Проектиране на слънчева енергийна система: Конфигурация на PV модул и електрически дизайн
Aug 27, 2026
TheПроектиране на слънчева енергийна системае систематичен инженерен процес, включващ множество технически аспекти, включително избор на фотоволтаични (PV) модули, оформление на масива, основни електрически връзки, мълниезащита и заземяване. Научно обоснованият и разумен проект трябва да вземе предвид слънчевите ресурси, климатичните условия и характеристиките на обекта на местоположението на проекта, като същевременно постига баланс между безопасността, икономическото представяне и ефективността на производството на електроенергия. Тази статия се фокусира върху две основни области на дизайна на слънчевата енергийна система-конфигурация на модула и електрическата система-и обобщава ключови технически съображения и стандарти за проектиране, за да предостави насоки за инженерната практика.
Проектиране на слънчева енергийна система
1. Избор на фотоволтаичен модул
Основният принцип за избор на фотоволтаични модули е да се изберат основни типове модули, които предлагат високо ниво на техническа зрялост и надеждна работа, като същевременно се вземат предвид естествената среда около електроцентралата, строителните условия и транспортната логистика. Окончателният избор трябва да се основава на цялостна оценка, за да се идентифицират фотоволтаичните модули с най-добра обща производителност и най-голяма пригодност за проекта.
2. Проектиране на режими на работа на фотоволтаичната матрица
Фотоволтаичните масиви могат да бъдат инсталирани чрез един от трите метода: фиксиран-наклон, регулируем-наклон или системи за проследяване. Подходящият метод на инсталиране трябва да бъде избран чрез технико-икономическо сравнение въз основа на фактори като ресурси на слънчева радиация, климатични условия, работна среда, инсталиран капацитет, площ и характеристики на мястото на инсталиране, характеристики на натоварването и практики за работа и управление.
Конфигурацията на оформлението на фотоволтаичните носещи конструкции трябва да бъде избрана по подходящ начин, за да се избегне концентрацията на напрежение. Подходящи напречни-сечения трябва да бъдат избрани за всеки структурен елемент според големината на приложените сили. Потреблението на стомана трябва да бъде сведено до минимум, като същевременно се гарантира, че здравината на всички структурни елементи се използва напълно.
През целия проектен живот фотоволтаичната поддържаща система трябва да остане структурно безопасна и надеждна и да може да издържа на натоварване от вятър и сняг, както и на въздействието на околната среда. Осъществимостта на монтажа също трябва да се вземе предвид, за да могат да се постигнат оптималните резултати от строителството на проекта при възможно най-ниски разходи. При проектирането и изграждането на фотоволтаична електроцентрала, изборът на типа опорна конструкция трябва да бъде адаптиран към местните условия чрез цялостна оценка. В таблица 1 е дадено сравнение на различни типове фотоволтаични поддържащи конструкции.
Таблица 2
| не | Елемент | Фиксиран Поддържаща структура |
Хоризонтална единична-ос Проследяваща структура |
Наклонена единична-ос Проследяваща структура |
Двойна-ос Проследяваща структура |
Фиксиран Регулируема -поддържаща структура за накланяне |
| 1 | Устойчивост на вятър и Граждански Фондация |
Проектиран за управляващ случай на натоварване въз основа на местната максимална скорост на вятъра за определяне на съпротивлението на вятъра на носещата конструкция | Устойчивостта на вятър е същата като тази на неподвижната опорна конструкция; действителните изисквания за товароносимост-са по-ниски от тези на неподвижната носеща конструкция | Устойчивостта на вятър е същата като тази на неподвижната опорна конструкция; изискванията към основата са по-високи, отколкото за хоризонталния тракер с една-ос, но по-ниски, отколкото за фиксираната опорна конструкция | Устойчивостта на вятър е същата като тази на неподвижната опорна конструкция; при управляващия случай на натоварване изискванията за фундамента са подобни на тези за наклонения тракер с една-ос | Устойчивостта на вятър е същата като тази на неподвижната носеща конструкция |
