有关6kW住宅光伏发电项目智能设计的研究

徐雪瑶

摘要：近年来随着各地的分布式光伏补贴政策陆续出台，分布式光伏逐步走入住宅用户，2020年更是将户用分布式光伏全发电量补贴标准调整为每千瓦时0.08元。同时住宅光伏还具有安全可靠，不受资源分布地域的限制，环保效益突出，并网流程简单，发、用电并存等优势。基于此背景下，本文主要分析了6kW住宅光伏发电项目智能设计的有关内容，可供参考。

关键词：光伏发电；住宅；设计

1系统概述

分布式光伏发电特指采用光伏组件，将太阳能直接转换为电能的分布式发电系统。在有太阳辐射的条件下，太阳能电池组件阵列将太阳能转换输出的电能，经过直流汇流箱集中送入直流配电柜，由并网逆变器逆变成交流电供给建筑自身负载，多余或不足的电力通过联接电网来调节。分布式光伏发电充分利用当地太阳能资源，替代和减少化石能源消费。应用最为广泛的分布式光伏发电系统，是建在城市建筑物屋顶的光伏发电项目。该类项目必须接入公共电网，与公共电网一起为附近的用户供电。

2组件选型的分析

目前市场上主流的光伏组件有三种类型，分别是单晶硅、多晶硅、薄膜电池。单晶硅大规模生产转化率：19.8——21%；大多在17.5%。多晶硅大规模生产转化率：18——18.5%；大多在16%。薄膜电池大规模生产转化率：6——8%，但薄膜电池有稀有元素，所以成本最高。

组件类型	市场 占有率	成本	效率	衰减	寿命
单晶硅	中	中	高	低	长
多晶硅	高	低	中	中	中
薄膜电池	低	高	低	高	短

以天合光能单晶硅组件为例（产品参数见表1）：组建6kW光伏发电系统，共需光伏组件19片（306×19=5814W），该光伏组件尺寸为1754×1096×30（mm），19片的组装面积约为36.5m² 。

表1

最大功率数Pmax(Wp)	最大功率点的工作电压VMPP	最大功率点的工作电流IMPP	开路电压 Voc（V）	短路电流 Isc(A)	开路电压温度系数 （%/℃）
306	32.5	9.41	38.9	9.95	-0.25

3逆变器选型的分析

光伏逆变器是光伏发电系统两大主要部件之一，其核心任务是跟踪光伏列阵的最大输出功率，并能以最小的变换损耗、最佳的电能质量馈入电网。太阳能逆变器可以分为：独立逆变器、并网逆变器、备用电池逆变器三类。并网逆变器是一种特殊的逆变器，除了可以将直流电转换成交流电外，其输出的交流电可以与市电的频率及相位同步，因此输出的交流电可以回到市电。并网逆变器常用在一些直流电压源和电网连接的应用中。由于受安装地点辐照度、倾角、温度、逆变效率以及其他因素影响，实际发电功率低于组件总功率。在选择使用的逆变器输入功率可低于设计理论最大功率，从而减少投资，提高经济效益。

我们常说的DC/AC也就是光伏组件的功率与光伏逆变器的功率的比值，称为容配比。那光伏逆变器的容量应该怎么配？其实常用的1.2、1.1只是一个经验值，而不是一个固定值，当有实际项目支撑的时候，我们可以根据实际情况去获得DC/AC的比值作为对当前选型时的支撑。

本设计选用华为SUN2000-5KTL-M0型逆变器，具体产品参数详见表3：

表3

最大效率	98.50%	每路MPPT最大输入电流	11A
最大直流输入电压	1100V	额定输出功率	5000W
启动电压	200V	最大输出电流	8.5A
额定输入电压	600V	防护等级	IP65

本设计逆变器输入侧组件总功率为306W×19=5814W, 逆变器额定交流输出功率为5000W，其容配比为5814/5000=1.16。根据组串后最高极限开路电压不得超过逆变器的最高电压要求，计算逆变器开路电压。306W组件开路电压是38.9V，开路电压温度系数是-0.25%/℃，如果在-25℃，19块串联，最后的开路电压V=38.9[1+（-25-20）*（-0.0025）]*19=822.2V，此数值低于逆变器最大允许直流输入电压1100V，可确保逆变器安全运行。

经表1可知光伏组件最大功率点的工作电流为9.41A，组件串联后最大功率点的工作电流扔为9.41A，该型逆变器的允许组串最大输入电流为11A，可以满足逆变器安全运行。每个组件最大功率点的工作电压VMPP为32.5V，19块组件串联后电压为32.5V×19=617.5V。当此电压越是接近逆变器额定电压时，逆变器的功效越高。经表2可知本设计所选逆变器额定电压为600V，与所选组件串联后电压617.5V接近，所以采用19个组件串联的方式高效、可行。

经过以上对组件和逆变器容配比、逆变器最大开路电压、逆变器最大工作电流和逆变器额定运行电压的分析与计算，认为组件和逆变器选型正确，本设计方案可行。

4组件支撑部分的分析设计

住宅太阳能由于安装环境影响，通常采用固定式安装，尽可能朝向跟随根据当地纬度和太阳辐射数据。组件支架使用做过阳极氧化处理的铝合金，强度要满足当地风、雪荷载，保证满足光伏系统25年运行期要求。

5线缆的选择

组件与组件之间的连接电缆一般使用带双层绝缘外皮的电缆，具有优越的防紫外线、水、臭氧、酸、盐的侵蚀能力，优越的全天候能力和耐磨损能力。蓄电池与逆变器之间、电池方阵与控制器之间的的连接电缆，选用通过UL测试的多股软线，前者选择短而粗的电缆可使系统提高效率，增加可靠性。后者截面积规格需根据方阵输出最大电流而定。

6配电系统

居民光伏设置统一的接入柜，标准化配置；居民光伏接入均为单电源接入；接入柜必须设进线总开关， 接入柜进线总开关下设 2 出线回路开关。1 回路为常规居民用电出线开关，另1 回路为光伏并网开关。

7接地保护

光伏配电系统的电气接地系统包括：组件边框接地、逆变器接地、配电柜接地。其中组件接地是指组件的铝合金边框与支架进行连接，再通过引下线完成可靠接地。逆变器接地是指接线端子的PE端和机箱外壳的PE接地。配电柜接地是指使用接地线连至接地排上或者就近框架接地。

结语：

综上所述，通过对6kW住宅光伏发电项目设计的分析，积极倡导居民建筑屋顶的光伏发电项目，大力推广“自发自用余电上网”的居民用电新模式。太阳能——作为一种免费、清洁的能源，在住宅建筑中的利用，将关系到可持续发展的战略，可谓意义深远。经过数年的研究和开发，太阳能的利用已取得显著成果并转化为生产力。而光伏发电作为太阳能与建筑的结合，也在住宅建设中越发呈现出其不可替代的地位，并成为住宅建设中的一个最新亮点。

参考文献

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[4]毛菊英.光伏发电系统在住宅中的应用探索[J].中国高新技术企业（中旬刊），2016，(10):64-64，65.

作者简介：徐雪瑶（1989.03.24），性别：女，籍贯：北京，民族：汉，学历：本科，职称：中级，职务：电气工程师，研究方向：光伏发电。