3KW家用光伏設(shè)計(jì)案例
項(xiàng)目信息
本項(xiàng)目所在地紅安縣位于湖北省東北部大別山南麓，東鄰黃岡麻城，西接孝感大悟，南臨武漢黃陂，北接河南信陽(yáng)，縣城距省會(huì)武漢80公里。地跨東經(jīng)114°23′—114°49′，北緯30°56′—31°35′之間。全縣國(guó)土總面積為1796平方公里，轄12個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)場(chǎng)，396個(gè)行政村，人口66.36萬(wàn)人，其中農(nóng)村人口52.9萬(wàn)人，城鎮(zhèn)人口13.46萬(wàn)。
紅安縣地勢(shì)北高南低，海拔高度一般為200米?？h東北部為山區(qū)，坡度15°—40°，最高點(diǎn)為縣北的老君山，海拔840.5米?？h境最低處是南部的太平橋鎮(zhèn)與新洲縣交界的倒水河畔杜家灣，海拔僅30米。
紅安縣南部多丘陵，坡度5°—20°。全縣河谷平原少，為半山半丘陵地區(qū)。屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫為15.7℃，最高氣溫為41.5℃，最低氣溫為-14.5℃。全縣無(wú)霜期平均為236.4天;全縣年平降水量為1116.2毫米，夏季降雨量占年總雨量的一半，年平降雪日為8.3天，年平相對(duì)濕度77%，年平均風(fēng)力3級(jí)。年均總?cè)照諡?/span>1998.8小時(shí)，占可照時(shí)數(shù)45%，屬于太陽(yáng)能資源三類可利用地區(qū)。
光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1.光伏組件選型
本項(xiàng)目選用260P-60多晶硅太陽(yáng)電池組件產(chǎn)品，額定功率260Wp。其主要性能參數(shù)如下表所示：
表1.選用的光伏組件產(chǎn)品參數(shù)
2.光伏并網(wǎng)逆變器選型
根據(jù)本項(xiàng)目業(yè)主為居民分布式，電網(wǎng)入戶電壓為AC220V,故選用單相光伏逆變器。其主要性能參數(shù)如下表所示：
3.站址的選擇
對(duì)于居民及家用分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)而言，其站址一般選在居民屋頂或空曠地面之上，故在此暫不考慮大范圍上的自然條件(太陽(yáng)輻射量、地理位置、交通條件、水源)和接入電網(wǎng)條件(接入點(diǎn)的距離、接入點(diǎn)的間隔等)。
環(huán)境影響更能直接影響到居民及家用分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的選址，其關(guān)鍵要素如下：
A. 有無(wú)遮光的障礙物(包括遠(yuǎn)期與近期的遮擋)
B. 鹽害、公害的有無(wú)
C. 冬季的積雪、結(jié)冰、雷擊等災(zāi)害
本案安裝在業(yè)主屋頂，周圍無(wú)高大建筑物，在設(shè)計(jì)布局時(shí)無(wú)需對(duì)此進(jìn)行陰影分析。
4.光伏最佳方陣傾斜角與方位
為了保證本項(xiàng)目收益最大化，并且也為了組件安裝簡(jiǎn)便與效果美觀，通過專業(yè)光伏模擬軟件分析得出，此地的最佳太陽(yáng)能傾斜角度為26度，及朝正南向傾斜26度安裝。這樣可保證系統(tǒng)發(fā)電量在全年周期中的最大化。
另考慮到光伏支架強(qiáng)度、系統(tǒng)成本、屋頂面積利用率等因素。在保證系統(tǒng)發(fā)電量降低不明顯的情況下(降低不超過1%)盡可能降低光伏方陣傾斜角度，以減少受風(fēng)面做到增加支架強(qiáng)度，減少支架成本、提高有限場(chǎng)地面積的利用率。
經(jīng)分析得出，本項(xiàng)目建議傾斜角約為17度左右(屋面正南面傾斜角度)。
5.光伏方陣前后最佳間距設(shè)計(jì)
為了追求太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)全年的最佳發(fā)電量并盡可能的提高屋面利用率，我們?cè)诖艘笤诙寥?/span>(每年的12月22日或12月23日)當(dāng)天9:00至15:00，光伏方陣列不會(huì)互相遮擋，此時(shí)的前后間距即為最佳間距。
經(jīng)專業(yè)PV軟件模擬可知，光伏方陣傾斜角度17度，組件陣列與陣列間最低點(diǎn)間距保持在5M，冬至日當(dāng)天9:00至15:00，光伏方陣列基本不會(huì)互相遮擋。
6.光伏方陣串并聯(lián)設(shè)計(jì)
分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中太陽(yáng)能電池組件電路相互串聯(lián)組成串聯(lián)支路。