| 2 | Монтаж Изисквания |
Без движещи се части; ниски{0}}изисквания за точност при инсталиране и относително проста инсталация | Налични са движещи се части; монтажът изисква по-висока точност и е по-сложен, отколкото при неподвижната опорна конструкция | Налице са движещи се части и е добавен-наклон с южно изложение; изискванията за точност на монтажа са малко по-високи и монтажът е малко по-сложен, отколкото за хоризонталната структура с една-ос | Проследяващи компоненти с двойна{0}}ос и повече движещи се части; най-високи{1}}изисквания за точност на монтажа и най-сложна инсталация | Подобно на фиксираната опорна конструкция; главният лъч е движещ се компонент, но има по-малко движещи се части, отколкото в проследяващите структури |
| 3 | технически Падеж |
Проста система, широко използвана и технически зряла | Зряла технология с домашни приложения с приблизително GWp мащаб | Технологията с наклонена една-ос добавя наклон при инсталиране; малко по-малко зряла от хоризонталната структура с една-ос | Най-сложна технология; без широкомащабни случаи на кандидатстване в страната или в чужбина | Много зряла технология |
| 4 | Приложимо Географска ширина |
Без ограничение | Региони със средна- до-висока географска ширина | Без ограничение | Без ограничение | Региони с ниска{0}}географска ширина |
| 5 | Надеждност | Просто и надеждно | Качеството и надеждността на ключовото задвижващо и контролно оборудване трябва да се контролира; надеждността е по-ниска от тази на неподвижната опорна конструкция | Добавянето на наклон прави работните условия малко по-сложни; надеждността е малко по-ниска от тази на хоризонталната структура с една-ос | Универсалните шарнири са предразположени към повреди и системата за управление е сложна, което води до много по-висок процент на неизправност в сравнение с проследяващите структури с една-ос и ниска надеждност | Надеждността е близка до тази на фиксираната опорна конструкция и по-висока от тази на проследяващите структури |
| 6 | Площ земя на MW |
Приблизително 25 mu на равен терен |
Приблизително 30 mu; земната площ се увеличава с приблизително 15% |
40 mu; земна площ се увеличава с приблизително 50% |
50 mu; земна площ се увеличава с приблизително 100% |
Приблизително 28 mu; земната площ се увеличава с приблизително 10% |
| 7 | справка единица цена |
0.3–0.4 юана/Wp |
Увеличение от 0,3–0,4 юана/Wp в сравнение с фиксираната опорна конструкция |
Увеличение от 0,4–0,5 юана/Wp в сравнение с фиксираната опорна конструкция |
Увеличение от 1,4–2,5 юана/Wp в сравнение с фиксираната опорна конструкция |
Увеличение от 0,1–0,2 юана/Wp в сравнение с фиксираната опорна конструкция |
| 8 | Производство на електроенергия полза |
Приема се на 100% | 110%–120% | 120%–125% | 130%–140% | 100%–110% |
| 9 | 25-годишен O&M Сравнение на разходите |
Над 25 години, като цяло без{0}}поддръжка |
Над 25 години, в сравнение с фиксираната носеща конструкция, основните допълнения са рутинна проверка и смазване на механично оборудване | Над 25 години, малко по-сложна от хоризонталната система за проследяване с една-ос | Над 25 години системата за проследяване е най-сложната и изисква задълбочено обучение | Необходима е ръчна настройка; корекцията се извършва четири пъти годишно; операцията е относително проста |
3. Инвертори и комбиниращи кутии
Инверторите, използвани във фотоволтаичните електроцентрали, включват основно три вида: централни инвертори, стрингови инвертори и разпределени инвертори. Приложимите сценарии за тези три често използвани типа инвертори могат да бъдат определени с позоваване на таблица 2.
Когато избирате инвертори, трябва да се обърне специално внимание на досегашния опит на производителя в индустрията, след{0}}продажбеното обслужване, бъдещите разходи за надстройка на оборудването и резервирането на надстройката. Инверторът трябва да бъде избран в съответствие с действителните условия на обекта и изискванията на проекта. Трябва да се даде предимство на инверторните модели с висока ефективност на преобразуване.
