项目三：家用光伏电站设计课件.pptx

2017年“一流应用技术大学”建设项目国际化专业教学资源天津中德应用技术大学2017年“一流应用技术大学”建设项目成果汇报人：代用名日期：2018年11月项目三：家用光伏电站设计项目三：家用光伏电站设计3.63.6任务实施任务实施Centraltask3.6.5 逆变器的选型逆变器的选型天津中德应用技术大学家用光伏电站设计家用光伏电站设计目录目录任务提出任务提出任务解析任务解析光伏阵列光伏阵列离网逆变器离网逆变器1234支架系统支架系统576任务实施任务实施应用案例应用案例 天津中德应用技术大学1任务提出任务提出3.13.1任务提出任务提出Put forward the task家用光伏电站设计家用光伏电站设计天津中德应用技术大学家用光伏发电系统是指主要供给无电或缺电的家庭、小单位等所使用的小型离网独立光伏发电系统由于其具有灵活多样、功率小、安装方便的特点，既不占用额外土地，又有显著的减排生态效益本项目设计一套家用独立光伏发电系统，地点为山西省太原市郊区如图1-1所示，该用户离公共电网较远，设计光伏发电系统安装在居民屋顶上，能够实现白天发电储能，供用户自用图图1-11-1屋顶光伏电站效果图屋顶光伏电站效果图天津中德应用技术大学2任务解析任务解析3.23.2任务解析任务解析Task analysis天津中德应用技术大学家用光伏电站设计家用光伏电站设计家用光伏发电系统由光伏阵列、控制器、蓄电池、逆变器和交流负载等构成。

对于家用光伏发电系统的设计，主要是根据用电设备，计算光伏阵列容量、蓄电池容量和配套电气设备的选型设计时需要对用电设备进行细致的了解客户计划装机规模、投资额度、资金来源，安装现场周围环境、安装面积、有否遮挡物以及对负载功率、供电方式、使用要求等情况进行方案设计和实施时也是必须考虑的要素图图1-21-2家用系统结构框图家用系统结构框图天津中德应用技术大学3光伏阵列光伏阵列光伏阵列的定义热斑效应和光伏阵列中的二极管光伏阵列电路3.33.3光伏阵列光伏阵列Photovoltaic array3.3.1 光伏阵列的定义光伏阵列的定义天津中德应用技术大学家用光伏电站设计家用光伏电站设计工程上使用的光伏组件是太阳能电池使用的基本单元，其输出电压和电流有限，有时需要把太阳能光伏组件串联或并联以得到更高的电压和更大的电流性能相一致的太阳能光伏组件串联时，电压增加，电流不变：性能相一致的太阳能光伏组件并联时，电流增加，电压不变在实际光伏发电系统中，根据需要将若干个光伏组件串联、并联连接而排列成阵列，这种阵列称为太阳能电池方阵（或光伏阵列），如图1-4所示图图1144太阳能光伏阵列示意图太阳能光伏阵列示意图3.33.3光伏阵列光伏阵列Photovoltaic array3.3.2 热斑效应和光伏阵列中的二极管热斑效应和光伏阵列中的二极管天津中德应用技术大学家用光伏电站设计家用光伏电站设计1.1.太阳能电池组件的热斑效应太阳能电池组件的热斑效应当太阳能电池组件或某一部分被鸟类、树叶、阴影覆盖的时候，被覆盖部分不仅不能发电，还会被当作负载消耗其他有光照的太阳能电池组件的能量，引起局部发热，这就是“热斑效应”。

这种效应对太阳能电池会造成破坏，严重的可能会使焊点熔化封装材料破坏，甚至会使整个组件失效图图1-51-5电池组件的热斑效应防电池组件的热斑效应防3.33.3光伏阵列光伏阵列Photovoltaic array天津中德应用技术大学家用光伏电站设计家用光伏电站设计2.2.旁路二极管和反充（防逆流）二极管旁路二极管和反充（防逆流）二极管图图1-61-6旁路二极管接法示意图旁路二极管接法示意图旁路二极管也不是任何场合都需要的，当组件单独使用或并联使用时，是不需要接二极管的对于组件串联数量不多且工作环境较好的场合，也可以考虑不用旁路二极管1 1）旁路二极管）旁路二极管当有较多的太阳能电池组件串联组成电池方阵或电池方阵的一个支路时，需要在每块电池板的正负极输出端反向并联1个（或23个）二极管，这个并联在组件两端的二极管就叫旁路二极管旁路二极管一般都直接安装在组件接线盒内，根据组件功率大小和电池片串的多少，安装13个二极管，如图1-6所示3.33.3光伏阵列光伏阵列Photovoltaic array天津中德应用技术大学家用光伏电站设计家用光伏电站设计防反充二极管的作用之一是防止太阳能电池组件或方阵不发电时，蓄电池的电流反过来向组件或方阵倒送，不仅消耗能量，而且会使组件或方阵发热甚至损坏；作用之二是在电池方阵中，防止方阵各支路之间的电流倒送。

