2017年被认为是户用光伏系统爆发是增长元年，如今光伏越来越火，但大多数小伙伴对户用光伏系统的建造非常模糊。此次锦浪从组件、逆变器、线缆、配电柜的选型到整体设计方案和详细清单以及电站收益预测全方面分享8kW光伏电站设计过程。
一、项目地勘察
下图为浙江嘉善地区某农户自建住宅，南北朝向，在闲置的楼顶装上光伏电站，选用的是300Wp的组件，经过测算,楼顶面积可以安装30块组件。
图1现场图
二、系统设计
组件的朝向、倾角完全一致，分为三个相同的组串，每串10块组件，接到逆变器的直流侧。如下图所示。
1、设计方案
图2系统设计原理图
3、材料清单表
根据现场勘察结果和系统设计方案，选择系统安装需要的材料设备，下表为该光伏系统所需材料清单列表
表1材料清单列表
1 | 设备名称 | 规格 | 单位 | 数量 | |
2 | 支架 | 3m导轨 24根，中压块54个，变压块12个 | 组 | 与组件匹配 | |
3 | 组件 | 峰值功率300W，开路电压39.8V | 块 | 30 | |
4 | 直流线缆 | PV1-F-4mm2 | 米 | 200 | |
5 | 逆变器GCI-1P8K-4G | 最大输入功率9.2kW，交流输出电压220V，额定交流输出功率8kW，最大交流输出功率8.8kW | 台 | 1 | |
6 | 配电箱 | 闸刀 | 220V 63A 2P | 个 | 1 |
7 | 微型断路器 | 63A 2P | 个 | 2 | |
8 | 自复式过欠压保护器 | 220V 50A 2P | 个 | 1 | |
9 | 浪涌保护器 | 2P 20kA | 个 | 1 | |
10 | 交流线缆 | ZR-YJVR -3*10mm2 | 米 | 50 | |
11 | 接地线缆 | BVR-10 mm2 | 米 | 50 | |
12 | 接地装置 | 10m*5mm接地扁钢 | 根 | 1 | |
13 | 监控设备 | GPRS/WiFi | 个 | 1 | |
三、材料设备的选择
1、光伏组件的选择
该用户希望装机容量尽量大，故在设计时帮客户选择了300Wp的高效组件，该组件有着优异的低辐照性能，其技术参数如下：
图3 300W组件参数
1组件的主要参数Pm=300Wp；Voc=39.8V, Vmpp=32.6V，Imp=9.19A，Isc=9.77A。
2根据组件的型号和敷设的数量计算得到9.0KWp（300Wp*30块）的装机容量。根据装机容量、组件实际排布情况来选择合适的逆变器。
2、并网逆变器的选择
该项目容量为9kWp且并网电压为220V，故选择单相三路GCI-1P8K-4G这款光伏逆变器，超配比为1.125倍。
图4 GCI-1P8K-4G逆变器外观图
表2 8kW逆变器电气参数
GCI-1P8K-4G | |||
直流输入参数 | 交流输出参数 | ||
最大直流输入功率（kW） | 9.2 | 额定输出功率（kW） | 8 |
最大直流输入电压（V） | 600 | 最大输出功率（W） | 8.8 |
最大直流输入电流（A） | 11/11/11 | 额定输出电压（V） | 220 |
直流启动电压（V） | 120 | 最大输出电流（A） | 36.6 |
MPPT电压范围（V） | 80~550 | 输出电压频率（Hz） | 50 |
MPPT路数/每路MPPT输入路数 | 3/1 | 电流总谐波 | <1.5% |
3、直流侧线缆选择
直流线缆多为户外铺设，需要具备防潮、防晒、防寒、防紫外线等性能，因此分布式光伏系统中的直流线缆一般选择光伏认证的专用线缆，考虑到直流插接件和光伏组件输出电流，目前常用的光伏直流电缆为PV1-F 1*4mm²。
图5光伏直流线缆图示
4、交流侧线缆的选择
交流线缆主要用于逆变器交流侧至交流汇流箱或交流并网柜，可选用YJV型电缆。长距离铺设还要考虑到电压损失和载流量大小，8KW单相机交流线缆推荐使用YJV-3*10mm²。
表3 交流线缆选型表
交流线缆选型 | ||
YJV线缆（交联聚乙烯绝缘电力电缆） | | 规格：YJV-0.6/1kV 3*10mm2 ， 优点：双重绝缘，机械强度高，工作温度高，寿命长，耐温，耐压，耐腐蚀。 |
BV线缆（聚氯乙烯绝缘铜芯线-单芯单股硬线） | | 单层绝缘，相对于YJV，耐温低，载流量低，机械强度和寿命低 |
BVR线缆（聚氯乙烯绝缘铜芯线-单芯多股软线） | | |
注：交直流线缆一般都安装在户外，一般套PVC管来保护线缆。
5、配电箱内部设备选择
针对所选逆变器的交流输出参数（电流、电压等）值进行配电箱内部设备选型
图6配电箱电气设计图
内部设备选型说明：
1断路器
断路器的一端接逆变器，一端接电网侧；交流断路器一般选择逆变器最大交流输出电流的1.25倍以上 ，8kW逆变器交流输出最大电流为36.6A，即至少选择50A的断路器。
2熔断器
当浪涌保护器被雷电击穿失效，从而造成回路短路故障 ，为切断短路电流，需要在浪涌保护器加一组熔断器，熔断器的选择跟断路器相同，选用50A的规格。熔丝烧断要及时更换，可用断路器代替，断路器有瞬时电流保护功能，跳闸后可以手动复位，不必更换元件。
