本文基于江蘇某地區(qū)琉璃瓦別墅屋面的實(shí)際工程項(xiàng)目，繼續(xù)為大家探討關(guān)于家庭分布式發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及施工相關(guān)的內(nèi)容，該項(xiàng)目單棟別墅裝機(jī)容量為5.25kW，2014年9月順利完成并網(wǎng)調(diào)試和驗(yàn)收工作。本章主要內(nèi)容包括方陣安裝朝向的選擇、光伏裝機(jī)容量的配置、組串設(shè)計(jì)及PVsyst軟件多路MPPT模擬、首年發(fā)電量的預(yù)測(cè)及發(fā)電量不確定性(P50、P75和P90)計(jì)算，同時(shí)介紹琉璃瓦屋面安裝施工及交流側(cè)并網(wǎng)接入方面的內(nèi)容。

一、 琉璃瓦屋面的光伏設(shè)計(jì)

1.1現(xiàn)場(chǎng)勘察

光伏項(xiàng)目的設(shè)計(jì)離不開(kāi)前期的勘測(cè)工作，大體來(lái)說(shuō)涵蓋如下幾個(gè)方面：一是房屋的調(diào)查，如屋面場(chǎng)地情況和可利用面積、房屋形狀和施工條件、安裝部位構(gòu)造及強(qiáng)度、當(dāng)?shù)氐娜照涨闆r、屋面是否存在建筑障礙物的遮擋等。二是電氣設(shè)備的調(diào)查，如用戶配電系統(tǒng)及配電箱位置、逆變器和交流配電箱的安裝場(chǎng)所、直流和交流走線路徑、接地方式等，三是作業(yè)環(huán)境的調(diào)查，如搬運(yùn)路徑、作業(yè)空間、材料及設(shè)備保管空間等等，當(dāng)然還需要和業(yè)主溝通好方案、費(fèi)用、流程及施工等，關(guān)于現(xiàn)場(chǎng)勘察及屋頂評(píng)價(jià)方面的內(nèi)容在《光能》2014年11月刊中也略有涉及。

1.2光資源分析

光資源分析的目的一是決定組件的安裝朝向，二是對(duì)系統(tǒng)的發(fā)電量進(jìn)行理論預(yù)測(cè)。對(duì)于業(yè)主而言，年投資收益和回報(bào)期與發(fā)電量息息相關(guān)，業(yè)主也需要了解預(yù)期的發(fā)電收益，因此我們需要根據(jù)場(chǎng)地實(shí)際情況進(jìn)行分析。該項(xiàng)目所在的別墅為琉璃瓦斜屋面，需要考慮光伏組件接受陽(yáng)光的最佳狀況，別墅的正南面和東西面都有較大的坡角，屋頂?shù)谋泵鏌o(wú)疑不適合安裝光伏電池板。對(duì)于東西面和正南面，通過(guò)PVsyst光伏軟件查詢得到當(dāng)?shù)貧v年的年平均氣象數(shù)據(jù)，不同朝向的太陽(yáng)輻射資源存在一定的差異，參考表1，結(jié)果表明輻射量正南朝向?yàn)樽畲?，東面比西面略大，但按照常理，西面的輻射量應(yīng)比東面大些。

為了解決PVsyst東西面氣象數(shù)據(jù)和實(shí)際情況不符的疑問(wèn)，繼續(xù)通過(guò)Ecotect專業(yè)軟件分析驗(yàn)證，如圖1所示，結(jié)果表明，正西面接收的太陽(yáng)輻照量要比正東面大些，它這里面考慮的一個(gè)因素為下午的空氣密度一般比上午要小，而如果不考慮空氣密度的影響，這兩個(gè)方位角所受的輻射量應(yīng)該是比較接近的，所以對(duì)于該項(xiàng)目，組件理想的敷設(shè)位置優(yōu)先考慮正南面和正西面，確定安裝朝向后下一步就是組串布置等設(shè)計(jì)。

圖1 Ecotect中別墅不同方位角的光資源分析(單位：Wh/m2)

