1、-. z.家用分布式光伏系統設計前言太陽能是一種重要的，可再生的清潔能源，是取之不盡用之不竭、無污染、人類能夠自由利用的能源。太陽每秒鐘到達地面的能量高達50萬千瓦，假設把地球外表0.1%的太陽能轉換為電能，轉變率5%，每年發電量可達5.61012kWh，相當于目前世界上能耗的40倍。從長遠來看，太陽能的利用前景最好，潛力最大。近30年來，太陽能利用技術在研究開發、商業化生產和市場開拓方面都獲得了長足開展，成為快速、穩定開展的新興產業之一。本文簡單闡述了家用分布式光伏發電系統設計方法和施工要求，僅供參考。太陽能光伏發電應用現狀太陽能轉換為電能的技術稱為太陽能光伏發電技術簡稱PV技術。太陽能光伏

2、發電不僅可以局部代替化石燃料發電，而且可以減少CO2和有害氣體的排放，防止地球環境惡化，因此開展太陽能光伏產業已經成為全球各國解決能源與經濟開展、環境保護之間矛盾的最正確途徑之一。目前興旺國家如美國、德國、日本的光伏發電應用領域從航天、國防、轉向了民用，如德國的百萬屋頂方案使許多家庭不僅利用太陽能光伏發電解決了自家供電，而且這些家庭還辦成了一所所私人的小型電站，能夠源源不斷地為公用電網提供電能。近幾年，我國光伏行業開展也非常迅速。國家對光伏發電較為重視，國家和地方政府相繼出臺了一些列的補貼政策以促進光伏產業的開展，國家發改委實施送電到鄉、光明工程等惠農工程，地方政府也陸續啟動了光伏照明工程工程

3、。與此同時，偏遠地區消費者逐漸認可光伏產品，越來越多的居民開場使用家用太陽能電源產品。光伏應用市場開展較為迅速。但目前我國的太陽能光伏發電技術和國外相比還有很大差距，主要表現為技術水平較低、電池效率低、本錢高。因此我國還必須不斷改良技術，使我國的太陽能光伏發電產業更上新臺階。分布式光伏系統構造太陽能光伏發電系統是利用光伏組件半導體材料的光伏效應，將太陽光的輻射直接轉換為電能的一種新型發電系統。它的規模可大可小，在發電過程中不會排放污染物質，具有安裝方便，沒有噪音，整個壽命期間幾乎無需維護等優點。太陽能光伏發電系統分為兩大類，一類是太陽能光伏發電獨立系統，另一類是太陽能光伏發電并網系統，本文只講

4、述后者。太陽能光伏發電并網系統主要包括太陽能光伏組件、光伏匯流箱、直流配電柜、并網型逆變器和交流配電柜等，家用并網型分布式光伏系統由于規模不大，匯流箱和交直流配電柜都用不到，整體框架如圖1所示。圖1 太陽能光伏發電并網系統本文涉及的家用太陽能光伏發電系統為小型分布式光伏系統，因此在設計過程中應充分考慮實際情況，一般應遵循經濟適用原則，可靠性高、結實耐用、容易維護、充分考慮地理和氣候環境的影響。安裝地點選擇家庭分布式光伏系統的選址一般可選擇在自家屋頂或空地上，需要考慮的條件就是可使用面積、房屋構造和承重要求、地面根底情況和氣象水文條件等。假設選擇安裝在自家屋頂上，屋面承重能力必須大于20kg/m

5、2。房屋房梁如果是木質構造的話就不要考慮了，光伏系統使用年限長達25年，木質房梁易腐壞，建議不要進展安裝。假設在人字構造屋頂建立太陽能光伏電站，不能像地面電站那樣設計最正確傾角，并且考慮前后遮擋間距。為了便于光伏組件和屋頂結合，一般都在屋面上直接平鋪支架，北半球鋪朝南面，南半球鋪朝北面，這樣方可最大效率利用光能。支架與屋頂采用夾具連接，電池組件再安裝于支架上。這種方式不僅美觀，而且可以實現屋頂面積利用最大化，見圖2。在平頂構造屋頂建立太陽能光伏電站，需要架設光伏支架和設計最正確傾角和組件前后間距，見圖3。圖2 人字屋頂安裝方式 圖3 平頂屋頂安裝方式假設選擇安裝在自家空地上，可以采用錨樁和混凝

