光伏组件基本结构知识
光伏组件基本结构知识
目录
一、光伏发电系统 (1)
二、光伏电站系统的主要组成部分 (2)
1、光伏组件 (3)
2、光伏逆变器 (7)
3、直流防雷智能汇流箱 (10)
4、就近升压箱室变电站 (11)
5、高压开关柜 (12)
6、SVG及连接变 (13)
7、主变 (14)
8、高压配电设备 (15)
9、中性点接地保护装置 (16)
10、自动化系统 (17)
三、光伏系统的设计 (17)
1、设计依据 (17)
2、设计流程 (18)
3、设计阶段 (18)
4、设计原则 (19)
四、光伏电站的运营与维护 (20)
1、维护要求 (20)
2、日常维护 (20)
五、光伏组件施工知识 (23)
一、光伏发电系统
光伏发电系统是利用太阳能组件和配套电气设备将太阳能转换成所需要电能的发电系统。
当光线照射到太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收，使电子发生了跃迁，成为自由电子，该自由电子在PN结两侧聚集形成电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的功率输出。该过程的实质是光子能量转换成电能的过程。
光伏电站主要由光伏方阵、防雷汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、交流配电柜、SVG无功补偿系统、升压系统、高压保护系统、直流系统、计量接入系统、监控通讯系统、交直流电缆、气象站、支撑系统、防雷保护系统、照明系统、消防系统、暖通系统、给排水系统、安保系统等构成；另设计单元逆变房、低压配电室、高压配电室、消防通讯室、综合楼（用于站区生活办公、监控管理）。
分布式光伏发电系统主要分为并网光伏发电系统和离网光伏发电系统。并网发电系统又分为集中式光伏发电系统和分布式光伏发电系统。
二、光伏电站系统的主要组成部分
集中式光伏发电系统规模较大，安装集中，整体升压输送到电网。建设地点主要是荒山荒坡、滩涂、戈壁、鱼塘等地。
集中式光伏发电系统主要由光伏组件、直流汇流箱、并网逆变器、交流配电柜、光伏支架、监控系统、电缆等部分组成。
1、光伏组件
1.1 光伏组件的基本概念
太阳电池组件—实用型功率系统的基本单元，是光伏系统的主要组成部分。是将太阳光的辐射能直接转换为电能的重要器件，是利用光生伏打效应，将太阳辐射直接转化为直流电能成熟进行输出也是光伏发电系统的核心部件。
为使太阳电池在工程中应用，对硅电池片进行电气连接及结构集成和封装成“太阳电池组件”（简称“组件”）。将多个电气性能相同的太阳电池组件按一定数量串联后，就构成了光伏组串。一个或多个光伏组串通过支架固定安装后便构成了光伏阵列。多个光伏阵列通过计划的排列后便构成了光伏方阵。
市面较的太阳电池组件主流种类有单晶硅、多晶硅、非晶硅薄膜电池、砷化镓薄膜电池、硒铟铜薄膜电池，其中以多晶硅电池应用较广。
1.2 光伏组件的安装形式
支架系统作为光伏阵列的支撑部分，连接基础与光伏组件;将光伏组件按照设计的规定分为若干个方阵。太阳电池组件的安装形式主要有以下5种：建筑一体化BIPV、建筑一体化BIPV、地面固定安装、单轴跟踪式、双轴跟踪式。
建筑一体化BIPV
屋面安装BAPV
地面固定安装
单轴跟踪式
双轴跟踪式
1.3 设备选型
（1）光伏组件
光伏组件转换效率需满足国家要求。
非晶硅薄膜太阳电池虽具有弱光性好，受温度影响小等优点，但非晶硅太阳电池换效率相对较低，且在长时间的光照下会出现衰减现象。CIGS薄膜电池转换效率高，但成本高。
