家用太阳能发电站建设经验分享，各项需求预算效益分析

yehu · 发表于 2020-8-19 11:31:46

如今国家大力提倡绿色出行，推动绿色能源。本着节能减排人人参与，积极响应国家号召的大方针，和实现家庭自用绿色能源的小目标，决定建设一套家用太阳能发电系统，以供家庭用电所需。

今天整理出我的家用发电系统建设经验，分享给有需要的人，大家共同探讨，一起交流！

先发几张现场实物照片：

说明一下：我住的小区属于老旧小区，没有宽敞的安装空间，只能将12片太阳能光伏板分成4组，利用楼梯间顶部的空闲空间安装，两个楼梯间顶部分别安装各两组光伏板。

接下来简单介绍下家用太阳能发电系统的分类和系统组成：

家用太阳能发电系统分为离网发电系统和并网发电系统两种：
1、离网发电系统主要由太阳能光伏组件、控制器、逆变器、蓄电池组成。
2、并网发电系统主要由太阳能光伏组件、并网逆变器（或者逆控并网一体机）组成，如果需要储能的话需要配置蓄电池组。
离网发电系统就是将太阳能组件产生的直流电经过控制器稳压到需要的电压给蓄电池进行储能，再通过逆变器转换成家用220V交流电接入家用用电设备。离网储能发电系统比较适合分散式小型发电站。
并网发电系统就是将太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电后直接接入公共电网。并网发电系统有集中式大型并网电站（一般都是国家级电站）和分散式小型并网发电站。

并网系统接入市电电网需要国家电网的审批和验收流程，由于没有办法完成审批流程故而选择离网储能系统方案。

说干就干！！先设计、做预算、买材料、施工、系统调测、上线运行。。。。

1、家用光伏系统整体设计要求
a.首先要能满足家庭正常用电设备功耗；
b.满足正常用电情况下两天的用电量；
c.要能实现光伏电源和市电电源自动切换，当光伏电源停电后自动切换到市电电源，光伏电源恢复后自动切回光伏电源；
d.具备蓄电池保护功能（毕竟蓄电池在整个系统中的造价最贵，尽可能延迟蓄电池寿命）；
e.系统可远程监控，便于维护；
f.抗风能力15级。

先上个系统图，让大家有个整体的了解

2、各种预算

a.用电设备功耗预算分析：

说明：

b.系统功率需求预算

c.蓄电池储能容量预算

d.材料费用预算

。。。。。。陆续更新中。。。。。。　　

36楼更新

yehu · 发表于 2020-8-25 01:42:36

接续1楼原文内容：

说明：
*用电设备功耗分析分两部分：用电设备日用电量预估和单小时最大用电功耗预估。
*通过预算表大致可以得到春、秋、冬季日用电量14kw，夏季日用电量37kw。
*通过预算表大致可以得到单小时最大用电功耗为5.3kw。

b.系统功率需求预算

太阳能光伏组件容量预算

逆变器功率预算

c.蓄电池储能容量预算

d.材料费用预算

3、材料选型和购买：

A．光伏组件：系统功率需求单时段发电量需2.55kw，考虑到系统自身消耗和转换效率，光伏组件功率应为2.55kw/0.8=3.18kw左右。综合考虑造价成本和安装空间限制，最后选择12片265w光伏板，合计总功率265W*12pcs=3180w。

B．光伏控制器：综合考虑市场上锂电池产品成熟性、容量、价格（某宝上通信类电源和锂电池性价比还是不错的）和逆变转换效率、放置空间等因素，选择直流48V电源系统。光伏组件功率3.18kw，系统电压48V，最大电流为：3180w/48V=66.25A，控制器选择电压48V，电流大于60A。控制器作为系统中的一个核心部件，除了电压电流符合要求外，其他几个方面也需要注意：支持远程控制，系统状态监控，运行数据提取等功能；转换效率要高，建议选择MPPT的控制器，转换效率可以到达97%左右，但价格稍贵。（PWM的控制器转换效率会比较低，但价格便宜）

C．逆变器综合考虑造价成本和实际用电情况，单小时最大用电功耗约5.3kw，逆变器功率留有一定冗余，逆变器功率选择6kw，家用电源电压交流220V，直流输入48V。逆变器参数除电压和功率以外还应注意一定要选择纯正弦波逆变器（修正波逆变器功率效能会比较差，有些家用电器不能用），最好是工业用逆变器，功率不虚标，性能稳定，如果带远程控制和监控功能更好。

