Napelemes rendszer tervezése: PV modul konfiguráció és elektromos tervezés
Aug 27, 2026
ANapelemes rendszer tervezéseegy szisztematikus tervezési folyamat, amely több műszaki szempontot is magában foglal, beleértve a fotovoltaikus (PV) modulok kiválasztását, a tömb elrendezését, a fő elektromos csatlakozásokat, a villámvédelmet és a földelést. A tudományosan megalapozott és ésszerű tervezésnek figyelembe kell vennie a napenergiát, az éghajlati viszonyokat és a projekt helyszínének jellemzőit, miközben egyensúlyt kell elérni a biztonság, a gazdasági teljesítmény és az energiatermelés hatékonysága között. Ez a cikk a napelemes rendszer tervezésének két fő területére összpontosít, -modulkonfigurációra és elektromos rendszerre-, és összefoglalja a legfontosabb műszaki szempontokat és tervezési szabványokat, hogy útmutatást nyújtson a mérnöki gyakorlat számára.
Napelemes rendszer tervezése
1. PV modul kiválasztása
A PV modulok kiválasztásának alapelve, hogy olyan főáramú modultípusokat válasszunk, amelyek magas szintű műszaki érettséget és megbízható működést biztosítanak, figyelembe véve az erőművet körülvevő természeti környezetet, az építési feltételeket és a szállítási logisztikát. A végső kiválasztásnak átfogó értékelésen kell alapulnia, hogy azonosítsák a legjobb általános teljesítményt nyújtó és a projekthez leginkább megfelelő PV-modulokat.
2. PV Array működési módok tervezése
A PV-tömbök három módszer egyikével telepíthetők: fix-dőlés, állítható-dőlés vagy nyomkövető rendszer. A megfelelő telepítési módszert műszaki-gazdasági összehasonlítással kell kiválasztani olyan tényezők alapján, mint a napsugárzás erőforrásai, az éghajlati viszonyok, a működési környezet, a beépített kapacitás, a telepítési hely területe és jellemzői, a terhelési jellemzők, valamint az üzemeltetési és kezelési gyakorlatok.
A napelemes tartószerkezetek elrendezését megfelelően kell megválasztani a feszültségkoncentráció elkerülése érdekében. Minden szerkezeti elemhez megfelelő keresztmetszetet kell -választani az alkalmazott erők nagysága szerint. Az acélfogyasztást minimálisra kell csökkenteni, miközben biztosítani kell, hogy az összes szerkezeti elem szilárdsága teljes mértékben ki legyen használva.
A PV tartórendszernek a tervezési élettartam során szerkezetileg biztonságosnak és megbízhatónak kell maradnia, és képesnek kell lennie ellenállni a szél- és hóterhelésnek, valamint a környezeti hatásoknak. Figyelembe kell venni a beépítés megvalósíthatóságát is, hogy a lehető legalacsonyabb költségek mellett az optimális projektépítési eredményeket lehessen elérni. A napelemes erőmű tervezése és építése során a tartószerkezet típusának kiválasztását átfogó értékeléssel a helyi viszonyokhoz kell igazítani. A különböző típusú PV tartószerkezetek összehasonlítását az 1. táblázat tartalmazza.
