家庭分布式光伏發(fā)電設(shè)計(jì)與安裝步驟

一、分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.根據(jù)用戶需求設(shè)計(jì)電池板功率。具體的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)參照GB 50797-2012 《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定。

安裝分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)前，要根據(jù)用戶的需求設(shè)計(jì)電池板的功率。首先要考慮用戶每日的用電量，太陽(yáng)能光伏發(fā)電量首先要滿足用戶的家庭用電，這樣的設(shè)計(jì)才能夠有多余的電量上傳給國(guó)家電網(wǎng)。

目前的城鎮(zhèn)居民每戶的月平均用電量為一百五十度左右（1度=1千瓦時(shí)，下同），即每日的用電量為5度。按照2000瓦的電池板系統(tǒng)計(jì)算，假設(shè)每日的平均光照為6小時(shí)，這樣每小時(shí)的發(fā)電量為1.5度，每天的發(fā)電量為9度。這樣不僅可以滿足自己的用電，而且可以將剩余的電力上傳給國(guó)家電網(wǎng)。

家用太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)配置的簡(jiǎn)便計(jì)算方法：因?yàn)榈厍虮砻嫣?yáng)常數(shù)約等于1000瓦每平方米，這一輻射強(qiáng)度是太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中電池組件測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)。對(duì)于交流系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，與直流系統(tǒng)方法原則上一樣，只是在系統(tǒng)效率取值時(shí)加入了逆變器的效率，以及在選擇主回路導(dǎo)線線徑上有所區(qū)別。

關(guān)于逆變器在系統(tǒng)中的效率，不能僅僅與其他效率相乘得到系統(tǒng)總效率，還應(yīng)對(duì)這樣計(jì)算出的系統(tǒng)總效率進(jìn)行修正。具體的效率參數(shù)修正標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)參照GB/T 39857-2021《光伏發(fā)電效率技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定。

2. 根據(jù)房屋面積設(shè)計(jì)電池板功率

我們?cè)谏暾?qǐng)并網(wǎng)發(fā)電的同時(shí)，需要上繳用戶的房產(chǎn)證明，并且還要統(tǒng)計(jì)房屋的屋頂面積。這不僅是安裝的前提，還要考慮到相應(yīng)的太陽(yáng)能電池板是否能夠安裝在用戶的屋頂上。因?yàn)橄鄳?yīng)功率的發(fā)電系統(tǒng)需配置相應(yīng)的電池板數(shù)目，還要考慮到房屋整天的光照條件。

這樣就必須計(jì)算房屋面積來(lái)確保太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的正常安裝。從理論上來(lái)說(shuō)，所有的居民都可以申請(qǐng)分布式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，但事實(shí)上分布式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，對(duì)屋頂面積的要求還是相當(dāng)高的。建議先考慮一下光伏組件的安裝位置和安裝面積。

通常來(lái)說(shuō)南屋面或者東西朝向的屋面都比較適合安裝，另外有院子或者陽(yáng)臺(tái)的家庭，也可以考慮安裝陽(yáng)光棚、車棚或者遮陽(yáng)棚。一般而言1000瓦裝機(jī)容量需要屋頂面積十平方米。目前來(lái)說(shuō)，別墅、聯(lián)排、農(nóng)村獨(dú)門(mén)獨(dú)戶的房屋，比較適合安裝分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目。

如果是居民小區(qū)，則手續(xù)可能比較麻煩。需要整個(gè)單元或整棟樓內(nèi)所有利害關(guān)系的業(yè)主，簽字同意才能安裝。如果有當(dāng)?shù)氐纳鐓^(qū)或者街道辦事處進(jìn)行協(xié)調(diào)和推進(jìn)，對(duì)居民小區(qū)屋面整體進(jìn)行光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝，還是具有一定的可行性。

如果是個(gè)人以盈利為目的，采取租賃等措施給居民小區(qū)屋面安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)，溝通成本過(guò)高，耗時(shí)耗力且收益和投入比過(guò)大，如非必要不建議涉足。

3. 考慮并網(wǎng)條件和當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)情況

對(duì)于利用建筑屋頂及附屬場(chǎng)地新建的分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目，發(fā)電量可以全部自發(fā)自用、部分自發(fā)自用剩余電量上網(wǎng)、或全額上網(wǎng)，可由用戶自行選擇上網(wǎng)模式。

4. 根據(jù)電池板功率選擇配套的逆變系統(tǒng)

太陽(yáng)的逆變器的主要功能是將直流電機(jī)變成交流電，通過(guò)全橋電路采用處理器，經(jīng)過(guò)調(diào)制、濾波、升壓等，得到與交流負(fù)載頻率、額定電壓等相匹配的正弦交流電共系統(tǒng)終端用戶使用。有了逆變器就可以用電池板的直流電源提供交流電。所以要根據(jù)電池板的發(fā)電功率來(lái)確定逆變器的規(guī)格。

