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50KW光伏系统设计方案

一、设计方案

1.1系统概述

50kW的光伏发电系统项目，建议采用分块发电、集中并网方案，将系统分成2个25kW的并网发电单元，每个25kW的并网发电单元通过逆变器将2台12进1出的汇流箱都接入0.4KV低压配电柜，汇总经过总断路器，最终实现整个并网发电系统并入0.4KV低压交流电网。

1.2光伏阵列方案

方案采用250WP(30.23V)单晶太阳能光伏组件，50kWP共需200块，实际装机容量50kW。250Wp组件开路电压为36.2V左右，工作电压为30.23V。光伏阵列分2个主方阵，每个主方阵容量25KW，共100块组件。20块为一个子串列，共5串。

根据实际工作情况中存在的温升和运行工况，选择16块为一串，带降压BUCK式MPPT，配备DC380V蓄电池组。

为了解决承重的能力、防水能力、抗风能力以及阴影遮挡等重要问题，同时光伏组件的布置也要与周围的环境完美结合，采取以下安装设计方案：采用镀锌不锈钢支架组件的方式，组装方便。

1.3光伏逆变器及并网方案

并网逆变器是光伏发电系统的核心部件和技术关键。并网逆变器可将光伏组件发出的直流电转换为交流电，并且还可以对转换的交流电的频率、电压、电流、相位、有功和无功、电能品质（电压波动、高次谐波）等进行控制。

整个系统分成2个25kW的并网发电单元，选用2台25kW逆变器，采用世界先进的高频技术，最大转换率97.2％，MPPT跟踪精度高达99.5％。最大功率点电压可达500V可串联更多的电池板，减少直流端损耗；高品质的产品和全天候室内外应用。IP65的保护等级可以保证设备在各种恶劣环境下任然稳定工作。

每台逆变器的交流输出接入交流并网配电柜，经交流断路器接入0.4kV侧，并配有发电计量表。交流配电柜装有交流电网电压表和输出电流表，可以直观地显示电网侧电压及发电电流。

1.4监控装置

本系统配置1套无线远程监控装置

1.5综述

本系统主要由太阳能电池组件、光伏阵列防雷汇流箱、光伏并网逆变器和交流配电柜组成。另外，系统应配置1套监控装置，用来监测系统的运行状态和工作参数。

二、相关技术规范和标准

●低压配电设计规范GB50054-95

●综合布线系统工程设计规范GB50311-2007

●电气工程施工质量验收规范GB0303-2002

●电气装置安装工程施工及验收规范GB50254～50257-96

●电气装置安装工程电气设备交接试验标准GB50150-2006

●电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范GB50171-92●电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范GB50168-2006

●综合布线系统工程验收规范GB50312-2007

●电气装置安装工程接地装置施工及验收规范GB50169-2006

●太阳光伏电源系统安装工程设计规范CECS84：96

●光伏电站施工规范GB50794-2012

●太阳光伏电源系统安装工程施工及验收技术规范CECS85：96

●光伏发电工程施工组织设计规范GB/T50795-2012

●光伏发电工程验收规范GB/T50796-2012

三、设计计算及设备选型

3.1并网逆变器设计

光伏并网发电系统设计为2个25KW并网发电单元，每个25KW并网发电单元配置1台并网逆变器，整个系统配置2台并网逆变器，组成50KWWp并网发电系统。

其应该具有以下特点：

●基于DSP全数字化矢量控制

●120%高过载能力，最大输出功率可达120kW。

●MPPT算法，跟踪PV阵列最大功率点。

●具备主动、被动孤岛检测。

●具备PV阵列绝缘检测。

●具备PV阵列漏电流检测。

●0-100%有功功率连续可调。

●电网相序自动识别。

●支持无功功率输出，功率因数在±0.90之间完全可调。●工频变压器隔离，安全并网

●全面的保护和显示功能

●辅助加热功能。

●多国语言触摸屏显示，方便直观。

●支持远程监控。

50KW具体参数如下：型号

最大直流电压

MPPT电压范围

最大直流电流

直流输入路数

交流输出

额定输出功率

最大交流电流

电网类型

额定电网电压

允许电网电压范围

额定电网频率

总电流谐波畸变率（满载）

功率因数

系统参数

最大效率

防护等级

保护等级

过压等级

防雷等级

夜间自耗电

允许环境温度

冷却方式

运行噪声97.0%（含变压器）IP20IIIIII<30W-25-+55℃强制风冷<65dB50kW182ATN-S/TN-C/TT/IT3~380Va.c.320-420Va.c.50/60Hz<3%0.9（超前）~0.9（滞后）待定900Vd.c.450-800Vd.c.250A2

