光伏阵列设计介绍
光伏电站设计工作随笔之一：光伏方阵的设计
光伏电站设计工作随笔之一：光伏方阵的设计前言：做光伏电站设计工作多年，我的一个体会是：很多业主对光伏电站的设计工作非常不重视。
他们认为，相对于火电站、水电站，甚至于相对于风电场，光伏电站的设计太简单，尤其是场区部分（除升压变电站以外），几乎没有什么技术含量。
有的业主甚至跟我说过“你们不就是把以前的图纸copy一下换个图签吗，根本布置那么多设计费！”我承认，图纸的使用有延续性，但绝对不是简单的Ctrl+C和Ctrl+V那么简单！每一个设计细节，我们都是用心的！只不过，你们看到的是结果，没看到中间复杂的演算过程。
所以，我想用一个系列告诉大家，每个设计细节都是设计者用心之作，设计上的一个小小改进，可能让你的电站施工费用降低，后期运维更方便，发电收入提高！从几个小细节说一下我自己设计思路的变化。
先从看似最简单的光伏方阵设计开始吧。
光伏方阵（solar cell array）：由若干个光伏组件在机械和电气上按一定方式组装在一起并且有固定的支撑结构而构成的直流发电单元，地基、太阳跟踪器、温度控制器等类似的部件不包括在方阵中。
下面几张图是我不同时期的，针对平坦地势（非丘陵、山地）光伏方阵设计图纸。
图1：长31.596m×宽4.028m=127.3m2（16串4并）图2：长33.38m×宽3.016m=100.7m2（20串3并）图3：长20.22m×宽3.32m=67.1m2（20串2并）图4：长22.244m×宽3.32m=73.9m2（22串2并）图5：长18.35m×宽4.028m=73.9m2（22串2并）图1（我做的第一张图纸，可以当作反面教材）采用72片的光伏组件（尺寸：1956mm×992mm），每个方阵上16串4并共64块组件（为什么这个设计我自己也不清楚，完全是照猫画虎，看已建成的电站这么设计，也就这么设计了）。
2008年底的时候，设计规范还没出来。
光伏阵列布置与安装设计
光伏阵列布置与安装设计光伏能源作为一种清洁、可再生的能源形式，受到越来越多的关注与应用。
光伏阵列是将多个光伏组件组合在一起形成的大功率发电装置，它在项目的布置与安装设计中起到至关重要的作用。
本文将针对光伏阵列布置与安装设计进行详细的介绍。
一、光伏阵列布置设计光伏阵列的布置设计有助于最大程度地利用太阳辐射能，并提高光伏发电的效率。
在进行布置设计时，需考虑以下几个方面：1. 地理位置和地形：光伏阵列必须面向阳光，并避免阴影遮挡。
因此，在选择布置位置时，需要考虑地理位置和地形，确保光伏阵列能够面向最佳的太阳辐射方向。
2. 光伏阵列间距：合理的光伏阵列间距可以最大限度地减少阴影效应，防止因部分阵列发生阴影而影响整个系统的发电效率。
3. 倾角和朝向角：光伏阵列的倾角和朝向角需要根据当地的纬度和气候条件进行调整。
一般来说，倾角设定在太阳高度角的范围内，朝向角则根据太阳在不同季节的位置进行调整，以达到最佳的太阳辐射接收效果。
4. 布置形式：根据实际情况，可以选择单排、双排、多排等不同的布置形式。
单排布置适用于空地或屋顶，双排和多排布置则适用于空地等较大的区域。
5. 防护与维护考虑：在布置设计过程中，还需要考虑光伏阵列的防护与维护问题，确保系统的长期稳定运行。
例如，可以结合周围环境条件设计相应的防护措施，保护光伏组件免受恶劣环境的影响。
二、光伏阵列安装设计光伏阵列的安装设计直接关系到系统的线路连接、组件安装和固定等方面。
在进行安装设计时，需考虑以下几个方面：1. 光伏组件安装：对于光伏组件的安装，需要选择适当的安装架或支撑结构，并根据组件尺寸和布置形式进行固定。
在安装过程中，需要注意避免损坏光伏组件，并保证其与支撑结构之间的良好接触。
2. 线路连接与防护：光伏阵列的线路连接需要进行合理的布置和防护。
例如，可以选择合适的电缆规格和线路走向，确保线路的稳定和安全。