目前分布式發(fā)電系統(tǒng)的逆變器都是1~10千瓦的規(guī)格，電壓一般為12伏24伏和48伏，只有電壓和功率符合逆變器了，這樣的系統(tǒng)才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，才能延長(zhǎng)這個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的壽命。

這里簡(jiǎn)單介紹電池板的功率計(jì)算方法：

所發(fā)總電量=光伏板數(shù)量×發(fā)電時(shí)間×實(shí)際發(fā)電效率

光伏板數(shù)量=所需電量÷發(fā)電時(shí)間÷逆變器實(shí)際效率

所需逆變功率=所有用電器同時(shí)使用的功率之和÷逆變器實(shí)際效率

逆變器是最需要慎重選擇的部分，我們計(jì)算的是家用電器同時(shí)使用的額定功率（或者叫總視在功率），并考慮電器都錯(cuò)開(kāi)使用的情況（需求系數(shù)），而當(dāng)同時(shí)使用時(shí)往往電器在開(kāi)始啟動(dòng)時(shí)所需要的功率是峰值功率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于額定功率。例如空調(diào)、電冰箱、洗衣機(jī)、電磁爐、微波爐等。

所以逆變功率要加大，比如1600瓦的總功率，建議使用3000瓦以上的逆變器。峰值功率的問(wèn)題，在發(fā)電部分儲(chǔ)能部分都有影響，需要適當(dāng)?shù)募哟?。而逆變?shí)際承載功率也是一項(xiàng)大問(wèn)題，這往往要選擇優(yōu)質(zhì)的逆變器，差的逆變器很多都是標(biāo)稱功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于實(shí)際承載的功率。

逆變器不只具有直交流變換功能，還具有最大程度的發(fā)揚(yáng)太陽(yáng)電池功能的功用，以及兼具系統(tǒng)調(diào)制和維護(hù)功用、最大功率跟蹤節(jié)制功用、防獨(dú)自運(yùn)轉(zhuǎn)功用、主動(dòng)電壓調(diào)整功用、直流檢測(cè)功能、直流接地檢測(cè)功用等。同時(shí)也要考慮逆變器的效率問(wèn)題，對(duì)這些逆變器中采用的功率電路進(jìn)行了考察，并推薦針對(duì)開(kāi)關(guān)和整流器件的最佳選擇。

太陽(yáng)光照射在通過(guò)串聯(lián)方式連接的太陽(yáng)能模塊上，每一個(gè)模塊都包含了一組串聯(lián)的太陽(yáng)能電池單元，太陽(yáng)能模塊產(chǎn)生的直流電壓在幾百伏的數(shù)量級(jí)，具體數(shù)值根據(jù)模塊陣列的光照條件，電池的溫度及串聯(lián)模塊的數(shù)量而定。

二、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖1-1 常見(jiàn)支架結(jié)構(gòu)示意圖

1. 支架材料的選擇

（1）鑄鐵。鑄鐵是由鐵、碳和硅組成的合金的總稱。在這些核心中含碳量超過(guò)了在共晶溫度時(shí)能保留在奧氏體固溶體中的量。碳素鑄鋼件由于鑄態(tài)塑性和韌性低，不宜直接使用，而且在使用的過(guò)程中容易生銹，所以這里就不提倡使用鑄鐵。

（2）角鐵。角鋼俗稱角鐵，是兩邊互相垂直成直角的長(zhǎng)條鋼材。鑄鐵含碳量高塑性差，組織不均勻，焊接性很差，在焊接時(shí)一般會(huì)出現(xiàn)焊后產(chǎn)生白口，容易出現(xiàn)裂紋，易產(chǎn)生氣孔等問(wèn)題。而且考慮到長(zhǎng)期使用的問(wèn)題，在使用過(guò)程中也會(huì)生銹，所以這里也不予采用。

（3）鍍鋅角鋼。鍍鋅角鋼分為熱鍍鋅角鋼和冷鍍鋅角鋼。熱鍍鋅角鋼也叫熱浸鍍鋅角鋼或熱浸鋅角鋼。冷鍍鋅涂料主要通過(guò)電化學(xué)原理，保證鋅粉與鋼材的充分接觸產(chǎn)生電極電位差進(jìn)行防防腐。

