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【xì】统时，都希望【wàng】最【zuì】大化【huà】的利用【yòng】屋顶的面积，尽可能扩大安装容量【liàng】，以增加发【fā】电量，保障投资收益率。在我国北方【fāng】许多地区【qū】，以【yǐ】前大屋顶优势【shì】让户【hù】用光伏【fú】系统能够达到10kW左右，现在随着技术的不断进步，和成本的不断优化，三相12kW逆变器的成【chéng】本已经快速【sù】下降，接近【jìn】于10kW逆变【biàn】器的价格，12kW以上户【hù】用系【xì】统迎来大量应【yīng】用场景。本文【wén】将从【cóng】组件、逆变器【qì】，支架、线缆、配电【diàn】箱的选型【xíng】，到整体设计【jì】方【fāng】案，以及电站收益预测等方面，与大家分享12kW电站的设计【jì】过程【chéng】。

一、设计过程

1.   项目勘察

农户自建住宅，水泥平屋【wū】顶，经现场【chǎng】勘测，设【shè】计组件排布示意图如【rú】下：                

2.  组件选择

在【zài】目【mù】前的组件市【shì】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【zhí】流【liú】侧建议【yì】选择【zé】两串输入，可以减少线路损耗，提高系【xì】统效率。大家可【kě】根据项目特【tè】点在下表中【zhōng】选用【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】虑了屋顶面积【jī】，银行【háng】放款【kuǎn】条件以及全寿命周期的收益，本【běn】方案【àn】选用了46片【piàn】300W多【duō】晶高效组件，其【qí】技术参数如下：

根据组件【jiàn】的参数【shù】和数量得到【dào】装机容量为【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。

新型高效组【zǔ】件的应用给逆变器的性能提出了【le】新的需求，同时随着【zhe】技术和成本不断的优化，纳通在考【kǎo】虑实际应用要【yào】求后【hòu】，优【yōu】化了【le】产品【pǐn】性能，推出了12kW三相逆【nì】变【biàn】器 NAC12K-DT，最大直流输入电压【yā】可达到1100V，有着极高的功率密【mì】度【dù】和性价比。直【zhí】流侧输入电【diàn】压提【tí】高后，光伏组件(以多【duō】晶60片【piàn】电池片计算)的单串数量从原【yuán】来【lái】的最【zuì】多22块扩【kuò】充到【dào】24块 , 子【zǐ】串数【shù】量【liàng】减少，直流侧线缆【lǎn】的用量也随之减少，减【jiǎn】少的线损，充【chōng】分提升输出电量。

此款【kuǎn】逆【nì】变器体积小，重量轻【qīng】，功率密【mì】度高【gāo】，销售售价接近于10kW逆【nì】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【yā】和工作电压在SOC条件下【xià】分别约为922.3V和754.4V，满足逆变【biàn】器【qì】安全和运【yùn】行电【diàn】压【yā】需求, 机器运行在满载【zǎi】MPPT范围内。

②   串组件【jiàn】额【é】定功率在SOC下为6.9kW，此【cǐ】次示例【lì】设【shè】计逆【nì】变器接入2串组串，接【jiē】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【qì】如【rú】果安装不到位【wèi】，由于接【jiē】头接点松脱，接触不良【liáng】、电线受潮、绝缘破【pò】裂等原因而极【jí】易引【yǐn】起直【zhí】流拉弧现象【xiàng】。为确保直流连接器【qì】的安【ān】装质量，需要使用专业【yè】的压【yā】线钳。

 

6. 逆变器交流端线缆接线

7.  线缆的选择

1）直流侧线缆

直流线缆在户外铺设【shè】，需具备极好的耐【nài】热，耐【nài】寒【hán】，耐油，耐紫外线等性能，因此光伏系统【tǒng】中【zhōng】的直流电缆需采用专【zhuān】用光伏电【diàn】缆【lǎn】，目前常用【yòng】的光伏专用【yòng】电缆为PV1-F1*4mm²。

2）交流侧线缆

交流线【xiàn】缆【lǎn】用于逆变【biàn】器【qì】交流【liú】侧【cè】至【zhì】交【jiāo】流汇流箱或交流并网柜，可以选用【yòng】YJV型号线缆。 长距离铺设还需考虑到电【diàn】压损失和【hé】载流【liú】量大小， 12kW三相机交流线缆推荐使用【yòng】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【diàn】网侧，交流断路器一般【bān】选择逆变器最【zuì】大输出电流的1.25倍以上【shàng】， 12kW逆变器交流输【shū】出最大电【diàn】流为【wéi】19，至少选【xuǎn】择25A/4P的断【duàn】路【lù】器。

2）自动重合闸电源保护器

电网公【gōng】司要【yào】求在逆变器至电【diàn】网间接入自动重合闸【zhá】电源【yuán】保【bǎo】护器，这里选【xuǎn】择25A/4P的规格。

3）浪涌保护器

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

9.  接地措施

接地是施工人员在安装中最容易【yì】忽视的问题。但若不【bú】做好接地，会因设备对地绝缘阻抗过低或漏【lòu】电【diàn】流过【guò】大而报错，影响【xiǎng】发电【diàn】量，甚至【zhì】危害【hài】人身【shēn】安【ān】全。户用光伏系【xì】统【tǒng】的【de】接地包括组【zǔ】件【jiàn】测接地，逆变【biàn】器侧接地，配电箱侧接【jiē】地。

选【xuǎn】用φ12的圆钢或50*5mm的扁钢，埋入【rù】深【shēn】度1.5m的地下，光伏【fú】组件的防雷接地电阻要【yào】求【qiú】应小于10Ω，逆变器和【hé】配【pèi】电箱接地【dì】电阻应小【xiǎo】于4Ω。对【duì】于达不到接地【dì】电阻要求的，通常采用【yòng】添加降阻剂或选【xuǎn】择土壤率较低的【de】地方埋入。

二．设计方案图及材料清单表：

 

三、 收益计算

本系统安装了46块300Wp的高效组件，装机容量共13.8kW，系统【tǒng】效率=82%，从NASA上导出的光照【zhào】数据如下表【biǎo】， 项目【mù】安【ān】装地山东潍坊地区全年日平【píng】均有效发【fā】电日照时数为【wéi】4.25*365=1551.25小【xiǎo】时。

组件首【shǒu】年衰减【jiǎn】2.5%，之后【hòu】每年【nián】衰减0.6%。 可以算出【chū】本系统25年累计发电量约为40万度【dù】。

 

 

四、实际应用案例

下【xià】面监控【kòng】数据为一台安装【zhuāng】在山东莱阳的一台【tái】NAC12KW-DT逆变器在9-21的【de】发电情况，通过GPRS监控可以看到，当天最高功率为【wéi】11.91KW, 当日累计发【fā】电量为83度【dù】。逆变【biàn】器运【yùn】行稳定【dìng】，发电【diàn】量符合预期。

结论 

12kW左右装机容量的电站在我国北方地区应用较为【wéi】普遍，通过典型设计【jì】的分【fèn】享让用户对光【guāng】伏系【xì】统的前【qián】端【duān】设计有了很【hěn】好【hǎo】的了解【jiě】，给后续光伏电站的施工做【zuò】了正【zhèng】确的引导，保证了【le】光伏电【diàn】站的质【zhì】量和收益。

来源：纳通能源