此外，还需为线路选择合适的防护措施，保护系统免受外界环境的干扰。
光伏阵列布局与组串电路设计
光伏阵列布局与组串电路设计1. 光伏阵列布局的概述：光伏阵列是由多个光伏组件（太阳能电池板）组成的电力系统，用于将太阳能转化为可用的电能。
光伏阵列布局的目的是最大化太阳能的捕捉和能量转化效率。
在设计光伏阵列布局时，我们需要考虑光照条件、空间限制、阴影遮挡以及电网的连接等因素。
2. 光伏阵列布局的关键要点：2.1 光伏阵列的朝向：选择光伏阵列的朝向是非常重要的。
通常，我们会优先选择朝向南方的布局，因为这样可以最大程度地接收到太阳辐射。
2.2 天角：天角是光伏组件与地面之间的夹角，也会影响太阳能的捕获效率。
在设计中，我们会根据所处地区的纬度和季节的变化来确定最佳的天角。
2.3 阵列尺寸和间距：阵列的尺寸和组件之间的间距也需要考虑。
合理的布局可以避免过多的遮挡和阴影，并且可以提高整个系统的光伏效率。
2.4 地形和地势：地形和地势也会对布局产生一定的影响。
如果光伏阵列布局在起伏的地形上，可能需要采取措施来避免阻碍光线的流动。
3. 组串电路设计的概述：组串电路是将多个光伏组件连接在一起形成一个完整的电路系统。
组串电路的设计主要是为了实现更高的电压和功率输出，并满足光伏系统的要求。
在组串电路设计中，我们需要考虑光伏组件的电性能、阵列的布局和电路的连接方式等因素。
4. 组串电路设计的关键要点：4.1 组串方式：常见的组串方式有串联和并联。
串联连接可以提高电压输出，而并联连接则可以提高电流输出。
我们需要根据系统的需求和光伏组件的特性选择合适的组串方式。
4.2 逆变器的选择：逆变器是将直流电转换为交流电的关键设备。
在组串电路设计中，我们需要选择合适的逆变器来匹配光伏组件和系统的功率输出需求。
4.3 设备保护：为了确保组串电路的安全性和可靠性，我们需要考虑电流过载、过压和温度等因素，选择合适的保护装置和措施。
4.4 线路布置和连接：组串电路的线路布置和连接方式也需要仔细设计。
合理的线路布置可以减少线损和电阻，提高系统的整体效率。
光伏组件选型与阵列布置规划
光伏组件选型与阵列布置规划光伏发电系统由太阳能光伏组件、支架和逆变器等组成，是一种利用太阳能光照直接发电的系统。
在设计光伏系统时，选择适合的光伏组件和合理的阵列布置规划对于系统的发电效率和稳定性至关重要。
1. 光伏组件选型光伏组件是光伏系统的核心部件，其性能直接影响到系统的发电量和寿命。
在选择光伏组件时，应考虑以下几个方面：1.1 效率：光伏组件的效率决定了单位面积的光照下能够转换为电能的比例。
一般而言，高效率的光伏组件具有更高的转换效率，可以提高系统的发电量。
1.2 功率：光伏组件的功率是指组件在标准测试条件下的最大输出功率。
根据实际需求和场地条件，选择适合的功率大小，以满足系统的需求。
1.3 耐候性：光伏组件在户外长时间暴露在各种气候条件下，需要具备良好的耐候性能。
选择具有优良的耐候性的光伏组件，可以提高系统的寿命和稳定性。
1.4 成本效益：在选型时，除了考虑组件的性能和质量外，还应综合考虑成本效益。
选择具有性价比较高的光伏组件，可以降低系统的投资成本。
2. 阵列布置规划光伏阵列布置规划是指将多个光伏组件安装到支架上，形成一定的布局方式。
合理的阵列布置规划能够提高系统的发电效率和功率输出。
2.1 阵列朝向：光伏组件的朝向决定了其接收到的光照强度。
在北半球，一般情况下，优选南向朝向。
但在实际布置中，根据场地的具体情况，如建筑物、遮挡物的位置和高度等，可以进行适当的调整。
2.2 阵列倾角：光伏组件的倾角是指安装在支架上的光伏组件与水平面的夹角。
倾角的选择应根据光照强度和日照时间的变化规律以及季节的变化规律进行调整，以获得最优的发电效果。
2.3 阵列间距：光伏组件之间的间距会影响阵列的发电效率。
