Projekt systemu zasilania energią słoneczną: konfiguracja modułu fotowoltaicznego i projekt elektryczny
Aug 27, 2026
TheProjekt systemu zasilania energią słonecznąto systematyczny proces inżynieryjny obejmujący wiele aspektów technicznych, w tym wybór modułu fotowoltaicznego (PV), układ układu, główne połączenia elektryczne, ochronę odgromową i uziemienie. Naukowo uzasadniony i rozsądny projekt musi uwzględniać zasoby energii słonecznej, warunki klimatyczne i charakterystykę miejsca lokalizacji projektu, zapewniając jednocześnie równowagę między bezpieczeństwem, wynikami ekonomicznymi i efektywnością wytwarzania energii. W tym artykule skupiono się na dwóch głównych obszarach projektowania systemu zasilania energią słoneczną,-konfiguracji modułu i systemie elektrycznym-, a także podsumowano kluczowe kwestie techniczne i standardy projektowe, aby zapewnić wskazówki dla praktyki inżynierskiej.
Projekt systemu zasilania energią słoneczną
1. Wybór modułu fotowoltaicznego
Podstawową zasadą przy wyborze modułów PV jest wybór popularnych typów modułów, które oferują wysoki poziom dojrzałości technicznej i niezawodne działanie, przy uwzględnieniu środowiska naturalnego otaczającego elektrownię, warunków budowy i logistyki transportu. Ostateczny wybór powinien opierać się na kompleksowej ocenie mającej na celu zidentyfikowanie modułów fotowoltaicznych o najlepszej ogólnej wydajności i największej przydatności do projektu.
2. Projektowanie trybów pracy układu fotowoltaicznego
Panele fotowoltaiczne można instalować przy użyciu jednej z trzech metod: stałego-pochylenia, regulowanego-pochylenia lub systemów śledzących. Odpowiednią metodę instalacji należy wybrać na podstawie porównania techno-ekonomicznego w oparciu o takie czynniki, jak zasoby promieniowania słonecznego, warunki klimatyczne, środowisko operacyjne, moc zainstalowana, powierzchnia i charakterystyka miejsca instalacji, charakterystyka obciążenia oraz praktyki obsługi i zarządzania.
Należy odpowiednio wybrać konfigurację układu konstrukcji wsporczych instalacji fotowoltaicznych, aby uniknąć koncentracji naprężeń. Dla każdego elementu konstrukcyjnego należy wybrać odpowiednie-przekroje poprzeczne, zgodnie z wielkością przyłożonych sił. Należy minimalizować zużycie stali, zapewniając jednocześnie pełne wykorzystanie wytrzymałości wszystkich elementów konstrukcyjnych.
Przez cały projektowany okres użytkowania system nośny fotowoltaiczny musi pozostać konstrukcyjnie bezpieczny i niezawodny oraz być w stanie wytrzymać obciążenia wiatrem i śniegiem, a także wpływ środowiska. Należy również wziąć pod uwagę wykonalność instalacji, aby można było osiągnąć optymalne wyniki budowy projektu przy możliwie najniższych kosztach. Projektując i budując elektrownię fotowoltaiczną, dobór rodzaju konstrukcji wsporczej należy dostosować do warunków lokalnych poprzez kompleksową ocenę. Porównanie różnych typów konstrukcji wsporczych PV przedstawiono w tabeli 1.