2. táblázat
| Nem. | Tétel | Rögzített Támogatási struktúra |
Vízszintes egyetlen-tengely Nyomon követési struktúra |
Döntött egyetlen-tengely Nyomon követési struktúra |
Kettős{0}}tengely Nyomon követési struktúra |
Rögzített Állítható{0}}döntéstámasztó szerkezet |
| 1 | Szélállóság és Civil Alapítvány |
A tartószerkezet szélellenállásának meghatározásához a helyi maximális szélsebesség alapján az irányadó terhelés esetére tervezték | A szélállóság megegyezik a rögzített tartószerkezetével; a tényleges teherbírási-követelmények alacsonyabbak, mint a rögzített tartószerkezeté | A szélállóság megegyezik a rögzített tartószerkezetével; Az alapozási követelmények magasabbak, mint a vízszintes egytengelyű{0}}követő esetében, de alacsonyabbak, mint a rögzített tartószerkezetnél | A szélállóság megegyezik a rögzített tartószerkezetével; az irányadó terhelés esetén az alapozási követelmények hasonlóak a döntött egytengelyes{0}}követő követelményeihez | A szélállóság megegyezik a rögzített tartószerkezetével |
| 2 | Telepítés Követelmények |
Nincsenek mozgó alkatrészek; alacsony telepítési-pontossági követelmények és viszonylag egyszerű telepítés | Mozgó alkatrészek vannak jelen; a telepítés nagyobb pontosságot igényel, és bonyolultabb, mint a rögzített tartószerkezet esetében | Mozgó alkatrészek jelennek meg, és déli fekvésű-dőlés is hozzáadásra került; a beszerelés pontossági követelményei valamivel magasabbak, a telepítés pedig valamivel bonyolultabb, mint a vízszintes egytengelyes-szerkezet esetében | Kettős{0}}tengelyű nyomkövető alkatrészek és több mozgó alkatrész; a legmagasabb telepítési-pontossági követelmények és a legbonyolultabb telepítés | Hasonló a rögzített tartószerkezethez; a távolsági fény egy mozgó alkatrész, de kevesebb a mozgó alkatrész, mint a nyomkövető szerkezetekben |
| 3 | Műszaki Érettség |
Egyszerű rendszer, széles körben használt és műszakilag kiforrott | Érett technológia, hazai alkalmazásokkal megközelítőleg a GWp skálán | Döntött egytengelyű{0}}technológia növeli a telepítés dőlésszögét; valamivel kevésbé érett, mint a vízszintes egytengelyű-szerkezet | A legösszetettebb technológia; nincs nagyszabású-kérelem sem hazai, sem nemzetközi szinten | Nagyon kiforrott technológia |
| 4 | Alkalmazható Szélesség |
Nincs korlátozás | Közép---magas-szélességi régiók | Nincs korlátozás | Nincs korlátozás | Alacsony-szélességi körök |
| 5 | Megbízhatóság | Egyszerű és megbízható | A kulcsmeghajtó és vezérlőberendezések minőségét és megbízhatóságát ellenőrizni kell; megbízhatósága alacsonyabb, mint a rögzített tartószerkezeté | A dőlésszög hozzáadása kissé bonyolultabbá teszi a működési feltételeket; a megbízhatóság valamivel alacsonyabb, mint a vízszintes egytengelyes szerkezeté- | Az univerzális csuklók hajlamosak a sérülésekre, a vezérlőrendszer pedig összetett, ami sokkal nagyobb meghibásodási arányt eredményez, mint az egytengelyes nyomkövető szerkezetek, és alacsony a megbízhatóság | A megbízhatóság közel áll a rögzített tartószerkezetéhez, és magasabb, mint a nyomkövető szerkezeteké |
| 6 | Földterület MW-onként |
Körülbelül 25 mu sík terepen |
Körülbelül 30 mu; -vel nő a földterület körülbelül 15% |
40 mu; földterület körülbelül 50%-kal nő |
50 mu; földterület körülbelül 100%-kal nő |
Körülbelül 28 mu; a terület körülbelül 10%-kal nő |
| 7 | Referencia Egység Költség |
0.3–0.4 jüan/Wp |
0,3-0,4-es növekedés jüan/Wp képest a rögzített tartószerkezet |
Növekedés 0,4-0,5 jüan/Wp képest a rögzített tartószerkezet |
1,4-2,5-ös növekedés jüan/Wp képest a rögzített tartószerkezet |
0,1-0,2-es növekedés jüan/Wp képest a rögzített tartószerkezet |
| 8 | Áramtermelés Haszon |
100%-nak feltételezve | 110%–120% | 120%–125% | 130%–140% | 100%–110% |
| 9 | 25 éves O&M Költség-összehasonlítás |
25 év felett, alapvetően karbantartás-mentes |
25 év alatt a rögzített tartószerkezethez képest a fő kiegészítések a mechanikus berendezések rutinellenőrzése és kenése | Több mint 25 éve, valamivel bonyolultabb, mint a vízszintes egytengelyes{1}}követő rendszer | 25 év alatt a nyomkövető rendszer a legösszetettebb, és kiterjedt képzést igényel | kézi beállítás szükséges; a beállítást évente négyszer kell elvégezni; működése viszonylag egyszerű |
3. Inverterek és kombinálódobozok
A napelemes erőművekben használt inverterek főként három típust tartalmaznak: központi invertereket, string invertereket és elosztott invertereket. A három általánosan használt invertertípus alkalmazható forgatókönyveit a 2. táblázat alapján lehet meghatározni.
