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家用分布式光伏发电系统设计探究

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节能与新能源ENERGY SAVING AND NEW ENERGY

家用分布式光伏发电系统设计探究

Desig n of Household Distributed Photovoltaic Power Gen eratio n System

商洛学院电子信息与电气工程学院 徐晓龙(Xu Xiaolong)

陕西嘉阳电力股份有限公司 罗婷(Luo Ting)

摘 要：为了推广分布式光伏发电的建设，本文针对商洛地区太阳能资源和居民用电情况进行分析，对商洛地区家用太阳能发电系统

设计方案，从电池板选型、容量、铺设方式和系统接线形式等方面进行了探讨；并对家用分布式光伏发电进行经济分析，给商洛地

区居民分布式光伏发电系统设计实施提供了参考，也体现了高校教师立足商洛、科技服务地方的思想。

关键词：分布式光伏；发电；系统设计

Abstract: In order to promote the construction of distributed photovoltaic power generation, this paper analyses

the solar energy resources and residential power consumption in Shangluo area, and discusses the design scheme

of household solar power generation system in Shongluo area, including the selection of solar ponels, capacity,

laying mode and system wiring form, and conducts economic analysis of household distributed photovoltaic power

generation, so as to provide housing for Shangluo area. The design and implementation of civilian distributed

photovoltaic power generation system provides a reference, and reflects the idea of University Teachers Based on

Shangluo, science and technology to serve the local.

