วิธีออกแบบระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบเชื่อมต่อกริดสำหรับบ้านของคุณ?

วันนี้เราจะนำเสนอการออกแบบระบบพลังงานแสงอาทิตย์ที่บ้านซึ่งมีขนาดต่ำกว่า 10kW ซึ่งติดตั้งบนหลังคาของบ้านและเชื่อมต่อกับกริดที่ 220V หรือ 380V ความจุติดตั้งสูงสุดคือ 25% ของความจุของหม้อแปลงระดับสูง

เลือกสถานที่ติดตั้งที่เหมาะสม

หลังคาบ้านทั่วไปจะใช้โครงสร้างกระเบื้องและโครงสร้างซีเมนต์ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องไปตรวจสอบสถานที่ก่อนการติดตั้ง เพราะไม่หลังคาทุกหลังเหมาะสมกับการติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์

ก่อนอื่น จำเป็นต้องกำหนดว่าความสามารถในการรับน้ำหนักของหลังคาสามารถตอบสนองความต้องการได้หรือไม่ ความต้องการในการรับน้ำหนักของอุปกรณ์ระบบพลังงานแสงอาทิตย์สำหรับหลังคามีมากกว่า 30 กก./ม²². โดยทั่วไป โครงสร้างบ้านที่สร้างจากปูนซีเมนต์ในช่วง 5 ปีที่ผ่านมา สามารถตอบสนองความต้องการได้ ในขณะที่บ้านที่สร้างจากอิฐเมื่อ 10 ปีที่แล้วควรได้รับการตรวจสอบอย่างรอบคอบ.

ประการที่สอง จำเป็นต้องตรวจสอบว่ามีเงาในบริเวณรอบข้างหรือไม่ แม้แต่เงาเล็กน้อยก็จะส่งผลต่อความสามารถในการผลิตพลังงาน เช่น เครื่องทำน้ำอุ่น เสาไฟฟ้า ต้นไม้สูง และอื่นๆ นอกจากนี้ หากมีการปล่อยฝุ่นใกล้ถนนและบ้าน โมดูลอาจจะถูกปนเปื้อน ซึ่งจะส่งผลต่อความสามารถในการผลิตพลังงานด้วย

สุดท้ายแต่ไม่ท้ายสุด จำเป็นต้องตรวจสอบทิศทางและมุมเอียงของหลังคา เมื่อแผงโซลาร์เซลล์หันไปทางทิศใต้และมีมุมเอียงที่ดีที่สุด ความสามารถในการผลิตพลังงานจะสูงที่สุด หากหันไปทางทิศเหนือ จะสูญเสียความสามารถในการผลิตพลังงานไปมากมาย.

เลือกแผงโซลาร์เซลล์ที่เหมาะสม

แผงโซลาร์เซลล์มีซิลิคอนโพลีสามประเภท ได้แก่ ซิลิคอนโมโนคริสตัลไลน์และฟิล์มบาง แต่ละประเภทมีข้อดีและข้อเสียของตัวเอง ภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน ประสิทธิภาพของระบบ PV จะเกี่ยวข้องเฉพาะกับกำลังการผลิตตามมาตรฐานของแผงโซลาร์เซลล์ และไม่มีความสัมพันธ์โดยตรงกับประสิทธิภาพของแผงโซลาร์เซลล์ โมดูลแผง PV มีเซลล์แสงอาทิตย์สองประเภท คือ 60 ชิ้น และ 72 ชิ้น ระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบเชื่อมต่อกริดสำหรับบ้านมักมีขนาดเล็กและติดตั้งได้ยาก ดังนั้นจึงแนะนำให้ใช้แผงโซลาร์เซลล์ขนาด 60 ชิ้น ซึ่งมีขนาดเล็ก น้ำหนักเบา และติดตั้งง่าย.

เลือกขาแขวนที่เหมาะสม

ตามสภาพหลังคา สามารถเลือกใช้ขาอลูมิเนียม ขาเหล็กแบบ C ขาเหล็กสแตนเลส และขาอื่น ๆ นอกจากนี้ หลังจากพิจารณาปัจจัยต่าง ๆ เช่น ความแข็งแรงของขาในการติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์ ต้นทุนของระบบพลังงานแสงอาทิตย์ และการใช้พื้นที่หลังคา มุมเอียงของแผงโซลาร์เซลล์ควรลดให้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้เพื่อลดพื้นผิวที่รับลม ซึ่งจะช่วยเพิ่มความแข็งแรงของขา ลดต้นทุนของขาในขณะที่ไม่ลดความสามารถในการผลิตพลังงานของระบบลงอย่างมีนัยสำคัญ (การลดลงไม่เกิน 1%)

การรั่วไหลเป็นปัญหาที่ต้องให้ความสนใจในระหว่างการติดตั้งระบบพลังงานแสงอาทิตย์ ระบบ PV จะปลอดภัยหากมีประสิทธิภาพกันน้ำที่ดี ขาตั้งโฟโตโวลตาอิกติดตั้งบนหลังคาเพื่อรองรับการประกอบและเชื่อมต่อกับหลังคา การออกแบบใช้วิธีการติดตั้งแบบบน-บน ซึ่งจะไม่เจาะและทำลายการกันน้ำเดิมของหลังคา บล็อกกดใช้โครงสร้างสำเร็จรูป ไม่ต้องการการหล่อในสถานที่และหลีกเลี่ยงการทำลายชั้นกันน้ำของหลังคาอย่างรุนแรงจากการติดตั้งขาตั้งแผงโซลาร์เซลล์.

