李瓊

摘要：光伏發(fā)電是新能源的一個(gè)重要組成部分，在減少碳排放和降低環(huán)境污染方面有重大的意義。對光伏發(fā)電系統(tǒng)來說，日常發(fā)生的大部分問題都出現(xiàn)在直流側(cè)，在設(shè)計(jì)和安裝階段做好直流側(cè)的安全和質(zhì)量控制可以有效延長光伏系統(tǒng)的使用壽命，提高光伏系統(tǒng)的發(fā)電效率。結(jié)合國際標(biāo)準(zhǔn)，基于設(shè)計(jì)角度對光伏發(fā)電系統(tǒng)直流側(cè)的關(guān)鍵零部件選配和安裝進(jìn)行探討，力求為國內(nèi)蓬勃發(fā)展的光伏發(fā)電行業(yè)提供安全和質(zhì)量管控方面的理論指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；光伏系統(tǒng)；安全；質(zhì)量

中圖分類號：TB文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：16723198（2015）04016402

1光伏發(fā)電系統(tǒng)配置要求

1.1光伏發(fā)電系統(tǒng)基本要求

大中型地面光伏發(fā)電站的發(fā)電系統(tǒng)宜采用多級匯流，分散逆變，集中并網(wǎng)系統(tǒng)。為了防止不匹配并提高電站性能，接入逆變器同一路MPPT輸入回路的所有組串必須選用相同品牌，型號和數(shù)量的組件。組串中的組件安裝方位角和傾角偏差不能超過5°。

光伏發(fā)電系統(tǒng)直流側(cè)的設(shè)計(jì)電壓應(yīng)高于光伏方陣的最大電壓VMAX ARRAY，系統(tǒng)中所采用的設(shè)備和材料應(yīng)適合直流使用，設(shè)備和材料的最高允許工作電壓應(yīng)不低于該設(shè)計(jì)電壓，額定電流應(yīng)大于部件所處回路中的過流保護(hù)器觸發(fā)值。

戶外使用的設(shè)備防護(hù)等級至少要達(dá)到IP54以上，并且具備耐紫外線能力。防護(hù)等級需充分考慮設(shè)備的安裝方位。

1.2光伏發(fā)電系統(tǒng)直流側(cè)關(guān)鍵部件的選配和安裝

1.2.1光伏方陣切斷裝置要求

方陣和功率轉(zhuǎn)換器之間需配置全極切斷裝置，確保維護(hù)人員在對功率轉(zhuǎn)換器進(jìn)行維修時(shí)不會造成觸電的危險(xiǎn)。該切斷裝置需安裝在靠近功率轉(zhuǎn)換器的位置或直接安裝在功率轉(zhuǎn)換器內(nèi)部。如果方陣和功率轉(zhuǎn)換器之間有多個(gè)切斷裝置，則切斷裝置總數(shù)不允許超過六個(gè)，并且需滿足以下兩者之一：（1）所有切斷裝置同時(shí)動(dòng)作；（2）有切斷裝置處在同一位置，并且在該位置加貼警告語，明確指出必須同時(shí)斷開所有切斷裝置才能確保方陣和功率轉(zhuǎn)換器徹底分離。

1.2.2斷路器

方陣中的斷路器必須符合以下要求：通過IEC60947-2認(rèn)證；選用非極性斷路器，同時(shí)切斷正負(fù)極；額定分?jǐn)嚯娏鞔笥谒幓芈分械倪^流保護(hù)器觸發(fā)值；如果同時(shí)做為過流保護(hù)器使用則必須符合相應(yīng)回路中對過流保護(hù)器觸發(fā)值In的要求。

1.2.3線纜

線纜的選型應(yīng)符合以下要求：額定溫度符合現(xiàn)場環(huán)境要求；暴露在陽光下的線纜需具備耐紫外線能力；選用柔性多股線；低壓直流線纜需選用PV1-F雙重絕緣鍍錫銅線；組串線纜的載流量按（（SA-1）×ISC MOD）計(jì)算。其中，SA為光伏方陣中并聯(lián)的組串總數(shù)；ISC MOD為STC條件下，光伏組串的短路電流；線纜線徑大小必須根據(jù)安裝方式和載流量按照IEC60364-5-52的要求進(jìn)行選配。