Az inverterek kiválasztásakor különös figyelmet kell fordítani a gyártó iparági tapasztalataira, az értékesítés utáni-szolgáltatásra, a berendezések jövőbeni frissítési költségeire és a frissítés redundanciájára. Az invertert a tényleges helyszíni feltételeknek és a projekt követelményeinek megfelelően kell kiválasztani. Előnyben kell részesíteni a magas konverziós hatásfokkal rendelkező inverteres modelleket.
2. táblázat
| Műszaki paraméterek | Központi inverter | String Inverter | Elosztott inverter |
| Alkalmazható forgatókönyvek | Alkalmas konzisztens modulszögű és viszonylag nagy projektléptékű forgatókönyvekhez | Alkalmas olyan alkalmazásokhoz, ahol jelentős eltérések vannak a modulok szögeiben vagy viszonylag kis projektméretekben | Alkalmas olyan forgatókönyvekhez, ahol jelentős eltérések vannak a modulok szögeiben és viszonylag nagy projektméretekben |
4. A napelemes rendszer tervezésének PV-tömb elrendezése
A PV-tömb és az inverterek közötti kapacitásarányt egy fotovoltaikus erőműben műszaki-gazdasági összehasonlítással kell meghatározni, olyan átfogó tényezők figyelembevételével, mint a PV-tömb telepítési típusa, a helyszín körülményei, a napenergia-források és a különféle rendszerveszteségek. A PV-tömb beépített teljesítményének az inverter névleges teljesítményéhez viszonyított aránya az alábbi követelményeknek való megfeleléshez ajánlott:
I. osztályú napenergia-forrás régiók: általában nem haladhatja meg az 1,2-t;
II. osztályú napenergia-forrás régiók: általában nem haladhatja meg az 1,35-öt;
III. osztályú napenergia-forrás régiók: általában nem haladhatja meg az 1,5-öt.
A tartószerkezetek közötti távolság kialakítása elsősorban a szomszédos szerkezetek közötti árnyékolást veszi figyelembe. Az északi féltekén a PV-modulok optimális tájolása délre van. A minimális távolságot a következő szempont szerint kell meghatározni: a téli napforduló idején 9:00-tól 15:00-ig az elülső -sormodulok északi irányú vetülete nem érheti el a hátsó sorban lévő modulok alsó szélét. Más szóval, nem szabad árnyékolni az északi{12}}déli irányban.
Ez a kritérium a téli napforduló szélsőséges működési körülményén alapul, amikor a nap emelkedési szöge a legalacsonyabb, az árnyékok pedig a leghosszabbak. Biztosítja, hogy a rendszer kimenetét az év egyetlen időszakában sem befolyásolja az árnyékolás.
A PV-modulok és a talaj közötti távolság kialakítását-vagyis a modulok legalacsonyabb pontjának talaj feletti magasságát-főként olyan tényezők befolyásolják, mint a PV-területen belüli kombinált földhasználat követelményei, az árvíz-ellenőrzési követelmények, a modulok árnyékolása a környező akadályok által, a talajnövényzet borítása és a "PV +" alkalmazások. Ha bifaciális PV modulokat használnak, az energiatermelés hatékonyságát is figyelembe kell venni.
