Dziś przedstawimy projekt domowego systemu fotowoltaicznego o mocy poniżej 10 kW, który jest instalowany na dachu domu i podłączony do sieci o napięciu 220V lub 380V. Maksymalna moc instalacji to 25% mocy transformatora wyższego poziomu.
Wybierz odpowiednie miejsce instalacji
Dachy domów jednorodzinnych zazwyczaj mają konstrukcję dachówek lub betonową, dlatego przed instalacją konieczna jest inspekcja na miejscu, ponieważ nie każdy dach nadaje się do montażu paneli słonecznych.
Przede wszystkim należy określić, czy nośność dachu spełnia wymagania. Wymagania dotyczące obciążenia dachu przez sprzęt systemu fotowoltaicznego wynoszą ponad 30 kg/m2. Zazwyczaj domy o konstrukcji betonowej wybudowane w ciągu ostatnich 5 lat spełniają te wymagania, natomiast domy o konstrukcji ceglanej sprzed 10 lat powinny być dokładnie sprawdzone.
Po drugie, należy sprawdzić, czy w otoczeniu nie występują cienie. Nawet niewielkie zacienienie wpływa na moc generowaną, np. przez podgrzewacze wody, słupy energetyczne, wysokie drzewa itp. Ponadto, jeśli w pobliżu drogi i domów występują emisje pyłu, moduły mogą się zabrudzić, co również obniży moc generowaną.
Na koniec należy sprawdzić orientację dachu i kąt nachylenia. Gdy panel słoneczny jest skierowany na południe i ma optymalny kąt nachylenia, moc generowana jest najwyższa. Jeśli jest skierowany na północ, nastąpi znaczna utrata mocy.
Wybierz odpowiedni panel słoneczny
Panele słoneczne dzielą się na trzy typy: polikrystaliczne, monokrystaliczne i cienkowarstwowe. Każdy z nich ma swoje zalety i wady. Przy tych samych warunkach wydajność systemu PV zależy tylko od znamionowej mocy paneli słonecznych i nie jest bezpośrednio związana z ich sprawnością. Moduły paneli PV mają po 60 lub 72 ogniwa słoneczne. Domowe systemy fotowoltaiczne podłączone do sieci są zazwyczaj niewielkie i trudne w instalacji, dlatego zaleca się stosowanie paneli 60-ogniskowych, które są mniejsze, lżejsze i łatwiejsze w montażu.
Wybierz odpowiedni uchwyt montażowy
W zależności od warunków dachu można wybrać uchwyty aluminiowe, stalowe typu C, ze stali nierdzewnej lub inne. Ponadto, biorąc pod uwagę wytrzymałość uchwytu panelu słonecznego, koszty systemu oraz wykorzystanie powierzchni dachu, kąt nachylenia panelu powinien być możliwie najmniejszy, aby zmniejszyć powierzchnię narażoną na wiatr, co zwiększy wytrzymałość uchwytu i obniży jego koszt, nie powodując jednocześnie znaczącego spadku mocy systemu (spadek nie większy niż 1%).
Przecieki to problem, na który należy zwrócić uwagę podczas instalacji systemu fotowoltaicznego. System PV będzie bezpieczny, jeśli ma dobrą szczelność. Uchwyt fotowoltaiczny montowany jest na dachu, aby podtrzymać moduły i jest połączony z dachem. Jego konstrukcja wykorzystuje metodę top-top, która nie przebija i nie uszkadza oryginalnej hydroizolacji dachu. Blok dociskowy ma prefabrykowaną konstrukcję, nie wymaga odlewania na miejscu i unika uszkodzenia warstwy hydroizolacyjnej dachu podczas montażu uchwytu panelu słonecznego.
Projekt połączenia szeregowo-równoległego paneli słonecznych
W tym systemie fotowoltaicznym podłączonym do sieci ogniwa słoneczne łączone są szeregowo, tworząc łańcuch. Połączenie szeregowe służy do podniesienia napięcia wejściowego prądu stałego do falownika. Należy zapewnić, aby napięcie ogniw nie przekraczało zakresu napięcia wejściowego falownika przy różnych warunkach nasłonecznienia i temperatury otoczenia.
Napięcie robocze jest zbliżone do znamionowego napięcia roboczego falownika, przy którym osiąga on najwyższą sprawność. Falownik jednofazowy 220V ma znamionowe napięcie wejściowe 360V. Falownik trójfazowy 380V ma znamionowe napięcie wejściowe 650V. Dla falownika 3000W, jeśli jest wyposażony w panel 260W o napięciu roboczym 30,5V, napięcie robocze dla 12 paneli wynosi 366V, a moc 3,12 kW, co jest optymalne. Falownik 10kW wyposażony w 40 paneli 260W, podzielonych na 20 łańcuchów, ma napięcie 610V i łączną moc 10,4 kW, co jest najlepszym rozwiązaniem.