D．蓄电池考虑到日用电量和备电2天的要求，蓄电池功率容量28kw，蓄电池电压为48V，蓄电池容量需要580HA。市面上常见的电池有铅酸电池和锂电池：铅酸电池价格便宜，单体积大重量大，寿命短，环境温度要求高（环境温度对寿命影响大）；锂电池价格贵，体积小重量轻，寿命长，环境温度要求低（环境温度对寿命影响大）。另外，通信用铁锂电池可以支持远程通信和监控功能，使得后续电池管理成为可能。综合考虑蓄电池寿命和造价、管理、安装空间等因素，最终选择48V50HA铁锂电池，10块。

E．双电源切换开关双电源切换开关用于光伏电源和市电切换，按照单小时最大用电功耗约5.3kw计算，并且考虑到容性和感性负载的瞬时电流（空调冰箱的压缩机、风扇的马达电机等电器都属于感性负载），切换开关功率要是5.3kw的2.5倍功率，承载电流为5300w*2.5倍功率/220V=60A；为确保无感切换，切换开关切换时间应小于30ms。通过对比最终选择了一款二开二闭的大功率继电器作为双电源切换开关，电流120A（预留了一些功率冗余，还有就是考虑到可能会有电流值虚标），吸合时间小于30ms，释放时间小于15ms。

F．大功率继电器大功率继电器用于蓄电池低压保护，逆变器最大功率6000w，蓄电池放电最大电流6000w/48V=125A，逆变器属于容性负责，继电器保留一定冗余，选择48V 200A大电流继电器。如果逆变器具备直流输入低压脱离保护功能的话可以不用考虑大功率继电器。

G．各种空开光伏组件单路控制，每一组光伏板一个空开，空开电流规格10A左右。光伏组设置总开关一个，根据每组电流之和进行叠加，光伏总空开电流规格40A。蓄电池组单路控制，每一组蓄电池一个空开，空开电流规格50A左右。蓄电池组设置总开关一个，根据蓄电池放电最大电流再留一定冗余，选择150A~200A左右。逆变器交流输出端设置交流空开一个，考虑到用电总功率和容性感性负载，并留一定冗余，选择空开规格63A。我的光伏系统全部放置在室外，考虑到防雷安全，加装交流防雷组件和接地。注意，光伏组件和蓄电池部分都属于直流电，应选择直流空开，逆变器交流输出属于交流电应选择交流空开。

H．各种线缆光伏组件连线需要使用MC4防水接头。光伏组件电压和电流较小，我布置的距离较近最远的30米，统一采用4平方国标铜芯线。控制器到蓄电池汇流配距离不到1米，承载最大电流35A左右，采用16平方国标铜芯线。蓄电池汇流排到逆变器的距离不到1米，承载最大电流125A左右，采用双路16平方国标铜芯线。蓄电池汇流排到蓄电池距离最远的7米左右，单体电池最大放电电流50A左右，但是实际上10块电池并联后，单体电池放电电流不会超过15A，所以采用6平方国标铜芯线。逆变器交流输出到入户空开箱距离30米左右，考虑到系统最大输出功率6kw，采用3*6平方国标铜芯线。控制器、逆变器、光伏支架、直流线缆屏蔽层均采用6平方接地线进行防雷接地保护。
注意，线缆线径选择要严格按照国家标准根据需承载的电流大小和距离进行计算，避免负载重、电流大、线径小导致安全隐患。室外安装的设备要注意防雷保护，设置避雷针和接地。

I．光伏支架我所在的城市是福建福州，夏天台风比较多，抗风要求比较高。光伏支架要能承载光伏板重量和抗15级大风，我选择41*52*2的U型热镀锌成型钢，10mm不锈钢螺丝螺母紧固，加厚加大压片，14mm*15cm膨胀螺丝对地固定。
一套支架安装三块光伏板，四点落地，纵宽3.2米支撑跨度2.5米。

根据系统设计要求进行设备材料选型后，根据资金预算到市场和某宝进行采购。

4、施工采购的设备和材料陆续到货，开始分批施工。本人爱好DYI，动手能力自然也不会太差，综合评估工程量，打算自己动手施工。

A．先安装光伏支架测量安装空间和方位，设置光伏组件倾角。通过上网查询福州地区经纬度和日照角度等信息，福建省光伏板倾角参考相关数据见下表：

根据场地和倾角要求计算支架支撑钢材尺寸并进行裁切。

现场照片、施工照片、完工照片

B．配电箱改造接下来改造配电箱，增加光伏电源空开、防雷模块、光伏电表、双电源切换开关。

光伏电源空开、防雷模块、光伏电表

双电源切换开关

C．控制器和逆变器安装由于住的是小区楼房，房子小，房间里没有空间放置光伏控制器、逆变器和电池，只好采购室外型机柜，将控制器、逆变器、光伏组件汇流空开、蓄电池汇流空开和蓄电池安装在室外机柜里。