1.2.4連接器

連接器應(yīng)符合以下要求：通過EN50521認(rèn)證；內(nèi)部導(dǎo)體在連接器斷開或閉合的情況下都不允許裸露；額定電流大于連接器所處回路中的過流保護(hù)器觸發(fā)值；與線纜線徑相匹配；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)避免可以被輕易斷開，并且確保只有同一廠家同一型號的連接器才能互聯(lián)；額定溫度和使用環(huán)境相匹配；具備雙重絕緣或加強(qiáng)絕緣保護(hù)；戶外使用連接器需符合相應(yīng)的耐紫外線和IP防護(hù)等級要求；避免受拉力作用。

1.2.5保險(xiǎn)管

保險(xiǎn)管應(yīng)符合以下要求：選用額定為直流的保險(xiǎn)管；額定電壓大于方陣最大電壓；額定分?jǐn)嚯娏鞔笥谒幓芈分械倪^流保護(hù)器觸發(fā)值；如果同時(shí)做為過流保護(hù)器使用則必須符合相應(yīng)回路中對過流保護(hù)器觸發(fā)值In的要求，并且選用符合IEC60269-6要求的類型。

1.2.6旁路二極管

安裝在組件接線盒以外旁路二極管應(yīng)符合以下要求：額定電壓大于兩倍ISC MOD；額定電流大于1.4倍ISC MOD；需安裝在匯流箱或其他部件內(nèi)部。

1.2.7防反二極管

防反二極管應(yīng)符合以下要求：額定電壓大于兩倍方陣最大電壓；額定電流大于1.4倍所處回路的短路電流（STC）；需安裝在匯流箱或其他部件內(nèi)部。

1.2.8匯流箱

匯流箱應(yīng)依據(jù)型式，絕緣水平，電壓，溫升，防護(hù)等級，輸入輸出回路數(shù)，輸入輸出額定電流等技術(shù)條件進(jìn)行選擇。匯流箱應(yīng)按環(huán)境溫度，相對濕度，海拔高度，地震烈度，污染等級等使用環(huán)境條件進(jìn)行校驗(yàn).匯流箱應(yīng)具有以下保護(hù)功能：載流件與外殼之間的絕緣阻抗不低于1M歐；應(yīng)設(shè)置防雷保護(hù)裝置；采用金屬箱體的匯流箱應(yīng)可靠接地；匯流箱的輸入回路宜具有防逆流及過流保護(hù)，對于多級匯流光伏發(fā)電系統(tǒng)，如果前級已有防逆流保護(hù)，則后級可不做防逆流保護(hù)；匯流箱的輸出回路應(yīng)具有隔離保護(hù)措施；宜設(shè)置監(jiān)測裝置；戶外使用匯流箱應(yīng)具備防腐，防銹，防暴曬等措施，匯流箱體的防護(hù)等級不低于IP54。匯流箱必須安裝在便于操作和維護(hù)的位置。

1.2.9光伏支架

光伏支架應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際選用材料，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)方案和構(gòu)造措施，保證支架結(jié)構(gòu)在運(yùn)輸，安裝和使用過程中滿足強(qiáng)度，穩(wěn)定性和剛度要求，并符合抗震，抗風(fēng)和防腐等要求。光伏支架材料宜采用鋼材，材質(zhì)的選用和支架設(shè)計(jì)應(yīng)符合GB50017的規(guī)定。支架的防腐應(yīng)符合以下要求：支架在構(gòu)造上應(yīng)便于檢查和清刷，支架的安裝位置必須確保在降雨或組件清洗的時(shí)候，水能夠及時(shí)排走；剛支架防腐宜采用熱鍍浸鋅，鍍鋅層厚度不應(yīng)小于55um；支架的卡扣，螺絲和螺母等固定件必須選用不銹鋼材質(zhì)；鋁合金支架應(yīng)進(jìn)行表面防腐處理，可采用陽極氧化處理措施。

1.2.10自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)

自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的檢查，至少包含如下項(xiàng)目：自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的導(dǎo)線應(yīng)具備足夠的長度和必要的防護(hù)措施，防止系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)導(dǎo)線受力或磨損；自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)在電源停電或控制失效時(shí)，方陣可手動(dòng)調(diào)整為正向朝南位置；自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)在風(fēng)速超過最大允許風(fēng)速時(shí)，方陣可自動(dòng)調(diào)整為水平方向。

2光伏方陣安全要求

2.1通用要求

家用光伏發(fā)電系統(tǒng)的組件開路電壓不允許超過600V。對于組件開路電壓超過600V的非家用光伏發(fā)電系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)方陣，所有連接線纜和匯流箱都必須安裝在有隔離防護(hù)措施的區(qū)域，確保只有具備相關(guān)資質(zhì)的維護(hù)人員才能進(jìn)去其中。

2.2防止觸電危險(xiǎn)