Tabela 2
| NIE. | Przedmiot | Naprawił Struktura wsparcia |
Pojedyncza oś pozioma- Struktura śledzenia |
Pochylona pojedyncza-oś Struktura śledzenia |
Podwójna-oś Struktura śledzenia |
Naprawił Regulowana-konstrukcja wspierająca przechylanie |
| 1 | Odporność na wiatr i Cywilne Fundacja |
Zaprojektowane dla obowiązującego przypadku obciążenia w oparciu o lokalną maksymalną prędkość wiatru w celu określenia oporu konstrukcji nośnej przez wiatr | Odporność na wiatr jest taka sama jak w przypadku stałej konstrukcji nośnej; rzeczywiste wymagania dotyczące nośności-są niższe niż w przypadku stałej konstrukcji nośnej | Odporność na wiatr jest taka sama jak w przypadku stałej konstrukcji nośnej; wymagania dotyczące fundamentów są wyższe niż w przypadku poziomego trackera jednoosiowego-, ale niższe niż w przypadku stałej konstrukcji nośnej | Odporność na wiatr jest taka sama jak w przypadku stałej konstrukcji nośnej; w rządzącym przypadku obciążenia wymagania dotyczące fundamentów są podobne do wymagań dla nachylonego jednoosiowego-trakera śledzącego | Odporność na wiatr jest taka sama jak w przypadku stałej konstrukcji nośnej |
| 2 | Instalacja Wymagania |
Brak ruchomych części; niskie wymagania dotyczące-dokładności instalacji i stosunkowo prosta instalacja | Obecne są ruchome części; montaż wymaga większej dokładności i jest bardziej skomplikowany niż w przypadku stałej konstrukcji nośnej | Występują ruchome części i dodano-południowe nachylenie; wymagania dotyczące dokładności instalacji są nieco wyższe, a instalacja jest nieco bardziej złożona niż w przypadku poziomej konstrukcji jedno-osiowej | Dwuosiowe-komponenty śledzące i więcej ruchomych części; najwyższe wymagania dotyczące-dokładności instalacji i najbardziej złożona instalacja | Podobny do stałej konstrukcji nośnej; główna belka jest elementem ruchomym, ale części ruchomych jest mniej niż w konstrukcjach śledzących |
| 3 | Techniczny Dojrzałość |
Prosty system, szeroko stosowany i technicznie dojrzały | Dojrzała technologia, z zastosowaniami krajowymi w skali w przybliżeniu GWp | Technologia pochylonej pojedynczej-osiowej umożliwia nachylenie instalacji; nieco mniej dojrzała niż pozioma struktura jednoosiowa- | Najbardziej złożona technologia; żadnych zastosowań na dużą-skalę w kraju ani za granicą | Bardzo dojrzała technologia |
| 4 | Odpowiedni Szerokość |
Żadnych ograniczeń | Regiony od średnich- do-wysokich szerokości geograficznych | Żadnych ograniczeń | Żadnych ograniczeń | Regiony o niskich-szerokościach geograficznych |
| 5 | Niezawodność | Proste i niezawodne | Należy kontrolować jakość i niezawodność kluczowych urządzeń napędowych i sterujących; niezawodność jest niższa niż w przypadku stałej konstrukcji wsporczej | Dodanie nachylenia sprawia, że warunki pracy są nieco bardziej złożone; niezawodność jest nieco niższa niż w przypadku poziomej konstrukcji jednoosiowej | Przeguby uniwersalne są podatne na uszkodzenia, a system sterowania jest złożony, co skutkuje znacznie większym współczynnikiem awaryjności w porównaniu z jednoosiowymi-konstrukcjami śledzącymi i niską niezawodnością | Niezawodność jest zbliżona do stałej konstrukcji wsporczej i wyższa niż w przypadku konstrukcji śledzących |
| 6 | Obszar lądowy na MW |
Około 25 m na płaskim terenie |
Około 30 mu; powierzchnia gruntów zwiększa się o około 15% |
40 µl; obszar lądowy wzrasta o około 50% |
50 µl; obszar lądowy wzrasta o około 100% |
Około 28 mu; powierzchnia gruntów zwiększa się o około 10% |
| 7 | Odniesienie Jednostka Koszt |
0.3–0.4 juan/wp |
Wzrost o 0,3–0,4 juan/Wp w porównaniu z stałą konstrukcję nośną |
Wzrost o 0,4–0,5 juan/Wp w porównaniu z stałą konstrukcję nośną |
Wzrost o 1,4–2,5 juan/Wp w porównaniu z stałą konstrukcję nośną |
Wzrost o 0,1–0,2 juan/Wp w porównaniu z stałą konstrukcję nośną |
| 8 | Wytwarzanie energii Korzyść |
Założono na 100% | 110%–120% | 120%–125% | 130%–140% | 100%–110% |
| 9 | 25-letnia obsługa i konserwacja Porównanie kosztów |
Ponad 25 lat, w zasadzie bezobsługowy- |
W ciągu 25 lat, w porównaniu ze stałą konstrukcją wsporczą, głównymi dodatkami są rutynowe przeglądy i smarowanie urządzeń mechanicznych | Ponad 25 lat, nieco bardziej złożony niż poziomy, jednoosiowy system śledzenia | Przez 25 lat system śledzenia jest najbardziej złożony i wymaga intensywnego szkolenia | Wymagana jest ręczna regulacja; korekta przeprowadzana jest cztery razy w roku; operacja jest stosunkowo prosta |
3. Falowniki i skrzynki sumujące
Falowniki stosowane w elektrowniach fotowoltaicznych obejmują głównie trzy typy: falowniki centralne, falowniki stringowe i falowniki rozproszone. Mające zastosowanie scenariusze dla tych trzech powszechnie używanych typów falowników można określić w odniesieniu do Tabeli 2.
