超详细的分布式家用光伏方案设计及投资回报案例分析

光伏方阵前后最佳间距设计

为了追求太阳能发电系统全年的最佳发电量并尽可能的提高屋面利用率，我们在此要求在冬至日(每年的12月22日或12月23日)当天9:00至15:00，光伏方阵列不会互相遮挡，此时的前后间距即为最佳间距。

经专业PV软件模拟可知，光伏方阵倾斜角度17度，组件阵列与阵列间最低点间距保持在5M，冬至日当天9:00至15:00，光伏方阵列基本不会互相遮挡。

光伏方阵串并联设计

分布式光伏发电系统中太阳能电池组件电路相互串联组成串联支路。串联接线用于提升集电系统直流电压至逆变器电压输入范围，应保证太阳能电池组件在各种太阳辐射照度和各种环境温度工况下都不超出逆变器电压输入范围。

考虑到适用于晶体硅电池的逆变器最大直流电压(最大阵列开路电压)为550V，最大功率电压跟踪范围为70~550V,MPPT路数为1路/1并。

对于本项目选用12块260W多晶硅太阳电池组件，每个太阳电池组件额定工作电压为31.2V，开路电压为38V，串联支路太阳电池数量初步确定为12个。

在环境温度为25±2℃、太阳辐射照度为1000W/m2的额定工况下，12个太阳电池串联的串联支路额定工作电压为374.4V，开路电压456V，均在逆变器允许输入范围内，可确保正常工作。

在工况变化时考虑在平均极端环境温度为-10℃时，太阳能电池组件串的最大功率点工作电压为12×31.2×(0.35%×35+1)=420.3V，满足550V最高满载MPPT点的输入电压要求;在极端最高环境温度为42℃时，太阳能电池组件的工作电压为12×31.2×(-0.35%×17+1)=352.1V，满足70V最低MPPT点的输入电压要求。考虑系统电压线损为2%，可以看出上述方案完全满足使用要求。

经上述校核，确定串联支路太阳电池数量为12。

电气系统设计

根据光伏组件选型、光伏并网逆变器选型、光伏方阵串并联设计等，结合业主低压接入情况，对本案光伏发电进行电气系统设计，如下图所示：

防雷接地设计

太阳能光伏并网发电系统的基本组成为： 太阳电池方阵、 光伏汇流箱、箱变和逆变器等。太阳电池方阵的支架采用金属材料并占用较大空间且一般放置在开阔地， 在雷暴发生时，尤其容易受到雷击而毁坏， 并且太阳电池组件和逆变器比较昂贵， 为避免因雷击和浪涌而造成经济损失， 有效的防雷和电涌保护是必不可少的。 太阳能光伏并网电站防雷的主要措施有：

外部防雷装置主要是避雷针、 避雷带和避雷网等， 通过这些装置可以减小雷电流流入建筑物内部产生的空间电磁场， 以保护建筑物和构筑物的安全。太阳能光伏发电设备和建筑的接地系统通过镀锌钢相互连接， 在焊接处也要进行防腐防锈处理， 这样既可以减小总接地电阻又可以通过相互网状交织连接的接地系统可形成一个等电位面， 显著减小雷电作用在各地线之间所产生的过电压。

水平接地极铺设在至少 0.5m 深的土壤中(距离冻土层深 0.5m )， 使用十字夹相互连接成网格状。同样，在土壤中的连接头必须用耐腐蚀带包裹起来。

针对本案光伏发电系统，防雷设计包括外部防雷装置(接地引下线)和内部防雷装置(浪涌保护)，如下图所示：

防雷设计说明：

外部防雷：将露天安装的光伏方阵构件(方阵支架、组件等金属外壳部件)利用接地水平接地极与屋顶原有防雷带有效连接。