显示/操作

通信接口

机械部分

尺寸（宽*高*深）

重量液晶触摸屏以太网待定待定

3.2光伏阵列设计

（1）选型依据

●选择目前国际市场上主流的电池组件，以便批量采购，减少供货期；同时兼顾高效、使用寿命长、已安装等条件。

●组件各部分抗紫外线强（符合GB/T18950——2003

测定）；橡胶和塑料管静态紫外线新能

●组件必须符合UL、IEC61215、IEC62108、TU-V标准，保证每块电池组件的质量。

（2）类型选择

目前市场主要的电池板类型主要包括：单晶硅电池组件、多晶硅电池组件、蹄化隔电池组件、薄膜电池组件等。本次采用单晶硅电池组件，与其它电池组件相比单晶硅电池组件具有如下优点：转化效率高；价格低廉；减少土地使用。

多晶硅组件参数如下：序号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12项目名称峰值功率峰值电压峰值电流开路电压短路电流温度功率系数开路电压温度系数额定电池工作温度工作温度最高系统电压重量外形尺寸参数指标250W30.3V8.26A37.3V8.9A-0.40%/℃-0.30%/℃45±2℃-40~+85℃50V待定待定

本系统可选用单块250Wp单晶硅太阳能电池组件，其工作电压为30.23V，开路电压约为36V。当然，也可选用其它类型的太阳能电池组件。

并网逆变器的直流工作电压范围为：300Vdc～950Vdc，最大开路电压1000V。经过计算:300V/30.23V=9.9,950V/36V=26.3,得出：每个光伏阵列可采用10-26块电池组件串联。本方案选20个电池组件串联。每个光伏阵列的峰值工作电压：20×30.23=604V，开路电

压：720V，满足逆变器的工作电压范围。根据实际工作情况中存在的温升和运行工况，选择16块为一串，带降压BUCK式MPPT，配备DC380V蓄电池组。

3.3光伏阵列汇流箱

光伏阵列汇流箱在整个系统中起到枢纽的作用，为了提高系统的可靠性和实用性，在光伏防雷汇流箱里应配置光伏专用直流防雷模块、直流熔断器和断路器等，方便用户及时准确的掌握光伏电池的工作情况，保证太阳能光伏发电系统发挥最大功效。选型应该具有如下特点：

●应大大简化了系统布线和不必要的损耗；

●最大可接入8路光伏串列，单路最大电流16A；

●宽直流电压输入，光伏阵列最高输入电压可达1000VDC；

●光伏专用保险丝；

●光伏专用高压防雷器；

●满足室内、室外安装要求；

●可实现多台机器并联运行；

●维护简易、快捷；

●远程监控；

●防护等级

IP65；

光伏阵列防雷汇流箱应选用8路防雷汇流箱，内置过压、防雷、防反接保护。应符合如下参数：序号

1

2

3

4

5

6

7类型输入路数额定电压额定电流最多输入路数雷击冲击电压耐受电流防护等级技术参数81000Vdc200A875kV63kAIP65

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8

9环境温度外形尺寸（宽*高*深）-25℃~+65℃待定

系统简图如下图所示，光伏阵列防雷汇流箱由8路入口通道和一路输出通道组成，内部装有霍尔传感器和直流断路器，单片机通过霍尔传感器检测到输入通道的电流，判断是否过流，来判断是否需要通过驱动继电器来驱动直流断路器，从而切断对应输入通道的电流。装置配备一路RS485接口，可以实现远程通信，装置整个机壳接到氧化锌防雷器上再接地，从而具有防备雷击的作用。