2 2）防反充（防逆流）二极管）防反充（防逆流）二极管3.33.3光伏阵列光伏阵列Photovoltaic array3.3.3 光伏阵列电路光伏阵列电路天津中德应用技术大学家用光伏电站设计家用光伏电站设计光伏阵列的基本电路由太阳能电池组件串、旁路二极管、防反充二极管和带避雷器的直流接线箱等构成，常见电路形式有并联方阵电路、串联方阵电路和串、并联混合方阵电路，如图1-7所示a a）并联方阵）并联方阵（b b）串联方阵）串联方阵（c c）串并联混合方阵）串并联混合方阵图图1-71-7光伏阵列基本电路示意图光伏阵列基本电路示意图天津中德应用技术大学4离网逆变器离网逆变器基本工作原理逆变器基本电路逆变器主要技术参数3.43.4离网逆变器离网逆变器Off-grid inverter天津中德应用技术大学家用光伏电站设计家用光伏电站设计在电力电子上，把直流电能变换成交流电能的过程称为逆变，它是整流的逆过程把完成逆变功能的电路称为逆变电路，把实现逆变过程的装置称为逆变设备或逆变器逆变器还具有自动稳压功能，可改善光伏发电系统的供电质量另外，相对于蓄电池直接提供的12V、24V或48V低压直流电，220V输出的交流电也可以提供更大的供电半径。

图图1-81-8光伏逆变器光伏逆变器3.43.4离网逆变器离网逆变器Off-grid inverter天津中德应用技术大学家用光伏电站设计家用光伏电站设计逆变器按输出电压波形的不同，可分为方波逆变器、阶梯波逆变器和正弦波逆变器，方波和阶梯波逆变器一般都用在小功率场合逆变器按输出交流电压的相数可分为单相逆变器、三相逆变器和正弦波逆变器单相逆变器主要用于中小型的UPS系统，三相逆变器主要应用于大中型的UPS系统，同时在大中型UPS中，为了消除方波电压的谐波分量，则采用正弦波逆变器逆变器按输出电能的去向，可分为有源逆变器和无源逆变器将逆变电路的交流侧接到交流电网上，把直流电逆变成同频率的交流电反送到电网去，称为有源逆变器；将逆变器的交流侧不与电网连接，而是直接接到负载，即将直流电逆变成某一频率或可变频率的交流电供给负载称为无源逆变器3.43.4离网逆变器离网逆变器Off-grid inverter天津中德应用技术大学3.4.1 基本工作原理基本工作原理家用光伏电站设计家用光伏电站设计以单相桥式逆变电路为例说明逆变器最基本的工作原理单相桥式逆变电路的基本结构如图1-9（a）所示，是桥式电路的四个臂，由电力电子器件(功率半导体器件)及辅助电路组成。

Ud为输入直流电压，R为逆变器的输出负载工作原理如图1-9（b）所示，设在0T/2期间VT1,VT3导通，VT2,VT4断开；在T/2T期间VT1,VT3断开，VT2,VT4导通如此周期性重复上述过程，则在负载R上得到一交流方波电压Ud，从而实现了将直流电压URO变换成交流电压UR为方波，幅值为Ud，频率为f=1/T,方波改变Ud和T的大小，就可以改变输出交流电压的大小和频率a a）原理电路；）原理电路；(b)(b)工作波形工作波形图图1-91-9逆变电路原理及波形图逆变电路原理及波形图3.43.4离网逆变器离网逆变器Off-grid inverter天津中德应用技术大学3.4.2 逆变器基本电路逆变器基本电路家用光伏电站设计家用光伏电站设计逆变器的核心是通过逆变电路完成逆变的功能逆变电路的基本作用是在控制电路的控制下，将中间直流电路输出的直流电源转换为频率和电压都任意可调的交流电源逆变电路主要由滤波器、逆变桥、单相变压器、继电器组成，如图1-11所示图图1-111-11逆变电路组成逆变电路组成逆变器的基本电路可分为推挽式、半桥式和全桥式三种，虽然电路结构不同，但工作原理类似电路中都使用具有开关特性的半导体功率器件，由控制电路周期性地对功率器件发出开关脉冲控制信号，控制各个功率器件轮流导通和关断，再经过变压器耦合升压或降压、整形滤波输出符合要求的交流电。