Wybierając falowniki, należy zwrócić szczególną uwagę na doświadczenie producenta w branży,-obsługę posprzedażową, przyszłe koszty modernizacji sprzętu i redundancję modernizacji. Falownik należy dobrać w zależności od rzeczywistych warunków panujących w miejscu instalacji oraz wymagań projektu. Priorytetowo należy traktować modele falowników o wysokiej sprawności konwersji.
Tabela 2
| Parametry techniczne | Centralny falownik | Falownik stringowy | Rozproszony falownik |
| Obowiązujące scenariusze | Nadaje się do scenariuszy o stałych kątach modułów i stosunkowo dużej skali projektu | Nadaje się do zastosowań, w których występują znaczne różnice w kątach modułów lub stosunkowo małych skalach projektów | Nadaje się do scenariuszy ze znacznymi różnicami w kątach modułów i stosunkowo dużą skalą projektu |
4. Układ układu fotowoltaicznego w projekcie systemu energii słonecznej
Stosunek mocy między panelem fotowoltaicznym a falownikami w elektrowni fotowoltaicznej należy określić na podstawie porównania techno-ekonomicznego, biorąc pod uwagę kompleksowe czynniki, takie jak rodzaj instalacji panelu fotowoltaicznego, warunki w miejscu, zasoby energii słonecznej i różne straty w systemie. Zaleca się, aby stosunek mocy zainstalowanej układu fotowoltaicznego do mocy znamionowej falownika spełniał następujące wymagania:
Regiony I klasy zasobów energii słonecznej: generalnie nie powinny przekraczać 1,2;
Regiony zasobów energii słonecznej klasy II: generalnie nie powinny przekraczać 1,35;
Regiony z zasobami energii słonecznej klasy III: generalnie nie powinny przekraczać 1,5.
Przy projektowaniu rozstawu konstrukcji wsporczych uwzględnia się przede wszystkim zacienienie pomiędzy sąsiednimi konstrukcjami. Na półkuli północnej optymalna orientacja modułów fotowoltaicznych jest skierowana na południe. Minimalny odstęp należy określić według następującego kryterium: od godziny 9:00 do 15:00 czasu słonecznego w czasie przesilenia zimowego rzut modułów-z pierwszego rzędu w kierunku północnym nie powinien sięgać dolnej krawędzi modułów z tylnego rzędu. Innymi słowy, w kierunku północnym-nie powinno być cienia.
Kryterium to opiera się na ekstremalnych warunkach pracy podczas przesilenia zimowego, kiedy kąt elewacji słońca jest najniższy, a cienie są najdłuższe. Zapewnia to, że zacienienie nie ma wpływu na wydajność systemu w żadnym okresie roku.
Na projekt prześwitu między modułami fotowoltaicznymi a gruntem,-tj. wysokość najniższego punktu modułów nad gruntem-wpływają głównie takie czynniki, jak wymagania dotyczące łącznego użytkowania terenu w obrębie lokalizacji fotowoltaicznej, wymagania-przeciwpowodziowe, zacienienie modułów przez otaczające przeszkody, pokrycie roślinnością gruntową i zastosowania „PV +”. W przypadku stosowania dwustronnych modułów fotowoltaicznych należy również wziąć pod uwagę efektywność wytwarzania energii.