A bifaciális PV modulok előnye a monofaciális modulokkal szemben, hogy minél nagyobb a hátsó oldalon kapott fény, annál nagyobb a bifaciális nyereség. A hátsó -oldali energianövekedést befolyásoló fő tényezők közé tartozik a talaj albedója, a tartószerkezet magassága, a besugárzási feltételek és a sortávolság. Az ebből eredő előnyök évszakonként változnak.
A PV tartószerkezetek és a talaj közötti minimális távolság meghatározásakor a fenti tényezőket átfogóan figyelembe kell venni, miközben a biztonság és a gazdasági teljesítmény lehetőleg egyensúlyban kell legyen. A PV-modulok minimális talajszint feletti magasságának megfelelő mértékű növelése javíthatja az energiatermelés hatékonyságát és bizonyos mértékig növelheti az energiahozamot. Ez azonban növeli a tartószerkezetek és alapítványok költségeit is, ezáltal bizonyos hatással van a projekt gazdasági teljesítményére.
A napelemes rendszer tervezésének villamos tervezése
1. Fő elektromos csatlakozás
A napelemes erőmű egy vagy több energiatermelő egységből áll. A fő elektromos csatlakozás határozza meg, hogy ezek a termelőegységek hogyan kapcsolódnak egymáshoz és hogyan gyűjthetők össze. A helyi léptető-transzformációt követően az egyes egységek által termelt áramot összegyűjtik, és a lépcsős-alállomás gyűjtősínére táplálják.
A step{0}}up alállomás gyűjtősínjének feszültségszintjének nem csak a helyi villamosenergia-hálózat felépítésének és A napelemes erőmű típusától függően a közös gyűjtősín feszültségszintek 0,4 kV, 6 kV, 10 kV és 35 kV.
Az erőmű villamos főcsatlakozása a kivitelezési ütemterv szerint tervezhető. Ha az erőművet egyetlen fázisban építik és helyezik üzembe, és csak egy hálózati{1}}csatlakozási pontja van, akkor általában egyetlen-sín-konfiguráció is alkalmazható. Ha az erőművet szakaszosan építik és helyezik üzembe, vagy ha két vagy több hálózati csatlakozási pontja van, akkor általában megfelelőbb a szekcionált egysínes konfiguráció.
2. Áramelosztó berendezések
Az áramelosztó berendezés elrendezését olyan tényezők átfogó mérlegelése után kell kiválasztani, mint a projekt földrajzi elhelyezkedése, a helyi éghajlati viszonyok, a rendelkezésre álló terület és a tengerszint feletti magasság. A berendezés az adott körülményektől függően beltéren vagy kültéren is felszerelhető.
Jelenleg a háztartási fotovillamos erőművek 10–35 kV-os áramelosztó berendezéseit általában beltérben telepítik. Beltéri páncélozott, kihúzható, váltakozó áramú fém-zárt kapcsolóberendezés az elsődleges konfiguráció. Egyes régiókban a 10–35 kV-os áramelosztó berendezések kén-hexafluorid (SF₆) gáz-szigetelt fém-beépített kapcsolóberendezéseket is használhatnak, ha ez műszakilag és gazdaságilag indokolt, különösen a sópermet elleni védelem, a fokozott szigetelés vagy a csökkentett földhasználat miatt.
Az elmúlt években a technológia fejlődésével egyre elterjedtebbek az előre gyártott kabinos{0}} típusú áramelosztó berendezések. A kapcsolóberendezések gyárilag előre gyárthatók és a helyszínen modulárisan összeszerelhetők. Ez a megközelítés csökkenti a helyszíni építési és üzembe helyezési munkákat-, lerövidíti az építési időt, energiát takarít meg, védi a környezetet, és csökkenti a kapcsolóállomáshoz szükséges földterületet. Előnyben részesíthető, ha műszakilag és gazdaságilag megfelelő.
