太阳能光伏发电系统的输出由于受天气影响显著，若大量任意地并入商用电网，将会引起商用电网的电压和频率的紊乱。日本是世界上最早实现太阳能光伏发电系统并网发电的国家之一。本文从系统构成、并网技术、并网的电气工程以及政府的相关政策方面对日本并网式发电系统做简单介绍，供业界参考。

1 概述

1992年，日本的第一个住宅用并网式太阳能光伏发电系统并网发电。到目前为止，并网式太阳能光伏发电系统在日本已经非常普及。国家支援政策、并网技术和产品相对成熟本文将从系统构成、并网技术、并网的电气工程以及政府的相关政策方面对日本并网式发电系统做简单介绍。

图1并网式太阳能光伏发电系统结构图

2 系统结构

图1是日本典型的住宅并网式太阳能光伏发电系统的结构图。太阳能电池组件将太阳能转化成电能，经接线箱汇集传输给逆变器，在此直流被转化成交流，优先供给自身的家庭用的系统使用，剩余部分并入商用电力网络。并网发电系统的相关器件可参见图1.需要指出的是，图中的接线箱除了具有汇集太阳能电池组件的输出的作用，还有避雷设置。逆变器除了具有从直流到交流的转换作用，还有太阳能电池组件的最大输出功率追踪功能和并网电压的稳压功能等。视频显示系统可有可无，不影响并网发电。并网中采用的主要器件，国家都有认证制度，确保器件的相关指标（如电压、谐波等）满足并网需求。

日本的商用电力网络供给家庭的电压和中国不同，是110V。实际的电网供电电压略有偏差，根据日本电气事业法规定，供电电压被确保在95V-107V的范围内。并网式太阳能光伏发电系统的输出电压被逆变器控制在略高出商用电力网络实际供电电压1V-2V的范围内。这样可以保证太阳能光伏发电系统的输出被优先用以满足家庭用电系统的需求，剩余的部分又可以顺利并网商用网络，供给他人使用。为了减少并入电网的电力在传送过程中的损耗，在部分并网电力将就近优先供给附近的用户使用。另一方面，若并入电网的电压高于商用电网的供电电压过多，将会引起供电网络的电压混乱。当太阳能光伏发电系统的电压过高，逆变器会自动切断输出，阻止并网。

太阳能光伏发电系统的输出电压受天气条件影响明显。阳光充裕时，系统输出将优先满足家庭用电系统消费，剩余部分并网卖给电力公司，供他人使用。卖电电量由卖电电表记录，卖电收入会在下一个月由电力公司转入家庭的银行账户。天气情况不好时，系统输出并不能满足家庭用电系统的需求，不足部分由商用电网负担。

3 并网电气工程

如果大量的太阳能光伏发电系统任意地并入商用电力网络，将引起商用电力网络在频率和电压上的紊乱。因此，在日本并网需要相关的手续，并应满足一定的条件。

3.1系统主要电气设备的选择

1）系统主要电气设备的选择

按照逆变器的输入电压范围和容许输入电力的大小调整太阳能电池组件方阵并进行布线。由于太阳能电池组件的输出电压与操作电压（逆变器运转时）和开发电压（逆变器停止时的无负荷状态）有差异，所以须按照逆变器的各操作状态合理地配置太阳能电池板，将其输出电压控制在逆变器的输入电压范围内。

2）逆变器的选择

根据太阳能电池板的最大输出值（组件公称最大输出×数量），选择相应定格容量的逆变器。由于太阳能光伏系统受组件的设置环境和日照条件影响会出现输出电压偏低以及时间性变动等现象，所以该系统不是一个按固定规律进行定格输出的系统。因此，不一定非要选择具有等于或大于太阳能电池板的最大输出定格功率的逆变器，可在经济适用的基础上合理选择逆变器。

3）接线箱选择

选择接线箱时，要在考虑到光伏系统的容量、太阳能电池组件的种类、组成太阳能电池板的组件数量及方阵排列等因素的基础上进行合理的选择。另外，最近几年已生产出具备升压功能的接线箱，使用这种产品的话，受屋顶一侧空间制约时或者在方位各异的屋顶（例如寄栋）上安装时，就比较容易进行系统设计（也有升压功能内藏式逆变器）。