3.4交流配电柜

交流配电柜应选简化系统布线,操作简单、维护方便，系统可靠性、安全性高的产品。建议选用国际知名厂家的器件。交流配电柜的性能特点如下：

交流配电柜主要满足交流配电，方便逆变器交流接入的汇流；交流配电柜输入输出配置交流断路器，方便维护和操作；交流输出母线配置电度表，实现对并网发电系统的计量；交流输出母线安装交流防雷器，防止感应雷对设备造成损坏；交流配电柜可根据系统实际要求定制，交流输出母线可根据系统需要进行分段。在本方案中有2个交流配电单元。

交流配电柜应系统框图如下，进线接入之后，配电柜的指示灯通电，显示配电柜的运行状态，单片机采集每一线路的电流、电压情况，每一条出线接有熔断器和空气开关，而且配置了防反二极管，出线处接有电能表，可以实时检测每一路的用电情况和负载情况。整个配电柜配有良好的接地系统，能够有效的防止雷击。同时配有一路RS485接口，可是

实现远程监测。

3.5系统接入电网设计

本方案采用的并网逆变器应适合于直接并入三相低压交流电网（AC380V/50Hz）。系统配置2台并网逆变器的交流输出直接接入交流配电柜的0.4KV开关柜，经交流低压母线汇流后接入低压开关柜，并入0.4KV低压交流电网，从而最终实现系统的并网发电功能。

3.6系统监控装置

采用高性能无线传输模块，配置光伏并网系统多机版监控软件，采用GPRS无线通讯方式，连续每天24小时不间断对所有并网逆变器的运行状态和数据进行监测。

(1)光伏并网系统的监测软件可连续记录运行数据和故障数据如下：

●实时显示电站的当前发电总功率、日总发电量、累计总发电量以及每天发电功率曲线图。

●可查看每台逆变器的运行参数，主要包括：

A直流电压;B、直流电流;C、直流功率;

D、交流电压;E、交流电流;F、逆变器机内温度;

G、时钟;H、频率;J、当前发电功率;K、日发电量;

L、累计发电量;M、每天发电功率曲线图

●监控所有逆变器的运行状态，采用声光报警方式提示设备出现故障，可查看故障原因及故障时间，监控的故障信息至少包括以下内容：

A、电网电压过高；B、电网电压过低；C、电网频率过高；

D、电网频率过低；E、直流电压过高；F、逆变器过载；

G、逆变器过热；H、逆变器短路；I、散热器过热；

J、逆变器孤岛；K、DSP故障；L、通讯失败；

(2)监控装置可每隔5分钟存储一次电站所有运行数据，可连续存储5年以上的电站所有的运行数据和所有的故障纪录。

(3)可长期24小时不间断运行在中文Windos操作系统。

(4)监控主机同时提供对外的数据接口，即用户可以通过网络方式，异地实时查看整个电源系统的实时运行数据以及历史数据和故障数据。

3.7系统防雷接地装置

为了保证本工程光伏并网发电系统安全可靠，防止因雷击、浪涌等外在因素导致系统器件的损坏等情况发生，系统的防雷接地装置必不可少。系统的防雷接地装置措施有多种方法，主要有以下几个方面供参考：

（1）地线是避雷、防雷的关键，在进行配电室基础建设和太阳电池方阵基础建设的同时，选择电厂附近土层较厚、潮湿的地点，挖1～2米深地线坑，采用40扁钢，添加降阻剂并引出地线，引出线采用10mm2铜芯电缆，接地电阻应小于4欧姆。

（2）直流侧防雷措施：电池支架应保证良好的接地，太阳能电池阵列连接电缆接入光伏阵列防雷汇流箱，汇流箱内含高压防雷器保护装置，电池阵列汇流后再接入直流防雷配电柜，经过多级防雷装置可有效地避免雷击导致设备的损坏。

（3）交流侧防雷措施：每台逆变器的交流输出经0.4KV开关柜接入电网，若有10KV

变电站，应配置防雷装置，有效地避免雷击和电网浪涌导致设备的损坏，且所有的机柜要有良好的接地。

四、系统主要设备配置清单序号

1

2

3

4

5

6设备名称太阳电池组件电池组件安装支架光伏并网逆变器交流开关柜直流开关柜交流输出电缆线规格型号250W待定待定160A/带防雷160A/带防雷75mm2

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