風壓（N）L：跨距長度（m）E：材料的縱向彈性系數（N/cm2）Im：橫截面二次力矩(cm4)2、支撐臂的壓曲荷載（順風時）

歐拉公式計算支架所能承受的壓曲荷載：Pk=n

2

（EIm）/L2(N)n：有支撐條件決定的系數，緊密無松動為1；Im：截面軸向二次力矩(cm4)；E：材料的縱向彈性系數（N/cm2）L：軸長（cm）總荷重（W+G）/2應小于Pk。3、支撐臂的拉伸強度（逆風時）拉伸張力B

（N/cm2）:B=W/AW：每根支撐梁所承受的風壓（N）A：支撐臂的截面積（cm2）4、安裝螺栓的強度（逆風時）

雖然有4只螺栓，但受理最大的是后面2根。所以有：螺栓最大折斷力：

=1/2W/A（N/cm2）W：總的逆向風壓（N）A：螺栓截面積（cm2）目前一百二十五頁\總數一百四十七頁\編于十一點

Q：設計用風壓（N/m2）

Aw：受風面積（m2）

設計用風壓Q：

Q=QoHIQo：基準風壓

H：高度修正系數

I：

環境系數

I環境系數：

對風無遮擋的空曠地帶：1.15

對風有少量遮擋：

0.9

對風有較大遮擋：

0.7H高度修正系數：太陽電池支架抗風能力的設計風壓荷載

太陽電池方陣支架結構的設計要考慮風壓荷載，防止因強風導致普破壞。

作用于太陽電池陣列的風壓荷載由下式計算：

W=CwQAwW：風壓荷載（N）

Cw：風荷載體型系數

風荷載體型系數順風方陣傾角逆風0.79150.940.87301.181.06451.43風壓高度修正系數距離地面高度地面粗糙度類別（m）ABCD51.171.000.740.62101.381.000.740.62151.521.140.740.62201.631.250.840.62301.801.421.000.62401.921.561.130.73502.031.671.250.84

Qo基準風壓：基準高度為10米

Qo=1/2

Vo2：空氣密度（NS2/m4）

冬季空氣密度取：1.274（NS2/m4）Vo：地面10米處50年最大風速（m/S）

?。?2（m/S）目前一百二十六頁\總數一百四十七頁\編于十一點BAPV的安裝方式生根不生根目前一百二十七頁\總數一百四十七頁\編于十一點BAPV的安裝方式G:GravityofPVArrayG=mg(N)m=水泥墩+光伏組件+光伏支架g=9.8m/s2

方陣面積：Aw=2.63

6=15.78預制混凝土敦：0.37×0.37×

0.6×2.5=0.205噸=205kgG=(205×8+12×16+300)×9.8=20894N目前一百二十八頁\總數一百四十七頁\編于十一點太陽電池支架抗風能力的設計最大風速：30米/s(12級風）體型系數Cw：逆風25度?。?.1環境系數I：無遮擋?。?.15高度系數：20米，粗糙度B，取：1.25：空氣密度（冬季）1.27

（NS2/m4）

Qo=1/2

Vo2=572N/m2方陣面積：Aw=2.63

6=15.78m2Q=QoHI=5721.251.15=821.5N/m2W=CwQAw=1.1821.515.78=14260NG=(205×8+12×16+300)×9.8=20894N目前一百二十九頁\總數一百四十七頁\編于十一點不生根方陣水泥墩重量計算支點W=CwQAw=1.1821.515.78=14260NG=(205×8+12×16+300)×9.8=20894N力矩平衡：W×動力臂=14260×1.75=24