Key words: Distributed photovoltaic; Power generation; System design

［中图分类号】TM615 ［文献标识码】A【文章编号】1561 -0330(2019)08-0054-04

1引言

大力发展可再生能源替代化石类能源已经成为推动 能源改革和经济社会发展的必然趋势[1],是实现能源转

型的关键途径之一。2012年《可再生能源法》明确指 出，国家鼓励和支持可再生能源并网发电；《国家发展

改革委关于发挥价格杠杆作用促进光伏产业健康发展的

通知》指出对分布式发电实行全电量补贴政策，每千瓦

时0.42元（含税），自发自用，余电上网，由电网企 业按照当地燃煤机组标杆上网电价收购。2014年陕西

省政府出台了《陕西省人民政府关于示范推进分布式光

伏发电的实施意见》、同年商洛市政府也出台了《商洛

市人民政府关于加快光伏发电产业发展的意见》，这些

光伏政策为商洛地区家用分布式光伏发电建设提供了政

策支持。2分布式光伏发电系统构成

分布式光伏发电特指装机在数千瓦到几十千瓦，

安装在用户附近非外送的，就地消纳的小型分散发电单 元⑵。通常是用户自发自用、余电量上网的运行方式。

分布式光伏发电系统结构图如图1所示。

蓄电迪组交注給直涓汇薯器 变 逆变压器低压电网

图1分布式光伏发电系统典型分布式光伏电站是屋顶太阳能电站，并入低

54 THE WORLD OF

INVERTERSTHE WORLD OF INVERTERS《变频器世界》August, 2019

压电网，共同向用户（负荷）供电。图1中储能装置蓄 电池组不是必需的，它的设置是考虑到将白天富裕的光

伏能量存储起来以便用于夜间和连续阴雨天对负载进行

供电。

3光伏组件选择和铺设方式

3.1光伏组件选型

太阳能电池种类较多，根据太阳能组件的类型可分

为单晶硅组件、多晶硅组件、非晶硅薄膜组件和碑化镣

组件等，其中晶体硅太阳能组件约占市场的80%-90%。 多晶硅电池组件的转换效率逼近单晶硅组件，但价格仅

仅是单晶硅电池的70%[3]o神化镣组件高转换效率对应 于高成本，非晶硅电池效率低、价格便宜，但不利于长

期使用。综合考虑组件的特点、资金，选用多晶硅组件

是比较合适的。

3.2光伏组件容量计算

光伏组件容量的选择和用户的投入资金、用电量及

用户铺设电池板的空间大小、当地太阳资源等诸多情况

有关。

文献[4]对太阳能资源分布中四类地区的描述，可 知商洛地处陕西南部，属于四类地区，太阳资源不是很

丰富。结合现有的光伏发电技术，lkWp的多晶硅太阳

能组件，在四类地区年发电量在922-1 lllkWho对于四

类地区，年用电量在3000kWh的用户，装3kW就够了， 那么要想获得更多的余电就要多铺设电池板，这又会受

到资金和空间的制约。根据文献[5],国网公司商洛供 电局北新街营业厅工作人员称：“大部分群众每月的用

电量都在100度左右” o由此可得，对于处在四类地区的商洛居民，选用大

约3kW的光伏组件，就可以满足每日5kWh的用电量。 光伏发电系统lkW需要的面积是10-15m2,对于一般的 商洛农村居民的屋顶上或者自家空地都可以满足，对于

市区居民住宅楼只能安装于楼顶的空地上（屋面的承重

能力大于20kg/m2 ） □拟选用250Wp光伏组件12块， 串联通过汇流箱后接逆变器。

3.3光伏组件铺设方式

3.3.1人字结构屋顶对于自家人字结构的屋顶，不能充分考虑组件安装

的倾角，但是可以考虑商洛地区位于北半球的地理因素， 敷设依照屋顶走势朝南布置。

3.3.2平顶结构屋顶在平面结构屋顶安装组件需要安装光伏支架和对最

佳倾角进行计算，使组件充分吸收太阳辐射并考虑组件

前后排的间距，以防止前排遮挡住后排而影响方阵的输

出功率。

对于固定安装的组件，组件倾角常以《光伏发电站

设计规范》中的组件最佳倾角为准，也可依据日照辐射

最大值来计算冏。在商洛北纬33。基础上可以适当的增 加倾角，以提高冬季吸收太阳辐射量，针对具体项目还

需具体分析，推荐最佳倾角不一定就是最佳角度。对于

固定倾角安装式，一般使阵列尽可能向赤道方向倾斜敷

设，工程上以当地纬度+5。。对于屋面面积有限且安装 容量较大时，应尽量减少阵列间的阴影遮挡，对于屋面

面积充裕时固定安装式光伏阵列的间距根据商洛冬至日

9: 00 ~ 15: 00时段内，前后排组件间不受阴影影响来 考虑阵列间隔。

光伏支架材料和强度符合《设计规范》要求，杜绝

劣质材料支架，否则将会给组件的安全造成隐患。

3.3.3自家空地安装在自家空地上安装，使用混凝土条和锚桩做支架基

础，支架基础强度的设计需要考虑当地气象条件，其余

参照平顶结构安装方式。

4逆变器选择

屋顶光伏系统逆变器具体选型时还要根据实际使用

环境（例如：海拔、湿度、温度等），运行环境（例如：

电网电能质量、电网的稳定性、组件的各项参数）进行 优化选择“。需要选用并网逆变器，其功率应按照负载

和组件的功率综合考虑，大多数逆变器允许短时过载运

行，为了安全起见逆变器的输入功率不要超过组件的额

定功率，对于输出功率应该考虑家用负荷大小来选择，

普通家庭负荷主要有电视、电脑、冰箱、空调、照明灯

负荷，实时负荷在几十瓦到两千瓦之间波动，可以选用

单台2~3kW的单向并网逆变器，也可以选用多台500W 的单向并网逆变器并联使用，多逆变器会导致接线的复

杂和成本的增加，但是能提高逆变器的使用效率。因此

需要在安全、电网友好、投资回报周期、运维等多个方

面中寻求平衡点。

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55节能与新能源ENERGY SAVING AND NEW ENERGY