3. Villámvédelem és napelemes rendszer tervezésének földelése
A teljes PV-mezőt lefedő fő földelőhálózatot általában egy fotovoltaikus erőműben telepítik. A fő földelő hálózat külső határának általában meg kell egyeznie a PV mező határaival, és zárt hurkot kell alkotnia.
A fő földelő rács egy hálózatból áll, amelyet vízszintes földelővezetékek kereszt- és hosszirányú összekötésével alakítanak ki a modultartó szerkezetekhez. A függőleges földelőelektródákat egyenletesen kell elosztani az élek mentén és a földelőrácson belül. A modultartó szerkezetek alapjait lehetőség szerint természetes földelő elektródaként is kell használni.
A napelemes erőművek fő földelőhálózata általában horganyzott lapos acélt vagy köracélt használ fő földelővezetékként. A fő földelőhálózat földelési ellenállása a PV mezőben nem haladhatja meg a 4 Ω-ot.
A PV modulok és fém tartószerkezeteik közötti földeléshez a legelterjedtebb módszer az, hogy először megbízható kapcsolatot létesítenek a szomszédos PV modulok fémvázai között rézvezetőkkel, majd az egyes PV modulsorok mindkét végét csatlakoztatják a fém tartószerkezethez.
Egyes tetőtéri napelemes projekteknél, ahol a földelő rézvezetékek felszerelése kényelmetlen, fém csatlakozók használhatók vezetőként a modulok és a tartószerkezetek között. Ha ezt a módszert alkalmazzák, a csatlakozókat rozsdamentes acél alátétekkel kell ellátni, amelyek képesek áthatolni a modulvázon lévő védő alumínium-oxid fólián, ezáltal biztosítva a jó elektromos folytonosságot a modulkeretek és a fém tartószerkezetek között.
A modul tartószerkezetei először ekvipotenciálisan hozzáköthetők a szomszédos tartószerkezetekhez, hogy egy földelő csoportot képezzenek, amelyet azután a földelő hálózathoz csatlakoztatnak. A megbízhatóság érdekében minden egyes tartószerkezeti-földelési csoportot legalább két ponton kell a földelőhálózathoz csatlakoztatni. Ezeket a csatlakozási pontokat a tartószerkezetek minden sorának mindkét végére kell felszerelni.
A PV mező minden helyi lépcsős-transzformátora köré gyűrű alakú-potenciálkiegyenlítő rácsot kell telepíteni, és megbízhatóan csatlakoztatni kell a PV mező fő földelőhálózatához. Ha egy helyi lépcsős{3}}transzformátor dobozos- típusú transzformátort használ beépített fémházzal, a házat legalább két ponton megbízhatóan kell csatlakoztatni az ekvipotenciális földelő hálózathoz. A doboz típusú transzformátor minden szabadon álló fém részét, beleértve a fém létrákat is, szintén csatlakoztatni kell a földelő hálózathoz.
4. Kábelválasztás és napelemes rendszer tervezésének telepítése
A fotovoltaikus modulok és a sztringkombináló dobozok vagy a PV-erőműben lévő sztringinverterek közé beépített kábelek általában dedikált PV-kábelek. Ultraibolya sugárzással szembeni ellenállásuknak, időjárásállóságuknak, égéskésleltető{1}}teljesítményüknek és egyéb jellemzőiknek meg kell felelniük a jelenlegi ipari szabványok követelményeinek.
Az elosztott fotovoltaikus projektek esetén az -integrált vagy az építési-szerelt PV-rendszerekhez használt kábeleknek jó égéskésleltető-teljesítményűeknek kell lenniük. A rézvezetőket általában a kedvező elektromos vezetőképességük miatt választják ki.