Przewaga dwustronnych modułów fotowoltaicznych nad modułami jednostronnymi polega na tym, że im większa ilość światła odbieranego z tyłu, tym większe wzmocnienie dwustronne. Główne czynniki wpływające na przyrost energii z tyłu-strony obejmują albedo gruntu, wysokość konstrukcji wsporczej, warunki natężenia napromieniowania i odstępy między rzędami. Uzyskane korzyści różnią się w zależności od pory roku.
Określając minimalny prześwit pomiędzy konstrukcjami wsporczymi fotowoltaicznymi a gruntem, powyższe czynniki należy uwzględnić kompleksowo, przy jednoczesnym możliwie jak największym zrównoważeniu bezpieczeństwa i wydajności ekonomicznej. Zwiększenie w odpowiednim stopniu minimalnej wysokości modułów fotowoltaicznych nad gruntem może poprawić efektywność wytwarzania energii i w pewnym stopniu zwiększyć uzysk energii. Zwiększa to jednak również koszty konstrukcji wsporczych i fundamentów, co ma pewien wpływ na efektywność ekonomiczną projektu.
Projekt elektryczny projektu systemu zasilania energią słoneczną
1. Główne przyłącze elektryczne
Elektrownia fotowoltaiczna składa się z jednego lub większej liczby jednostek wytwarzających energię. Główne połączenie elektryczne określa sposób łączenia i gromadzenia tych jednostek wytwórczych. Po lokalnej transformacji podwyższającej moc generowana przez każdą jednostkę jest gromadzona i doprowadzana do szyny zbiorczej podstacji podwyższającej.
Poziom napięcia na szynie-podstacji podwyższającej powinien być nie tylko zgodny ze strukturą i-długoterminowym planowaniem lokalnej sieci energetycznej, ale powinien być również ustalany na podstawie czynników kompleksowo równoważących, takich jak moc elektrowni fotowoltaicznej, początkowa inwestycja budowlana oraz koszty eksploatacji i konserwacji. W zależności od typu elektrowni fotowoltaicznej typowe poziomy napięcia szyn zbiorczych obejmują 0,4 kV, 6 kV, 10 kV i 35 kV.
Główne przyłącze elektryczne elektrowni można zaplanować zgodnie z harmonogramem budowy. Jeżeli elektrownia jest zbudowana i oddana do użytku jednofazowego i ma tylko jeden punkt przyłączenia do sieci-, ogólnie można zastosować konfigurację z pojedynczą-szyną zbiorczą. Jeśli elektrownia jest budowana i oddawana do eksploatacji etapami lub ma dwa lub więcej punktów przyłączenia do sieci, zazwyczaj bardziej odpowiednia jest konfiguracja podzielonej na sekcje pojedynczej-szyny zbiorczej.
2. Sprzęt do dystrybucji energii
Rozmieszczenie urządzeń do dystrybucji energii należy wybrać po kompleksowym rozważeniu takich czynników, jak położenie geograficzne projektu, lokalne warunki klimatyczne, dostępny obszar lokalizacji i wysokość nad poziomem morza. Sprzęt może być instalowany wewnątrz lub na zewnątrz, w zależności od konkretnych warunków.
Obecnie urządzenia dystrybucji energii 10–35 kV w domowych elektrowniach fotowoltaicznych są zwykle instalowane w pomieszczeniach zamkniętych. Podstawową konfiguracją jest opancerzona, wyjmowana, metalowa rozdzielnica prądu przemiennego-w obudowie. W niektórych regionach w urządzeniach do dystrybucji energii 10–35 kV można również stosować rozdzielnice w obudowie metalowej-z izolacją metalową-z sześciofluorkiem siarki (SF₆), jeśli jest to technicznie i ekonomicznie uzasadnione, szczególnie ze względu na ochronę przed mgłą solną, lepszą izolację lub ograniczone użytkowanie gruntów.
W ostatnich latach wraz z rozwojem technologii coraz popularniejsze stają się prefabrykowane-kabinowe urządzenia do dystrybucji energii. Rozdzielnice mogą być prefabrykowane w fabrykach i montowane modułowo na miejscu. Takie podejście ogranicza-prace związane z budową i uruchomieniem na miejscu, skraca czas budowy, oszczędza energię, chroni środowisko i zmniejsza powierzchnię wymaganą pod stację rozdzielnicy. Można mu nadać pierwszeństwo, jeżeli jest to technicznie i ekonomicznie uzasadnione.
