Сьогодні ми представимо проект домашньої сонячної електростанції потужністю до 10 кВт, яка встановлюється на даху будинку та підключається до мережі 220В або 380В. Максимальна потужність установки становить 25% від потужності трансформатора вищого рівня.
Вибір відповідного місця для установки
Дахи житлових будинків зазвичай мають черепичну або цементну конструкцію, тому перед встановленням необхідно провести огляд на місці, оскільки не кожен дах підходить для монтажу сонячних панелей.
По-перше, потрібно визначити, чи витримує дах необхідне навантаження. Вимоги до навантаження обладнання сонячної електростанції на дах становлять понад 30 кг/м2. Зазвичай цементні будинки, побудовані за останні 5 років, відповідають цим вимогам, тоді як будинки з цегляною конструкцією, збудовані 10 років тому, слід ретельно перевірити.
По-друге, потрібно перевірити наявність тіней у навколишній зоні. Навіть невелика тінь може вплинути на потужність генерації, наприклад, від водонагрівачів, опор ліній електропередач, високих дерев тощо. Крім того, якщо поблизу дороги та будинків є пилові викиди, модулі можуть забруднюватися, що також знижує потужність генерації.
І нарешті, потрібно перевірити орієнтацію даху та кут нахилу. Коли сонячна панель орієнтована на південь і має оптимальний кут нахилу, потужність генерації максимальна. Якщо вона орієнтована на північ, значна частина потужності буде втрачена.
Вибір відповідної сонячної панелі
Існують три типи сонячних панелей: полікристалічні, монокристалічні та тонкоплівкові. Кожен тип має свої переваги та недоліки. За однакових умов ефективність фотоелектричної системи залежить лише від номінальної потужності сонячних панелей і не має прямого зв’язку з їхньою ефективністю. Фотоелектричні модулі бувають з 60 або 72 сонячними елементами. Домашні мережеві сонячні електростанції зазвичай мають невеликий масштаб і складність монтажу, тому рекомендується використовувати панелі з 60 елементів, які мають менший розмір, легшу вагу та простіші в установці.
Вибір відповідного монтажного кронштейна
Залежно від умов даху можна обрати алюмінієвий кронштейн, С-подібний сталевий кронштейн, кронштейн з нержавіючої сталі або інші варіанти. Крім того, враховуючи міцність кронштейна для сонячних панелей, вартість системи та використання площі даху, кут нахилу панелі слід мінімізувати, щоб зменшити площу, що піддається вітру, підвищити міцність кронштейна та знизити його вартість без значного зниження потужності системи (зменшення не більше 1%).
Проблема протікання є важливою під час монтажу сонячної електростанції. Фотоелектрична система буде безпечною, якщо має хороші водонепроникні властивості. Кронштейн для фотоелектричних панелей монтується на даху для підтримки конструкції та з’єднується з дахом. Його конструкція передбачає монтаж зверху, що не пошкоджує оригінальний гідроізоляційний шар даху. Притискний блок має збірну конструкцію, що не потребує заливки на місці і уникає руйнування гідроізоляції даху при встановленні кронштейна.
Проектування послідовно-паралельного з’єднання сонячних панелей
У цій мережевій сонячній системі сонячні елементи з’єднуються послідовно для формування гілки. Послідовне з’єднання підвищує вхідну напругу постійного струму для інвертора. Потрібно забезпечити, щоб напруга сонячних елементів не перевищувала вхідний діапазон інвертора за різних умов сонячної радіації та температури навколишнього середовища.
Робоча напруга приблизно відповідає номінальній робочій напрузі інвертора, при якій досягається найвища ефективність. Однофазний інвертор 220В має номінальну вхідну напругу 360В. Трифазний інвертор 380В має номінальну вхідну напругу 650В. Для інвертора потужністю 3000 Вт, якщо він оснащений сонячною панеллю 260 Вт з робочою напругою 30,5 В, робоча напруга для 12 панелей становить 366 В, а потужність — 3,12 кВт, що є оптимальним. Для інвертора 10 кВт, оснащеного 260 Вт панелями, 40 штук, 20 гілок по 2 панелі, напруга становить 610 В, а загальна потужність — 10,4 кВт, що є найкращим варіантом.