組件必須符合IEC60730-1，IEC60730-2， IEC61215（晶硅組件），IEC61646（薄膜組件）標(biāo)準(zhǔn)的要求，A類和C類組件必須使用在各自額定的條件下，任何情況下不允許使用B類組件。開路電壓超過50V的組件需加旁路二極管（一塊組件至少須有一個(gè)旁路二級管）。光伏系統(tǒng)在低壓側(cè)（1000AC或1500VDC以下）的所有連接線纜必須選用雙重絕緣線。對于組件輸出一極（正極或負(fù)極）接地的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，在直流側(cè)和交流側(cè)之間必須配置符合IEC62109-2要求的隔離變壓器。

2.3過流保護(hù)

2.3.1組串過流保護(hù)器

在以下情況下組串需配置過流保護(hù)器：

（SA-1）×ISC MOD>IMOD MAX OCPR

一般情況下每個(gè)組串都應(yīng)該提供單獨(dú)的過流保護(hù)器，過流保護(hù)器額定觸發(fā)電流In需滿足以下要求：

In>1.5×ISC MODIn<2.4×ISC MODIn≤IMOD MAX OCPR

如果組件IMOD MAX OCPR大于組串ISC MOD×5， 并且滿足以下條件， 則允許并聯(lián)組串公用一個(gè)過流保護(hù)器：

Ing≥1.5×（Sg）×ISC MODIng

Sg為并聯(lián)組串?dāng)?shù)量；Ing為過流保護(hù)器額定觸發(fā)電流。

2.3.2子陣過流保護(hù)器

每個(gè)子陣都必須配置單獨(dú)的過流保護(hù)器，過流保護(hù)器額定觸發(fā)電流In需滿足以下要求：

In≥1.5×ISC S-ARRAYIn≤2.4×ISC S-ARRAY

2.3.3方陣過流保護(hù)器

當(dāng)方陣與電池或其他儲能元件連接時(shí)，在方陣與儲能元件之間需配置過流保護(hù)器防止儲能元件的故障電流損壞方陣。方陣過流保護(hù)器額定觸發(fā)電流In需滿足以下要求：

In≥1.25×ISC S-ARRAYIn≤2.4×ISC S-ARRAY

2.3.4過流保護(hù)器安裝位置

組串過流保護(hù)器應(yīng)安裝在組串匯流箱內(nèi)部。子陣過流保護(hù)器應(yīng)安裝在子陣匯流箱內(nèi)部。方陣過流保護(hù)器應(yīng)安裝在方陣與儲能元件之間靠近儲能元件的位置。在低壓方陣中，過流保護(hù)器需安裝在所有非接地導(dǎo)線上。在特低壓方陣中，過流保護(hù)器可以安裝在正極或負(fù)極，如果特低壓方陣中有一極接地，則過流保護(hù)器需安裝在非接地導(dǎo)線上。

2.4接地故障保護(hù)

光伏方陣的接地故障保護(hù)配置需符合IEC62109-2的要求。

2.5過電壓保護(hù)

為了防止雷擊或電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起的過電壓所造成的損害，光伏方陣應(yīng)根據(jù)過電壓產(chǎn)生的原因配置相應(yīng)的保護(hù)措施。主要包括：接地，屏蔽，避雷擊，安裝浪涌保護(hù)裝置，減少閉環(huán)線路的形成。

2.5.1接地

將金屬箱體，支架和設(shè)備外殼連接到接地基準(zhǔn)點(diǎn)上，當(dāng)箱體帶電時(shí)可以將電流分流到大地。將系統(tǒng)中的正極或負(fù)極接地可以穩(wěn)定電氣系統(tǒng)對地的電壓，當(dāng)采用這種方式時(shí)，接地導(dǎo)線應(yīng)按照以下方法牢固接地：接地點(diǎn)應(yīng)置于光伏組件和其它元件如開關(guān)，斷路器，保護(hù)二極管之間盡可能靠近組件的位置，這樣可以確保永久接地，避免接地連接被開關(guān)元件切斷；當(dāng)從方陣中拆去任何一個(gè)組件時(shí)，系統(tǒng)接地和設(shè)備接地都不應(yīng)被切斷；直流系統(tǒng)和交流系統(tǒng)應(yīng)共用同一接地主電極。

2.5.2屏蔽

屏蔽是當(dāng)雷擊在系統(tǒng)附近的大地放電時(shí)，通過降低電磁場與系統(tǒng)輸電線路的相互作用對系統(tǒng)提供保護(hù).將線纜置于金屬線槽或?qū)Ч苤锌梢云鸬狡帘蔚淖饔?，線槽和導(dǎo)管的材質(zhì)選型應(yīng)避免容易被腐蝕或生銹。

