12kW户用光伏系统典型设计过程

前言：

随着分布式发电补贴的下降和光伏电站建造成本的降低，很多用户在选择安装户用光伏系统时，都希望最大化的利用【yòng】屋顶的面【miàn】积【jī】，尽可能扩【kuò】大安装容量【liàng】，以增加发电【diàn】量，保障投资收【shōu】益率。在【zài】我国北方【fāng】许多地区，以前【qián】大【dà】屋顶优势让户【hù】用光伏系【xì】统能够【gòu】达到10kW左右，现在随【suí】着技【jì】术的【de】不断进步，和成【chéng】本的不断优化【huà】，三相【xiàng】12kW逆变器【qì】的成本已经【jīng】快速下【xià】降，接【jiē】近于10kW逆变器的价格，12kW以上户用系统迎来大量应用场景。本文将从组件【jiàn】、逆变器，支架、线缆、配电箱的选型，到整体设计方案，以【yǐ】及电站收益预测等【děng】方面，与【yǔ】大家分享12kW电站【zhàn】的设计过程。

一、设计过程

1.   项目勘察

农户自【zì】建住宅【zhái】，水【shuǐ】泥平屋顶，经现场勘测，设计组【zǔ】件排布示意图如【rú】下：                

2.  组件选择

在目【mù】前【qián】的组件市场上，275W~330W功率段的组件最为常【cháng】用。本【běn】文的典型设计方案直流侧建【jiàn】议选择两串输入，可以【yǐ】减少线路损耗，提高系【xì】统效【xiào】率。大家可【kě】根据项【xiàng】目特点【diǎn】在下【xià】表中选【xuǎn】用【yòng】相应组件方案。

组件规格	每串数量（块）	电站总串数（串)	电站总功率(KW）	组件总数（块）	备注
275W	23	2	12.65	46	任选一种组件 配置方案
280W	23	2	12.88	46
285W	23	2	13.11	46
290W	23	2	13.34	46
295W	23	2	13.57	46
300W	23	2	13.8	46
310W	22	2	13.64	44
315W	22	2	13.86	44
320W	21	2	13.44	42
325W	21	2	13.65	42
330W	21	2	13.86	42

综合考【kǎo】虑了屋顶面【miàn】积，银行【háng】放款条件以及全寿命周期的收益，本【běn】方【fāng】案选用了46片【piàn】300W多晶高效组【zǔ】件【jiàn】，其技【jì】术参数如下：

根据组件【jiàn】的参数【shù】和数量得到装机容【róng】量为【wéi】 300Wp* 46块=13.80KWp

3.支架方案及组件安装

水泥平屋顶的支架/组件安装步骤如下：

• 预置水泥墩基础
• 用膨胀螺栓固定角铝底座
• 固定角铝底座和角铝斜撑
• 固定角铝后撑和斜撑，然后铺设导轨，用T头螺丝固定
• 安装组件，用中压块和边压块固定

4.逆变器的选择及安装

推荐选用一台纳通NAC12K-DT三相逆变器。

新型【xíng】高效【xiào】组件的应【yīng】用给逆【nì】变器的性能【néng】提出了新的需求，同时随着技术和成本不断的【de】优化，纳通在考【kǎo】虑实际【jì】应用要求后，优化【huà】了产品性能，推出了12kW三相逆变器 NAC12K-DT，最大直【zhí】流输入电压【yā】可【kě】达到1100V，有着极【jí】高的功【gōng】率【lǜ】密【mì】度和性价比。直流侧输入电压提高后，光伏组件(以【yǐ】多晶60片电池【chí】片计算)的单【dān】串【chuàn】数量从原【yuán】来的最【zuì】多22块扩充到24块【kuài】 , 子串数量减少，直流侧【cè】线缆的用量【liàng】也随之减少【shǎo】，减少的线损，充分提升输出电量。

此款逆变器体积小，重量【liàng】轻【qīng】，功率密度【dù】高【gāo】，销【xiāo】售售价接【jiē】近于10kW逆变器。

逆变器具体参数如下：

其中逆变器接入关键参数如下：

①   串组件开路电压和【hé】工作电压在【zài】SOC条件下分【fèn】别约为922.3V和754.4V，满足【zú】逆变【biàn】器安【ān】全和【hé】运行电压需求, 机器运【yùn】行在满载MPPT范围【wéi】内。

②   串组件额定【dìng】功率在SOC下为【wéi】6.9kW，此次示例【lì】设计逆【nì】变器【qì】接【jiē】入2串组串，接入组件容量13.8kW，超配比1.15。具体接入方法如下：