Таблица 2
| Технически параметри | Централен инвертор | Струнен инвертор | Разпределен инвертор |
| Приложими сценарии | Подходящ за сценарии с постоянни модулни ъгли и сравнително големи проектни мащаби | Подходящ за приложения със значителни разлики в модулните ъгли или сравнително малки мащаби на проекта | Подходящ за сценарии със значителни разлики в модулните ъгли и относително големи мащаби на проекта |
4. Разположение на фотоволтаичната матрица на дизайна на слънчевата енергийна система
Съотношението на капацитета между фотоволтаичната матрица и инверторите във фотоволтаичната електроцентрала трябва да се определи чрез технико-икономическо сравнение, като се вземат предвид всеобхватни фактори като типа на инсталацията на фотоволтаичната матрица, условията на място, източниците на слънчева енергия и различни загуби в системата. Съотношението на инсталирания капацитет на фотоволтаичната матрица към номиналния капацитет на инвертора се препоръчва да отговаря на следните изисквания:
Региони на слънчеви ресурси от клас I: обикновено не трябва да надвишава 1,2;
Региони на слънчеви ресурси от клас II: обикновено не трябва да надвишава 1,35;
Региони със слънчеви ресурси от клас III: обикновено не трябва да надвишава 1,5.
Проектирането на разстоянието между носещите конструкции отчита основно засенчването между съседни конструкции. В Северното полукълбо оптималната ориентация за фотоволтаичните модули е на юг. Минималното разстояние трябва да се определи според следния критерий: от 9:00 ч. сутринта до 15:00 ч. слънчево време на зимното слънцестоене, проекцията на модулите от предния-ред в северна посока не трябва да достига до долния ръб на модулите от задния ред. С други думи, не трябва да има засенчване в посока север-юг.
Този критерий се основава на екстремните работни условия на зимното слънцестоене, когато ъгълът на слънчевата височина е най-нисък и сенките са най-дълги. Той гарантира, че изходът на системата не се влияе от засенчване през който и да е период от годината.
Дизайнът на разстоянието между фотоволтаичните модули и земята-тоест височината на най-ниската точка на модулите над земята-се влияе главно от фактори като изискванията за комбинирано използване на земята в рамките на фотоволтаичната площадка,-изисквания за контрол на наводненията, засенчване на модулите от околните препятствия, растително покритие на земята и приложения "PV +". Когато се използват двустранни фотоволтаични модули, ефективността на генериране на електроенергия също трябва да се вземе под внимание.
Предимството на двустранните фотоволтаични модули пред монофациалните модули е, че колкото по-голямо е количеството светлина, получено от задната страна, толкова по-голямо е двустранното усилване. Основните фактори, влияещи върху енергийното усилване от-задната страна, включват земно албедо, височина на опорната конструкция, условия на излъчване и разстояние между редовете. Получените ползи варират според сезоните.
При определяне на минималното разстояние между фотоволтаичните носещи конструкции и земята, горните фактори трябва да бъдат взети под внимание цялостно, докато безопасността и икономическото представяне трябва да бъдат балансирани, доколкото е възможно. Увеличаването на минималната височина на фотоволтаичните модули над земята до подходяща степен може да подобри ефективността на производството на електроенергия и да увеличи до известна степен добива на енергия. Въпреки това, това също така увеличава разходите за поддържащи конструкции и основи, като по този начин има известно въздействие върху икономическите резултати на проекта.
Електрически дизайн на слънчева енергийна система
1. Основна електрическа връзка
Фотоволтаичната електроцентрала се състои от един или повече агрегати за производство на електроенергия. Основната електрическа връзка определя как тези генераторни единици са свързани и събирани. След локално повишаване-преобразуване, мощността, генерирана от всеки блок, се събира и подава към шината на повишаващата-подстанция.
Нивото на напрежението на повишаващата -шина на абонатната станция трябва не само да съответства на структурата и дългосрочното-планиране на местната електрическа мрежа, но също така трябва да се определя от цялостни балансиращи фактори като капацитета на фотоволтаичната електроцентрала, първоначалната инвестиция в строителството и разходите за експлоатация и поддръжка. В зависимост от типа фотоволтаична електроцентрала, общите нива на напрежение на шините включват 0,4 kV, 6 kV, 10 kV и 35 kV.
Основната електрическа връзка на електроцентралата може да бъде планирана съгласно строителния график. Ако електроцентралата е конструирана и пусната в експлоатация в една фаза и има само една точка на-свързване към мрежата, обикновено може да се приеме конфигурация с една-шина. Ако електроцентралата е конструирана и въведена в експлоатация на етапи или има две или повече точки за свързване към мрежата-, конфигурацията на секционна единична-шина обикновено е по-подходяща.
