民用光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計，主要是四個部分，一個是民用小型分布式系統(tǒng)的介紹，第二個是方案設(shè)計，第三個是施工圖設(shè)計，最后是我們林洋民用的這一塊簡單案例的介紹。
民用系統(tǒng)主要是安裝在住宅的屋頂上面，戶用就是裝在每家每戶的屋頂。整個系統(tǒng)的組成就由屋頂?shù)墓夥M件和支架系統(tǒng)，再加上最核心的電力電子器件逆變器，第四個就是用戶用電設(shè)備，就是戶用的負(fù)載端，第五個就是公共電網(wǎng)部分，這個就是屬于國家電網(wǎng)部分一般沒辦法動的。第六個計量電表，這一塊電表是新裝的電表，而且這塊電表只是一個單項(xiàng)計量。第七就是雙向計量電表，這一塊電表一般是各家各戶家里原來已經(jīng)安裝了的電表，可能有的地方的電表沒有開通雙向計費(fèi)功能，所以這個完全是一個軟件開通問題，硬件上就不需要做二次更換了。
一個戶用系統(tǒng)前期勘察完成以后，對屋頂尺寸，如果是瓦屋面的話，瓦的尺寸，瓦到下面屋面的尺寸，包括里面的尺寸，還有周圍的情況，包括配電接入的情況，現(xiàn)場勘測完成之后，設(shè)計人員就進(jìn)入到方案設(shè)計階段，進(jìn)入方案設(shè)計階段大家肯定很關(guān)心，逆變器到底是串多少串，串10串還是串12串，還是串20串，這個就是光伏設(shè)計規(guī)范國標(biāo)里面已經(jīng)把這個公式已經(jīng)列出來了，這個N就代表組串的數(shù)量，Vdcmax就是最大的電壓，voc是開路電壓，這個K就是工作的極限低溫，下面這個Vmpptmin就是最小的電壓，KV是溫度電壓的系數(shù)，現(xiàn)在戶用的基本上5千瓦以內(nèi)都是單向機(jī)，如果超過5千瓦或者是超過8千瓦就變成三相極。
按照林洋270的單晶組件，開路電壓是38.6V，工作電壓是30.74V，溫度系數(shù)是-0.410%，根據(jù)零下15度，10塊組件，開路電壓就是499V，11塊是494V，到12塊這個開路電壓已經(jīng)達(dá)到539V，如果買的組串變壓器進(jìn)行組串設(shè)計的時候，這個數(shù)就不能超過11塊，如果你選擇逆變器廠家最大耐受電壓是600V，可能最多只能選擇13串。如果是三相極，做到22塊的時候已經(jīng)達(dá)到988V，所以我們1000V最多就是做22串的設(shè)計。組件極限工作的時候，極限高溫設(shè)定在70度，工作最低溫度設(shè)計在零下15度，這個工作范圍比較寬，這樣計算下來500V的話，10塊、11塊都是滿足現(xiàn)在主流的逆變器廠家的跟蹤范圍的。所以計算下來完全是在這個區(qū)間范圍之內(nèi)，如果是1000V三相極22串也在mppt追蹤范圍之內(nèi)。所以計算下來587和838V也在mppt追蹤的范圍之內(nèi)。
21串也在這個范圍之內(nèi)，如果都滿足的話，肯定優(yōu)先選擇高電壓，因?yàn)殡妷涸礁唠娏髟叫?，這樣線損就會越小，整體的系統(tǒng)效率就會相對高一點(diǎn)。第二個問題就是氣象數(shù)據(jù)的獲取，現(xiàn)在國內(nèi)做設(shè)計，氣象數(shù)據(jù)有三個來源，第一個就是當(dāng)?shù)貧庀笳荆瑖覛庀笳静皇敲總€地方都能夠覆蓋，所以它的精度也不一定，針對具體項(xiàng)目要具體看。左邊年平均總輻射量是4474.8，右邊這邊就是最佳傾角的設(shè)計，這樣計算下來它的最佳傾角上海地區(qū)就是25度，最佳傾角的傾斜面的峰值數(shù)就是1319。計算的時候得到水平面上的輻照量，但這個只是一個參考值，我們往往用到的是傾斜面上的輻照量，傾斜面上的這個輻照量在模擬的時候不同的傾角它的輻射量是不同的。做發(fā)電量計算的時候，可能大家更習(xí)慣于把輻照量換算成峰值小時數(shù)，這樣的換算過來，這里面有一個傾斜面的輻照量有一個系數(shù)比，把這個系數(shù)設(shè)置成K的話，緯度越低K數(shù)越小，緯度越高K數(shù)越大。你拿到的水平輻照量要換算到傾斜面的時候，因?yàn)樘栍幸粋€入射角，太陽高度角的問題導(dǎo)致緯度越低的地方做到最佳傾角的話這個K值就越小，相同的輻射量緯度越高的地方做成最佳傾角發(fā)電量就會更大。