การออกแบบการเชื่อมต่อแผงโซลาร์เซลล์แบบอนุกรมขนาน

ในระบบพลังงานแสงอาทิตย์ที่เชื่อมต่อกับกริดนี้ เซลล์แสงอาทิตย์จะถูกเชื่อมต่อแบบอนุกรมเพื่อสร้างสาขาสายพาน การเชื่อมต่อแบบอนุกรมจะใช้เพื่อเพิ่มช่วงแรงดันไฟฟ้าขาเข้าจากแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงไปยังอินเวอร์เตอร์ ควรตรวจสอบให้แน่ใจว่าเซลล์แสงอาทิตย์ไม่เกินช่วงแรงดันไฟฟ้าขาเข้าของอินเวอร์เตอร์ภายใต้สภาวะการแผ่รังสีแสงอาทิตย์และอุณหภูมิแวดล้อมที่แตกต่างกัน

แรงดันไฟฟ้าที่ทำงานอยู่ประมาณแรงดันไฟฟ้าที่ทำงานที่ระบุของอินเวอร์เตอร์ ซึ่งมีประสิทธิภาพสูงสุด อินเวอร์เตอร์แบบเฟสเดียว 220V มีแรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่ระบุ 360V อินเวอร์เตอร์แบบสามเฟส 380V มีแรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่ระบุ 650V สำหรับอินเวอร์เตอร์ 3000W หากติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์ 260W ที่มีแรงดันไฟฟ้าที่ทำงาน 30.5V แรงดันไฟฟ้าที่ทำงานทั้งหมดคือ 366V สำหรับ 12 ชิ้น และกำลังไฟคือ 3.12kW ซึ่งดีที่สุด อินเวอร์เตอร์ 10kW ติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์ 260W จำนวน 40 ชิ้น 20 สายต่อแต่ละสาย แรงดันไฟฟ้าคือ 610V และกำลังไฟรวมคือ 10.4kW ซึ่งดีที่สุด.

การเลือกใช้สายเคเบิล

ในระบบพลังงานแสงอาทิตย์ที่บ้าน แนะนำให้ใช้สายไฟทองแดง เนื่องจากข้อต่อ MC4 ของแผงโซลาร์เซลล์ ขั้วต่อการส่งออกของอินเวอร์เตอร์โซลาร์ และขั้วต่อสายไฟของสวิตช์เชื่อมต่อกับกริดทำจากแกนทองแดง หากใช้สายอลูมิเนียม และสายทองแดงเชื่อมต่อโดยตรงกับสายอลูมิเนียม จะเกิดแบตเตอรี่เคมีชนิดหนึ่งขึ้น นั่นคือการกัดกร่อนทางอิเล็กโทรเคมี ซึ่งจะทำให้เกิดการติดต่อที่ไม่ดีระหว่างทองแดงและอลูมิเนียม ทำให้ความต้านทานการติดต่อเพิ่มขึ้น ในกรณีที่มีการไหลของกระแส ส่วนที่ติดต่อจะมีการเพิ่มอุณหภูมิ ซึ่งเร่งการกัดกร่อนที่จุดติดต่อและเพิ่มความต้านทานการติดต่อ ทำให้เกิดวงจรอันตรายจนถึงจุดที่ไหม้ ขั้วต่อส่งออกของ อินเวอร์เตอร์โซลาร์ ก็ทำจากทองแดงเช่นกัน หากใช้สายอลูมิเนียม ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางควรใหญ่ขึ้น ตัวอย่างเช่น สำหรับอินเวอร์เตอร์ 30kW จะออกแบบให้ใช้สายทองแดงขนาด 10 m² หรือสายอลูมิเนียมขนาด 16 m² หากพื้นที่ของสายไฟเพิ่มขึ้น และขั้วต่อสายไฟกันน้ำมีพื้นที่จำกัด อาจไม่สามารถทนได้ นอกจากนี้ยังต้องเลือกสายทองแดง BVR แบบยืดหยุ่นที่มีหลายเส้นแทนที่จะใช้สายทองแดง BV แบบแข็ง เนื่องจากสายทองแดงแข็งมีแนวโน้มที่จะมีการติดต่อที่ไม่ดี กับขั้วต่อสายไฟ และจุดที่มีการเปลี่ยนทิศทางยังมีแรงกดดัน ซึ่งจะทำให้เกิดการหลวมของน็อตและการติดต่อที่ไม่ดีได้ง่าย.