2. Енергоразпределително оборудване
Разположението на електроразпределителното оборудване трябва да бъде избрано след цялостно разглеждане на фактори като географското местоположение на проекта, местните климатични условия, наличната площ на обекта и надморска височина. Оборудването може да се монтира на закрито или на открито в зависимост от конкретните условия.
Понастоящем оборудването за разпределение на електроенергия 10–35 kV в битови фотоволтаични електроцентрали обикновено се инсталира на закрито. Вътрешно бронирано, изтеглящо се, AC метално{3}}затворено разпределително устройство е основната конфигурация. В някои региони оборудването за електроразпределение 10–35 kV може също да използва серен хексафлуорид (SF₆) газ-изолирана метална-разпределителна уредба, когато това е технически и икономически оправдано, особено за защита срещу солени пръски, подобрена изолация или намалено използване на земята.
През последните години, с развитието на технологиите, оборудването за разпределение на електроенергия от тип -кабина става все по-разпространено. Разпределителните станции могат да бъдат сглобяеми във фабрики и сглобени модулно на място. Този подход намалява -работата по строителството и пускането в експлоатация, съкращава периода на строителство, пести енергия, защитава околната среда и намалява площта, необходима за разпределителната станция. Може да му бъде даден приоритет, когато е технически и икономически подходящо.
3. Мълниезащита и заземяване на дизайна на слънчевата енергийна система
Основна заземителна мрежа, която покрива цялото фотоволтаично поле, обикновено се инсталира във фотоволтаична електроцентрала. Външната граница на главната заземителна решетка обикновено трябва да съответства на границите на фотоволтаичното поле и да образува затворен контур.
Основната заземителна мрежа се състои от мрежа, образувана от свързване на хоризонтални заземителни проводници в напречна и надлъжна посока към носещите конструкции на модула. Вертикалните заземителни електроди трябва да бъдат равномерно разпределени по ръбовете и в рамките на заземителната решетка. Основите на носещите структури на модула също трябва да се използват като естествени заземителни електроди, когато е възможно.
Основната заземителна мрежа на фотоволтаична електроцентрала обикновено използва поцинкована плоска стомана или кръгла стомана като основен заземяващ проводник. Съпротивлението на заземяване на главната заземителна мрежа във фотоволтаичното поле не трябва да надвишава 4 Ω.
За заземяване между фотоволтаичните модули и техните метални носещи конструкции най-често срещаният метод е първо да се установи надеждна връзка между металните рамки на съседни фотоволтаични модули с помощта на медни проводници и след това да се свържат двата края на всеки ред фотоволтаични модули към металната носеща конструкция.
За някои покривни фотоволтаични проекти, където заземяващите медни проводници са неудобни за инсталиране, могат да се използват метални съединители като проводници между модулите и носещите конструкции. Когато се приеме този метод, съединителите трябва да бъдат снабдени с шайби от-неръждаема стомана, способни да проникнат през защитния филм от алуминиев-оксид на модулните рамки, като по този начин се гарантира добра електрическа непрекъснатост между модулните рамки и металните носещи конструкции.
Модулните носещи структури могат първо да бъдат свързани еквипотенциално със съседни носещи структури, за да образуват заземителна група, която след това се свързва към заземителната мрежа. За да се осигури надеждност, всяка група за заземяване на носещата -структура трябва да бъде свързана към заземителната мрежа в не по-малко от две точки. Тези точки на свързване трябва да се монтират в двата края на всеки ред опорни конструкции.
Пръстенообразна -еквипотенциална заземителна решетка трябва да бъде монтирана около всеки локален повишаващ-трансформатор във фотоволтаичното поле и надеждно свързана към главната заземителна мрежа на фотоволтаичното поле. Когато локален повишаващ-трансформатор използва трансформатор тип кутия-с вграден метален корпус, корпусът трябва да бъде надеждно свързан към еквипотенциалната заземителна мрежа в не по-малко от две точки. Всички открити метални части на кутия-тип трансформатор, включително метални стълби, също трябва да бъдат свързани към заземителната мрежа.
