15kW户用光伏电站系统典型设计全过程

作者：锦浪科技时间：2018-11-19 00:00:00.0 阅读量：6154次

前言

随着光伏系统安装成本的逐步降低，电价补贴的调整，大容量的户用光伏系统将会迎来大量应用场景。比如，在许多地区，借助大型平屋顶优势户用光伏系统安装容量能够达到15kW左右。

本文从组件排布配置、逆变器信息、线缆、发电量预测及实际项目发电情况等方面，详细介绍15kW光伏系统设计全过程和整体方案分享，欢迎您的阅读讨论。

一、设计过程

1、项目简介

该项目现场为农户自建住宅，楼顶为平屋顶，屋顶面积大，光照条件好且四周无遮挡，适合安装大容量的光伏电站。

△图1 项目现场平面示意图

组件的安装朝向需选择正南方或南偏西30°以内的朝向，组件倾角可根据以下公式进行计算：

θ=0.76 * Φ+3.1°，±2°；其中：θ为组件倾斜角，Φ为当地纬度。

该项目地纬度为35°57′，可大致计算出倾斜角θ=0.76 * 36+3.1°=30.46°

当然如果能够采用计算机辅助设计软件，可以进行太阳能倾斜角的快速优化的计算。

2、组件选型和安装配置

考虑到占地面积、银行放款条件以及全寿命周期的收益，此次示例设计方案选择54片300W多晶组件。组件参数如下：

△表1 组件规格参数

STC（标准测试环境）：辐射度1000W/m2 ，电池温度25℃，大气质量AM1.5

NOCT(电池片标称温度工作条件)：辐射度800W/m2 ，电池温度20℃，大气质量AM1.5，风速1m/s。

根据现场的安装条件，可采用支架固定朝向的安装。现场分为三个单元，分别为7*2单元，10*2单元，10*2单元，共54块组件。以1*18为一串，接入逆变器，组件排布及支架方案如下：

△图2方阵排布图

3、逆变器的选择

逆变器是整个光伏系统的核心设备，起着电能高效高质转化、稳定可靠并网，系统故障智能排查和整体信息全方位反馈的核心功能，因此，高品质的光伏并网逆变器在光伏系统中非常重要。此次设计光伏并网逆变器可选用锦浪GCI-15K逆变器，该型号逆变器体积小，重量轻，效率高，其具体参数如下：

△图3逆变器外观图

△表2.GCI-15K逆变器电气参数表

4、线缆的选择

1、直流侧线缆

直流线缆多为户外铺设，需要防紫外线、防晒、防潮、防寒等，因此分布式光伏系统中的直流线缆一般选择光伏专用直流线缆，考虑到直流插接件和光伏组件输出电流，目前常用的光伏直流电缆为PV1-F 1*4mm²。

△图4直流线缆

2、交流侧线缆

交流线缆主要用于逆变器交流侧至交流汇流箱或交流并网柜，可选用YJV型电缆。长距离铺设还要考虑到电压损失和载流量大小，15kW三相机交流线缆推荐使用YJV-0.6/1kV 5*10mm2

△表3 交流线选型

二、设计方案图及清单表

1、电气接线方案

该项目电气接线方案如图所示，3串组串接入，18块/串，最后接入配电箱，就近并网。

△图5电气接线示意图

其中逆变器接入关键参数如下：

①每串组件开路电压和工作电压在SOC条件下分别约为716.4V和576V，满足逆变器安全和最优运行电压需要；

②每串组件额定功率在SOC下约为5.4kW，每1串接入一台逆变器，每台接入组件容量16.2kW，超配比1.08。具体接入方法如下：

MPPT1 : 18块/串，接1串；

18块/串，接1串；

MPPT2 : 18块/串，接1串；

2、材料清单表

△表4材料清单

三、系统安装施工

1、支架安装方案

因地制宜地选择合适的光伏支架，是确保整个光伏系统安全高效运行的重要环节，并且光伏阵列支架的安装结构应该简单、结实耐用。在屋顶类型的光伏发电系统中有很多屋顶都是水泥平顶结构，因此可以采用典型的水泥平屋顶的支架/组件安装方式。

△图6屋面固定式支架安装示意图插槽安装铝导轨

其主要安装步骤如下：

①预置水泥墩基础

②用膨胀螺栓固定角铝底座

③固定角铝底座和角铝斜撑

④固定角铝后撑和斜撑，然后铺设导轨，用T头螺丝固定

⑤安装组件，用中压块和边压块固定

2、逆变器安装

△图7逆变器安装规范图

建议逆变器安装在有遮挡的屋檐下或者室内，满足逆变器的遮阴散热要求。

3、直流线缆制作和接线

△图8直流端子制作工具示意图

△图9直流端子制作示意图

注：为了确保直流连接器的使用寿命，请使用专业扭力扳手拧紧直流端子。（拧的过紧端子内部可能产生裂痕，缩短端子使用寿命）

4、交流线缆接线

△图10交流线缆制作和连接示图

5、配电箱安装

△图11交流配电箱示图

如图所示：

1、自动重合闸断路器

电网公司要求在逆变器至电网间接入自动重合闸断路器，这里选择40A/4P的规格。

2、断路器

断路器的一端接逆变器，一端接电网侧,交流断路器一般选择逆变器最大输出电流的1.25倍以上， 12KW逆变器交流输出最大电流为25,至少选择32A/4P的断路器。

3、浪涌保护器

本项目选用限压型SPD，4P的浪涌保护器，选择规格Uc~385V，Imax≥20KA，In：≥10KA，Up≤1.5KV。

4、熔断器

当浪涌保护器被雷电击穿失效，从而造成回路短路故障，为切断短路电流，需在浪涌保护器加一组熔断器，熔断器的选择跟断路器相同，至少选用32A的规格。熔丝烧断要及时更换。也可用断路器代替，断路器有瞬时电流保护功能，跳闸后可以手动复位，不必更换元件。

5、刀开关（隔离开关）

刀开关或隔离开关会有明显的断开点，可以后端检修和维护人员的安全。这里刀开关选择额定电流为32A的刀闸。

6、接地措施

地线是光伏系统正常运行的关键，该项目可在房屋附近土层较厚、潮湿的地点，挖1.5m深坑根据供电公司要求，埋入50*5mm扁钢或者φ12的圆钢，并引出地线，地线接到组件的支架上，同时组件边框也必须接到支架上，接地电阻应小于 4Ω。

△图12系统接地示意图

△图13 现场安装图

四、收益计算

1、发电量估算

△图14山东省光照时数图

15kW的光伏系统，PR=80%，山东地区的光照按照全年每天4小时计算，（参照——全国各省峰值日照时数），全年发电估计时间为1460小时，预估该项目首年发电量21900度。首年衰减为2.5%，25年末最低功率为80%。首年衰减为2.5%，25年末最低功率为80%。

△表5 功率衰减表

注：按照25年衰减至80%计算，25年累计发电量超过49万度电。

2、实际应用案例

该电站位于山东省济宁市，安装容量16kW。安装于2018年2月26日，至今累计发电量4516.4kWh。

△图15峰值并网功率-14.99kW（04.07）

△图16当日发电量-110.4kWh（04.07）

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