這是做的一個簡單的模型計算，當(dāng)然這個在最佳傾角設(shè)定為100的一個輻照量的時候，朝南就是70，水平就是90，南偏西最佳傾角就是95，東西向垂直面是50，然后東西向的最佳傾角是80，這個數(shù)據(jù)做一個理想化的處理，但實(shí)際上根據(jù)緯度的不同，東西面輻照度肯定是有差別的。
哪些因素影響系統(tǒng)效率呢，第一個就是溫度，不同的溫度都會影響組件的發(fā)電量，再一個光伏組件匹配造成的損失，光伏組件串聯(lián)的時候電壓累計，電流就是木桶效應(yīng)。并聯(lián)的時候，相同是電流有一個累加，然后電壓也是一個木桶效應(yīng)，哪一串電壓最低它最后整個并聯(lián)的系統(tǒng)就是取的最低的電壓，串并聯(lián)的時候光伏組件也會造成一個損失。再一個就是灰塵和冰雪的損失，現(xiàn)在國內(nèi)的天氣霧霾也比較多。第四個就是不可利用的太陽能輻射損失，第五個就是直流線路造成的損失；第六個就是逆變器直流、交流轉(zhuǎn)換效率的損失，現(xiàn)在逆變器廠家也做的很高了。這一塊還是有一部分的損失，第七個就是交流線路的損失，這一塊跟直流線路一樣，只要你存在電纜的傳送都存在這個損失。第八點(diǎn)是整個系統(tǒng)效率損失最大的地方，你一臺設(shè)備你哪怕設(shè)計的多好，逆變器的轉(zhuǎn)化效率多高，三天兩頭的出現(xiàn)故障，這樣的損失就非常大，所以根據(jù)以往做的戶用電站，根據(jù)具體情況整體戶用電站的轉(zhuǎn)化效率在75%到85%之間。
前面說了的峰值日照、時速、系統(tǒng)效率，這些都是為發(fā)電量計算做一個準(zhǔn)備，因?yàn)榍捌诔醪皆O(shè)計的時候，客戶更關(guān)心的是收益，收益來自于哪兒，就是發(fā)電量。發(fā)電量的計算公式就是光伏電站裝機(jī)容量乘以年峰值日照時數(shù)，然后乘以光伏電站系統(tǒng)總效率。根據(jù)這個公式可以計算出戶用電站3千瓦或者是5千瓦，在10年、20年的全生命周期里面我的收益是多少，這個回收周期就一目了然。
還有一個就是組件排布方式，整個組件是由3串組成，如果豎向的話，遮擋的這一個區(qū)域和功率的損失并不是成正比率的關(guān)系，可能遮到10%，整個功率全部沒有掉，因?yàn)檎麄€3串全部遮掉，這一塊不發(fā)電已經(jīng)斷開了，這一塊就沒有任何的輸出，如果橫向的有三個檔，不超過三分之一的遮擋可能這一串就停止發(fā)電，另外兩串還剩66%左右，再超過三分之一兩串停止發(fā)電只有一串在正常工作，這既是基于理論，但是實(shí)際工作當(dāng)中遮擋和實(shí)際發(fā)電量會跟實(shí)際數(shù)據(jù)有一個偏差。初步方案定了以后我們跟客戶這邊選用橫向安裝或是豎向安裝，整個系統(tǒng)的發(fā)電量也計算出來了，也給客戶把投資和收益算清楚了，客戶現(xiàn)在準(zhǔn)備做這個事情了，我們現(xiàn)在就進(jìn)入到施工圖的設(shè)計階段。現(xiàn)在民用屋肯定是沒有平面圖的，可能別墅有相關(guān)的平面圖，這個時候就需要技術(shù)人員根據(jù)現(xiàn)場勘測的尺寸對屋頂設(shè)計一個平面圖。
做出應(yīng)用分析之后根據(jù)屋頂不同的標(biāo)高，計算出來一個陰影遮擋的區(qū)域，至于怎么計算陰影區(qū)域現(xiàn)在軟件也很多，都可以計算出陰影這一塊。陰影計算的原則光伏設(shè)計規(guī)范里面也規(guī)定了，冬至日早九點(diǎn)到下午三點(diǎn)，保證這六個小時不遮擋就是現(xiàn)在光伏設(shè)計的陰影避讓的一個原則。這個經(jīng)過陰影分析之后，可以進(jìn)行排布。
組件排布排確定之后進(jìn)行一個定位，組件先安裝在屋頂，首先組件是固定在檁條上面，然后檁條的布置要根據(jù)尺寸，包括最下沿進(jìn)行一個定位，如果是網(wǎng)絡(luò)面的話掛鉤的安裝位置，如果是平屋面的話就是水泥的一個定位，這里面采用鋼支架的話，可能對鍍金層的度也提出了要求，這個國標(biāo)當(dāng)中也都有。平均厚度不小于85CM。檁條布置完了之后，就是組件固定在檁條上，瓦屋面的話就通過掛鉤固定在上面，這個掛鉤就設(shè)計成兩端的，上面的部位就固定在這個區(qū)域，然后這一塊和上面空的地方就是瓦屋面就是瓦伸出的這個位置，下面就是從瓦下面到屋面的一個距離。