鍍鋅角鋼的優(yōu)點(diǎn)：

處理費(fèi)用低：熱鍍鋅防銹的費(fèi)用要比其他漆料涂層的費(fèi)用低。

持久耐用：熱鍍鋅角鋼具有表面光澤、鋅層均勻、無(wú)漏鍍、無(wú)滴溜、附著力強(qiáng)、抗腐蝕能力強(qiáng)的特性，在郊區(qū)環(huán)境下，標(biāo)準(zhǔn)的熱鍍鋅防銹厚度可保持50年以上而不比修補(bǔ)；在市區(qū)或近海區(qū)域，標(biāo)準(zhǔn)的熱鍍鋅防銹層則可以保持20年而不必修補(bǔ)。

可靠性好：鍍鋅層與鋼材間是冶金結(jié)合，為鋼表面的一部分，因此鍍層的持久性較為可靠。

（4）鋁合金。鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空、航天、汽車、機(jī)械制造、船舶及化學(xué)工業(yè)中已大量應(yīng)用。工業(yè)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對(duì)鋁合金焊接結(jié)構(gòu)件的需求日益增多，鋁合金的焊接性研究也隨之深入。

鋁合金密度低，但強(qiáng)度比較高，接近或超過(guò)優(yōu)質(zhì)鋼。鋁合金的塑性好，可以加工成各種型材，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗腐蝕性，工業(yè)上應(yīng)用廣泛，使用量?jī)H次于鋼材。一些鋁合金可以采用熱處理獲得良好的力學(xué)性能、物理性能和抗腐蝕性能。

產(chǎn)品特性：艷麗多彩的裝飾性、耐候、耐腐蝕、耐沖擊、防火、防潮、隔音、隔熱、抗震、易加工成型、質(zhì)輕易搬運(yùn)安裝等等。

2. 常見(jiàn)屋頂?shù)墓夥Ъ苓B接方式

常見(jiàn)支架腳：支架支撐腿、支架連接件、支架鋼材、配套支架電池板邊壓、配套電池板中壓。

圖1-2 支架支撐腿

圖1-3 支架連接件

圖1-4 支架鋼材

圖1-5 電池板配套邊壓

圖1-6 電池板配套中壓

3. 手動(dòng)式焊接支架見(jiàn)圖1-7。

圖1-7 手動(dòng)式焊接支架

4. 太陽(yáng)能電池板間的連接構(gòu)件見(jiàn)圖1-8。

圖1-8 太陽(yáng)能電池板間的連接構(gòu)件

5. 非焊接式支架與水泥墩間的連接見(jiàn)圖1-9。

圖1-9 非焊接式支架與水泥墩間的連接

6.非焊接式滑動(dòng)支架的安裝見(jiàn)圖1-10。

圖1-10 非焊接式滑動(dòng)支架的安裝

6. 可調(diào)支架見(jiàn)圖1-11和圖1-12。

圖1-11 可調(diào)支架示意圖

圖1-12 可調(diào)支架實(shí)物圖

3. 支架與固定物之間的連接

（1）支架與水泥墩的連接見(jiàn)圖1-13、圖1-14、圖1-15

圖1-13

圖1-14

圖1-15

（2）支架直接與地面連接見(jiàn)圖1-16、圖1-17、圖1-18。

圖1-16

圖1-17

圖1-18

（3）支架與頂棚（用膠泥粘接或扣件固定）連接見(jiàn)圖1-19、圖1-20、圖1-21。

圖1-19膠泥粘接

圖1-20 扣件固定頂棚連接方式

圖1-21膠泥粘接

三、支架的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.在水泥屋頂澆筑水泥墩

通常在水泥屋頂澆筑水泥墩是最常見(jiàn)的安裝支架的方式。

優(yōu)點(diǎn)：固定，不破壞防水；

缺點(diǎn)：需要大量人工和耗時(shí)，水泥墩需要一周以上的固化養(yǎng)護(hù)時(shí)間，在水泥墩完全固化后才可安裝支架，需要大量的預(yù)制模具。

2.預(yù)制水泥磚

優(yōu)點(diǎn)：相對(duì)制作水泥墩省時(shí)，可提前定做配重水泥磚，節(jié)省水泥地埋件。

缺點(diǎn)：運(yùn)輸不方便，增加運(yùn)輸成本。

3.鋼構(gòu)連接

在支架的立柱底端做法蘭盤(pán)，利用鍍鋅型鋼將若干支架陣列連接在一起，五百千瓦甚至一個(gè)兆瓦以上為一個(gè)單位，利用支架陣列自重增加抗風(fēng)性，只需在屋頂承重點(diǎn)做少數(shù)水泥墩，固定大型支架陣列。