6、土條基做支架根底，見圖4和圖具體選哪種則需要從地質情況和本錢綜合考慮了。另外，支架根底強度的設計還要以當地氣象條件做依據。圖4 錨樁根底 圖5 水泥條根底需要注意一點，考慮到組件的熱脹冷縮效應，安裝時上下左右組件之間的間隔要到達3cm左右為佳。家用分布式光伏系統設計5.1 光伏組件目前使用較多的兩種太陽能電池板是單晶硅和多晶硅太陽電池組件。1單晶硅太陽能電池目前單晶硅太陽能電池板的單體光電轉換效率為16%18%，是轉換效率最高的，但是制作本錢高，還沒有實現大規模的應用。2多晶硅太陽能電池多晶硅太陽能電池板的單體光電轉換效率約15%17%。制作本錢比單晶硅太陽能電池要廉價一些，材料制造簡便，節約

7、電耗，總生產本錢較低，因此得到大量開展。目前主流的組件是250Wp多晶硅太陽電池組件，技術參數見表1。太陽能電池組件種類多晶硅指標單位數據峰值功率Wp250組件效率%15.3最大工作電壓VmppV30.3最大工作電流(Impp)A8.27開路電壓VocV38.0短路電流IscA8.79開路電壓系數/0.32%短路電流系數/0.053%抗風力Pa2400最大保險絲額定電流A15最高系統電壓V1000尺寸mm165099240表1 250Wp太陽電池組件技術參數3我國太陽能資源分布情況如下一類地區 年日照32003300小時，輻射量75009250MJ/m2。青藏高原、*北部、*北部和*南部等地。

8、二類地區 年日照30003200小時，輻射量58507500MJ/m2。*西北部、*北部、*南部、*南部、*中部、*東部、*東南部和*南部等地。此區為我國太陽能資源較豐富區。 三類地區 年日照22003000小時，輻射量50005850 MJ/m2。、*東南部、*南部、*北部、*北部、*東南部、*南部、*南部、*中北部和*北部等地。 四類地區 年日照14002200小時，輻射量41505000 MJ/m2。長江中下游、 *和*的一局部地區。五類地區 全年日照時數約10001400小時，輻射量33504190MJ/m2。、*兩省。此區是我國太陽能資源最少的地區。結合現在的光伏發電技術，1kWp的

9、多晶硅太陽能電池組件五類區域年發電量大致如下：地區1kWp發電量kWh一類地區16662055二類地區13001666三類地區11111300四類地區9221111五類地區744922用戶可以根據系統的安裝地點和自己年用電量情況來合理選擇裝機規模。例如A家庭位于太陽能資源四類區域，平均年用電量是3000 kWh，裝機3000W就夠用了；B家庭位于二類地區，平均年用電量也是3000 kWh，裝機2000W就可以了。5.2 光伏組件陣列安裝朝向和角度如果安裝地點是平面，則要計算光伏支架的傾角，北半球朝南，南半球相反。考慮到跟蹤系統雖然能提高系統效率，但需要維護，而且會增加故障率，再結合費用、實用性

10、等因素，家庭分布式光伏系統采用固定的光伏方陣較好。從氣象站得到的資料，均為水平面上的太陽能輻射量，需要換算成光伏陣列傾斜面的輻射量才能進展發電量的計算。對于*一傾角固定安裝的光伏陣列，所承受的太陽輻射能與傾角有關，較簡便的輻射量計算經歷公式為：RSsin(+)/sin+D式中：R傾斜光伏陣列面上的太陽能總輻射量S 水平面上太陽直接輻射量D 散射輻射量中午時分的太陽高度角光伏陣列傾角根據當地氣象局提供的太陽能輻射數據，按上述公式可以計算出不同傾斜面的太陽輻射量，確定太陽能光伏陣列安裝傾角。現在用得很多的是利用RETScreen軟件來分析不同傾角是斜面上的輻照度，再根據組件的相關參數計算出不同傾角

11、的年發電量，最后取年發電量最大所對應的傾角。例如A地不同傾斜面各月的輻射量KWh/m2見表2所示，表2從中可以看出，當傾角在3840之間時，光伏陣列上的輻射量能到達最大，固A地的太陽能光伏陣列安裝最正確傾角就在3840之間。5.3 太陽電池方陣間距計算計算當太陽能電池組件子陣前后安裝時的最小間距D。一般確定原則：冬至當天早9:00至下午3:00太陽能電池組件方陣不應被遮擋。計算公式如下：式中：為緯度(在北半球為正、南半球為負)，根據工程地點經緯度計算； H：為光伏方陣陣列的高度；光伏方陣陣列間距應不小于D。并網逆變器的選擇6.1 選型并網逆變器主要分高頻變壓器型、低頻變壓器型和無變壓器型三大類