這個掛鉤適用于上面是瓦下面是水泥面的一個屋面，下面這一塊又對上面進(jìn)行螺栓連接，如果屋面的厚度太薄的話，非常容易打穿，就要考慮其他的方式。組件、檁條和這個掛鉤整個的組件安裝系統(tǒng)固定在屋頂。還有一個是防雷，可能很多民房原來都是沒有防雷系統(tǒng)的，如果加裝光伏系統(tǒng)的話，做設(shè)計的時候必須考慮。有的檁條是有鍍鋅層的，鍍鋅層導(dǎo)電率不是那么好，這個時候檁條和鍍鋅層用螺栓連接的話要加裝東西，這樣檁條和檁條之間全部用鍍鋅鐵連接，然后兩邊也進(jìn)行連接，如果是戶用屋頂?shù)脑挘荒茏龇览拙W(wǎng)格，可能是沒有辦法做的。這一塊鍍鋅鐵可能有的單位覺得施工的時候不好施工，也可以換成圓鋼，如果屋頂原來有防雷帶的話，新建的防雷帶只要跟原來的防雷帶做一個連接就行。
組件和防雷都安裝完成之后的整個系統(tǒng)的接線，有直流側(cè)和交流，包括分析設(shè)計的定位，組件和組件哪幾塊做串聯(lián)，哪幾塊做并聯(lián)。然后屋頂部分組件完成，接線完成，防雷接地已經(jīng)完成，接下來就到電氣接線這一塊。電氣主接一個是主件的參數(shù)，主件的工作電壓、工作電流，然后還有主流線的選擇，然后逆變器的一個參數(shù)，第三個就是交流線纜的一個選型，交流線纜選用多大的線徑的。最主要的就是并網(wǎng)箱，并網(wǎng)箱很簡單，根據(jù)國網(wǎng)公司的要求逆變器后端首先要連一個空氣開關(guān)，因?yàn)閼粲玫娜萘勘容^小，普通的已經(jīng)可以滿足了，一定給供電公司預(yù)留出安裝光伏電表的位置，再一個留出來漏電保護(hù)器安裝的位置。再一個就是并網(wǎng)開關(guān)，并網(wǎng)公司各地公司可能要求不一樣，最早可能有的地方是指定相關(guān)廠家、相關(guān)品牌這些功能，這些都有要求，現(xiàn)在每個地方供電公司前期跟它要做一個溝通，如果它沒有要求的話，這個并網(wǎng)開關(guān)其實(shí)跟逆變器出來這一塊開關(guān)的要求是一樣的，只是簡單的一個空氣開關(guān)。還有一點(diǎn)一定要跟供電公司確認(rèn)，因?yàn)閲鴥?nèi)的國情比較復(fù)雜，各地的供電公司要求千奇百怪，包括并網(wǎng)配電箱的材質(zhì)，你是用什么材質(zhì)的，是什么顏色的，包括結(jié)構(gòu)形式，是單開門還是雙開門，這個一定要前期確認(rèn)，如果前期不確認(rèn)后期你裝上去都會被他們刁難。
最后就是整個圖紙?jiān)O(shè)計完成之后要形成一個材料清單，包括電器部分和支架部分，這樣提供給供應(yīng)鏈部門進(jìn)行物料采購。提供材料清單的時候，其實(shí)很多設(shè)計人員剛開始是不適應(yīng)的，因?yàn)樽黾惺降碾娬?，尤其是支架這一塊，會指出一個支架圖，把支架圖給廠家，支架廠家把這個圖細(xì)化，這就需要設(shè)計人員在出圖紙的時候一定考慮細(xì)節(jié)，配的螺絲最好都要標(biāo)明出來，因?yàn)檎麄€安裝環(huán)節(jié)，可能設(shè)計人員相對于施工這一塊是最專業(yè)的，所以設(shè)計人員一定不能偷懶，必須把這些標(biāo)得越細(xì)越好。
林接新能源是江蘇林洋新能源科技有限公司的下屬子公司，大家可能對早期的林洋比較熟悉?，F(xiàn)在的林洋新能源是2012年新成立的一家公司。我們的目標(biāo)是致力于成為中國東部分布式能源領(lǐng)域最大的互聯(lián)運(yùn)營和服務(wù)商，走的是這種大分布式。
現(xiàn)在我們林洋也準(zhǔn)備進(jìn)入戶用市場，針對戶用系統(tǒng)我們進(jìn)行相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計，這樣的話可以快速高效的滿足經(jīng)銷商和合作伙伴的一些需求，另外針對一些特殊的項(xiàng)目我們這邊設(shè)計團(tuán)隊(duì)也可以根據(jù)具體的項(xiàng)目、不能使用我們標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的，采用我們定制化的設(shè)計，根據(jù)現(xiàn)場的條件、地理環(huán)境和容量進(jìn)行一個定制化的設(shè)計。
（林洋新能源研究院院長助理 系統(tǒng)集成研究所所長）