串聯(lián)接線用于提升集電系統(tǒng)直流電壓至逆變器電壓輸入范圍，應(yīng)保證太陽(yáng)能電池組件在各種太陽(yáng)輻射照度和各種環(huán)境溫度工況下都不超出逆變器電壓輸入范圍。
考慮到適用于晶體硅電池的逆變器最大直流電壓(最大陣列開路電壓)為550V，最大功率電壓跟蹤范圍為70~550V,MPPT路數(shù)為1路/1并。
對(duì)于本項(xiàng)目選用12塊260W多晶硅太陽(yáng)電池組件，每個(gè)太陽(yáng)電池組件額定工作電壓為31.2V，開路電壓為38V，串聯(lián)支路太陽(yáng)電池?cái)?shù)量初步確定為12個(gè)。
在環(huán)境溫度為25±2℃、太陽(yáng)輻射照度為1000W/m2的額定工況下，12個(gè)太陽(yáng)電池串聯(lián)的串聯(lián)支路額定工作電壓為374.4V，開路電壓456V，均在逆變器允許輸入范圍內(nèi)，可確保正常工作。
在工況變化時(shí)考慮在平均極端環(huán)境溫度為-10℃時(shí)，太陽(yáng)能電池組件串的最大功率點(diǎn)工作電壓為12×31.2×(0.35%×35+1)=420.3V，滿足550V最高滿載MPPT點(diǎn)的輸入電壓要求;
在極端最高環(huán)境溫度為42℃時(shí)，太陽(yáng)能電池組件的工作電壓為12×31.2×(-0.35%×17+1)=352.1V，滿足70V最低MPPT點(diǎn)的輸入電壓要求。考慮系統(tǒng)電壓線損為2%，可以看出上述方案完全滿足使用要求。
經(jīng)上述校核，確定串聯(lián)支路太陽(yáng)電池?cái)?shù)量為12。
7.電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)
根據(jù)光伏組件選型、光伏并網(wǎng)逆變器選型、光伏方陣串并聯(lián)設(shè)計(jì)等，結(jié)合業(yè)主低壓接入情況，對(duì)本案光伏發(fā)電進(jìn)行電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)，如下圖所示：
圖：系統(tǒng)電氣一次
8.防雷接地設(shè)計(jì)
太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的基本組成為：太陽(yáng)電池方陣、光伏匯流箱、箱變和逆變器等。太陽(yáng)電池方陣的支架采用金屬材料并占用較大空間且一般放置在開闊地，在雷暴發(fā)生時(shí)，尤其容易受到雷擊而毀壞，并且太陽(yáng)電池組件和逆變器比較昂貴，為避免因雷擊和浪涌而造成經(jīng)濟(jì)損失，有效的防雷和電涌保護(hù)是必不可少的。太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)電站防雷的主要措施有：
外部防雷裝置主要是避雷針、避雷帶和避雷網(wǎng)等，通過這些裝置可以減小雷電流流入建筑物內(nèi)部產(chǎn)生的空間電磁場(chǎng)，以保護(hù)建筑物和構(gòu)筑物的安全。太陽(yáng)能光伏發(fā)電設(shè)備和建筑的接地系統(tǒng)通過鍍鋅鋼相互連接，在焊接處也要進(jìn)行防腐防銹處理，這樣既可以減小總接地電阻又可以通過相互網(wǎng)狀交織連接的接地系統(tǒng)可形成一個(gè)等電位面，顯著減小雷電作用在各地線之間所產(chǎn)生的過電壓。
水平接地極鋪設(shè)在至少 0.5m 深的土壤中(距離凍土層深 0.5m )，使用十字夾相互連接成網(wǎng)格狀。同樣，在土壤中的連接頭必須用耐腐蝕帶包裹起來(lái)。
針對(duì)本案光伏發(fā)電系統(tǒng)，防雷設(shè)計(jì)包括外部防雷裝置(接地引下線)和內(nèi)部防雷裝置(浪涌保護(hù))，如下圖所示：
9.防雷設(shè)計(jì)說(shuō)明：
外部防雷：將露天安裝的光伏方陣構(gòu)件(方陣支架、組件等金屬外殼部件)利用接地水平接地極與屋頂原有防雷帶有效連接。
內(nèi)部防雷：將光伏并網(wǎng)逆變器交流輸出端，零線、火線與地線之間加裝Ⅱ級(jí)浪涌保護(hù)器，浪涌保護(hù)器接地端利用接地水平接地極與接地網(wǎng)(原有或新建)有效連接。
10.光伏供電系統(tǒng)發(fā)電量統(tǒng)計(jì)
考慮到光伏組件功率的衰減，未來(lái)25年發(fā)電量預(yù)計(jì)：
回復(fù)關(guān)鍵詞：光伏| 投資回報(bào)| 設(shè)計(jì)安裝
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