1、配電工程（十二）,太陽能發電配電設計概要,主講人：王廷興博士台北科技大學冷凍空調系 教授消防設備師，電機技師，建管甲級技術士，合格仲裁人，升降梯檢查員,目錄,一、專用術語說明二、系統架構說明三、孤島效應四、發電原理,五、實務應用系統六、實務系統設計及實例七、太陽能電池模板規範摘要八、市電相關規定,一、專用術語說明,以下模板或組列之電氣特性係指於標準測試條件(模板溫度25C，AM 1.5，1,000W/m2 日照)下模板或組列的輸出電氣特性。,太陽光發電系統(Photovoltaic system)：以太陽電池組列為主之再生能源發電系統。太陽電池模板(solar module)：以太陽電池(So
2、lar cell)經串、併聯及封裝製成之發電應用單元(unit)。太陽電池組列(solar array)：以太陽電池模板經排列及串、併聯組成之發電系統組件。最大輸出功率(Maximum power, Pmax)：太陽電池模板或組列於標準測試條件之下最大輸出功率。,最大輸出功率電壓(Maximum power voltage, Vmax)：太陽電池模板或組列於最大輸出功率時之電壓值。仟峰瓦(kWp)：以仟瓦為單位之太陽電池組列最大輸出功率。開路電壓(Open circuit voltage, Voc)：太陽電池模板或組列於標準測試條件之下開路電壓值(電流為零)。短路電流(Short circui
3、t current, Isc)：太陽電池模板或組列於標準測試條件之下短路電流值(電壓為零)。最大功率追蹤(Maximum Power Point Tracking, MPPT )：直/交流轉換器以不斷調整輸入電壓或電流之方式，使太陽電池組列可隨時保持在最大功率輸出之功能。,目錄,一、專用術語說明二、系統架構說明三、孤島效應四、發電原理,五、實務應用系統六、實務系統設計及實例七、太陽能電池模板規範摘要八、市電相關規定,二、系統架構說明,1.可再生能源并网發電應用的背景, 独立供电系统 PV组件 蓄电池 充放电控制器 并网系统 PV组件 并网逆变器 计量装置 公用电网,DC负载,逆变器 + AC负
4、载,2. 光伏发电系统的组成,3.几种常见光伏建筑用并网逆变器的拓朴结构,直接逆变系统,工频隔离系统,高频隔离系统,多DC-DC（MPPT）、单逆变系统,高频不隔离系统,工作方式：早晨弱光时由幾台逆变器中随機一台開始工作。當第一台满功率时接入第二台逆变器，依次投入。傍晚弱光时逐台退出。优点：降低空载损耗，充分利用了太陽能。逆变器轮流工作，延長寿命。缺点：光伏阵列全部並联，並联损耗较大，要求光伏阵列朝向一致。,4. 大型光伏电站的技術方案,三台逆变器一天中的运行状况图,5. 主从供电技術方案的實際並用,目錄,一、專用術語說明二、系統架構說明三、孤島效應四、發電原理,五、實務應用系統六、實務系統設
5、計及實例七、太陽能電池模板規範摘要八、市電相關規定,三、孤島效應,所谓孤岛效应是指当电网的部分线路因故障或维修而停电时，停电线路由所连的并网发电装置继续供电，并连同周围负载构成一个自给供电的孤岛的现象。,孤岛效應發生的机理,光伏并网发电系统的功率流图,网侧开关K跳开后,孤岛,若功率匹配，则a处电压及其频率变化不大，逆变器将继续向负载供电，形成由光伏并网发电系统和周围负载构成的一个自给供电的孤岛。,孤岛效应发生的充要条件是：功率匹配发电装置提供的有功功率与负载的有功功率相匹配发电装置提供的无功功率与负载的无功功率相匹配即满足相位平衡关系： 。,孤岛效应发生的充要条件,反孤岛效应： 非计划的,不受
6、控, 必须禁止;,利用孤岛效应：有计划的, 提高了对重要负荷供电的可靠性,需要加入新的控制策略,甚至需要对分布式发电系统结构的重新配置,目前存在一系列技术和经济障碍.,孤岛效应使电压及其频率失去控制，电压和频率可能发生较大的波动，从而对电网和用户设备造成损坏；孤岛系统被重新接入电网时，由于重合闸时系统中的分布式发电装置可能与电网不同步，可能使电路断路器装置受到损坏，并且可能产生很高的冲击电流，从而损害孤岛系统中的分布式发电装置，甚至导致电网重新跳闸；孤岛效应可能导致故障不能清除（如接地故障或相间短路故障），可能损害电网设备，并且干扰电网正常供电的自动或手动恢复；孤岛效应使得一些被认为已经与所有