适当的间距可以避免阵列之间的阴影遮挡，确保每个光伏组件都能充分接收到太阳光。
2.4 支架设计：支架是光伏组件安装的基础，支架的稳定性和坚固性直接关系到系统的安全性。
在支架设计上，需要考虑抗风、抗雪等气候条件，并采用适合实际环境的材料和结构。
光伏阵列支架的设计
光伏阵列支架的设计
光伏支架，不就是用来支撑光伏板的吗？但你可别小看它，它
的设计可是关乎到整个光伏系统的运行。
首先，得选对材料，支架
得结实耐用，不然风一吹、雨一打就垮了，那还谈什么发电？
说到材料，其实也有讲究。
铝合金支架轻便，适合一些风小、
雨少的地方；而不锈钢支架更结实，适合那些环境恶劣的地方。
不过，支架的表面处理也很重要，得让它不容易生锈，才能长久使用。
还有啊，支架的设计也得考虑光伏板的安装角度、间距和布局。
这样才能让光伏板最大限度地吸收阳光，提高发电效率。
而且，支
架的模块化设计也很方便，安装和维护都省时省力。
当然了，设计光伏支架也得考虑成本和环保。
能用便宜点的材料，为什么要用贵的呢？同时，支架的生产过程也得符合环保要求，这样才能真正做到绿色、环保。
所以啊，光伏支架的设计并不是那么简单。
得综合考虑材料、
结构、经济性和环保性等多个方面。
只有这样，才能设计出既实用
又经济的光伏支架，为绿色能源事业贡献力量。
光伏阵列设计与布线优化
光伏阵列设计与布线优化光伏阵列设计与布线优化是一项关键的任务，它涉及到利用太阳能作为可再生能源的发电系统。
本文将重点讨论光伏阵列设计和布线优化的关键要点，以协助您有效地实施这项任务。
第一部分：光伏阵列设计1. 坡度与朝向选择：光伏阵列的效率受到其朝向和倾斜角度的影响。
对于北半球，选取南向或略偏东或偏西的朝向可以获得最佳效能。
坡度的选择应考虑到地理位置和季节变化的影响。
2. 适当的阵列布局：光伏阵列的布局可以影响每个太阳能电池板之间的阴影遮挡。
应采取适当的间距和排列方式，以最大程度地减少阴影遮挡，提高光伏阵列的总体效能。
3. 选取合适的太阳能电池板：根据预算和电力需求，选择适当的太阳能电池板。
考虑太阳能电池板的效能、电池类型和质量等因素，在项目需求和经济可行性之间做出权衡。
4. 逆变器的容量选择：逆变器将直流电转换为交流电以供使用。
根据光伏阵列的容量和预期的电力需求，选择适当的逆变器容量以确保高效的能量转换。
5. 保护与安全：在光伏阵列设计中充分考虑火灾和其他安全问题。
采用适当的安全措施，如闪电保护和火灾报警系统，确保系统安全可靠。
第二部分：布线优化1. 电缆选择与布线计划：选择合适的电缆类型和规格，以确保最佳的电力传输和最小的能量损耗。
有效的布线计划应减少电缆长度、避免混乱的布线和防止电磁干扰。
2. 最短路线和最佳布线：通过设计最短的电缆路径，最大限度地降低电力传输的能量损失。
优化布线可以减少线路阻抗，提高整个系统的效率。
3. 保护系统免受外界干扰：在布线过程中采取防护措施，以减少由于电磁干扰或环境条件变化所引起的故障。
例如，采用屏蔽电缆或地线连接来降低干扰。
4. 小组合并和放大器的使用：对于大型光伏阵列，适当地组合电路和使用放大器可以减少线损并优化能量传输。
5. 监测和维护：监测系统的性能，及时发现任何故障和能量损耗。
经常进行维护和检修，确保系统处于最佳运行状态。
总结：光伏阵列设计与布线优化是一项重要且复杂的任务，但通过合理选择坡度与朝向、适当的布局、电缆选择与优化、系统监测和维护等策略，可以充分发挥光伏阵列的功效，最大限度地提高太阳能的利用效率。
光伏阵列设计与布置
光伏阵列设计与布置1. 引言光伏阵列是利用太阳能转换成电能的装置，它的设计与布置是光伏发电系统中至关重要的一环。
本文将从光伏阵列设计的原理、布置的考虑因素和优化策略等方面，详细介绍光伏阵列的设计与布置。