单晶硅、多晶硅太阳能电池技术成熟、性能稳定、光电转化效率相对较高，已被广泛应用于大型并网光伏电站项目。单晶硅比多晶硅组件的光电转化效率略高，但单晶硅组件的价格比多晶硅组件的价格略高近10%左右。多晶硅太阳能电池组件的功率规格较多，目前光伏电站使用的有60芯片组件（60块165*165硅片串联，功率约250-265Wp，峰值电压约30V），和72芯片组件（72块165*165硅片串联，功率约300-315Wp，峰值电压约36V）。72芯片的组件可节省支架成本，但安装费用、其他电器设备单位成本也偏高。
（2）光伏支架
光伏支架一般采用固定倾角式钢制支架。单轴跟踪系统约可增加12%的发电量（依不同纬度）。双轴系统约可增加20%的发电量（依不同纬度）。跟踪系统投入成本高、维护成本高，稳定性差，仅高纬度项目会考虑。
（3）支架基础
支架基础一般有钢制螺旋桩、混泥土灌注桩、混凝土预制桩、混凝土预制基础（配重式）。螺旋桩适合土层较好、腐蚀性少的场地，工期快。混凝土灌注桩现场调节性能好，成本稍低。
2、光伏逆变器
2.1 基本概念
光伏逆变器将直流电转换成交流电，是光伏系统的最主要电气设备。
主要分为并网逆变器、离网逆变器、组合型逆变器。并网逆变器又包括：微型逆变器、组串型逆变器、集中型逆变器。
并网逆变器是负责将光伏直流电能转变为交流电能、实现和公用电网的连接重要设备，具备电网信号检测、防孤岛保护、直流输入检测和最大功率跟踪、通讯等功能。主要分集中逆变器、组串逆变器和组件逆变器。
集中逆变器一般用于大型地面电站，并具备低电压穿越功能，同时要求不自带隔离变压器。集中逆变器和组串逆变器均可用于中小型用户侧并网系统。组串逆变器一般采用非隔离方式，可户外安装。
组件逆变器是采用交流母线的方式，将每块电池组件单独进行电力变换输出，系统结构简单，一般用于小型家用分布式并网发电系统。
2.2 逆变器原理图
常规所说的“电平”就是指电路中两点或几点在相同阻抗下电量的相对比值。
相对于传统的两电平全桥逆变器，三电平NPC逆变器具有一系列优点：1）开关损耗小，效率高；2）开关动作时dv/dt小，引起的电磁干扰（EMI）小；3）输出电压波形为三电平，谐波含量少，所需的滤波电感量小，有利于降低系统成本和功率损耗。
2.3 设备选型
逆变器应具有一定的抗干扰能力、环境适应能力、顺势过载能力及各种保护功能。在满载时，效率必须在95％以上，在10%额定功率下，也要保证90％以上的转换效率。逆变器采用集成直流柜方案可降低成本。
逆变器的MPPT电压范围尽可能宽，最大直流电压尽可能高。逆变器输入直流电压有较宽的范围。由于太阳能光伏电池的端电压随负载和日照强度的变化范围比较大。直流电压高可已降到成本。
大型电站1MW单元常用两台500kW的逆变器分裂运行。100kW 和250kW大机在分布式电站应用较多。
针对山地光伏电站不同的倾角和朝向，宜采用组串式逆变器已提高发电性能。需考虑海拨、污秽等级的降容因素。
3、直流防雷智能汇流箱
3.1 基本概念
汇流箱主要作用就是对光伏电池阵列的输入进行一级汇流，用于减少光电池阵列接入到逆变器的连线，优化系统结构，提高可靠性和可维护性。
在提供汇流防雷功能的同时，还监测各光伏组串运行状态，输出电流、电压、功率，和防雷器状态、直流断路器状态采集，装置标配有RS485接口。
3.2 设备选型
常用的直流防雷汇流箱有12汇1，16汇1，分支15A，输出250A。正负极熔断器保护。直流配电柜或逆变器未设置防反二极管，一般需安装55A/1600V低压降防反二极管。
4、就近升压箱室变电站
4.1 基本概念
箱式变电站（简称箱变）是一种把高压开关设备、配电变压器和低压配电装置，按一定接线方案组合在一个或几个钢结构箱体内的紧凑型成套配电装置。
美式箱变采用品字形排布，前面为高、低压操作间隔，操作间隔内包括高低压接线端子，负荷开关操作柄，无载调压分节开关，插入式熔断器，油位计等；后部为注油箱及散热片，变压器绕组、铁芯、高压负荷开关和熔断器放入变压器油箱中。变压器取消油枕。