1.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)主要包括確定組件和支架的安裝形式，必要時(shí)需要對(duì)支架載荷進(jìn)行測(cè)算，另外還包括電氣設(shè)計(jì)，如組串接線、逆變器的選擇和系統(tǒng)之間的電氣連接等，同時(shí)費(fèi)用預(yù)算這塊也需要考慮，如設(shè)備、輔料、施工等費(fèi)用。

一般琉璃瓦瓦面的坡角很大，因此別墅屋面組件實(shí)際安裝時(shí)一般沿屋面平鋪，對(duì)于本例，組件布置如圖2所示，根據(jù)屋面實(shí)際可利用的面積，正南屋面組件安裝朝向采用縱向安裝，正西屋面為橫向安裝。

圖3為對(duì)應(yīng)的組件布置和導(dǎo)軌安裝CAD圖，對(duì)于琉璃瓦屋面，組件的安裝固定目前較多采用不銹鋼掛鉤和導(dǎo)軌形式，圖3中綠色所示部件即為不銹鋼掛鉤的安裝位置，其中掛鉤的安裝依據(jù)GB 50009-2012 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范，方陣內(nèi)最邊上的掛鉤和最邊上組件的距離有一定的要求，一般不能超過(guò)500mm，本例中預(yù)留的距離為350mm，掛鉤之間的距離根據(jù)導(dǎo)軌的長(zhǎng)度均勻分布，本例約為1m左右。

圖3 光伏組件布置和導(dǎo)軌安裝CAD圖(左：正南屋面布置 右：正西屋面布置)(單位：mm)

由于南屋面和西屋面的光伏組件受到的光照強(qiáng)度和組串?dāng)?shù)量均不一致，因此不能相互串聯(lián)或并聯(lián)在一起，否則會(huì)造成短板效應(yīng)，帶來(lái)發(fā)電量的損失。對(duì)于本案例，則使用了具有2路獨(dú)立MPP跟蹤功能的組串逆變器，解決了不同朝向組件和不同串?dāng)?shù)的問(wèn)題。因此正南面14片組件和西面7片組件可各自成一串，參考光伏組串的設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50797-2012光伏發(fā)電設(shè)計(jì)規(guī)范)，可以驗(yàn)證上述組串?dāng)?shù)下的組串電壓在當(dāng)?shù)貥O限低溫工作條件下和極限高溫工作條件下，均在組串逆變器的允許最大輸入電壓值和MPPT電壓范圍內(nèi)，本例光伏組件采用多晶250Wp規(guī)格，南面和西面的具體容量配置參考表2，總裝機(jī)容量5.25kW。

上述介紹的是直流側(cè)的設(shè)計(jì)，對(duì)于交流側(cè)，系統(tǒng)的并網(wǎng)接入設(shè)計(jì)需了解用戶的配電系統(tǒng)和接入點(diǎn)，該別墅使用是的三相四線入戶，根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)《分布式光伏發(fā)電接入系統(tǒng)典型設(shè)計(jì)》中的內(nèi)容，8KW及以下可以單相接入，因此本例采用了單相組串式逆變器，交流輸出電壓為220V，其中家庭用戶有一相用電量較大，那么光伏系統(tǒng)可接入家庭用電量大的這一相，并網(wǎng)模式為“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”，關(guān)于220V/380V分布式接入系統(tǒng)的典型設(shè)計(jì)可參考圖4。并網(wǎng)接入需要了解電能表的安裝，目前電能表分為關(guān)口計(jì)量電能表和并網(wǎng)電能計(jì)量表兩類，其中關(guān)口計(jì)量電能表用于用戶與公共電網(wǎng)間的上網(wǎng)和下網(wǎng)的電量計(jì)量，并網(wǎng)電能計(jì)量表用于光伏發(fā)電量統(tǒng)計(jì)和電價(jià)補(bǔ)貼，一般在光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)點(diǎn)處安裝并網(wǎng)電能計(jì)量表，在產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)處安裝雙向電能表或稱關(guān)口計(jì)量表，其中產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)參考圖4中所示位置。