D．太阳能光伏系统图系统图前面已经贴过了，再贴一下。光伏组件、光伏汇流空开、控制器、蓄电池汇流空开、蓄电池、逆变器以及配电箱等设备的进出线、地线都是按照光伏系统图进行连接和布置的。

E．各设备间线缆连接时务必注意直线电正负极不要接错，否则经是灾难性的事故，如果不懂得电工方面知识的朋友还是找专业人士帮忙，每个部分连接前注意是否带电，是否有短路情况，一定先断电后再连接，测试电压、极性正确后在合上开关，先前端再后端一步一步上电一步一步测量。

5、系统调测

A．根据上面的步骤给系统上电后，分别测量每组光伏组件电压、电流是否正确？是否一致？每块蓄电池电压是否正确？是否一致？控制器、逆变器指示灯是否正常，输入输出电压是否正常。
B．光伏控制器联机：

光伏控制器

控制器参数

控制器接口

这个控制器支持RS485通信，可以使用RS485-USB转接线或者RS485-wifi模块通过上位机连接电脑或者手机终端进行远程设置和监控。  根据控制器说明书设置端口参数进行联机，联机后可以看到控制器采集到的相关信息。

C．联机后根据蓄电池参数设置光伏控制器里充电浮充电压、均充电压、充电电流、高低压保护电压等参数。

D．控制器和蓄电池正常之后，对逆变器进行上电，观察逆变器指示灯、告警、检测到的电压以及输出频率、波形、功率是否正常。

E．通过合上、断开光伏电源测试双电源切换开关工作是否正常和稳定。

6、上线运行一切调测正常后，正式接入入户空开，加载用电设备。持续对系统稳定性观察一周，并做好相关记录。

写在最后：

A．投入成本见下表：

B．日发电量

C．投资效益分析

我的大概投资三万元左右，其中锂电池成本一万八千多，占了投资的60%。作为离网储能系统仅自用，民用电电费0.5元左右（不考虑阶梯电价和峰谷电价的情况），假设锂电池寿命够长，需要大约13年收回成本。锂电池理论寿命充放电次数2000到5000次，假设锂电池真的可以充放电2000次，平均两天完全循环一次（白天太阳能发电时可以给设备供电和电池充电，很少会蓄电池放电，晚上用电全部靠蓄电池放电，春秋冬季用电量少的时候蓄电池放电比较浅），锂电池可以使用十年，十年后再更新一组新电池，这样的话需要大约20年才能收回成本。综上所述，投资效益不高。

如果采用并网买电，获取国家补贴的方式，不需要采购蓄电池，总投资成本大约一万五左右应该可以搞定，按补贴电价0.8元计算（各地补贴价格不同），大约需要4年收回成本，投资效益还算可以。

yehu · 发表于 2020-8-25 09:54:29

whgf 发表于 2020-8-19 12:10
来早了，图还没有传上来。
想知道能效比、投入和产出，这是大家最关心的。
...

请见36楼的更新！由于只是个人经验，不是大数据样本分析，所以仅供参考！欢迎大家一起交流探讨，谢谢关注！

yehu · 发表于 2020-8-25 09:56:43

luo0271127 发表于 2020-8-19 12:18
继续，后面怎么就没有了，说说相关技术方面的问题，我的电池板已经搭建好了。 ...

你好！请见36楼的更新内容，欢迎大家来拍，技术问题大家一起交流探讨！

yehu · 发表于 2020-8-25 09:58:35

jjloveyuzhu 发表于 2020-8-20 13:26
我家楼顶有150平方，楼主快发方案，大家有地方安装的好借鉴

你好！请见36楼的更新，欢迎交流探讨！

yehu · 发表于 2020-8-25 09:59:30

dongdong 发表于 2020-8-19 19:53
断篇了;;???