美式箱变比欧式箱变结构更合理，体积小、过载能力要强(甚至允许过载2倍2个小时，过载1.6倍7个小时而不影响箱变寿命)。
4.2 设备选型
主变一般都是采用美式箱变，容量按发电单元规模配置1000kVA。在太阳资源较好的地方，可以考虑1100kVA。必要时低压侧可以采用抽出式断路器方便检修。还需考虑海拨、污秽等级修正绝缘水平。
5、高压开关柜
高压开关柜是用于电力系统发电、输电、配电、电能转换和消耗中起通断、控制或保护等作用的电器产品。
一般含高压断路器(熔断器）、弹簧操作机构、接地开关、高压避雷器、电流互感器、微机保护装置、各类仪表等。
光伏电站常用开关柜型号：KYN61-40.5。
含进线柜、出线柜、PT柜、站用电柜、SVG柜、接地变柜。常用真空断路器，SVG柜一般采用SF6断路器。
特殊情况要求用充气柜。
6、SVG及连接变
6.1 基本概念
静止无功发生器(Static Var Generator)，简称为SVG。是指由自换相的电力半导体桥式变流器来进行动态无功补偿的装置。由三个基本功能模块构成：检测模块、控制运算模块及补偿输出模块。
相比传统SVG运行稳定、响应时间快、调节平滑、运行范围宽、容量大。
分直挂式和带降压变压器，内部连接方法也分星行和三角形。
6.2 设备选型
SVG容量一般按系统接入批复配置。依电压等级及接入要求选择是否配置连接变和内部功率模块的接法。相应的开关柜宜选用SF6断路器。还需考虑海拨、污秽等级修正绝缘水平。
7、主变
主变是光伏电站依接入电压等级（接入点）要求设置的主升压变压器，设置与否也和项目容量有关。
采用有载调压方式。设平衡绕组消除3次谐波，一般采用YN/yn0/d11连接组别。
8、高压配电设备
8.1 基本概念
光伏电站35kV并网接入时直接从开关柜出线。
采用110kV或更高电压等级并网接入时，需设置相应高压间隔和配电装置。
一般分GIS和室外敞开式配电装置。
主要含断路器、隔离开关、接地开关、PT、CT、母线等。
8.2 设备选型
高压配电装置GIS占地小、价格高、稳定性好，现场安装快。敞开式配电装置站地大、成本低。
9、中性点接地保护装置
变压器中性点接地保护装置专用于电力变压器中性点，以实现变压器中性点接地运行或不接地运行两种不同的运行方式；从而避免由于系统故障，引发变压器中性点电压升高造成对变压器的损害。
常用形式：小电阻接地、消弧线圈接地、间隙接地、接地变接地，或组合使用。
10、自动化系统
光伏发电自动化系统包括微机监控系统、五防系统、远动通信系统、故障录波及解列、电能质量在线监测系统、光功率预测系统（天气预报数据采集系统）、有功、无功功率控制系统、母差保护、线路保护、光差保护、主变测控及保护、直流电源系统、火灾报警系统、视频监控系统。
监控系统可对太阳能光伏电站里的电池阵列、汇流箱、逆变器、交直流配电柜、等设备进行实时监控和控制，通过各种样式的图表及数据快速掌握电站的运行情况，其友好的用户界面、强大的分析功能、完善的故障报警确保了光伏电站的完全可靠和稳定运行。
三、光伏系统的设计
1、设计依据
（1）招标要求、业主技术要求（设计范围）
（2）可行性研究报告
（3）地质勘查报告
（4）电气一次、二次接入系统报告及批复
（5）项目租地、征地红线图
（6）场地地形地貌图
（7）《光伏发电站设计规范》GB 50797-2012
（8）《光伏发电站接入电力系统技术规定》GB/Z19964-2005 （9）踏勘或尽调报告
（10）项目会议纪要
（11）与项目情况相关的法规和标准
2、设计流程
3、设计阶段
我国工程项目建设一般分为项目策划与决策、项目准备、项目实施、项目竣工与验收等四个阶段，光伏电站的设计也可以按这四个阶段进行划分。