12、。根據所設計系統以及業主的具體要求，主要從平安性和效率兩個層面來考慮變壓器類型。以下是它們之間的對照表：類型 因素平安性轉換效率本錢價格重量、尺寸高頻變壓器型中低中中低頻變壓器型高中高大無變壓器型低高低小家用分布式光伏系統是小系統，不需要很高的技術指標，逆變器不帶隔離變壓器時，能源轉換效率更高,再結合本錢等因素，選擇無變壓器型較為合理。6.2容量匹配設計并網系統設計中要求電池陣列與所接逆變器的功率容量相匹配，一般的設計思路是： 組件標稱功率組件串聯數組件并聯數電池陣列功率在容量設計中，并網逆變器的最大輸入功率應近似等于電池陣列功率，已實現逆變器資源的最大化利用。6.3 MPP電壓*圍與電池組電

13、壓匹配根據太陽能電池的輸出特性，電池組件存在功率最大輸出點，并網逆變器具有在特點輸入電壓*圍內自動追蹤最大功率點的功能，因此電池陣列的輸出電壓應處于逆變器MPP電壓*圍以內。電池組件電壓組件串聯數電池陣列電壓一般的設計思路是電池陣列的標稱電壓近似等于并網逆變器MPP電壓的中間值，這樣可以到達MPPT的最正確效果。6.4 最大輸入電流與電池組電流匹配電池組陣列的最大輸出電流應小于逆變器最大輸入電流。為了減少組件到逆變器過程中的直流損耗，以及防止電流過大對逆變器造成過熱或電氣損壞，逆變器最大輸入電流值與電池陣列的電流值的差值應盡量大一些。電池組件短路電流組件并聯數電池陣列最大輸出電流6.5 轉換效

14、率并網逆變器的效率標示一般分最大效率和歐洲效率，通過加權系數修正的歐洲效率更為科學。逆變器在其它條件滿足的情況下，轉換效率應越高越好。6.6常用家用并網型逆變器見下表容量*圍廠家型號輸入功率輸入電壓輸入電流輸入端口效率相數1.2kw9.6kwSMASunny Boy12001320w100v320v12.6A190.9%單相SMASunny Boy17001850w139v320v12.6 A191.8%單相SMASunny Boy2000HF2100w175v560v12A195%單相SMASunny Boy21002200w200v480v11 A195.2%單相SMASunny Boy2

15、500HF2650w175v560v15 A195.4%單相SMASunny Boy30003200w210v560v15A195.5%單相SMASunny Boy3000HF3150w125v440v17A196.3%單相SMASunny Boy33003820w200v400v20A194.4%單相SMASunny Boy3300TLHC3440w125v600v11A194.6%單相SMASunny Boy38004040w200v400v20A194.7%單相SMASunny Boy40004200w125v440v30A296.4%單相SMASunny Boy50005300w125

16、v440v30A296.5%單相SG1K5TL1800w180v430V10A194%單相SG3KTL-M3200w125v550v20A296.5%單相SG4KTL-M4300w125v550v26A297%單相SG5KTL-M5300w125v550v26A297%單相KACOPowador32003200w350v600v8.6A195.8%單相KACOPowador44004400w350v600v12A195.8%單相KACOPowador53005300w350v600v14.5A195.8%單相KACOPowador55005500w350v600v15.2A195.3%單相KA

17、COPowador66006600w350v600v18A195.3%單相KACOPowador77007700w350v600v19A195.8%單相KACOPowador79007900w350v510v19.7A196.5%單相KACOPowador86008600w350v600v21.4A195.8%單相KACOPowador96009600w350v600v24A195.8%單相接入方案7.1電氣接線圖本方案主要適用于自發自用/余量上網接入用戶電網的家用光伏電站系統，見圖。首先需要在家庭戶內配電箱內安裝一臺微型式斷路器和一臺具有雙向計量功能的智能電能表。通過該空氣開關控制接入電網，

18、增加一個明顯的開斷點，滿足自動斷開、閉鎖功能，低電壓失電要求，符合電網平安運行要求；雙向計量功能的智能電能表精度不低于2.0級，作為計量關口。其次，需要在并網交流配電箱內安裝一臺精度不低于2.0級的計量多功能表，作為校核電能表，電能表電流電壓回路接線接入低壓側盡量回路。圖6 電氣主接線圖電纜的選型家用電纜的選型1壓降估計導線線徑一般按如下公式計算：S=IL/rU式中：I導線中通過的最大電流A；L導線回路的長度m；r導電率，銅取57，鋁取34；U允許的電源降V；S導線的截面積mm2；說明：U電壓降可由整個系統中所用的設備如探測器*圍分給系統供電用的電源電壓額定值綜合起來考慮選用。計算出來的截面積