3.43.4离网逆变器离网逆变器Off-grid inverter天津中德应用技术大学家用光伏电站设计家用光伏电站设计一个周期内，电力晶体管VT1和VT2的基极信号各有半周正偏，半周反偏，且互补输出电压uo是周期为T3矩形波，其幅值为Ud/2当负载为电阻R时，电流io=uo/R与uo一样，也是180宽的方波输出电压、电流波形如图1-14（c）所示如图1-14所示，半桥式逆变电路由两个导电臂构成，每个导电臂由一个全控器件和一个反向并联二极管组成在直流侧接有两个互相串联的足够大的电容C1和C2且满足图图1-141-14半桥式逆变电路原理图半桥式逆变电路原理图1.1.半桥式逆变电路半桥式逆变电路3.43.4离网逆变器离网逆变器Off-grid inverter天津中德应用技术大学家用光伏电站设计家用光伏电站设计2.2.全桥式逆变电路全桥式逆变电路如图1-16所示，单相全桥式逆变电路由直流电源Ud，输出变压器T，四个功率开关器件和二极管组成VT1和VT4构成一对桥臂，VT2和VT3构成一对桥臂VT1,VT4与VT2,VT3的驱动信号互补，即T1和T4有驱动信号时，T2和T3无驱动信号，反之亦然，VT1和VT4和VT3各交替导通180。

二极管VD1VD4是为感性负载续流的如果在电路中不接入二极管，则在开关管关断瞬间，会因电感的作用使其两端呈现极高的电压尖峰，严重时会击穿开关管图图1-161-16单相全桥式逆变电路单相全桥式逆变电路3.43.4离网逆变器离网逆变器Off-grid inverter天津中德应用技术大学3.4.3 逆变器主要技术参数逆变器主要技术参数家用光伏电站设计家用光伏电站设计1.1.额定输出电压额定输出电压光伏逆变器在规定的输入直流电压允许的波动范围内，应能输出额定的电压值，一般在额定输出电为单相220V和三相380V时，电压波动偏差有如下规定1）在稳定状态运行时，一般要求电压波动偏差不超过额定值的5；（2）在负载突变时，电压偏差不超过额定值的10%；（3）在正常工作条件下，逆变器输出的三相电压不平衡度不应超过8%；（4）输出的电压波形（正弦波）失真度一般要求不超过5；3.43.4离网逆变器离网逆变器Off-grid inverter天津中德应用技术大学家用光伏电站设计家用光伏电站设计2.2.负载功率因数负载功率因数负载功率因数大小表示了逆变器带感性负载的能力，在正弦波条件下负载功率因数为0.70.9。

3.3.额定输出电流和额定输出容量额定输出电流和额定输出容量额定输出电流是表示在规定的负载功率因数范围内逆变器的额定输出电流，单位为A；额定输出容量是指当输出功率因数为1（即纯电阻性负载）时，逆变器额定输出电压和额定输出电流的乘积，单位是kVA或kW额定输出效率是指在规定的工作条件下，输出功率与输入功率之比，通常应在70以上逆变器的效率会随着负载的大小而改变，当负载率低于20和高于80时，效率要低一些标准规定逆变器的输出功率在大于等于额定功率的75时，效率应大于等于804.4.额定输出效率额定输出效率3.43.4离网逆变器离网逆变器Off-grid inverter天津中德应用技术大学家用光伏电站设计家用光伏电站设计5.5.过载能力过载能力过载能力是要求逆变器在特定的输出功率条件下能持续工作一定的时间，其标准规定如下1）输入电压与输出功率为额定值时，逆变器应连续可靠工作4h以上；（2）。