6kW住宅光伏發(fā)電項目智能設計

薄尊軍

（山東電力建設第一工程有限公司）

1 引言

隨著惠民政策的推出、技術的進步和建設成本的降低，分布式光伏逐步走入住宅用戶。高性能的太陽能電池組件通過支架被安裝在屋頂上，經過串聯(lián)、并聯(lián)之后組成太陽能電池方陣。太陽能電池方陣吸收太陽光，并產生直流電，經過逆變器轉化為可供住宅電器使用的交流電。用戶除發(fā)電自用外，剩余電量可以上傳到電網，然后獲得相應的電價收入。住宅光伏具有投資小，安裝便捷，并網流程簡單，收益明顯的優(yōu)勢。價格方面優(yōu)勢明顯。以天合光能TSMPD05-275W多晶硅組件為例，組建6kW光伏發(fā)電系統(tǒng)，共需光伏組件22片（275×22=6050W）。該光伏組件尺寸為1650mm×992mm，22片的組裝面積約為36m2。

光伏組件主要參數(shù)如表1所示。

表1 光伏組件參數(shù)

2 組件選型

光伏組件分為單晶硅組件和多晶硅2種。單晶硅光電轉化率約為18%，多晶硅光電轉化率約為16%。隨著生產工藝不斷改進，天合光能TSM-PD05多晶硅組件光電轉化率提升到了16.8%,且

3 逆變器選型

隨著物聯(lián)網、云計算、大數(shù)據(jù)的興起和日趨成熟，能源行業(yè)正面臨一場由互聯(lián)網技術和智能化技術所帶來的深度變革，光伏逆變器作為光伏發(fā)電重要設備，正在向智能化方向發(fā)展。本項目選用華為單相組串式戶用智能逆變器，型號為SUN2000L-5KTL-CN，其各參數(shù)如表2所示。該型號逆變器搭載華為海思芯片和無線通訊模塊，基于華為HiLink通信協(xié)議，與手機、電腦等智能設備實現(xiàn)互聯(lián)互通，用戶可隨時查看運行狀態(tài)、故障信息、發(fā)電量等；通過云端技術，技術支持人員可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控和在線服務。

表2 華為SUN2000L-5KTL-CN型逆變器參數(shù)

由于受安裝地點輻照度、傾角、溫度、逆變效率以及其他因素影響，實際發(fā)電功率低于組件總功率。在選擇使用的逆變器輸入功率可低于設計理論最大功率，從而減少投資，提高經濟效益。光伏組件的功率與光伏逆變器的功率的比值為容配比，簡寫為DC/AC。DC/AC更多時候是一個經驗值，而不是一個固定值。當有實際項目支撐時，可以根據(jù)實際情況去獲得DC/AC的比值作為對當前選型時的參考。這個比值通常為1～1.4，現(xiàn)場實際設計可以根據(jù)住宅用戶安裝地點和環(huán)境調整組件數(shù)量。本設計逆變器輸入側組件總功率為275×22=6050W，逆變器額定交流輸出功率為5000kW ，其容配比為6050/5000=1.21。

根據(jù)組串后最高極限開路電壓不得超過逆變器的最高電壓要求，計算逆變器開路電壓。每個組件開路電壓是38.1V，開路電壓溫度系數(shù)是-0.32%/℃，本文選最低溫度-20℃（此處以濟南市氣溫為參考，具體可根據(jù)安裝地點氣象條件信息確認），組件為11片串聯(lián)，最后的開路電壓為：

38.1 [1+（-20-25）×（-0.0032）]×11=479V

此數(shù)值低于逆變器最大允許直流輸入電壓600V，可以確保逆變器安全運行。

光伏組件的最大功率點的工作電流IMPP為8.84A，光伏組件串聯(lián)后，故其最大工作電流也為8.84A，該型逆變器的允許組串最大輸入電流為11A，可以滿足逆變器安全運行。

每個組件最大功率點的工作電壓VMPP為31.1V，串聯(lián)后電壓為31.1×11=342.1V。當此電壓越是接近逆變器額定電壓時，逆變器的功效越高。逆變器額定電壓為360V，與342.1V接近，故采用11個組件串聯(lián)的方式高效、可行。

經過對組件和逆變器容配比、逆變器最大開路電壓、逆變器最大工作電流和逆變器額定運行電壓的分析，認為組件和逆變器選型正確，設計方案可行。

4 其他材料和設備的選型及設計

在住宅光伏發(fā)電系統(tǒng)中，組件、逆變器的選型和設計是核心，同時及支架、布線和配電系統(tǒng)登的選型與設計也非常重要。

4.1 光伏支架

當前大型光伏電站采用固定支架及跟蹤裝置，光伏組件隨太陽移動自動進行角度調整，光伏組件朝向太陽，減小傾角。住宅太陽能由于安裝環(huán)境影響，通常采用固定式安裝，盡可能朝向跟隨根據(jù)當?shù)鼐暥群吞栞椛鋽?shù)據(jù)。光伏組件支架使用做過陽極氧化處理的鋁合金，強度要滿足當?shù)仫L、雪荷載，保證滿足光伏系統(tǒng)25年運行期要求[1]。

4.2 線纜的選擇

直流線纜為戶外鋪設，需要防潮、防曬、防寒、防紫外線等，本項目選用直流電纜為PV1-F 1×4。交流線纜主要用于逆變器交流側至交流匯流箱或交流并網柜，不僅要需要考慮防潮、防曬、防寒、防紫外線，還要考慮防火和防鼠防蟻，一般選用YJV型電纜。長距離鋪設還要考慮到電壓損失和載流量大小，本項目交流線纜選用YJV 2×6。

4.3 配電系統(tǒng)

居民光伏設置統(tǒng)一的接入柜，標準化配置； 居民光伏接入均為單電源接入；接入柜面板上設置 3 套電壓表及分相切換開關(或帶電壓測量孔的帶電顯示器)。分別顯示電網電源，并網電源，戶內電源。

配電箱的配置配電柜一般包含斷路器、熔斷器、浪涌保護器、自復式過欠壓保護器、電表、刀閘開關組成。

斷路器(空開)型號一般選擇逆變器最大交流輸出電流的1.25倍，6kW單相逆變器的最大電流為22.7A，故選擇額定電流為32A的斷路器。

無論表箱是 TN 系統(tǒng)還是 TT 系統(tǒng)，接入柜統(tǒng)一采用 TN-S 接地系統(tǒng)(局部)。

4.4 調試

安裝后，在并網之前，只需要連接直流側，開啟逆變器，檢查機器的時間設置及安規(guī)設置是否正確。開啟逆變器正確順序：先上交流再上直流；斷開逆變器正確順序：先斷交流再斷直流[2]。

5 結語

通過對6kW住宅光伏發(fā)電項目設計的分析和探索，積極倡導“優(yōu)先自用 余電上網”的住宅式光伏發(fā)展理念，大力推廣應用安全可靠、經濟適用、綠色環(huán)保的新型發(fā)電模式。當前光伏發(fā)電技術在不斷更新和提升，智能社會正在到來，這是一次深刻的社會巨變，新能源迎來了新的發(fā)展機遇。而家庭，作為人類生活的重要組成部分，將會成為數(shù)字世界的最重要入口，隨著科技進步，終將實現(xiàn)以生活體驗為中心的數(shù)字化家庭愿景。