你好！请见36楼的更新，欢迎交流探讨！

yehu · 发表于 2020-8-25 10:08:05

无可奈何发表于 2020-8-21 13:25
楼主如果可以麻烦你多发点图片，谢谢。
还想请教一些疑问：
抗风能力15级，楼主是沿海的吗？？？

你好！请见36楼的更新，欢迎交流探讨！
坐标福建省福州市，沿海地区，台风天多。
后来淘到了二手通讯工程用的直流分配模块，拆进去研究了下，内部汇流双向通路，自带防雷功能，带过流保护，单路电流30A，刚好可以用，代替空开组，节省了安装空间还降低了成本。

yehu · 发表于 2020-8-25 10:10:07

congzehao 发表于 2020-8-23 09:57
很厉害，但是前期投入有点高啊

请见36楼的更新！由于只是个人经验，不是大数据样本分析，所以仅供参考！欢迎大家一起交流探讨，谢谢关注！

yehu · 发表于 2020-8-25 16:59:56

无可奈何发表于 2020-8-25 16:56
蓄电池是三元锂电池还是磷酸铁锂？？？据很多前辈说，磷酸铁锂是很不错的选择。 ...

双登的4850通信用蓄电池，磷酸铁锂电池。据说寿命可以到3000次充放电。

yehu · 发表于 2020-8-25 17:19:06

180066542 发表于 2020-8-25 17:02
楼主请教下，通信磷酸铁锂电池寿命是多久，可以到10年嘛

无论什么电池使用寿命都与使用方法、保护、环境温度有关，磷酸铁锂电池耐高温、循环性能好、大电流充放电性能好，但低温性能较差，过充、放电对磷酸铁锂电池影响较大，所以保护和温度对寿命影响较大。单是充放电方面磷酸铁锂电池理论循环次数可以达到5000次，容量还可以保持80%左右，排除电池工艺导致的质量问题，理论上每天一充寿命可以达到7-10年左右。

yehu · 发表于 2020-8-27 16:57:21

se7ens 发表于 2020-8-27 14:12
楼主可以补充一下铅酸电池的成本和效益吗，对比看下有没有优势？
问下老家300平的房顶，帮忙看下能装多大容 ...

你好！
铅酸电池的成本会便宜一些，500AH48V的电池组预计11000元左右。
但是铅酸电池对环境温度要求比较高，低温高温都会影响寿命，保护好的情况下充放电次数800~1000次。
以下数据仅供参考：循环次数（25°C）
30%放电深度：1700 次 (12V/6V) 2000 次 (2V)
50%放电深度：800 次 (12V/6V) 1000 次 (2V)
100%放电深度：400次 (12V/6V) 500 次 (2V)

投资效益要根据几方面进行评估：
1、系统方案、容量、功率、设备选型等？
2、电池、设备寿命等？
3、离网储能自用还是并网卖电赚补贴？

可以按每平方建设100W光伏板功率计算，300平方的建设面积大约可以建设30000W光伏板功率。
另外面积与光伏板容量还跟场地情况、房屋承重等条件相关。

yehu · 发表于 2020-8-31 17:14:30

无可奈何发表于 2020-8-31 13:23
楼主不要太懒了，该更新帖子了

在36楼有更新，请转至36楼，欢迎一起交流探讨，谢谢！

yehu · 发表于 2020-8-31 17:24:24

lxlhaohan 发表于 2020-8-27 17:48
楼主，你好！你用的这个6KW的逆变器空载电流是多大？价格挺合适的，可否发个购买连接？ ...

我这个6KW的逆变器空载功率50w左右，转换效率85%，感觉效率不高，当时淘的工程剩余的库存机。
建议可以采用逆控一体机，价格比单逆变器稍高一点，但是空间占用和监控、维护上都会比较简单。相比控制器+逆变器的方案价格可能还更优优势。

yehu · 发表于 2020-8-31 17:32:37

音乐小麦发表于 2020-8-28 22:14
请问用铅酸蓄电池可以用多少年？磷酸铁锂又是多少？

铅酸电池对环境温度要求比较高，低温高温都会影响寿命，保护好的情况下充放电次数800~1000次。
以下数据仅供参考：循环次数（25°C）
30%放电深度：1700 次 (12V/6V) 2000 次 (2V)
50%放电深度：800 次 (12V/6V) 1000 次 (2V)
100%放电深度：400次 (12V/6V) 500 次 (2V)

锂电池对环境温度要求比较低，理论充放电次数可以达到3000~5000次。

使用年限跟蓄电池使用情况关系很大，及离网储能方案中配置的蓄电池的容量大小和充放电深度决定了使用寿命。我的方案中配置的电池容量是满足两天的用电量，简单粗暴的按照2天一次充放电循环计算的。