2. 光伏阵列设计原理光伏阵列的设计原理是基于光伏效应，即将太阳光转换成直流电能的原理。
在设计过程中，需要考虑光伏电池的类型、光伏模块的选用、逆变器的匹配以及光伏阵列的安装角度和朝向等因素。
通过合理的设计和配置，使光伏阵列能够最大限度地吸收太阳能并转化为电能。
3. 光伏阵列布置考虑因素在进行光伏阵列布置时，需要考虑以下因素：- 阵列朝向和倾角：根据所在地区的纬度和经度，确定最佳的光伏阵列朝向和倾角，以便最大程度地接收太阳辐射。
- 遮挡和阴影：避免阵列遭受来自建筑物、树木或其他障碍物的遮挡和阴影，以确保光伏阵列的正常发电效率。
- 地基类型：选择适当的地基类型，如支架、屋顶或地面安装，根据实际情况和布置需求来确定。
- 连接和布线：确保光伏模块之间的连线和整个系统的布线符合安全标准，减少输电损耗。
- 维护和清洁：制定适当的维护计划，定期对光伏阵列进行清洁和检查，以确保其正常运行和安全性。
4. 光伏阵列布置优化策略为了提高光伏阵列的发电效率和经济效益，可以采取以下几个优化策略：- 最大化太阳能辐射接收：选择合适的阵列朝向和倾角，使光伏阵列能够最大限度地接收太阳能辐射。
- 降低光伏模块温度：通过空气对流和散热设计，减少光伏模块的温度，提高转换效率。
- 优化阵列布局：通过合理的模块排列和间距，最大限度地减少阴影效应并提高光伏阵列的总体效能。
- 选择高效的逆变器：选择适合光伏阵列容量和特性的逆变器，以确保系统的稳定性和发电效率。
- 细致电气设计：合理规划光伏阵列的电缆线路和电气设备，减少输电损耗，提高安全性和可靠性。
5. 结论光伏阵列设计与布置是光伏发电系统中至关重要的一环。
通过合理的设计和优化策略，可以提高光伏阵列的发电效率和经济效益。
光伏阵列设计介绍
精品资料
阵列(zhèn liè)方位角设计
方位角设计 (shèjì)
地点
纬度 经度
乌鲁木齐 43.8 87.6
银川 38.5 106.3
烟台 37.5 121.4
西安 34.4 109.1
广州 23.1 113.3
三亚 18.2 109.5
精品资料
阵列(zhèn liè)方位角设计
考虑到温度的影响，即：
N×Voc ×[1+ Kv ×（t-25）]≤组件的耐受电压
精品资料
组件(zǔ jiàn)串并联设计
串联(chuànlián)设计
右图为某多晶硅组件电性能参数 如果将该组件设计为21块组件串联，
根据数据，在标准状态下开路电压为： 44.4 ×21=932.4V
考虑到温度影响，-0.34%/K的开路电压温 度系数，那么在0℃时开路电压为： 21×44.4×[1+（-0.34）×（0-25）]=1011V 大于光伏组件的耐受电压，系统危险！
N×Voc ×[1+ Kv ×（t-25）]≤ Vdcmax
精品资料
组件(zǔ jiàn)串并联设计
串联(chuànlián)设计
组件串联数量是由光伏组件允许的最大系统电压、并网逆变器的最高输入电压、MPP电压所 确定，光伏方阵中，同一光伏组件串各光伏组件的电性能参数应保持一致 ➢3）组串电压的MPP匹配 串联光伏组件的工作电压值在逆变器的MPP范围之内
➢逆变器参数
Vdcmax—逆变器允许的最大直流输入电压 Idc —逆变器允许的最大直流输入电流 Vmpptmax—逆变器MPPT电压最大值 Vmpptmin—逆变器MPPT电压最小值
精品资料
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阵列间距设计
间距设计 公式法
阵列间距设计
间距设计 PVsyst软件法
阵列间距设计
间距设计 PVsyst软件法
阵列间距设计
方阵面积计算
阵列间距设计
方阵面积计算
可以看出： 1）单个阵列的占地面积主要取决于三个因素：组 件面积、方阵倾角、影子倍率（纬度）。 2）光伏阵列的占地基本与组件面积成正比，可以
组件串并联设计
串联设计