優(yōu)點(diǎn)：安裝快捷簡(jiǎn)便，方便拆卸。

缺點(diǎn)：造價(jià)高，支架成本不少于一元每瓦。

4.彩鋼瓦屋頂支架選用

彩鋼瓦廠房安裝簡(jiǎn)便，但是國(guó)產(chǎn)彩鋼瓦壽命為10~15年，安裝光伏電站后檢修困難，隱患過(guò)多。彩鋼瓦常見(jiàn)的有三種：直立鎖邊型、角馳型、梯形。對(duì)于直立鎖邊型與角馳型彩鋼瓦，多利用彩鋼瓦的波峰使用專用鋁合金夾具固定支架導(dǎo)軌。彩鋼瓦壽命為10~15年，承重在15~30千克每平方米，多采用平鋪安裝。如圖1-22、圖1-23、圖1-24、圖1-25所示。

圖1-22 彩鋼瓦屋頂鋁合金夾具固定支架導(dǎo)軌

圖1-23 彩鋼瓦屋頂鋁合金夾具固定支架導(dǎo)軌

圖1-24 彩鋼瓦屋頂鋁合金夾具固定支架導(dǎo)軌

圖1-25 彩鋼瓦屋頂鋁合金夾具固定支架導(dǎo)軌

四、硬件結(jié)構(gòu)的安裝

1.準(zhǔn)備工作。經(jīng)供電部門(mén)批準(zhǔn)后，根據(jù)業(yè)主提供的場(chǎng)地面積或就地測(cè)量，太陽(yáng)能電池板串并聯(lián)，設(shè)計(jì)出合理的施工電路圖，以及太陽(yáng)能電池板、逆變器等規(guī)格參數(shù)的選擇等。

根據(jù)場(chǎng)地的不同類型，設(shè)計(jì)太陽(yáng)能電池板組陣的排列方式，一般選取N型、長(zhǎng)方形等排列方式。一般家庭分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，采用系統(tǒng)全串聯(lián)方式，一定要到市場(chǎng)購(gòu)買正規(guī)的光伏系統(tǒng)設(shè)備。

2.連接支架。焊接支架或用滑動(dòng)螺釘連接支架以剛性材料為主，一般結(jié)構(gòu)為兩個(gè)三角形和一個(gè)長(zhǎng)方形構(gòu)成的直角三棱柱狀。支架用于放置太陽(yáng)能電池板，使太陽(yáng)能電池板傾斜一定的角度來(lái)獲得比較大的光電轉(zhuǎn)換效率，各個(gè)地方的最佳方位角、傾斜角請(qǐng)參考當(dāng)?shù)亟隁庀髷?shù)據(jù)和實(shí)際測(cè)量的經(jīng)緯度。

3.地面固定。將焊接好的支架與被切割好的青石墩或者是水泥墩進(jìn)行連接。水泥墩或青石墩固定于支架的四角或者其他的主要承重點(diǎn)上，并進(jìn)行水平面找平，使太陽(yáng)能電池板和支架穩(wěn)定坐落于場(chǎng)地上。固定方式多采用膨脹螺絲連接或與預(yù)埋件焊接。

4.放置、連接太陽(yáng)能電池板。將太陽(yáng)能電池板放置于被固定好的支架上面，用普通的螺釘或鋁合金扣件將支架與太陽(yáng)能邊緣連接，每塊太陽(yáng)能電池板至少用4個(gè)螺釘或鋁合金扣件固定。

將太陽(yáng)能電池板與支架安裝固定好以后，將每一塊太陽(yáng)能電池板串聯(lián)，通過(guò)匯流箱（一般用于大型分布式光伏發(fā)電站，小型家庭分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)不用匯流箱）后，接入DC-AC逆變器，將太陽(yáng)能電池板發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)化成交流電供給負(fù)載用電。

同時(shí)，逆變器與供電部門(mén)提供的雙向表頭相接，將余電上網(wǎng)（一般黑線接負(fù)極、紅線接正極）。雙向電表是在分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)建成，并經(jīng)供電部門(mén)驗(yàn)收合格后免費(fèi)贈(zèng)送的電能表（個(gè)別地方也可能需要自己花錢(qián)購(gòu)買，具體請(qǐng)以現(xiàn)地規(guī)定為準(zhǔn)），它可以詳細(xì)的記錄太陽(yáng)能電池板發(fā)的總電量以及上網(wǎng)電量。

5.檢查。由整體到部分或由部分到整體檢查各線頭的連接，如有必要可以加塑料管等密封裝置保護(hù)光伏電纜，檢查各光伏裝置之間的連接是否做到緊固可靠。如果我們的光伏發(fā)電系統(tǒng)電壓超過(guò)人體安全電壓，一定要做好防護(hù)措施。

防護(hù)措施大致有加裝隔離網(wǎng)、給裸露線體加裝絕緣護(hù)套、對(duì)光伏電池的金屬邊框進(jìn)行可靠接地、金屬支架進(jìn)行可靠接地，以及其他相關(guān)設(shè)備進(jìn)行可靠接地。