4. Избор на кабел и инсталиране на дизайн на слънчева енергийна система
Кабелите, монтирани между фотоволтаични модули и стрингови комбиниращи кутии или стрингови инвертори във фотоволтаична електроцентрала, обикновено са специални фотоволтаични кабели. Тяхната устойчивост на ултравиолетово лъчение, устойчивост на атмосферни влияния, -забавяне на горенето и други характеристики трябва да отговарят на изискванията на настоящите индустриални стандарти.
За разпределени фотоволтаични проекти, кабелите, използвани в сградни-интегрирани или монтирани-сградни фотоволтаични системи, трябва да имат добри-забавящи горенето характеристики. Медните проводници обикновено се избират поради тяхната благоприятна електрическа проводимост.
За фотоволтаични-мащабни електроцентрали кабелите обикновено се разпределят върху голяма площ. Следователно кабелите обикновено се инсталират чрез директно вкопаване, в който случай трябва да се използват бронирани кабели. По-специално, за проекти, при които парцелите земя, заети от площите на фотоволтаичните модули, са разпръснати, въздушни линии 10 kV или 35 kV могат да се използват като колекторни вериги.
Тъй като стълбовете и кулите в зоната на фотоволтаичните масиви могат да хвърлят сянка върху фотоволтаичните модули, обхватът на сенките на въздушните линии трябва да се изчисли по време на планирането на линията. Оформлението на линията трябва да бъде координирано с оформлението на PV масива, за да се сведе до минимум засенчването на модулите.
Когато се определят дължините на кабелите за променлив и постоянен ток във фотоволтаична система, трябва да се вземат предвид както амплитудата на кабела, така и спадът на напрежението в системата. Спадът на променливотоковото напрежение във фотоволтаичната система обикновено не трябва да надвишава 3%, докато спадът на постояннотоковото напрежение обикновено не трябва да надвишава 2%.
Ако спадът на напрежението не отговаря на приложимите изисквания, площта на напречното-сечение на съответния кабел трябва да се увеличи или относителните позиции на оборудването трябва да се коригират, за да се скъси маршрутът на кабела и да се поддържа спадът на напрежението в посочените граници.
5. Система за мониторинг
Фотоволтаичните електроцентрали в Китай обикновено работят без персонал или с минимален персонал. Някои наземни-монтирани фотоволтаични електроцентрали започнаха да приемат дистанционно наблюдение, за да заменят-операцията с персонал на място. По време на етапа на проектиране текущата фаза на проекта обикновено се третира като основно съображение, докато предходните и следващите фази също се вземат предвид. Системата трябва да е съвместима с нивата на автоматизация и експлоатация и управление, приети от електроцентралата.
Повечето фотоволтаични електроцентрали в Китай използват отделни системи за мониторинг за-подстанцията или разпределителната станция и зоната за фотоволтаични масиви. Този подход има предимството, че изисква само ограничено количество обмен на информация между-усъвършенстваната система за наблюдение на подстанцията и системата за наблюдение на PV, което прави изпълнението относително лесно. Той обаче има и недостатъка на ниското използване на информацията.
След приемането на интелигентна система за наблюдение, фотоволтаичната електроцентрала може да постигне цялостно събиране на данни и панорамно наблюдение на цялото съоръжение. Системата може да установи вертикална интеграция с основни системи като системи за диспечиране и управление на производството, като същевременно осигурява хоризонтална свързаност с основното оборудване за автоматизация в рамките на електроцентралата.
Една интелигентна система за наблюдение може също така да поддържа функции като вземане на решение-за икономична работа, онлайн диагностика и автоматично възстановяване, автоматична проверка и анализ на грешки и предупреждение за грешки.
Заключение
TheПроектиране на слънчева енергийна системаизисква цялостна координация на всички етапи, включително избор на модул, оформление на масива, електрически връзки, кабелна инсталация и системи за наблюдение. Оптималното решение трябва да бъде избрано според местните условия и изискванията на проекта.С непрекъснатия напредък на фотоволтаичните технологии и нарастващите нива на интелигентност, дизайнът на системата е изправен пред по-високи изисквания, както и пред повече възможности. Научното планиране и детайлният дизайн са от съществено значение за осигуряване на безопасна и стабилна работа на електроцентрала и постигане на силни икономически резултати.