19、往上靠，絕緣導線載流量估算2截面電流通常金屬導線截面存在最大通過電流，除了計算電纜壓降之外，還需驗證電纜界面電流是否滿足條件。鋁芯絕緣導線載流量與截面的倍數關系如下表。截面/mm2倍數電流/A1991.59142.5923483267481066016590254100353.5123503150703210952.52381202.5300通過上表可以估算出電纜截面的平安載流量。估算方法如下：十下五；百上二；二五三五四三界；七零九五兩倍半；穿管溫度八九折；銅線升級算；裸線加一半。意思是：十下五就是十以下乘以五；百上二就是百以上乘以二；二五三五四三界就是二五乘以四，三五乘以三；七零九五兩倍半就

20、是七零和九五線都乘以二點五；穿管溫度八九折就是隨著溫度的變化而變化，在算好的平安電流數上乘以零點八或零點九；銅線升級算就是在同截面鋁芯線的根底上升一級，如二點五銅芯線就是在二點五鋁芯線上升一級，則按*方毫米鋁芯線算。裸線加一半就是在原已算好的平安電流數根底上再加一半。現在一般家用電纜規格是1.5mm2或2.5mm2，在安裝光伏系統的時候，需要考慮光伏系統裝機容量和自家原有電纜規格的關系，看原有電纜能否滿足光伏系統的承載電流，尤其是電表進線的規格大小。7.2.2光伏電纜的選型光伏系統中電纜的選擇主要考慮如下因素：1電纜的絕緣性能；2電纜的耐熱阻燃性能；3電纜的防潮，防光；4電纜的敷設方式；5電纜

21、芯的類型銅芯，鋁芯；6電纜的大小規格。光伏系統中不同的部件之間的連接，因為環境和要求的不同，選擇的電纜也不一樣。以下分別列出不同連接局部的技術要求：1組件與組件之間的連接：必須進展測試，耐熱90，防酸，防化學物質，防潮，防曝曬。電纜使用在戶外，直接暴露在陽光下，光伏系統的直流局部應選用耐氧化、耐高溫、耐紫外線的電纜。2方陣內部和方陣之間的連接：可以露天或者埋在地下，要求防潮、防曝曬。建議穿管安裝，導管必須耐熱90。3方陣和逆變器之間的接線：必須進展測試，耐熱90，防酸，防化學物質，防潮，防曝曬。電纜使用在戶外，直接暴露在陽光下，光伏系統的直流局部應選用耐氧化、耐高溫、耐紫外線的電纜。電纜大小規

22、格設計，必須遵循以下原則：1交流負載的連接，選取的電纜額定電流為計算所得電纜中最*續電流的1.25倍。逆變器的連接，選取的電纜額定電流為計算所得電纜中最*續電流的1.25倍。方陣內部和方陣之間的連接，選取電纜額定電流為計算所得電纜中最*續電流的1.56倍。2考慮溫度對電纜的性能的影響。3考慮電壓降不要超過2。4適當的電纜尺徑選取基于兩個因素，電流強度與電路電壓損失。完整的計算公式為：線損 = 電流電路總線長線纜電壓因子可由電纜制造商處獲得。防雷設計為了保證本工程光伏并網發電系統平安可靠，防止因雷擊、浪涌等外在因素導致系統器件的損壞等情況發生，系統的防雷接地裝置必不可少。太陽能光伏電站為三級防雷

23、建筑物，防雷和接地涉及到以下的方面：1、盡量防止避雷針的投影落到光伏組件上2、地線是避雷、防雷的關鍵。防止雷電感應：包括設備、機架、金屬管道、電纜的金屬外皮都要可靠接地，每件金屬物品都要單獨接到接地干線，不允許串聯后再接到接地干線上。防止雷電波侵入:在出線桿上安裝閥型避雷器，對于低壓的220/380V可以采用低壓閥型避雷器。要在每條回路的出線和零線上裝設。架空引入室內的金屬管道和電纜的金屬外皮在入口處可靠接地，沖擊電阻不宜大于30歐姆。接地的方式可以采用電焊，如果沒有方法采用電焊，也可以采用螺栓連接。接地系統的要求：所有接地都要連接在一個接地體上，接地電阻滿足其中的最小值，不允許設備串聯后再接到接地干線上。光伏電站對接地電阻值的要求較嚴格，因此要實測數據，建議采用復合接地體，接地機的根數以滿足實測接地電阻為準。電氣設備的接地電阻R4歐姆，滿足屏蔽接地和工作接地的要求。在中性點直接接地的系統中，要重復接地，R10歐姆。防雷接地應獨立設置，要求R30歐姆，且和主接地裝置在地下的距離保持在3m以上。引下線采用圓鋼或者扁鋼，宜優先采用圓鋼直徑8mm，扁鋼的截面不應該小于4mm。接地裝置：人工