7、电源断开的线路带电，这会给相关人员（如电网维修人员和用户）带来电击的危险!,孤岛效应不利的影响,目錄,一、專用術語說明二、系統架構說明三、孤島效應四、發電原理,五、實務應用系統六、實務系統設計及實例七、太陽能電池模板規範摘要八、市電相關規定,四、發電原理,利用電位差發電，無電磁波產生 太陽電池(solar cell)是以半導體製程的製作方式做成的，其發電原理是將太陽光照射在太陽電池上，使太陽電池吸收太陽光能透過圖中的p-型半導體及n-型半導體使其產生電子(負極)及電洞(正極)，同時分電子與電洞而形成電壓降，再經由導線傳輸至負載。簡單的說，太陽光電的發電原理，是利用太陽電池吸收0.2m0.4m波
8、長的太陽光，將光能直接轉變成電能輸出的一種發電方式。由於太陽電池產生的電是直流電，因此若需提供電力給家電用品或各式電器則需加裝直/交流轉換器，將直流電轉換成交流電，才能供電至家庭用電或工業用電。,太陽電池材料種類說明,模板陣列說明,常見的太陽電池及模板外觀,單晶矽,又稱為單結晶、晶圓型。製程貴，發電量佳， 礙於晶圓型式，多半截圓型或圓弧造型，舖設時面積上無法達到最大利用及吸收。,多晶矽,又稱為多結晶。製程上較便宜，發電量略遜單晶矽，可截為正方形，舖設時可達到最大面積利用及吸收。其晶狀分佈，具有應N效果，可為建築物外觀加分。另外，雖其結理易造成碎裂，但晶體可再利用做為項鍊等裝飾品。,非晶矽(可撓
9、式),成本便宜，發電率較差，且容易造成裂質化。但由於可直接鍍在玻璃及塑膠上面，與建築物可做最佳結合。除可做太陽光電系統發電用，室內型民生消費品也常見其應用，如：電子計算機、搖頭娃娃、玩具等。,目錄,一、專用術語說明二、系統架構說明三、孤島效應四、發電原理,五、實務應用系統六、實務系統設計及實例七、太陽能電池模板規範摘要八、市電相關規定,五、實務應用系統,獨立系統示意圖,使用蓄電池，白天太陽光電系統發電，並供負載及充電，夜間由電池供電，可以自給自足。定義：使用蓄電池且換流器(Inverter)無逆送電功能之太陽光電發電系統。 適用地點：高山、離島、基地台等市電無法到達處 工作方式：白天 PV 發
10、電供負載並充電、夜間由電池供電，可以自給自足(必需搭配蓄電池),考慮點： 系統設計考慮因素多(組列、蓄電池容量、負載與陰天日數等安全係數，最佳化設計複雜) 一般充電控制器無 MPPT，搭配蓄電池使發電效能較差 蓄電池每日50%DOD深度放電、0.2C充電，壽命短 太陽光發電量與負載需求量不搭配時、太陽光之發電能量利用率偏低 (負載需求搭配與安全係數為互相矛盾之設計) PV-柴油發電機，PV-風力.等混合系統為改善之方法,市電負載併聯，平時與太陽光電系統併聯發電，並供負載，不夠的電由台電供電。好比將市電電力系統當作一個無限大、無窮壽命的免費蓄電池。,併聯系統示意圖,定義：換流器(Inverter
11、)具有逆送電功能，可操作於併聯模式之太陽光電發電系統。 適用地點：電力正常送達之任何地點 工作方式 ：白天 PV系統併聯發電、夜間由台電供電。方 將市電電力系統當作一個無限大、無窮壽命的免費蓄電池 優點：系統簡單、不需安全係數設計、維護容易。 具最大功率追蹤(MPPT)，發電效率高。 太陽光之發電能量利用率高 缺點：停電時為將自動關機，因而無電可用，無防災功能。 一般併聯型Inverter無法直接搭配蓄電池使用 (具特殊功能者例外),系統範例,緊急供電之效益分析,系統設置成本高：建議使用於邊際效益高之用電（防災、緊急輔助電力）。總體經濟效益：減少環境污染、解決尖峰用電之不足與短缺、能源多元化之
12、風險分擔與開創自主能源。遮蔽陽光直曬：降低建築物之熱效應（被動省能）；同時轉換太陽光為電能，供應建物自主能源（主動節能），一舉兩得。,緊急電力設備之比較,風險分析,運用多元化能源分擔風險情況比較說明如下： 市電-停電時風險極高。 市電柴油發電機-發電機故障時風險高。 市電柴油發電機太陽光發電系統-發揮三者優點：互補，同時故障機率小，風險最低。,目錄,一、專用術語說明二、系統架構說明三、孤島效應四、發電原理,五、實務應用系統六、實務系統設計及實例七、太陽能電池模板規範摘要八、市電相關規定,六、實務系統設計及實例,是否符合電力需求估算,進行模板陣列及蓄電池容量設計,案例,是否符合電力需求估算,進行