5蓄电池选择

蓄电池的选择是分布式光伏系统中的储能设备，把

白天剩余电量储存起来以供夜晚及连续阴雨天使用。蓄

电池的容量是由负载的需求量和天气产生的充电电量来

决定的。在选择中还要考虑到其他的因素，如放电程度、

放电率、温度、控制器效率等。常用的铅酸蓄电池的容

量的确定方法如下。蓄电池容量=（自给天数X每日平 均负载）/最大放电深度。目前蓄电池存在的问题有价格

高、使用寿命短、充放电效率低，对于家用分布式光伏

发电系统储能环节的配置需要进行经济技术论证，通常

不设储能环节。

6系统接线方案

6.1余电上网型普通用户自发自用，余电上网类型系统结构示意图

图2所示的余电上网型系统接线示意图中未设计储 能环节，如需装设蓄电池储能设备，需要在光伏组件与

逆变器之间加装DC/DC蓄电池充电管理设备。图2中 忽略了汇流箱，交直流配电柜。并网发电前原来用户的 单向计量电表需要更换成双向计量电表，以便进行与国

网公司双向电费计量。

6.2全额上网型

全额上网发电系统接线示意图如图3所示。全额发 电系统用户不使用光伏电力，直接将发电并网。

图3全额上网型系统示意图对于全额上网发电系统，白天的光伏电力全部输送

到电网，无需增设储能环节，图3中忽略汇流箱和交直 流配电柜的设计。

7家用分布式光伏电站经济效益分析

7.1分布式电源的电价补助结算政策全部上网项目电价执行陕西地区光伏电站标杆上网

电价1元/干瓦时（含税），自发自用余电上网按照全

电量补贴政策，电价标准为每千瓦时0.42元（含税）， 以可再生能源发展基金支付，由供电企业转付，余电上

网电量以当地燃煤机组标杆上网电价给付。

7.2家用分布式光伏电站收益

以3kW家用分布式光伏电站以自发自用余电上网

方式为例，年发电量约在3000kWh,获得补贴收益：

年补贴收益二年发电量x补贴价格（1）=3000kWh x 0.42元/kWh=1260元

（下转64页）56 THE WORLD OF

INVERTERS

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家用分布式光伏系统设计(并网型)

家用分布式光伏系统设计(并网型)

家用分布式光伏系统设计

摘要：太阳能是最普遍的自然资源，也是取之不尽的可再生能源。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。它是一种新型的、具有广阔发展前景的发电和能源综合利用方式，它倡导就近发电，就近并网，就近转换，就近使用的原则，不仅能够有效提高同等规模光伏电站的发电量，同时还有效解决了电力在升压及长途运输中的损耗问题。

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，方便接入就近接入公共电网，与公共电网一起为附近的用户供电。从发电入网角度出发，根据家庭用电情况可以给出系统施工要求、设计方法以及光伏组件、逆变器的选择等。

关键词：太阳能 分布式光伏发电系统

1. 前言

太阳能是一种重要的，可再生的清洁能源，是取之不尽用之不竭、无污染、人类能够自由利用的能源。太阳每秒钟到达地面的能量高达50万千瓦，假如把地球表面0.1%的太阳能转换为电能，转变率5%，每年发电量可达5.6×1012kW·h，相当于目前世界上能耗的40倍。从长远来看，太阳能的利用前景最好，潜力最大。近30年来，太阳能利用技术在研究开发、商业化生产和市场开拓方面都获得了长足发展，成为快速、稳定发展的新兴产业之一。

本文简单地阐述了家用分布式光伏发电系统设计方法和施工要求，仅供参考。

2. 太阳能光伏发电应用现状

太阳能转换为电能的技术称为太阳能光伏发电技术（简称PV技术）。太阳能光伏发电不仅可以部分代替化石燃料发电，而且可以减少CO2和有害气体的排放，防止地球环境恶化，因此发展太阳能光伏产业已经成为全球各国解决能源与经济发展、环境保护之间矛盾的最佳途径之一。目前发达国家如美国、德国、日本的光伏发电应用领域从航天、国防、转向了民用，如德国的“百万屋顶计划”使许多家庭不仅利用太阳能光伏发电解决了自家供电，而且这些家庭还办成了一所所私人的“小型电站”，能够源源不断地为公用电网提供电能。

