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家用太阳能发电系统设计安装及接入方案全解

国际太阳能光伏网  来源:聚光新能  日期:2019-06-14
  家用太阳能光伏发电系统为小型分布式光伏系统,因此在设计过程中应充分考虑实际情况,一般应遵循经济适用原则,可靠性高、牢固耐用、容易维护、充分考虑地理和气候环境的影响。
 
  安装地点选择
 
  家庭分布式光伏系统的选址一般可选择在自家屋顶或空地上,需要考虑的条件就是可使用面积、房屋结构和承重要求、地面基础情况和气象水文条件等。 若选择安装在自家屋顶上,屋面承重能力必须大于20kg/m2 。
 
  房屋房梁如果是木质结构的话就不要考虑了,光伏系统使用年限长达25年,木质房梁易腐坏,建议不要进行安装。若在人字结构屋顶建设太阳能家用太阳能发电站,不能像地面电站那样设计最佳倾角,并且考虑前后遮挡间距。为了便于光伏组件和屋顶结合,一般都在屋面上直接平铺支架,北半球铺朝南面,南半球铺朝北面,这样方可最大效率利用光能。支架与屋顶采用夹具连接,电池组件再安装于支架上。这种方式不仅美观,而且可以实现屋顶面积利用最大化,见图2。
 
  在平顶结构屋顶建设太阳能家用太阳能发电站,需要架设光伏支架和设计最佳倾角和组件前后间距,见图3
 
  若选择安装在自家空地上,可以采用锚桩和混凝土条基做支架基础,见图4和图具体选哪种则需要从地质情况和成本综合考虑了。另外,支架基础强度的设计还要以当地气象条件做依据。
 
  需要注意一点,考虑到组件的热胀冷缩效应,安装时上下左右组件之间的间隔要达到3cm左右为佳。
 
  家用分布式光伏系统设计
 
  光伏组件
 
  目前使用较多的两种太阳能电池板是单晶硅和多晶硅太阳电池组件。 目前主流的组件是250Wp多晶硅太阳电池组件
 
  结合现在的光伏发电技术,1kWp的多晶硅太阳能电池组件五类区域年发电量大致如下
 
  用户可以根据系统的安装地点和自己年用电量情况来合理选择装机规模。
 
  光伏组件阵列安装朝向和角度
 
  如果安装地点是平面,则要计算光伏支架的倾角,北半球朝南,南半球相反。考虑到跟踪系统虽然能提高系统效率,但需要维护,而且会增加故障率,再结合费用、实用性等因素,家庭分布式光伏系统采用固定的光伏方阵较好。 从气象站得到的资料,均为水平面上的太阳能辐射量,需要换算成光伏阵列倾斜面的辐射量才能进行发电量的计算。
 
  对于某一倾角固定安装的光伏阵列,所接受的太阳辐射能与倾角有关,较简便的辐射量计算经验公式为:
 
  Rβ=S×[sin(α+β)/sinα]+D
 
  式中:Rβ——倾斜光伏阵列面上的太阳能总辐射量 S ——水平面上太阳直接辐射量 D ——散射辐射量 α——中午时分的太阳高度角 β——光伏阵列倾角
 
  根据当地气象局提供的太阳能辐射数据,按上述公式可以计算出不同倾斜面的太阳辐射量,确定太阳能光伏阵列安装倾角。现在用得很多的是利用RETScreen软件来分析不同倾角是斜面上的辐照度,再根据组件的相关参数计算出不同倾角的年发电量,最后取年发电量最大所对应的倾角。
 
  太阳电池方阵间距计算
 
  计算当太阳能电池组件子阵前后安装时的最小间距D。
 
  一般确定原则:冬至当天早9:00至下午3:00太阳能电池组件方阵不应被遮挡。
 
  并网逆变器的选择
 
  选型
 
  并网逆变器主要分高频变压器型、低频变压器型和无变压器型三大类。根据所设计系统以及业主的具体要求,主要从安全性和效率两个层面来考虑变压器类型。
 
  家用分布式光伏系统是小系统,不需要很高的技术指标,逆变器不带隔离变压器时,能源转换效率更高,再结合成本等因素,选择无变压器型较为合理。
 
  容量匹配设计
 
  并网系统设计中要求电池阵列与所接逆变器的功率容量相匹配,一般的设计思路是: 组件标称功率×组件串联数×组件并联数=电池阵列功率 在容量设计中,并网逆变器的最大输入功率应近似等于电池阵列功率,已实现逆变器资源的最大化利用。
 