แผนการออกแบบระบบพลังงานแสงอาทิตย์ทั่วไปสำหรับบ้าน

สำหรับระบบ PV ในครัวเรือนทั่วไป ระบบแบบเฟสเดียวมักจะมีขนาด 3kW ถึง 8kW และระบบแบบสามเฟสมักจะมีขนาด 4kW ถึง 10kW หากได้รับอนุญาต แนะนำให้ใช้ระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบเชื่อมต่อกับกริดสามเฟส เพราะภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน ระบบ PV เชื่อมต่อกริดสามเฟสมีการลงทุนที่น้อยกว่าและมีกำลังการผลิตที่สูงกว่าระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบเชื่อมต่อกริดเฟสเดียว ตัวอย่างเช่น สำหรับระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบเชื่อมต่อกริดขนาด 10kW หากเชื่อมต่อกับกริดเฟสเดียว จะต้องใช้ตัวแปลงสัญญาณเชื่อมต่อกริด 2 ตัว แผงโซลาร์เซลล์ 4 สายสำหรับการป้อน DC สาย DC 8 เส้น และสวิตช์ 2 ตัวสำหรับการส่งออก AC อย่างไรก็ตาม หากเชื่อมต่อกับกริดไฟฟ้าสามเฟส จะต้องใช้เพียง 1 ตัวแปลงสัญญาณเชื่อมต่อกริด 2 สายของแผงโซลาร์เซลล์สำหรับการป้อน DC สาย DC 4 เส้น และสวิตช์ 1 ตัวสำหรับการส่งออก AC ระบบพลังงานแสงอาทิตย์ที่เชื่อมต่อกับกริดสามเฟสมีกระแสที่น้อยกว่า การสูญเสียที่ต่ำกว่า และประสิทธิภาพที่สูงกว่าระบบที่เชื่อมต่อกับกริดเฟสเดียว ระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบเชื่อมต่อกริดสามเฟสมีผลกระทบต่อกริดไฟฟ้าน้อยกว่า และจะไม่หยุดทำงานเนื่องจากการเพิ่มแรงดันเชื่อมต่อกริด.

ตัวอย่างเช่น นี่คือแผนการออกแบบสั้น ๆ ของระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบเชื่อมต่อกริด 3000W สำหรับบ้าน

การออกแบบต้องการประมาณ 30 เมตร² พื้นที่หลังคา และใช้แผงโซลาร์เซลล์ขนาด 265W จำนวน 12 ชิ้น รวมกำลังไฟทั้งหมด 3.18KW ระบบ PV ใช้อินเวอร์เตอร์โซลาร์เซลล์ขนาด 3000W จำนวน 1 ชุด เชื่อมต่อกับกริดไฟฟ้า 220V เข้าสู่กล่องกระจายไฟภายในเดิม และเชื่อมต่อกับเครือข่ายกระจายไฟฟ้าต่ำของเจ้าของผ่านวงจร 220V ก่อนที่จะส่งไปยังแหล่งจ่ายไฟหลัก.

แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงสูงสุดของอินเวอร์เตอร์ (แรงดันไฟฟ้าของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่เปิดวงจร) คือ 550V ช่วงการติดตามแรงดันไฟฟ้าสูงสุดคือ 70~550V และจำนวนช่อง MPPT คือ 1 ช่อง/1 เครือข่าย แรงดันไฟฟ้าทำงานที่กำหนดของโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์แต่ละตัวคือ 30.8V และแรงดันไฟฟ้าเปิดวงจรคือ 38.3V ภายใต้สภาวะการทำงานที่กำหนดโดยมีอุณหภูมิแวดล้อม 25±2℃ และการแผ่รังสีแสงอาทิตย์ 1000W/m2 แรงดันไฟฟ้าทำงานที่กำหนดของสาขาอนุกรมของแบตเตอรี่แสงอาทิตย์ 12 ตัวคือ 369.6V และแรงดันไฟฟ้าเปิดวงจรคือ 459.6V ซึ่งทั้งสองค่าตกอยู่ในช่วงการรับแรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่อนุญาตของอินเวอร์เตอร์ ดังนั้นจึงสามารถรักษาการทำงานปกติได้.

ในการเปลี่ยนแปลงของสภาพการทำงาน โดยพิจารณาว่าอุณหภูมิสิ่งแวดล้อมเฉลี่ยสุดขีดอยู่ที่ -10℃ แรงดันไฟฟ้าทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์ที่จุดพลังงานสูงสุดคือ 12 × 30.8 × (0.35% × 35 + 1) = 415V ซึ่งตรงตามความต้องการแรงดันไฟฟ้าขาเข้าของจุด MPPT ที่มีการโหลดเต็มที่สูงสุด 550V เมื่ออุณหภูมิสิ่งแวดล้อมเฉลี่ยสุดขีดอยู่ที่ 42℃ แรงดันไฟฟ้าทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์ที่จุดพลังงานสูงสุดคือ 12 × 31.2 × (-0.35% × 17 + 1) = 352.1V ซึ่งตรงตามความต้องการแรงดันไฟฟ้าขาเข้าของจุด MPPT ที่มีการโหลดเต็มที่ต่ำสุด 70V.

ดูตารางด้านล่างสำหรับการตั้งค่าพื้นฐานของระบบพลังงานแสงอาทิตย์ในบ้านนี้.