Dobór kabli
W domowym systemie fotowoltaicznym zaleca się stosowanie kabli miedzianych. Złącza MC4 paneli słonecznych, zaciski wyjściowe falownika oraz zaciski przełącznika sieciowego wykonane są z miedzi. Jeśli zastosuje się przewody aluminiowe i połączy je bezpośrednio z miedzianymi, powstanie ogniwo chemiczne, czyli korozja elektrochemiczna. Powoduje to złe styki między miedzią a aluminium, co zwiększa opór stykowy. Przy przepływie prądu miejsce styku nagrzewa się, co przyspiesza korozję i zwiększa opór, prowadząc do błędnego koła aż do przepalenia. Zaciski wyjściowe falownika solarnego również są miedziane. Jeśli używa się przewodów aluminiowych, ich przekrój powinien być większy. Na przykład dla falownika 30kW zaleca się przewód miedziany 10 mm2 lub aluminiowy 16 mm2. Jeśli przekrój kabla wzrośnie, a wodoodporne zaciski mają ograniczoną powierzchnię, może to być problematyczne. Ponadto należy wybierać elastyczne przewody miedziane BVR wielożyłowe zamiast sztywnych przewodów BV, ponieważ sztywne przewody łatwo powodują złe styki z zaciskami, a na zakrętach występują naprężenia, co może prowadzić do poluzowania śrub i złych styków.
Typowe schematy projektowe systemów fotowoltaicznych dla domu
Typowe domowe systemy PV jednofazowe mają moc od 3 kW do 8 kW, a trójfazowe od 4 kW do 10 kW. Jeśli to możliwe, zaleca się stosowanie trójfazowego systemu podłączonego do sieci, ponieważ przy tych samych warunkach trójfazowy system PV ma niższe koszty inwestycji i wyższą moc generowaną niż jednofazowy system podłączony do sieci. Na przykład dla systemu 10 kW podłączonego do sieci jednofazowej potrzebne są 2 falowniki sieciowe, 4 łańcuchy paneli słonecznych na wejściu DC, 8 kabli DC i 2 przełączniki na wyjściu AC. Natomiast podłączenie do sieci trójfazowej wymaga tylko 1 falownika sieciowego, 2 łańcuchów paneli na wejściu DC, 4 kabli DC i 1 przełącznika na wyjściu AC. System trójfazowy ma mniejszy prąd, niższe straty i wyższą sprawność niż system jednofazowy. Trójfazowy system podłączony do sieci ma mniejszy wpływ na sieć energetyczną i nie przestaje działać z powodu podnoszenia napięcia przyłączeniowego.
Na przykład poniżej znajduje się krótki plan projektowy 3000W systemu fotowoltaicznego podłączonego do sieci dla domu.
Projekt wymaga około 30 m2 powierzchni dachu i wykorzystuje 12 paneli o mocy 265W, co daje łączną moc 3,18 kW. System PV wykorzystuje 1 zestaw falownika solarnego 3000W, podłączonego do sieci 220V w oryginalnej rozdzielnicy domowej, a następnie łączy się z wewnętrzną niskonapięciową siecią rozdzielczą właściciela przez obwód 220V, zanim energia zostanie przesłana do sieci głównej.
Maksymalne napięcie DC falownika (maksymalne napięcie obwodu otwartego łańcucha) wynosi 550V, zakres śledzenia napięcia mocy maksymalnej to 70~550V, a liczba kanałów MPPT to 1 kanał/1 sieć. Znamionowe napięcie robocze każdego modułu ogniw słonecznych to 30,8V, a napięcie obwodu otwartego 38,3V. Przy znamionowych warunkach pracy, temperaturze otoczenia 25±2℃ i nasłonecznieniu 1000W/m2, znamionowe napięcie robocze łańcucha 12 ogniw wynosi 369,6V, a napięcie obwodu otwartego 459,6V, co mieści się w dopuszczalnym zakresie napięcia wejściowego falownika. Dzięki temu system może działać prawidłowo.
W zmiennych warunkach pracy, biorąc pod uwagę średnią ekstremalną temperaturę środowiska -10℃, napięcie robocze ogniw w punkcie mocy maksymalnej wynosi 12 × 30,8 × (0,35% × 35 + 1) = 415V, co spełnia wymagania napięcia wejściowego 550V dla maksymalnego punktu MPPT przy pełnym obciążeniu. Przy średniej ekstremalnej temperaturze środowiska 42℃, napięcie robocze ogniw w punkcie mocy maksymalnej wynosi 12 × 31,2 × (-0,35% × 17 + 1) = 352,1V, co spełnia wymagania napięcia wejściowego 70V dla minimalnego punktu MPPT przy pełnym obciążeniu.
Podstawową konfigurację tego domowego systemu fotowoltaicznego przedstawia poniższa tabela.