  MPP电压范围与电池组电压匹配
 
  根据太阳能电池的输出特性,电池组件存在功率最大输出点,并网逆变器具有在特点输入电压范围内自动追踪最大功率点的功能,因此电池阵列的输出电压应处于逆变器MPP电压范围以内。
 
  电池组件电压×组件串联数=电池阵列电压
 
  一般的设计思路是电池阵列的标称电压近似等于并网逆变器MPP电压的中间值,这样可以达到MPPT的最佳效果。

  最大输入电流与电池组电流匹配
 
  电池组阵列的最大输出电流应小于逆变器最大输入电流。为了减少组件到逆变器过程中的直流损耗,以及防止电流过大对逆变器造成过热或电气损坏,逆变器最大输入电流值与电池阵列的电流值的差值应尽量大一些。
 
  电池组件短路电流×组件并联数=电池阵列最大输出电流
 
  转换效率
 
  并网逆变器的效率标示一般分最大效率和欧洲效率,通过加权系数修正的欧洲效率更为科学。 逆变器在其它条件满足的情况下,转换效率应越高越好
 
  接入方案
 
  本方案主要适用于自发自用/余量上网(接入用户电网)的家用家用太阳能发电站系统,见图。 首先需要在家庭户内配电箱内安装一台微型式断路器和一台具有双向计量功能的智能电能表。通过该空气开关控制接入电网,增加一个明显的开断点,满足自动断开、闭锁功能,低电压失电要求,符合电网安全运行要求;双向计量功能的智能电能表精度不低于2.0级,作为计量关口。
 
  其次,需要在并网交流配电箱内安装一台精度不低于2.0级的计
 
  光伏电缆的选型
 
  光伏系统中电缆的选择主要考虑如下因素:
 
  电缆的耐热阻燃性能;
 
  电缆的防潮,防光;
 
  电缆的敷设方式;
 
  电缆芯的类型(铜芯,铝芯);
 
  电缆的大小规格。 光伏系统中不同的部件之间的连接,因为环境和要求的不同,选择的电缆也不相同
 
  以下分别列出不同连接部分的技术要求:
 
  1)组件与组件之间的连接:必须进行测试,耐热90℃,防酸,防化学物质,防潮,防曝晒。电缆使用在户外,直接暴露在阳光下,光伏系统的直流部分应选用耐氧化、耐高温、耐紫外线的电缆。
 
  2)方阵内部和方阵之间的连接:可以露天或者埋在地下,要求防潮、防曝晒。建议穿管安装,导管必须耐热90℃。
 
  3)方阵和逆变器之间的接线:必须进行测试,耐热90℃,防酸,防化学物质,防潮,防曝晒。电缆使用在户外,直接暴露在阳光下,光伏系统的直流部分应选用耐氧化、耐高温、耐紫外线的电缆。 电缆大小规格设计,必须遵循以下原则:
 
  1)交流负载的连接,选取的电缆额定电流为计算所得电缆中最大连续电流的1.25倍。 变器的连接,选取的电缆额定电流为计算所得电缆中最大连续电流的1.25倍。方阵内部和方阵之间的连接,选取的电缆额定电流为计算所得电缆中最大连续电流的1.56倍。
 
  2)考虑温度对电缆的性能的影响。
 
  3)考虑电压降不要超过2%。
 
  4)适当的电缆尺径选取基于两个因素,电流强度与电路电压损失。
 
  防雷设计
 
  为了保证本工程光伏并网发电系统安全可靠,防止因雷击、浪涌等外在因素导致系统器件的损坏等情况发生,系统的防雷接地装置必不可少。太阳能家用太阳能发电站为三级防雷建筑物,防雷和接地涉及到以下的方面:
 