组件串联数量是由光伏组件允许的最大系统电压、并网逆变器的最高输入电压、 MPP电压所确定，光伏方阵中，同一光伏组件串各光伏组件的电性能参数应保持一致 2）逆变器最大直流输入电压
串联组件的开路电压在低温的时候要小于逆变器可以接受的最高直流输入电压，即：
N×Voc ×[1+ Kv ×（t-25）]≤ Vdcmax
光伏软件法
阵列间距设计
间距设计 公式法
根据光伏发电站设计规范GB50797-2012，水平面上固定式光伏方阵间距可根据以下公 式计算：
D Lcos Lsin 0.707tan 0.4338 / 0.707 0.4338tan
式中： L—阵列倾斜面长度； D—两排阵列之间距离； β—阵列倾角； φ —当地纬度。
组件串并联设计
串联设计
4）计算举例
组件开路电压VOC
组件工作电压Vpm 组件开路电压温度系数 逆变器最大直流输入电压 MPP电压范围 极限低温 极限高温
38.7V
31.4V -0.29%/℃ 1000V 480—850V -10℃ 70℃
计算得到N≦23,
18≦N≦24
组件串并联设计
并联设计
光伏电池组串并联数量主要由逆变器的额定功率以及最大直流输入电流确定 1）逆变器的额定功率 所有组串支路的功率之和宜等于或略高于（超配设计）逆变器的额定功率；
阵列方位角设计
方位角设计 地点 乌鲁木齐 银川 烟台 西安 广州 三亚
纬度
经度
43.8
87.6
38.5
106.3
37.5
121.4
34.4
109.1
23.1
113.3
18.2
109.5
阵列方位角设计
方位角设计
从上面的7张图中可以看出，当方位角从-90°~90°变化时，发电量变化有如下特点： 1）方位角朝东、朝西变化，对发电量的影响相同；
组件短路电流 Isc 组件输出功率Pmax 逆变器额定功率Pe 逆变器最大直流输入电流Iin 组串串联数量 9.26A 275W 500KW 1064A 22块
计算得到，最大直流输入电流：N ≦ 114 ；额定功率 ：N=82.6 （超配比
1.0）、 N=90.9 （超配比1.1）
四、组件排布设计
式中： H—为水平面上的太阳辐照量总量； Hb—为直接辐照量； Hd—为散射辐照量； Rb—为倾斜面和水平面上直接辐照量的比值； H0—为大气层外水平辐照量； β—为倾角； Ρ—为地面反射率
阵列倾角设计
倾斜角设计 推荐值法
倾斜面 日辐射量 （kJ/m2) 水平面 日辐射量 （kJ/m2) 独立系统 推荐倾角 （°） 并网系统 推荐倾角 （°）
角度
23°
24°
25°
26°
27°
28°
29°
30°
30°
辐射量 1370 1371 1373 1374 1374 1375 1375 1374 1373 （kWh/m2）
阵列倾角设计
倾斜角设计
纬度为40.6°时
纬度为37.6°时
纬度为32°时
纬度为21.2°时
阵列倾角设计
倾斜角设计
无论在哪个地点，在最大值附近±5°，辐射量的差值在3‰以内。
组件串并联设计
串联设计
组件串联数量是由光伏组件允许的最大系统电压、并网逆变器的最高输入电压、 MPP电压所确定，光伏方阵中，同一光伏组件串各光伏组件的电性能参数应保持一致
1）组件耐受电压
光伏组件的串联电压之和要小于光伏组件的耐受电压，即： N×Voc＜组件的耐受电压 考虑到温度的影响，即： N×Voc ×[1+ Kv ×（t-25）]≤组件的耐受电压
阵列倾角设计
倾斜角设计
对于项目场址面积有限、使用成本高、项目电价高的项目，业主希望尽量增加装机容量
增加装机容量→减少阵列间距→减少阵列倾角→减少发电量
三、阵列间距设计
阵列间距设计
阵列间距设计
设计要求 一般要求冬至日要保证上午9点到下午3点之间前排组件阴影不对后排组件造成遮挡 设计方法
公式法
组件串并联设计
串联设计
