家用3kw分布式光伏发电系统设计

—.光伏发电系统简介

1.

并网式：太阳能并网光伏发电系统是将光伏阵列产生的直流电经过并网

逆变器转换成符合公共电网要求的交流电之后直接接入公共电网。因直接将电能 输入到公共电网，免除了配置蓄电池，省掉了蓄电池储能和释放的过程，可以充 分利用光伏阵列所发的电力，从而减小了能量的损耗，提高了系统对太阳辐射能 的使用率，降低了系统的成本。

并网光伏发电系统按接入方式分为集中式大型并网光伏系统和分布式中小型 并网发电系统。集中式大型并网光伏电站一般都是国家级电站，主要特点是装机 容量大，通常都是MW级以上，其将所发电能升压后直接输送到国家输电网上， 再由电网统一调配向用户供电。但这种电站投资大、建设周期长、占地面积大。 而分布式中小型并网光伏系统，特别是光伏建筑一体化光伏发电，主要是利用建 筑物的房顶或外立面，由于投资小、建设快、占地面积小、国家政策支持力度大 等优点，是目前分布式并网光伏发电的主流。

分布式：分布式光伏发电是指区别于集中式光伏发电的建设方法，一般

建在用户侧，所生产的电力主要为自用。目前应用最为广泛的分布式光伏发电系 统，是建在建筑物屋顶的光伏发电项目。该类项目必须接入公共电网，与公共配 电网一起为附近的用户供电。如果没有公共电网支撑，分布式系统就无法保证用 户的用电可靠性和用电质量，所以为了减小光伏系统对当地配电网的影响，一般 要求装机量不能大于当地配电变压器容量的30%。其特点是：1电压等级低、容 量小，以10kV及以下电压等级接入电网，且单个并网点总装机容量不超过6Mw 的光伏发电项目；2并网点在配电侧；3电流是双向的，可以从电网取电，也可 以向电网送电；4大部分光伏发电量直接被用户负荷消耗。

2.

家用3kw屋顶分布式光伏发电系统设计

民用屋顶分布式光伏发电系统有别于大型集中式并网光伏发电系统，由于受 到安装光伏组件的可用面积等问题，一般容量较小，往往只几个kw至几十个kW, 有以下特点：

1） 并网点在配电侧（并网电压为230V或400V）； 2） 电流是双向，可以从电网取电，也可以向电网送电；

3） 大部分光伏发电的电量直接被用户负荷消耗，自发自用，余电上网。

因为并网光伏发电系统不需要蓄电池和充电控制器，且其供电对象是较稳定的电 网，所以并网光伏发电系统的设计比离网光伏发电系统简单。它不需要考虑发电 量与用电量之间的平衡，也不需要考虑负载的电阻、电感特性。通常只需根据光 伏组件总功率选择合适的汇流箱、并网逆变器，再根据系统各种损耗估算其发电

量，评估收益；反之，也可根据需要的发电量逆向设计所需光伏组件的总功率及

逆变器选型等。并网系统没有储能问题，所发电量及时上传电网，所以会按最大 发电量来确定最佳倾角。

1.光伏发电系统在建筑物上的安装方式

光伏发电系统在建设物上安装有BAPV和BIPV两种方式。

BAPV （Building Attached Photovoltaic）主要指在现有建筑上安装的太阳 能光伏发电系统，对建筑物改造较小。

BIPV （Building Integrated Photovoltaic）是将太阳能发电（光伏）产 品集成到建筑上的技术，需要和整体建设一体设计，工作量大，较为复杂。

光伏发电系统的容量也就是光伏发电系统中的光伏组件阵列的总功率，一般 根据居民的可建设屋顶面积来设计。安装空间可以是斜面屋顶，也可以是平面屋 顶。平面屋顶加?的面积目前可安装约75W（与项目地的经纬度有关，电池板的面 积与所占地面积的比约为50%）的组件，屋面承重增加约35〜45kg。朝南向斜面 屋顶Ini可安装约130W的组件，屋面承重增加约15kgo 一般居民可以构建35kW 的电站。屋顶面积与系统功率大小关系可参考下表（以朝南为例）。

