6kW住宅光伏发电项目智能设计

薄尊军

（山东电力建设第一工程有限公司）

1 引言

随着惠民政策的推出、技术的进步和建设成本的降低，分布式光伏逐步走入住宅用户。高性能的太阳能电池组件通过支架被安装在屋顶上，经过串联、并联之后组成太阳能电池方阵。太阳能电池方阵吸收太阳光，并产生直流电，经过逆变器转化为可供住宅电器使用的交流电。用户除发电自用外，剩余电量可以上传到电网，然后获得相应的电价收入。住宅光伏具有投资小，安装便捷，并网流程简单，收益明显的优势。价格方面优势明显。以天合光能TSMPD05-275W多晶硅组件为例，组建6kW光伏发电系统，共需光伏组件22片（275×22=6050W）。该光伏组件尺寸为1650mm×992mm，22片的组装面积约为36m2。

光伏组件主要参数如表1所示。

表1 光伏组件参数

2 组件选型

光伏组件分为单晶硅组件和多晶硅2种。单晶硅光电转化率约为18%，多晶硅光电转化率约为16%。随着生产工艺不断改进，天合光能TSM-PD05多晶硅组件光电转化率提升到了16.8%,且

3 逆变器选型

随着物联网、云计算、大数据的兴起和日趋成熟，能源行业正面临一场由互联网技术和智能化技术所带来的深度变革，光伏逆变器作为光伏发电重要设备，正在向智能化方向发展。本项目选用华为单相组串式户用智能逆变器，型号为SUN2000L-5KTL-CN，其各参数如表2所示。该型号逆变器搭载华为海思芯片和无线通讯模块，基于华为HiLink通信协议，与手机、电脑等智能设备实现互联互通，用户可随时查看运行状态、故障信息、发电量等；通过云端技术，技术支持人员可以实现远程监控和在线服务。

表2 华为SUN2000L-5KTL-CN型逆变器参数

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。光伏组件的功率与光伏逆变器的功率的比值为容配比，简写为DC/AC。DC/AC更多时候是一个经验值，而不是一个固定值。当有实际项目支撑时，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参考。这个比值通常为1～1.4，现场实际设计可以根据住宅用户安装地点和环境调整组件数量。本设计逆变器输入侧组件总功率为275×22=6050W，逆变器额定交流输出功率为5000kW ，其容配比为6050/5000=1.21。

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。每个组件开路电压是38.1V，开路电压温度系数是-0.32%/℃，本文选最低温度-20℃（此处以济南市气温为参考，具体可根据安装地点气象条件信息确认），组件为11片串联，最后的开路电压为：

38.1 [1+（-20-25）×（-0.0032）]×11=479V

此数值低于逆变器最大允许直流输入电压600V，可以确保逆变器安全运行。

光伏组件的最大功率点的工作电流IMPP为8.84A，光伏组件串联后，故其最大工作电流也为8.84A，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31.1V，串联后电压为31.1×11=342.1V。当此电压越是接近逆变器额定电压时，逆变器的功效越高。逆变器额定电压为360V，与342.1V接近，故采用11个组件串联的方式高效、可行。

经过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，认为组件和逆变器选型正确，设计方案可行。

4 其他材料和设备的选型及设计

在住宅光伏发电系统中，组件、逆变器的选型和设计是核心，同时及支架、布线和配电系统登的选型与设计也非常重要。

4.1 光伏支架

当前大型光伏电站采用固定支架及跟踪装置，光伏组件随太阳移动自动进行角度调整，光伏组件朝向太阳，减小倾角。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。光伏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[1]。

4.2 线缆的选择

直流线缆为户外铺设，需要防潮、防晒、防寒、防紫外线等，本项目选用直流电缆为PV1-F 1×4。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，不仅要需要考虑防潮、防晒、防寒、防紫外线，还要考虑防火和防鼠防蚁，一般选用YJV型电缆。长距离铺设还要考虑到电压损失和载流量大小，本项目交流线缆选用YJV 2×6。

4.3 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；接入柜面板上设置 3 套电压表及分相切换开关(或带电压测量孔的带电显示器)。分别显示电网电源，并网电源，户内电源。

配电箱的配置配电柜一般包含断路器、熔断器、浪涌保护器、自复式过欠压保护器、电表、刀闸开关组成。

断路器(空开)型号一般选择逆变器最大交流输出电流的1.25倍，6kW单相逆变器的最大电流为22.7A，故选择额定电流为32A的断路器。

无论表箱是 TN 系统还是 TT 系统，接入柜统一采用 TN-S 接地系统(局部)。

4.4 调试

安装后，在并网之前，只需要连接直流侧，开启逆变器，检查机器的时间设置及安规设置是否正确。开启逆变器正确顺序：先上交流再上直流；断开逆变器正确顺序：先断交流再断直流[2]。

5 结语

通过对6kW住宅光伏发电项目设计的分析和探索，积极倡导“优先自用 余电上网”的住宅式光伏发展理念，大力推广应用安全可靠、经济适用、绿色环保的新型发电模式。当前光伏发电技术在不断更新和提升，智能社会正在到来，这是一次深刻的社会巨变，新能源迎来了新的发展机遇。而家庭，作为人类生活的重要组成部分，将会成为数字世界的最重要入口，随着科技进步，终将实现以生活体验为中心的数字化家庭愿景。