KW屋顶分布式光伏电站设计方案

KW屋顶分布式光伏电站设计方案

KW屋顶分布式光伏电站设计方案

1.项目概述 2

2.设计方案 2

2.1 建设方案 2

2.2 光伏组件选型 3

2.3 逆变器选型 3

2.4 断路器选型 4

2.5 电缆选型 4

2.6 接线盒选型 5

2.7 直流汇流箱选型 5

2.8 避雷器选型 6

2.9 安装方案 6

2.10 系统监测 7

3.经济效益分析 7

4.安全措施 8

5.环境保护措施 8

6.工程进度计划 9

7.设计图纸 10

1.项目概述

本项目位于xxx市xx镇xx村，总装机容量为3.12KWp，采用分布式光伏电站设计方案。该电站将安装在屋顶上，可为当地居民提供清洁能源。

2.设计方案

2.1 建设方案

本项目采用分布式光伏电站建设方案，将光伏组件分散安装在屋顶上，通过逆变器将直流电转换为交流电，供给当地居民使用。此方案不仅能够提高光伏发电的利用效率，还可以减少输电线路的损耗。

2.2 光伏组件选型

本项目选用的光伏组件为XXX牌XXX型号，其光电转换效率高，耐用性强，适合在屋顶上安装使用。

2.3 逆变器选型

本项目选用的逆变器为XXX牌XXX型号，具有高效稳定的性能，能够将直流电转换为交流电，并且能够实现远程监控和管理。

2.4 断路器选型

本项目选用的断路器为XXX牌XXX型号，具有过载保护和短路保护功能，能够有效避免电路故障和安全事故的发生。

2.5 电缆选型

本项目选用的电缆为XXX牌XXX型号，具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损等特点，能够保证电能的传输效率和安全性。

2.6 接线盒选型

本项目选用的接线盒为XXX牌XXX型号，具有防水、防尘、防腐蚀等特点，能够保证电路的安全可靠。

2.7 直流汇流箱选型

本项目选用的直流汇流箱为XXX牌XXX型号，具有防水、防尘、防腐蚀等特点，能够对光伏组件进行集中管理和监测。

2.8 避雷器选型 本项目选用的避雷器为XXX牌XXX型号，能够有效地保护电站设备免受雷击和电磁干扰的影响。

屋面分布式太阳能光伏发电系统设计

屋面分布式太阳能光伏发电系统设计

屋面分布式太阳能光伏发电系统设计

屋面分布式太阳能发电系统一般为采用并网发电系统，只要利用太阳能电池方阵在光照的条件下产生直流电，接入到逆变器转换成交流电，通过交流汇流箱与并网柜，接入到公网电网，实现并网发电。随着国家对清洁能源的大力扶持，及对环保的要求越来越严格，清洁能源得到的全面的快速发展。在清洁能源中，太阳能、风能、潮汐能、水能、地热能等能源中，太阳能是一种较成熟，也比较容易利用及大面积发展的清洁能源。太阳能发电系统一般可设置在地面、水面、建筑屋面。本次以屋面分布式太阳能系统设计进行分析。

一、并网系统基本原理

太阳能光伏发电系统可以分为两类。一类是并网发电系统，即和公用电网通过标准接口相连接，像一个小型的发电厂；另一类是独立式发电系统，即在自己的闭路系统内部形成电路。屋面太阳能光伏发电系统一般为并网发电系统。屋面分布式太阳能发电系统主要由太阳能电池组件、逆变器、交流汇流箱、交流并网柜和通讯监控系统等部分组成。其工作原理是太阳能电池方阵在光照的条件下产生直流电，通过逆变器转换成交流电输出汇流到交流汇流箱，再通过并网柜与外网进行连接，各设备运行情况由通讯监控系统进行监控和记录。