3浪涌保护器
本项目选用限压型SPD，2P的浪涌保护器，选择规格Uc~385V，Imax≥20KA，In：≥10KA，Up≤1.5KV。
4自复式过欠压保护器
过欠压保护器能够自动检测线路电压，当线路中过电压和欠电压超过规定值时能够自动断开。本项目使用的自复式过欠压保护器规格为工作电压 AC 220V 50HZ，额定电流50A, 过电压值 AC270±5V，欠电压值AC170±5V,保护动作时间≤1s，延时接通时间≤1min。
5刀开关（隔离开关）
刀开关或隔离开关会有明显的断开点，可以后端检修和维护人员的安全。刀开关选择额定电流为63A的刀闸。
6、系统接线方式
图7组件逆变器接入方式
四、系统安装施工
1、支架安装方案
本次项目为斜屋面琉璃瓦屋顶，在安装支架时一般采用主支撑构件与琉璃瓦下层屋面固定，来支撑支架主梁及横梁，组件与横梁之间采用铝合金压块压接。在安装过程中，务必要做好屋面的防水工作并且合理的布置线缆。
第一步：移开琉璃瓦，用自攻螺钉将弯钩固定
第二步：用T型螺钉栓将导轨固定在弯钩上，然后用中压块及边压块将光伏组件固定在导轨上
图8支架安装方式
2、组件排布接线方案
光伏方阵的现场安装、排布和接线需要注意一下几个问题：
Ø 光伏方阵应谨慎布线（防止损坏的发生），以尽可能减少线与线之间、线与地之间故障发生的可能性。
Ø 安装时应检查所有连接的牢固性和极性，以减少调试、运行和后期维护过程中的故障风险和电弧发生的可能性。
Ø 光伏方阵应按使导电回路面积最小的方式布线，以降低雷电导致的过电压值。光伏组串正极和负极电缆应从同一侧平行敷设，参考下图所示的平行敷设方式。
图9横向排布接线方式
图10竖向排布接线方式
图11对向排布接线方式
3、直流线缆制作和接线
图12光伏直流线缆制作和接线工具
图13光伏直流线缆制作示图
注：为了确保直流连接器的使用寿命，请使用专业扭力扳手拧紧直流端子。（拧的过紧端子内部可能产生裂痕）
5、交流线缆接线
图14交流线缆制作和连接示图
6、接地措施
地线是光伏系统正常运行的关键，在房屋附近土层较厚、潮湿的地点，挖1.5m深坑根据供电公司要求，埋入50*5mm扁钢或者φ12的圆钢，添加降阻剂并引出地线，地线接到组件的支架上，同时组件边框也必须接到支架上，接地电阻应小于 4Ω。
图15系统接地示意图
图16现场系统实况图
五、收益计算
1、发电量估算
图17浙江地区日照时数表
装机容量9kW，PR=80%，浙江地区的光照按照全年每天3.6小时计算，（参照——全国各省峰值日照时数），全年发电估计时间为1326小时，预估该项目首年发电量10512度。首年衰减为2.5%，25年末最低功率为80%。
表4 系统发电评估表
组件 | 首年末最低功率： | 97.50% | 25年末最低功率： | 80.00% |
功率衰减以首年为参照 | ||||
年份 | 功率衰减 | 年末功率 | 年发电量(kWh) | 累计发电量(kWh) |
1 | 2.50% | 97.50% | 10512 | 10512 |
2 | 0.73% | 96.77% | 10249.2 | 20761.2 |
3 | 0.73% | 96.04% | 10172.5 | 30933.7 |
4 | 0.73% | 95.31% | 10095.7 | 41029.4 |
5 | 0.73% | 94.58% | 10018.9 | 51048.3 |
6 | 0.73% | 93.85% | 9942.2 | 60990.5 |
7 | 0.73% | 93.13% | 9865.5 | 70856 |
8 | 0.73% | 92.40% | 9789.8 | 80645.8 |
9 | 0.73% | 91.67% | 9713.1 | 90358.9 |
10 | 0.73% | 90.94% | 9636.4 | 99995.3 |
15 | 0.73% | 87.29% | 9559.6 | 147793.3 |
20 | 0.73% | 83.65% | 9175.9 | 193672.8 |
25 | 0.73% | 80.00% | 8793.3 | 237639.3 |
注：10年累计发电量9.9万度电，25年累计发电量超过23万度电。
2、实际应用案例
下面监控数据为一台按装在浙江省嘉兴市南湖区的8kW逆变器在2017年12月08日的发电情况，通过GPRS监控看到在中午13:20出现最高并网功率7.08kW，累计日发电量34.7度。当天天气非常好，发电量正常。
图18系统实时并网功率
图19系统2017年12月发电概况
图20系统2018年1月发电概况
六、结论
本文以8kW光伏系统设计为例，在装机容量尽可能大的前提下进行了光伏电站的各方面设计，包括相关设备的选型、整体设计方案、材料清单及发电量的收益计算，给后续光伏电站的施工做了正确的引导，避免了人力物力的浪费，保证了光伏电站的质量和收益。