右图为某多晶硅组件电性能参数 如果将该组件设计为21块组件串联， 根据数据，在标准状态下开路电压为： 44.4 ×21=932.4V 考虑到温度影响，-0.34%/K的开路电压温 度系数，那么在0℃时开路电压为： 21×44.4×[1+（-0.34）×（0-25）]=1011V 大于光伏组件的耐受电压，系统危险！
用“组件面积×系数”对光伏阵列占地面积进行
计算。 3）在高纬度地区，高效组件优势明显；以北京 （40°）为例，290W的比265W的阵列区占地少
约28%。
三、组件串并联设计
组件串并联设计
参数介绍
组件参数
Kv—光伏组件开路电压温度系数 K'v —光伏组件工作电压温度系数 VOC —光伏组件开路电压
光伏阵列设计介绍
目 录
一、阵列方位角设计 二、阵列倾角设计
三、阵列间距设计
四、组件串并联设计 五、组件排布设计 六、最佳倾角和间距优化
目 录
一、阵列方位角设计
阵列方位角设计
方位角设计
阵列方位角定义
方阵的垂直面与正南方向的夹角，其中向东偏设定为负角度，向西偏设定为正角度
PVsyst设计方位角
组件串并联设计
串联设计
组件串联数量是由光伏组件允许的最大系统电压、并网逆变器的最高输入电压、 MPP电压所确定，光伏方阵中，同一光伏组件串各光伏组件的电性能参数应保持一致 3）组串电压的MPP匹配
串联光伏组件的工作电压值在逆变器的MPP范围之内
Vmpptmin≤Vmpp string≤Vmpptmax 考虑到温度影响，进行温度修正： 低温时候：N×Vmpp× [（1+ K'v ×（t-25）]≤ Vmpptmax 高温时候：N×Vmpp× [（1+ K'v ×（t'-25）]≥ Vmpptmin
城市
纬度 （°）
哈尔滨
北京
45.68
39.80
15838
18035
12703
15261
+3
+4
-3
-7西宁成都 拉萨36.7530.67 29.70
19617
10304 24151
16777
10392 21301
+1
+2 +0
-1
-8 +2
西安
34.30
12952
12781
+14
-5
阵列倾角设计
倾斜角设计 PVsyst软件法
阵列倾角定义
光伏组件与水平地面之间的夹角
确定倾角
公式法
推荐值法
光伏软件法
阵列倾角设计
倾斜角设计 公式法
根据Hay提出的天空散射辐射各向异性的模型，表达式为：
Ht Hb Rb Hd [Rb Hb / H0 0.5(1 Hb / H0 ) 1 cos ] 0.5 H (1 cos )
Vpm—光伏组件工作电压
Isc—光伏组件短路电流
组件串并联设计
参数介绍
逆变器参数
Vdcmax—逆变器允许的最大直流输入电压 Idc —逆变器允许的最大直流输入电流 Vmpptmax—逆变器MPPT电压最大值 Vmpptmin—逆变器MPPT电压最小值
组件串并联设计
参数介绍
温度参数
t—光伏组件工作条件下的极限低温（℃） t' —光伏组件工作条件下的极限高温（℃）
N* Ps =（1.0﹣1.3）Pe
Pe—为逆变器额定功率 Ps—为组串支路功率Ps=Pmax ×n 2）最大直流输入电流 所有组串支路的短路电流之和不能超过逆变器最大直流输入电流
N ≦ Iin / Isc
Iin—为逆变器最大直流输入电流 Isc—为组串支路短路电流
组件串并联设计
并联设计
光伏电池组串并联数量主要由逆变器的额定功率以及最大直流输入电流确定 3）举例计算
组件排布设计
组件正常工作
组件排布设计
横向遮挡
组件排布设计
竖向遮挡
2）发电量降低曲线为抛物线情况，即方位角由0逐渐变大时，发电量损失速度加快；
3）在不同地区，发电量的变化差异很大。最大的影响在20%以上，最少的仅为4%。 4）方位角变化时，发电量损失与经度基本无关，与纬度相关性较大。纬度越高，损失越 大；纬度越低，损失越少。
目 录
二、阵列倾角设计
阵列倾角设计
倾斜角设计