Вибір кабелю
У домашній сонячній системі рекомендується використовувати мідний кабель. Оскільки роз’єми MC4 сонячних панелей, клеми виходу інвертора та клеми вимикача мережі виготовлені з міді, при безпосередньому з’єднанні міді з алюмінієм утворюється гальванічна пара, що призводить до електрохімічної корозії. Це викликає поганий контакт між міддю та алюмінієм, збільшуючи контактний опір. При проходженні струму контакт нагрівається, що прискорює корозію і збільшує опір, створюючи замкнене коло, яке може призвести до займання. Вихідні клеми сонячного інвертора також виготовлені з міді. Якщо використовується алюмінієвий провід, його діаметр повинен бути більшим. Наприклад, для інвертора 30 кВт рекомендується мідний провід перерізом 10 мм2 або алюмінієвий 16 мм2. Якщо площа кабелю збільшується, а водонепроникні клеми мають обмежену площу, це може бути проблемою. Крім того, слід обирати гнучкі мідні дроти типу BVR з кількома жилами, а не жорсткі дроти BV, оскільки жорсткі дроти можуть погано контактувати з клемами, а на вигинах виникає напруга, що призводить до ослаблення болтів і поганого контакту.
Типові схеми проектування сонячної електростанції для дому
Для звичайних домашніх фотоелектричних систем однофазні зазвичай мають потужність від 3 кВт до 8 кВт, а трифазні — від 4 кВт до 10 кВт. Якщо це можливо, рекомендується використовувати трифазну мережеву сонячну систему, оскільки за однакових умов трифазна система вимагає менших інвестицій і має вищу потужність генерації, ніж однофазна. Наприклад, для 10 кВт мережевої сонячної системи при підключенні до однофазної мережі потрібні 2 мережеві інвертори, 4 гілки сонячних панелей для постійного струму, 8 кабелів постійного струму та 2 вимикачі для змінного струму. При підключенні до трифазної мережі потрібен лише 1 мережевий інвертор, 2 гілки сонячних панелей для постійного струму, 4 кабелі постійного струму та 1 вимикач для змінного струму. Трифазна система має менший струм, менші втрати та вищу ефективність, ніж однофазна. Трифазна мережа менше впливає на електромережу і не зупиняється через підвищення напруги мережі.
Наприклад, ось короткий проект 3000 Вт мережевої сонячної системи для дому.
Проект вимагає близько 30 м2 площі даху, використовує 12 панелей по 265 Вт, загальна потужність 3,18 кВт. Фотоелектрична система оснащена одним 3000 Вт сонячним інвертором, підключеним до мережі 220 В через існуючий внутрішній розподільчий щиток, а потім з’єднується з внутрішньою низьковольтною мережею власника через ланцюг 220 В перед подачею в основну мережу.
Максимальна напруга постійного струму інвертора (максимальна напруга холостого ходу масиву) становить 550 В, діапазон відстеження максимальної потужності (MPPT) — 70~550 В, кількість MPPT-каналів — 1 канал/1 мережа. Номінальна робоча напруга кожного модуля сонячних елементів — 30,8 В, напруга холостого ходу — 38,3 В. За номінальних умов роботи при температурі навколишнього середовища 25±2℃ та сонячній радіації 1000 Вт/м2, номінальна робоча напруга послідовної гілки з 12 сонячних елементів становить 369,6 В, а напруга холостого ходу — 459,6 В, що знаходиться в межах допустимого вхідного діапазону інвертора. Отже, система може працювати нормально.
При зміні робочих умов, враховуючи середню екстремальну температуру навколишнього середовища -10℃, робоча напруга сонячних елементів у точці максимальної потужності становить 12 × 30,8 × (0,35% × 35 + 1) = 415 В, що відповідає вимогам вхідної напруги максимального повного навантаження MPPT 550 В. При середній екстремальній температурі 42℃ робоча напруга в точці максимальної потужності становить 12 × 31,2 × (-0,35% × 17 + 1) = 352,1 В, що відповідає мінімальним вимогам вхідної напруги повного навантаження MPPT 70 В.
Основна конфігурація цієї домашньої сонячної електростанції наведена в таблиці нижче.
