住宅光伏储能系统设计和配置综合指南

户用光伏储能系统主要由光伏组件、储能电池、储能逆变器、计量设备和监控管理系统组成。其目标是实现能源自给自足，降低能源成本，减少碳排放，并提高电力可靠性。户用光伏储能系统的配置是一个综合过程，需要仔细考虑各种因素，以确保系统高效稳定运行。

一、户用光伏储能系统概述

在开始系统设置之前，必须测量光伏阵列输入端与地面之间的直流绝缘电阻。如果电阻小于 U…/30mA（U… 代表光伏阵列的最大输出电压），则必须采取额外的接地或绝缘措施。

住宅光伏储能系统的主要功能包括：

• 自用：利用太阳能满足家庭能源需求。
• 削峰填谷：平衡不同时间的能源使用以节省能源成本。
• 备用电源：停电期间提供可靠的能源。
• 应急电源：在电网故障期间支持关键负载。

配置过程包括分析用户能源需求、设计光伏和储能系统、选择组件、制定安装计划以及概述运营和维护措施。

二、需求分析与规划

能源需求分析

详细的能源需求分析至关重要，包括：

• 负载分析：识别各种电器的功率要求。
• 每日消费：确定白天和夜间的平均用电量。
• 电价：了解关税结构以优化系统并节省成本。

案例研究

• 用户配置文件:
  • 总连接负载：8.2 kW
  • 临界负载：3.6kW
  • 日间能耗：10千瓦时
  • 夜间能耗：20千瓦时
• 系统规划:
  • 安装光伏储能混合系统，白天光伏发电满足负载需求，并将多余的电能储存在电池中供夜间使用。当光伏和储能不足时，电网可充当补充电源。

• 三、系统配置和组件选择

  1.光伏系统设计

  • 系统规模：基于用户8.2kW负载，每日用电30kWh，建议使用12kW光伏阵列，该阵列每日发电量约为36kWh，满足用电需求。
  • 光伏组件：采用21块单晶580Wp组件，装机容量达12.18 kWp。确保最佳布局，最大限度地利用阳光。

  最大功率Pmax[W]	575	580	585	590	595	600
  最佳工作电压Vmp[V]	43.73	43.88	44.02	44.17	44.31	44.45
  最佳工作电流 Imp [A]	13.15	13.22	13.29	13.36	13.43	13.50
  开路电压Voc[V]	52.30	52.50	52.70	52.90	53.10	53.30
  短路电流Isc[A]	13.89	13.95	14.01	14.07	14.13	14.19
  模块效率[%]	22.3	22.5	22.7	22.8	23.0	23.2
  输出功率容差	0~+3%
  最大功率温度系数[Pmax]	-0.29%/℃
  开路电压温度系数[Voc]	-0.25%/℃
  短路电流温度系数[Isc]	0.045%/℃
  标准测试条件（STC）：光照强度1000W/m²，电池温度25℃，空气质量1.5

  2. 储能系统

  • 电池容量：配置25.6 kWh磷酸铁锂（LiFePO4）电池系统。此容量可确保在停电期间为关键负载（3.6 kW）提供约7小时的充足备用电源。
  • 电池模块：采用模块化、可堆叠设计，配备 IP65 防护等级外壳，适用于室内/室外安装。每个模块的容量为 2.56 kWh，10 个模块组成完整的系统。

  3.逆变器选择

  • 混合逆变器：使用集成光伏和储能管理功能的 10 kW 混合逆变器。主要功能包括：
    • 最大光伏输入：15kW
    • 输出：并网和离网运行均为 10 kW
    • 防护等级：IP65，电网离网切换时间<10毫秒

  4. 光伏电缆选择

  光伏电缆将太阳能模块连接到逆变器或汇流箱。它们必须承受高温、紫外线照射和户外恶劣条件。

  • EN 50618 H1Z2Z2-K:
    • 单芯，额定电压为 1.5 kV DC，具有出色的抗紫外线和抗候性。
  • TÜV PV1-F:
    • 柔韧、阻燃、温度范围广（-40°C 至 +90°C）。
  • UL 4703 光伏电线:
    • 双重绝缘，非常适合屋顶和地面安装系统。
  • AD8 漂浮太阳能电缆:
    • 可潜水且防水，适用于潮湿或水生环境。
  • 铝芯太阳能电缆:
    • 重量轻且成本低，适用于大规模安装。

  5. 储能电缆选择

  储能电缆将电池连接到逆变器。它们必须能够处理高电流、提供热稳定性并保持电气完整性。

  • UL10269 和 UL11627 电缆:
    • 薄壁绝缘、阻燃、紧凑。
  • XLPE绝缘电缆:
    • 高电压（高达 1500V DC）和耐热性。
  • 高压直流电缆:
    • 设计用于连接电池模块和高压总线。

  推荐电缆规格

  电缆类型	推荐型号	应用
  光伏电缆	EN 50618 H1Z2Z2-K	将光伏模块连接到逆变器。
  光伏电缆	UL 4703 光伏电线	需要高绝缘的屋顶安装。
  储能电缆	UL 10269、UL 11627	紧凑的电池连接。
  屏蔽存储电缆	EMI屏蔽电池电缆	减少对敏感系统的干扰。
  高压电缆	交联聚乙烯绝缘电缆	电池系统中的大电流连接。
  浮动光伏电缆	AD8 漂浮太阳能电缆	易受水或潮湿的环境。

四、系统集成

将光伏组件、储能和逆变器集成为一个完整的系统：

1. 光伏系统：设计模块布局并通过适当的安装系统确保结构安全。
2. 储能：安装带有适当 BMS（电池管理系统）集成的模块化电池，以实现实时监控。
3. 混合逆变器：将光伏阵列和电池连接到逆变器，实现无缝能源管理。

五、安装与维护

安装:

• 场地评估：检查屋顶或地面区域的结构兼容性和阳光照射情况。
• 设备安装：安全安装光伏模块、电池和逆变器。
• 系统测试：验证电气连接并执行功能测试。

维护:

• 例行检查：检查电缆、模块和逆变器是否磨损或损坏。
• 打扫：定期清洁光伏组件以保持效率。
• 远程监控：使用软件工具跟踪系统性能并优化设置。

六、结论

精心设计的住宅光伏储能系统能够节省能源、提升环境效益和电力可靠性。精心挑选光伏组件、储能电池、逆变器和电缆等组件，确保系统的效率和使用寿命。通过合理的规划，

安装和维护协议，房主可以最大限度地提高投资收益。