  1、尽量避免避雷针的投影落到光伏组件上
 
  2、地线是避雷、防雷的关键。 防止雷电感应:包括设备、机架、金属管道、电缆的金属外皮都要可靠接地,每件金属物品都要单独接到接地干线,不允许串联后再接到接地干线上。
 
  注意事项
 
  光伏组件维护注意事项
 
  为了避免电弧和触电危险,请勿在有负载工作的情况下断开电气连接。必须保持接插头干燥和清洁,确保它们处 于良好的工作状态。不要将其他金属物体插入接插头内,或者以其他任何方式来进行电气连接。除非组件断开了 电气连接并且您穿着个人防护装备,否则,不要触摸或操作玻璃破碎、边框脱落和背板受损的光伏组件。请勿触 碰潮湿的组件。
 
  光伏组件附近禁止放置可燃性液体、气体和易爆炸等危险物品。
 
  在火灾事件中,即便光伏组件与逆变器断开连接、光伏组件部分或整体烧毁、系统线缆折断或损坏,光伏组件仍 可能继续产生有危险性的直流电压。因此,在发生火灾时,尽量远离光伏发电系统,直到采取相应措施确保光伏 系统的安全性后方可接近。
 
  请不要系统工作的时候遮挡光伏组件,因为一块或多块光伏组件部分或全部被遮挡时系统性能和发电量会明显降 低。
 
  请不要踩踏或将重物放置在组件表面上,以免造成电池片隐裂。
 
  光伏组件在长时间运行后,组件表面会沉积尘土或污垢,降低了输出功率。建议定期在早晨或者下午较晚的时候 进行组件清洗工作(使用清水软布),尤其是在平时降水较少的地区和风沙灰尘较多的地区。注意不能清洁玻璃 破碎的光伏组件或暴露在外的线缆,避免产生危险。
 
  在清除光伏组件表面积雪时,请用刷子轻轻清除积雪。不能用坚硬物体清除光伏组件表面上冻结的冰。
 
  逆变器注意事项
 
  逆变器均已在完工后设置好,非专业人士请勿接触逆变器等光伏设备。
 
  请勿触摸逆变器的散热装置,以免烫伤。
 
  禁止在逆变器附近放置危险品。
 
  不宜私自改动逆变器位置,因为交大蓝天当时安装设计是已经考虑到适合逆变器运行的环境因素。特别是逆变器 不宜放置在暴晒或通风不良的地方。
 
  禁止遮挡逆变器的通风装置。
 
  断开逆变器交流或直流电压的顺序:首先断开交流电压,然后断开直流电压。
 
  定期清理逆变器箱体上的灰尘,清理时最好使用吸尘器或者柔软刷子,而且只能用干燥的工具去清理逆变器。必 要时,清除通气孔内的污垢,防止灰尘引起热量过高,导致逆变器性能受损。
 
  选择可靠的售后服务
 
  光伏板安装到屋顶持续发电不会低于25年,不论是大到数MW的工商业屋顶分布式还是小到几KW的居民分布式发电系统,可靠的完善的售后服务体系是特别重要的。
 
  如何确保系统发电正常,建议注重以下几个方面:
 
  首先,设备的选择必须是品质确保的,尤其是组件和逆变器,不要为了贪图便宜选用低价低劣设备,在这个行业里,价格基本是比较透明的,俗话说,一份价格一分货,谁都不是活雷锋。在日常业务谈判中,时常会有客户提出某某公司价格要低很多,对于这样的情况,我只能建议客户认真考虑、仔细斟酌,用心去判断选择一家可信赖的公司。
 
  其次,整体系统方案的设计和现场安装的专业性不可小视。个别从业者为了取得利益最大化,而专门选择低价低劣设备以次充好,在现场安装过程中也急于求成,忽略安装中应该注重的细节。这样的发电系统可想而知如何经受多年的考验?
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