Dziś przedstawimy projekt domowego systemu fotowoltaicznego o mocy poniżej 10 kW, który jest instalowany na dachu domu i podłączony do sieci 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 to ponad 30 kg/m2. Zazwyczaj domy z konstrukcją betonową wybudowane w ciągu ostatnich 5 lat spełniają te wymagania, natomiast domy z konstrukcją ceglano-murową sprzed 10 lat powinny być dokładnie sprawdzone.
Po drugie, należy sprawdzić, czy w otoczeniu nie ma cieni. Nawet niewielkie zacienienie wpływa na wydajność produkcji energii, np. przez podgrzewacze wody, słupy energetyczne, wysokie drzewa itp. Dodatkowo, jeśli w pobliżu drogi i domów występuje pylenie, moduły mogą się zabrudzić, co również obniży ich wydajność.
Na koniec trzeba sprawdzić orientację dachu i kąt nachylenia. Gdy panel słoneczny jest skierowany na południe i ma optymalny kąt nachylenia, wydajność jest najwyższa. Jeśli jest skierowany na północ, znacznie spada produkcja energii.
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 nominalnej mocy paneli, a nie bezpośrednio od ich sprawności. Moduły PV mają po 60 lub 72 ogniwa słoneczne. Domowe systemy fotowoltaiczne podłączone do sieci są zwykle niewielkie i trudne do instalacji, dlatego zaleca się stosowanie paneli 60-ogniwowych, które są mniejsze, lżejsze i łatwiejsze w montażu.
Wybierz odpowiedni uchwyt montażowy
W zależności od warunków dachu można wybrać uchwyty aluminiowe, stalowe w kształcie litery C, ze stali nierdzewnej lub inne. Po uwzględnieniu takich czynników jak wytrzymałość uchwytu, koszt systemu fotowoltaicznego oraz wykorzystanie powierzchni dachu, kąt nachylenia panelu powinien być możliwie najmniejszy, aby zmniejszyć powierzchnię narażoną na wiatr, co zwiększa wytrzymałość uchwytu i obniża jego koszt, nie powodując przy tym znaczącej utraty 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 izolację wodoodporną. 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 warstwy hydroizolacyjnej dachu. Blok dociskowy ma prefabrykowaną konstrukcję, nie wymaga wylewania na miejscu i zapobiega uszkodzeniu warstwy hydroizolacyjnej podczas montażu uchwytu paneli.
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 DC 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 nominalnego napięcia pracy falownika, przy którym osiąga on najwyższą sprawność. Falownik jednofazowy 220V ma nominalne napięcie wejściowe 360V. Falownik trójfazowy 380V ma nominalne 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 użyje się przewodów aluminiowych i połączy je bezpośrednio z miedzianymi, powstanie ogniwo chemiczne, czyli korozja elektrochemiczna. Powoduje to złe styki między miedzią a aluminium, zwiększając opór stykowy. Przy przepływie prądu miejsce styku nagrzewa się, co przyspiesza korozję i zwiększa opór, prowadząc do dalszych uszkodzeń, 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 te ostatnie łatwo powodują złe styki i w miejscach zgięcia mogą się poluzować śruby, co skutkuje złym kontaktem.
Typowe projekty 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 system trójfazowy wymaga mniejszych nakładów i ma wyższą wydajność niż jednofazowy. Na przykład dla systemu 10 kW podłączonego do sieci jednofazowej potrzebne są 2 falowniki sieciowe, 4 łańcuchy paneli do wejścia DC, 8 kabli DC i 2 przełączniki do wyjścia AC. Natomiast podłączenie do sieci trójfazowej wymaga tylko 1 falownika sieciowego, 2 łańcuchów paneli do wejścia DC, 4 kabli DC i 1 przełącznika do wyjścia AC. System trójfazowy ma mniejszy prąd, mniejsze straty i wyższą sprawność niż jednofazowy. Trójfazowy system podłączony do sieci mniej obciąża sieć i nie przestaje działać z powodu podnoszenia napięcia przyłączeniowego.
Na przykład poniżej znajduje się krótki plan projektu 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 głównego zasilania.
Maksymalne napięcie DC falownika (maksymalne napięcie obwodu otwartego) wynosi 550V, zakres śledzenia napięcia mocy maksymalnej to 70~550V, a liczba kanałów MPPT to 1 kanał/1 sieć. Nominalne napięcie pracy każdego modułu ogniw słonecznych to 30,8V, a napięcie obwodu otwartego 38,3V. Przy nominalnych warunkach pracy, temperaturze otoczenia 25±2℃ i nasłonecznieniu 1000W/m2, napięcie pracy łańcucha 12 ogniw wynosi 369,6V, a napięcie obwodu otwartego 459,6V, co mieści się w dopuszczalnym zakresie wejściowym falownika. Dzięki temu system może działać normalnie.
W zmiennych warunkach pracy, przy średniej ekstremalnej temperaturze środowiska -10℃, napięcie pracy 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 42℃ napięcie pracy 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.