3. Ochrona odgromowa i uziemienie instalacji fotowoltaicznej
Główna siatka uziemiająca obejmująca całe pole fotowoltaiczne jest zwykle instalowana w elektrowni fotowoltaicznej. Zewnętrzna granica głównej sieci uziemiającej powinna zasadniczo odpowiadać granicom pola fotowoltaicznego i tworzyć zamkniętą pętlę.
Główna siatka uziemiająca składa się z sieci utworzonej poprzez połączenie poziomych przewodów uziemiających w kierunku poprzecznym i wzdłużnym z konstrukcjami wsporczymi modułów. Pionowe elektrody uziemiające powinny być równomiernie rozmieszczone wzdłuż krawędzi oraz w obrębie siatki uziemiającej. W miarę możliwości fundamenty konstrukcji wsporczych modułów należy także wykorzystać jako naturalne uziomy uziemiające.
W głównej siatce uziemiającej elektrowni fotowoltaicznej jako główny przewód uziemiający wykorzystuje się zwykle ocynkowaną płaską stal lub okrągłą stal. Rezystancja uziemienia głównej sieci uziemiającej w polu PV nie powinna przekraczać 4 Ω.
W przypadku uziemienia modułów fotowoltaicznych i ich metalowych konstrukcji wsporczych najczęstszą metodą jest najpierw utworzenie niezawodnego połączenia między metalowymi ramami sąsiednich modułów fotowoltaicznych za pomocą przewodów miedzianych, a następnie połączenie obu końców każdego rzędu modułów fotowoltaicznych z metalową konstrukcją wsporczą.
W przypadku niektórych projektów fotowoltaicznych na dachach, gdzie instalacja uziemiających przewodów miedzianych jest niewygodna, można zastosować metalowe złącza jako przewody pomiędzy modułami a konstrukcjami wsporczymi. W przypadku zastosowania tej metody złącza powinny być wyposażone w podkładki-ze stali nierdzewnej, które mogą przebić ochronną warstwę-tlenku aluminium na ramach modułów, zapewniając w ten sposób dobrą ciągłość elektryczną pomiędzy ramami modułów a metalowymi konstrukcjami wsporczymi.
Konstrukcje wsporcze modułu można najpierw połączyć ekwipotencjalnie z sąsiednimi konstrukcjami wsporczymi, tworząc grupę uziemiającą, która następnie jest połączona z siatką uziemiającą. Aby zapewnić niezawodność, każda grupa uziemiająca-konstrukcję wsporczą powinna być podłączona do sieci uziemiającej w co najmniej dwóch punktach. Te punkty połączeń należy zainstalować na obu końcach każdego rzędu konstrukcji wsporczych.
Wokół każdego lokalnego transformatora podwyższającego-w polu fotowoltaicznym należy zainstalować pierścieniową-siatkę uziemiającą ekwipotencjalną i niezawodnie połączoną z główną siecią uziemiającą pola fotowoltaicznego. Jeśli lokalny transformator-podwyższający wykorzystuje transformator skrzynkowy-z integralną metalową obudową, obudowa powinna być niezawodnie połączona z ekwipotencjalną siecią uziemiającą w co najmniej dwóch punktach. Wszystkie odsłonięte metalowe części transformatora skrzynkowego-, w tym metalowe drabinki, należy również podłączyć do sieci uziemiającej.
4. Dobór kabli i instalacja projektu systemu zasilania energią słoneczną
Kable instalowane pomiędzy modułami fotowoltaicznymi a skrzynkami łączącymi ciągi lub falownikami szeregowymi w elektrowni fotowoltaicznej są zazwyczaj dedykowanymi kablami fotowoltaicznymi. Ich odporność na promieniowanie ultrafioletowe, odporność na warunki atmosferyczne,-ognioodporność i inne właściwości powinny spełniać wymagania aktualnych norm branżowych.
W przypadku rozproszonych projektów fotowoltaicznych kable stosowane w-budynkach zintegrowanych lub-montowanych na budynkach systemach fotowoltaicznych powinny charakteryzować się dobrą-ognioodpornością. Przewodniki miedziane są zazwyczaj wybierane ze względu na ich korzystną przewodność elektryczną.