13、模板陣列及蓄電池容量設計,目錄,一、專用術語說明二、系統架構說明三、孤島效應四、發電原理,五、實務應用系統六、實務系統設計及實例七、太陽能電池模板規範摘要八、市電相關規定,七、太陽能電池模板規範摘要,本規範僅供太陽光電發電系統設置施工之參考。所有太陽電池模板產品宜具有下列各項測試證明：最大輸出功率 (Pmax)、開路電壓 (Voc)、短路電流(Isc)、操作電壓(Vop)、操作電流(Iop)；測試標準 (Standard condition)為：AM1.5，光強度1000W/m2，溫度25。,測試標準,陸上使用(一般地區)：IEC-61215、IEC-61646、UL-1703、IEEE-12
14、62。 海洋上或濱海地區：IEC-61701、ASTM1597。 測試認證單位如下列機構等：European Solar Test Installation (ESTI) Laboratory、Underwriters Laboratories、Photovoltaic Testing Laboratory at Arizona State University (PTL-ASU)、TUV或其他獲得中華民國實驗室認證體系及其相互承認的其他認證體系認可的太陽電池模板測試認證單位。,PV module保證使用期限,對所有太陽電池模板，其最大輸出功率(Pmax)在10年內不得小於額定功率(rated
15、 Power)的85%。,目錄,一、專用術語說明二、系統架構說明三、孤島效應四、發電原理,五、實務應用系統六、實務系統設計及實例七、太陽能電池模板規範摘要八、市電相關規定,八、市電相關規定,發電設備併接於低壓系統者，其總容量未滿100kW且技術無困難者，得併接於單相三線110V/220V，三相三線220V之配電系統；若總容量在100kW以上而未滿500kW，得分別併接於3相4線220V/380V之配電系統。 發電設備總容量在500kW以上而未滿5,000kW/10,000kW且技術無困難者，得分別併接於11.4KV/22.8KV之高壓配電系統。 電設備總容量在10,000kW以上而未滿40,0
16、00kW者，得併接於特高壓之系統。 發電設備總容量在40,000kW以上者，依個案研討分類。,併聯系統之分類,發電系統經由110V/220V併接於電業之配電系統者，發電設備至少應具備下列保護功能：過電壓保護。 低電壓保護。 低頻保護。 高頻保護。 過電流保護。 零相過電壓接地保護。 發電設備為無逆送電力者須加裝逆電力保護。 發電設備為有逆送電力者必須具備主動及被動防止單獨運轉保護。 發電設備採用直交流變壓器經110V/220V系統與電業併接者，在電源引出點應裝設直交流隔離變壓器。借直流電流感應器保護者，在安全無顧慮下可省略直交流隔離變壓器。,發電設備併接於電業11.4KV/22.8KV之高壓配
17、電系統者(高壓受電用戶)，發電設備之輸出端，應具有下列保護功能： 相間過電流電驛(50/51)：附瞬時及具Extremely Inverse特性。 接地過電流電驛(50N/51N)：附瞬時及具Extremely Inverse特性。 接地過電壓電驛(59Vo)：附延時特性。 低電壓電驛(27)：附延時特性。 過電壓電驛(59)：附延時特性。 相間方向性過流電驛(67)：須具Normal Inverse特性。 高低頻電驛(81H/81L)：附延時特性。,發電設備併接於電業69KV特高壓輸電系統者，發電設備之輸出端，至少應具有下列同等保護功能並須與電業該轄區之保護設備協調： 相間過電流電驛(50/
18、51)：附瞬時及具Normal Inverse之特性。 接地過電流電驛(50N/51N)：附瞬時及具Normal Inverse之特性。 接地過電壓電驛(59Vo)：附延時特性。 低電壓電驛(27)：附延時特性。 過電壓電驛(59)：附延時特性。 相間方向性過電流電驛(67)：須具Normal Inverse之特性。 高低頻電驛(81H/81L)：附延時特性。 快速及後衛保護電驛：如系統保護需要時應裝設。 匯流排電驛：採用GIS斷路器者應裝設。,太陽光電發電系統運轉規範,故障電流： 太陽光電發電系統大於100kW以上須計算故障電流，其送至電業系統之故障電流，不得影響電業及其他用戶斷路器之起斷容量，否則需裝置限流電抗器。 太陽光電發電系統之隔離變壓器接地方式須與電業之系統配合。 正常電壓變動率應維持在5%以內。 太陽光電發電系統與電業間之責任分界點的功率因數，以維持85%落後至100%之間運轉為原則。 諧波污染限制應依照電力系統諧波管制暫行標準辦理。,分類及其運用特性,適用於獨立發電型及市電並聯型之規範,