MPPT1 : 23块/串，1串接入；

MPPT2 : 23块/串，1串接入；

5.逆变器直流端线缆制作和接线

注： 直流连接器如果安装【zhuāng】不【bú】到【dào】位，由于【yú】接【jiē】头接点【diǎn】松【sōng】脱，接【jiē】触不良、电线【xiàn】受潮、绝缘破裂等原因而极【jí】易引起直【zhí】流拉弧现象。为【wéi】确保直流连接器的安装【zhuāng】质量，需要【yào】使用专业的压线钳【qián】。

 

6. 逆变器交流端线缆接线

7.  线缆的选择

1）直流侧线缆

直流线缆【lǎn】在户外铺设，需具【jù】备极好的耐热【rè】，耐寒，耐油，耐【nài】紫外线等性能，因【yīn】此光伏【fú】系统【tǒng】中的直流电缆需采用专【zhuān】用光伏电缆【lǎn】，目前常【cháng】用【yòng】的光伏专用电缆为PV1-F1*4mm²。

2）交流侧线缆

交流线缆用于逆变【biàn】器交【jiāo】流【liú】侧至交流汇流箱或交流并网柜【guì】，可以选用YJV型号线缆。 长距离铺【pù】设【shè】还需【xū】考虑到电压【yā】损失【shī】和载流量大【dà】小， 12kW三相机交流线缆推荐使用YJV-4*6mm²。

8.  配电箱的选择

配电箱内部元件说明：

1）断路器

断路器的【de】一端接逆变器，一【yī】端接电网侧，交【jiāo】流断路器一般选【xuǎn】择逆【nì】变器最大输出【chū】电流的1.25倍以上， 12kW逆变【biàn】器交【jiāo】流输出最【zuì】大【dà】电【diàn】流为19，至少选择25A/4P的断路【lù】器。

2）自动重合闸电源保护器

电网公司要求【qiú】在逆变器至电网间接入自动【dòng】重【chóng】合闸电源保护器【qì】，这里选【xuǎn】择25A/4P的【de】规格。

3）浪涌保护器

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

9.  接地措施

接地是【shì】施工【gōng】人员在【zài】安装中最容【róng】易【yì】忽视【shì】的问题。但若不做好接地，会因设【shè】备对地绝缘阻抗过【guò】低或漏电流过大而报错，影响发电量，甚至危害人【rén】身安【ān】全。户用光【guāng】伏系统【tǒng】的【de】接地包括组【zǔ】件测接地，逆【nì】变器侧【cè】接地【dì】，配电箱侧接地【dì】。

选用φ12的【de】圆钢或50*5mm的扁钢，埋【mái】入深【shēn】度【dù】1.5m的地下，光伏组件【jiàn】的防雷接地电阻要求【qiú】应小于【yú】10Ω，逆变【biàn】器和配电箱接地电阻应【yīng】小于4Ω。对于达不到接【jiē】地【dì】电阻要求的【de】，通常采用【yòng】添加降阻剂【jì】或选择土壤率较低的地方【fāng】埋入。

二．设计方案图及材料清单表：

 

三、 收益计算

本系统【tǒng】安装了46块300Wp的高效组【zǔ】件，装机容量共13.8kW，系统【tǒng】效【xiào】率=82%，从【cóng】NASA上导【dǎo】出的光照数据如下表， 项目安装地山【shān】东潍坊地区全年【nián】日平均有效发电日照【zhào】时【shí】数【shù】为4.25*365=1551.25小时【shí】。

组件首年衰减2.5%，之【zhī】后每年衰减【jiǎn】0.6%。 可以算出本系【xì】统【tǒng】25年累计发【fā】电量约为【wéi】40万度。

 

 

四、实际应用案例

下面监控数据为一台安装在【zài】山【shān】东莱阳的一台NAC12KW-DT逆变器在9-21的发电情况，通过【guò】GPRS监控可【kě】以看到，当【dāng】天【tiān】最高功率为11.91KW, 当日累【lèi】计发电量为【wéi】83度【dù】。逆变器运行稳【wěn】定【dìng】，发电量符合预期。

结论 

12kW左右装机容量的【de】电【diàn】站在我国【guó】北【běi】方地区应用较【jiào】为普遍，通过【guò】典型设计的【de】分享让用户对光伏系统的前【qián】端【duān】设【shè】计有了很好【hǎo】的了解【jiě】，给后续光伏电站的施工做了【le】正确的引导，保【bǎo】证了光伏电站的质量和收益。

来源：纳通能源