W przypadku elektrowni fotowoltaicznych-na skalę przemysłową kable są zwykle rozmieszczone na dużym obszarze. Dlatego kable są zazwyczaj instalowane bezpośrednio w ziemi i w takim przypadku należy stosować kable zbrojone. W szczególności w przypadku projektów, w których działki zajmowane pod moduły PV są rozproszone, jako obwody kolektorowe można zastosować linie napowietrzne 10 kV lub 35 kV.
Ponieważ słupy i wieże w obszarze paneli fotowoltaicznych mogą rzucać cień na moduły fotowoltaiczne, podczas planowania linii należy obliczyć zasięg cienia linii napowietrznych. Układ linii powinien być skoordynowany z układem paneli fotowoltaicznych, aby zminimalizować zacienienie modułów.
Przy określaniu długości kabli prądu przemiennego i stałego w systemie fotowoltaicznym należy wziąć pod uwagę zarówno obciążalność prądową kabla, jak i spadek napięcia w systemie. Spadek napięcia prądu przemiennego w systemie fotowoltaicznym nie powinien zasadniczo przekraczać 3%, natomiast spadek napięcia prądu stałego nie powinien przekraczać 2%.
Jeżeli spadek napięcia nie spełnia obowiązujących wymagań, należy zwiększyć-przekrój poprzeczny odpowiedniego kabla lub dostosować wzajemne położenie sprzętu, aby skrócić trasę kabla i utrzymać spadek napięcia w określonych granicach.
5. System monitorowania
Elektrownie fotowoltaiczne w Chinach na ogół działają bez załogi lub przy minimalnej liczbie pracowników. Niektóre naziemne-elektrownie fotowoltaiczne zaczęły wdrażać zdalne monitorowanie w celu zastąpienia-obsługi personelu na miejscu. Na etapie projektowania bieżąca faza projektu jest zwykle traktowana jako najważniejsza, przy czym brane są pod uwagę także poprzednie i kolejne fazy. System powinien być zgodny z przyjętymi w elektrowni poziomami automatyzacji oraz obsługi i zarządzania.
Większość elektrowni fotowoltaicznych w Chinach korzysta z oddzielnych systemów monitorowania-podstacji lub rozdzielnicy podwyższającej poziom oraz obszaru układu fotowoltaicznego. Podejście to ma tę zaletę, że wymaga jedynie ograniczonej ilości wymiany informacji pomiędzy-udoskonalonym systemem monitorowania podstacji a systemem monitorowania fotowoltaiki, co czyni wdrożenie stosunkowo prostym. Ma jednak także tę wadę, że wykorzystuje mało informacji.
Po przyjęciu inteligentnego systemu monitorowania elektrownia fotowoltaiczna może uzyskać kompleksowe gromadzenie danych i panoramiczny monitoring całego obiektu. System może nawiązać pionową integrację z głównymi systemami, takimi jak systemy wysyłki i zarządzania produkcją, zapewniając jednocześnie łączność poziomą z głównymi urządzeniami automatyki w elektrowni.
Inteligentny system monitorowania może także obsługiwać takie funkcje, jak podejmowanie-oszczędnych decyzji dotyczących operacji, diagnostyka online i automatyczne przywracanie działania, automatyczna inspekcja i analiza usterek oraz ostrzeganie o usterkach.
Wniosek
TheProjekt systemu zasilania energią słonecznąwymaga kompleksowej koordynacji na wszystkich etapach, w tym wyboru modułu, układu układu, połączeń elektrycznych, instalacji kabli i systemów monitorowania. Optymalne rozwiązanie należy wybrać biorąc pod uwagę lokalne warunki i wymagania projektu.Wraz z ciągłym rozwojem technologii fotowoltaicznej i rosnącym poziomem inteligencji, projekty systemów stają przed coraz większymi wymaganiami i większymi możliwościami. Planowanie naukowe i szczegółowy projekt są niezbędne do zapewnienia bezpiecznej i stabilnej pracy elektrowni oraz osiągnięcia dobrych wyników ekonomicznych.