屋顶面积（向阳面）/m2 水平屋顶/kW 可安装系统容械 斜面屋顶/kW 30-40 40-60 60~80 2 3 4 5 3 5 7 8 80 ~ 100 2. 家用分布式光伏发电系统结构

家用分布式光伏发电系统主要由太阳能光伏组件、逆变器、交流配电箱、双向电 表、光伏测电表组成。太阳能光伏组件的作用是把太阳能转换成电能。并网逆变 器的作用是把光伏组件送来的直流电转换成与市电同频、同相的交流电。优先供 给负载使用，余电上网。交流配电箱的作用是安装电表、接线等，双向电表的作 用是计量用户用电和卖到电网的电量。

3. 太阳能光伏组件选型

(1) 选择光伏组件的基本要求

光伏组件是光伏发电系统的核心部件，其技术性能和指标对整套系统的长期 稳定运行起到至关重要的作用，要求选择转换效率要高，使用寿命要长、技术性 能稳定的组件。

(2) 太阳能光伏组件串并联设计约束条件

1. 在当地最低气温条件下运行时，组件串的开路电压值Uoc应低于逆变器的最 高直流输入电压值。

2. 在当地最高气温条件下运行时，组件串的最大功率电压值U应高于逆变器MPPT 工作范围内的最低直流输入电压值。

3. 组件串的总电流不高于逆变器的最大直流输入电流值。

4. 输入同一台逆变器的组件串，要通过对组件的参数分选、位置安排，使其电压 值之间的差别控制在5%以内。

(3)光伏阵列倾角设计原则

如直接在倾斜屋面安装则不考虑倾斜角，与屋面一致即可；如在平面屋顶安装， 要求系统发电量最大，倾角一般选择和当地纬度一致，此时组件全年接收的太阳 辐射最大，有时考虑到提高装机容量、减少风压也可适当降低安装倾角，可用 PVsyst软件进行优化。

4. 并网逆变器的选型

并网逆变器是并网光伏电站中的核心设备，它的可靠性、高性能和安全性会 影响整个光伏系统。对并网逆变器的输出电压即并网电压的选择，国家电网要求 如下：8kW以下可接入220V； 8〜400kW可接入380V； 400kW〜6MW可接入10kV。 根据逆变器的特点，光伏电站逆变器选型方法：220V项目选用单相组串式逆变 器，8〜30kW选用三相组串式逆变器，50kW以上的项目可以根据实际情况选用组 串式逆变器和集中式逆变器。家用分布式光伏发电系统常用的逆变器有组串式逆 变器和微型逆变器。

5. 双向计量电能表的选型

双向计量电能表(如图所示)就是能够计量用电和发电的电能表，功率和电能 都是有方向的，从用电的角度看，耗电的计为正功率或正电能，发电的计为负功 率或负电能，该电表可以通过显示屏分别读出正向电量和反向电量并将电量数据 存储起来。安装双向电表的原因是由于光伏发出的电存在不能全部被用户消耗的 情况，而余下的电能则需要输送给电网，电表需要计量这一电能数字；在光伏发 电不能满足用户需求时则需要使用电网的电，这又需要计量另一个电能数字，普 通单向电表不能达到这一要求，所以需要使用具有双向电表计量功能的智能电 表。

6. 电网接入方式

家用分布式光伏发电系统大多采用低电压接入方式，即并网系统接入单项 230V低压配电网，通过交流配电线恰当的负荷供电，剩余的电量送入公共电网。

7. 交流配电箱选型

交流配电箱主要用于安放双向电能表、漏电保护器、防雷器等部件。主要从耐用、 经济防雨雪安全等角度考虑。