1.设计原则 光伏并网工程设计遵循技术先进、科学合理、安全可靠、经济实用的指导思想和设计原则下，着重考虑以下设计原则：①先进性原则:随着太阳能技术的发展，太阳能电源设计必须考虑先进性，使系统在一定的时期内保持技术领先性，以保证系统具有较长的生命周期。②实用性原则:太阳能电源系统设计充分考虑我国太阳能电源设备生产现状，选用有大规模实际工程应用经验的产品，采用先进成熟的技术，保证产品的稳定性、可靠性和可维性。③经济性原则:太阳能电源系统设计在保证系统各项技术指标的前提下，努力降低工程、设备成本，提高系统的性能价格比保证用户的投资效益。④安全可靠原则:安全是首要考虑的因素；选用的结构应充分考虑风荷载、温度应力和地震作用对屋面的影响，设计安全系数保证满足国家规定及工程的要求。⑤环保节能原则:本项目利用太阳能电池发电不会排放二氧化碳或产生对温室效应有害的气体，也无噪音，是一种净能源，与环境有很好的相容性。⑥结构轻巧而稳定原则:结构稳定可以保证结构的安全，同时也会产生一种结构稳定所特有的美感，失稳的结构会给人带来危机感，造成人的紧张，使人很不愉快。但过于保守、粗放的设计则又显得笨拙、累赘、缺乏灵气，也会使人不愉快。

分布式光伏设计方案

分布式光伏设计方案

分布式光伏设计方案

1. 引言

分布式光伏发电系统是一种通过在建筑物或地面上安装光伏电池板来将太阳能转化为电能的系统。它将太阳能转化为直流电，然后通过逆变器将其转化为交流电以供使用或注入电网。本文将介绍分布式光伏设计方案的关键组成部分，包括光伏电池板的选择和布局、逆变器的选择和性能要求，以及系统的可靠性和安全性考虑。

2. 光伏电池板的选择与布局

2.1 光伏电池板类型

根据光伏电池的类型，光伏电池板可以分为单晶硅、多晶硅和非晶硅三种。单晶硅具有较高的转换效率和较好的低光电性能，但成本较高；多晶硅成本较低，但效率相对较低；非晶硅适用于柔性太阳能电池板。根据实际需要和经济性考虑，选择适当的光伏电池板类型。

2.2 光伏电池板布局

2.2.1 太阳能辐射分析

在选择光伏电池板的布局时，首先需要进行太阳能辐射分析，了解每个位置的太阳能辐射量。根据辐射量的差异，可以优化电池板的布局，取得最佳发电效果。

2.2.2 倾角设置和阴影遮挡

根据地理位置和季节变化，合理设置光伏电池板的倾角，以最大程度地吸收太阳能。同时，应避免阴影遮挡，将电池板布置在没有大树或建筑物阻挡的地方。

3. 逆变器的选择和性能要求

逆变器是将光伏电池板产生的直流电转换为交流电的关键装置。在选择逆变器时，应考虑以下几个性能要求：

3.1 输入电压和功率范围

因为光伏电池板产生的直流电压和功率会随着光照强度的变化而变化，所以逆变器需要具备一定的输入电压和功率范围，以适应光照条件的变化。

3.2 输出电压和功率要求

根据系统的需求，确定逆变器的输出电压和功率要求。输出电压应满足电网的标准要求，输出功率应能满足用户的用电需求。 3.3 逆变器效率和稳定性

逆变器的效率和稳定性对系统的总体性能起着重要的影响。应选择具有较高转换效率和稳定性的逆变器，以提高系统的发电效率和可靠性。

4. 系统的可靠性和安全性考虑

4.1 系统容量和备份

根据实际用电需求和可靠性要求，确定系统的容量大小，并考虑加装备份装置，以应对突发情况或电网故障时的电力供应。