A közüzemi-léptékű napelemes erőműveknél a kábelek általában nagy területen vannak elosztva. Ezért a kábeleket általában közvetlen betemetéssel szerelik fel, amely esetben páncélozott kábeleket kell használni. Különösen olyan projekteknél, ahol a PV modulok által elfoglalt telkek szétszórtak, 10 kV-os vagy 35 kV-os légvezetékek használhatók gyűjtőkörként.
Mivel a PV-tömb területén belüli oszlopok és tornyok árnyékot vethetnek a PV-modulokra, a felsővezetékek árnyéktartományát a vonaltervezés során kell kiszámítani. A vonalelrendezést össze kell hangolni a PV tömb elrendezésével, hogy minimalizáljuk a modulok árnyékolását.
Az AC és DC kábelek hosszának meghatározásakor egy fotovoltaikus rendszerben mind a kábel áteresztőképességét, mind a rendszer feszültségesését figyelembe kell venni. Az AC feszültségesés a napelemes rendszerben általában nem haladhatja meg a 3%-ot, míg az egyenáramú feszültségesés általában nem haladhatja meg a 2%-ot.
Ha a feszültségesés nem felel meg a vonatkozó követelményeknek, akkor növelni kell a megfelelő kábel keresztmetszeti területét-, vagy a berendezés egymáshoz viszonyított helyzetét úgy kell beállítani, hogy a kábel útvonala lerövidüljön és a feszültségesés a megadott határokon belül maradjon.
5. Monitoring System
A kínai napelemes erőművek általában pilóta nélküli vagy minimális létszámmal működnek. Egyes földre szerelt napelemes erőművek-elkezdték a távfelügyelet alkalmazását a telephelyi-személyzetes működés helyett. A tervezési szakaszban általában a projekt aktuális szakaszát tekintik elsődleges szempontnak, miközben az előző és az azt követő szakaszokat is figyelembe veszik. A rendszernek kompatibilisnek kell lennie az erőmű által elfogadott automatizálási, üzemeltetési és irányítási szintekkel.
A legtöbb kínai fotovillamos erőmű külön felügyeleti rendszert használ a lépcsőzetes{0}}alállomás vagy kapcsolóberendezés állomás és a PV-tömb területén. Ennek a megközelítésnek az az előnye, hogy csak korlátozott mennyiségű információcserére van szükség a lépcsőzetes-alállomás-felügyeleti rendszer és a napelemes felügyeleti rendszer között, ami viszonylag egyszerűvé teszi a megvalósítást. Hátránya azonban az alacsony információfelhasználás is.
Egy intelligens felügyeleti rendszer bevezetése után egy napelemes erőmű átfogó adatgyűjtést és a teljes létesítmény panorámás monitorozását tudja elérni. A rendszer vertikális integrációt tud létrehozni a főbb rendszerekkel, például diszpécser- és termelésirányítási rendszerekkel, ugyanakkor horizontális kapcsolatot biztosít az erőmű fő automatizálási berendezéseivel.
Az intelligens felügyeleti rendszer olyan funkciókat is támogathat, mint a gazdaságos működési döntéshozatal-, az online diagnózis és az automatikus helyreállítás, az automatikus ellenőrzés és hibaelemzés, valamint a hibajelzés.
Következtetés
ANapelemes rendszer tervezéseátfogó koordinációt igényel minden szakaszban, beleértve a modulok kiválasztását, a tömb elrendezését, az elektromos csatlakozásokat, a kábelek telepítését és a felügyeleti rendszereket. Az optimális megoldást a helyi feltételeknek és a projekt követelményeinek megfelelően kell kiválasztani.A PV technológia folyamatos fejlődésével és az intelligencia szintjének növekedésével a rendszertervezés magasabb követelményeknek és több lehetőségnek is néz szembe. A tudományos tervezés és a részletes tervezés elengedhetetlen az erőmű biztonságos és stabil működéséhez, valamint az erős gazdasági teljesítmény eléréséhez.
