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屋顶的面积，尽可能扩大安装容量，以增加发电量，保障投资收益率。在我国北方许多地区，以前大屋顶优势让户用光伏系统能够达到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逆变器的成本已经快速下降，接近于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、逆变器，支架、线缆、配电箱的选型，到整体设计方案，以及电站收益预测等方面，与大家分享12kW电站的设计过程。

一、设计过程

1.   项目勘察

农户自建住宅，水泥平屋顶，经现场勘测，设计组件排布示意图如下：                

2.  组件选择

在目前的组件市场上，275W~330W功率段的组件最为常用。本文的典型设计方案直流侧建议选择两串输入，可以减少线路损耗，提高系统效率。大家可根据项目特点在下表中选用相应组件方案。

 根据组件的参数和数量得到装机容量为 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：

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预置水泥墩基础

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用膨胀螺栓固定角铝底座

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固定角铝底座和角铝斜撑

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固定角铝后撑和斜撑，然后铺设导轨，用T头螺丝固定

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安装组件，用中压块和边压块固定

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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。

新型高效组件的应用给逆变器的性能提出了新的需求，同时随着技术和成本不断的优化，纳通在考虑实际应用要求后，优化了产品性能，推出了12kW三相逆变器 NAC12K-DT，最大直流输入电压可达到1100V，有着极高的功率密度和性价比。直流侧输入电压提高后，光伏组件(以多晶60片电池片计算)的单串数量从原来的最多22块扩充到24块 , 子串数量减少，直流侧线缆的用量也随之减少，减少的线损，充分提升输出电量。

此款逆变器体积小，重量轻，功率密度高，销售售价接近于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   串组件开路电压和工作电压在SOC条件下分别约为922.3V和754.4V，满足逆变器安全和运行电压需求, 机器运行在满载MPPT范围内。

②   串组件额定功率在SOC下为6.9kW，此次示例设计逆变器接入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不到位，由于接头接点松脱，接触不良、电线受潮、绝缘破裂等原因而极易引起直流拉弧现象。为确保直流连接器的安装质量，需要使用专业的压线钳。

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，需具备极好的耐热，耐寒，耐油，耐紫外线等性能，因此光伏系统中的直流电缆需采用专用光伏电缆，目前常用的光伏专用电缆为PV1-F1*4mm2。

2）交流侧线缆 

交流线缆用于逆变器交流侧至交流汇流箱或交流并网柜，可以选用YJV型号线缆。长距离铺设还需考虑到电压损失和载流量大小， 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

断路器的一端接逆变器，一端接电网侧，交流断路器一般选择逆变器最大输出电流的1.25倍以上， 12kW逆变器交流输出最大电流为19，至少选择25A/4P的断路器。 

2）自动重合闸电源保护器

电网公司要求在逆变器至电网间接入自动重合闸电源保护器，这里选择25A/4P的规格。 

3）浪涌保护器

本项目选用限压型SPD，4P的浪涌保护器，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忽视的问题。但若不做好接地，会因设备对地绝缘阻抗过低或漏电流过大而报错，影响发电量，甚至危害人身安全。户用光伏系统的接地包括组件测接地，逆变器侧接地，配电箱侧接地。 

选用φ12的圆钢或50*5mm的扁钢，埋入深度1.5m的地下，光伏组件的防雷接地电阻要求应小于10Ω，逆变器和配电箱接地电阻应小于4Ω。对于达不到接地电阻要求的，通常采用添加降阻剂或选择土壤率较低的地方埋入。

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，系统效率=82%，从NASA上导出的光照数据如下表， 项目安装地山东潍坊地区全年日平均有效发电日照时数为4.25*365=1551.25小时。

组件首年衰减2.5%，之后每年衰减0.6%。 可以算出本系统25年累计发电量约为40万度。

四、实际应用案例

下面监控数据为一台安装在山东莱阳的一台NAC12KW-DT逆变器在2018年3月16日的发电情况，通过GPRS监控可以看到，当天最高功率为11.91KW, 当日累计发电量为83度。逆变器运行稳定，发电量符合预期。

结论 

12kW左右装机容量的电站在我国北方地区应用较为普遍，通过典型设计的分享让用户对光伏系统的前端设计有了很好的了解，给后续光伏电站的施工做了正确的引导，保证了光伏电站的质量和收益。