3.2法规遵守

在日本电气工程的施工过程中，应遵守电气事业法、电气工程行业法、电气工程师法、劳动安全卫生法、其他相关部位条例、以及电气设备技术标准、内线规程等法规的规定，由电气工程师（具备资格的专业电气工程技术人员）负责施工。

3.3电气设备的安装

1）安装电气设备时，应让其位置符合规定的安装环境、使用场所及条件。

2）考虑到设备的散热以及维修检查时所需要的操作半径，在机器周围预先留出相应的空间。

3）确认安装部位具有承受设备自重的强度，或者根据需要进行相应的加固。

4）安装电池板输出开关器箱、接线盒（中转接线柱盒）等外设箱盒时，应采用不渗水和不结露的构造，以防箱盒内部的开关等在使用过程中发生故障。

5）住宅太阳能电池组件负荷一侧的室内电路（从太阳能电池组件到逆变器之间的室内电路）的对地电压不应超过直流450V。

6）电源电路的充电部位不得露出在外。

7）主电路的电线不能和电缆工程一体化时，应采用合成树脂管施工、金属管施工或者可动式电线管施工。

8）对安装在太阳能光伏发电系统电路上的金属电池板支架，金属外设箱盒、金属电池组件外框以及金属电线保护等应进行接地施工。

9）在所有接线施工过程中都不能反置正负极。

10）为了把接向太阳能光伏发电设备的电路和其他电路区分开来以便识别，在短路器（过载电流遮断器）及其他器具附近应做明确的标示。

3.4并网申请

将太阳能光伏发电系统并网到商用电力系统时，应事先提交“并网申请”，经有关电气管辖部门（电力公司等）审核后方可并网。

3.5并网方式

太阳能光伏发电系统与配电盘的连接方式有两种。一种叫做一次输送方式（连接方式A），是从主电源断路的入口分支后接至光伏发电断路器；另一种叫做二次输送方式（连接方式B），是从主电源短路器的出口分支后接至光伏发电断路器。这两种连接方式分别如图所示。

图2并网方式示意图

3.6电气工程确认与试运转

1）竣工验收

a）确认是否符合经济产业部令所规定的技术标准。

B）确认是否按所定的标准施工。

C）确认机器及配线的外观等是否有异常。

2）试运转

a）确认机器运转时是否有异常声音、振动或异常发热。

b）通过旋转方向等确认卖电/买电电表是否接错。

C）试运转后，将说明书以及安全上的注意事项等交接给系统工程的总负责人，以便正式入住时向房主进行详细的说明。

4 国家支援政策和经济效益

4.1国家支援政策

日本政府未来普及太阳能光伏发电产业，对安装太阳能光伏发电系统的个人和法人有一定的经济补助政策，包括安装费用补助以及税收优惠政策。详见表1、表2.

除此之外，按现行政府支援政策，现阶段安装的太阳能光伏发电系统还可以连续十年以两倍的价格（住宅用是48日元/kWh，公共产业用为24日元/kWh）卖电，差价由政府支付给电力公司。各别地方还有地方性的补助政策。

表1日本太阳能补助政策（住宅建筑）

表2日本太阳能补助政策（非住宅建筑）

4.2卖电经济收益

并网式太阳能光伏发电系统的输出供家庭使用后的剩余部分将并网卖给电力公司供他人使用。

图3是日本家庭的发电量、使用量、卖电量的示意图。

图中的日本的夜间用电契约是一种按时间来定价的用电制度。夜间及早晨用电便宜，白天用电较贵。（类似于我国正酝酿实施的阶梯电价）。设置并网式太阳能光伏发电系统之后，在夜间和早晨，由于日光不充裕，发电量低，不能满足家庭用电需求，需要向电力公司卖电。由于是夜间契约，可以以较便宜的电价用电。阳光充裕的中午，发电量充足，剩余电量可以以较高的价格卖给电力公司。这样，价格低时买的，价格高时卖电，可以得到很好的经济效益回报。（作者杨超等）