2.5.3避雷擊

使用接地的避雷針或避雷器可以有效防止雷擊對光伏方陣造成的危害。在確定是否需要架設(shè)避雷裝置時(shí)，應(yīng)考慮以下各項(xiàng)因素：人員安全（現(xiàn)場是否有人值守）；避雷裝置的造價(jià)與直接雷擊的幾率和更換損壞元件的費(fèi)用之間的關(guān)系（雷擊發(fā)生幾率大于兩次每平方公里每年的區(qū)域應(yīng)考慮架設(shè)避雷裝置）；由于避雷裝置陰影引起的系統(tǒng)性能損失。

2.5.4浪涌保護(hù)裝置（SPD）

浪涌保護(hù)裝置用于對敏感設(shè)備如功率轉(zhuǎn)換器或其

（1）選用符合GB18802.1要求的浪涌保護(hù)裝置。

（2）SPD參數(shù)選擇：Uc > 1.15 × V MAX ARRAY， Uw < 0.8 × Up （V MAX ARRAY < 424V， Up = 2500V； 424V < V MAX ARRAY < 849V， Up = 4000V； 849V < V MAX ARRAY < 1500V， Up = 6000V）， Iimp > 12.5kA。

（3）在設(shè)計(jì)壽命內(nèi)，在額定工作條件下，保護(hù)裝置的衰退不得超過其標(biāo)稱值。

（4）保護(hù)裝置的衰退不得低于系統(tǒng)設(shè)計(jì)壽命的要求。

（5）保護(hù)裝置必須把被保護(hù)點(diǎn)的電壓限制在安全水平上，在預(yù)期的瞬變條件下，保護(hù)裝置不應(yīng)失效。

（6）盡可能把對系統(tǒng)的效率影響降到最小。

2.5.5減少閉環(huán)線路的形成

裸露的光伏方陣線纜在布線的時(shí)候應(yīng)該盡量確保正負(fù)極線纜捆綁在一起，避免形成閉環(huán)，從而降低形成過電壓的幾率。

2.6光伏方陣接地要求

如果方陣最大電壓超過特低電壓，則方陣中所有組件的邊框和支架都必須良好接地：接地應(yīng)連續(xù)，可靠，接地電阻應(yīng)小于4歐；接地連接可采用梅花墊圈，機(jī)械螺絲或?qū)Ｓ媒拥貖A塊；自攻螺絲不允許做為接地連接使用；接地連接件需選用不銹鋼或其它能防止生銹的材質(zhì)；接地方式的配置應(yīng)確保移動(dòng)任一組件不會影響到其他組件或整個(gè)方陣的接地連續(xù)性；如果方陣的接地連接同時(shí)做為防雷系統(tǒng)的組成部份則方陣應(yīng)直接和建筑物的主接地極連接，避免通過功率轉(zhuǎn)換器的接地連接再接到主接地極；接地線徑需滿足IEC60364-5-54的要求。

2.7防電弧保護(hù)

輸出電壓超過50V并且安裝在建筑物上的光伏方陣需配置防電弧保護(hù)裝置。防電弧保護(hù)裝置應(yīng)能及時(shí)檢測并切斷方陣中產(chǎn)生的電弧。防電弧切斷裝置觸發(fā)后不允許自動(dòng)合閘，并且具備相應(yīng)的蜂鳴器或指示燈等明顯的警告信號，警告信號在防電弧切斷裝置觸發(fā)階段應(yīng)該一直存在。

3結(jié)語

當(dāng)前，中國的碳排放量高居全球第一，遠(yuǎn)超排在第二位的美國，能源利用率也非常低。推廣太陽能，減少化石能源的使用將是未來一段時(shí)期內(nèi)的重要戰(zhàn)略任務(wù)。在設(shè)計(jì)和開發(fā)階段加強(qiáng)對光伏系統(tǒng)的安全和質(zhì)量控制有助于延長光伏系統(tǒng)的使用壽命，提高發(fā)電效率，有效提高能源利用率。從長遠(yuǎn)來看，不僅能夠帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益，而且能夠降低環(huán)境污染，真正做到可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]International standard IEC 62446 Edition 1.0： Grid connected photovoltaic systems – Minimum requirements for system documentation，commissioning tests and inspection.

[2]Australian/New Zealand Standard AS/NZS 50332012： Installation and safety requirements for photovoltaic （PV） arrays.