Berechnungsbeispiel für ein kleines Photovoltaik- (PV-) Wohn-Stand-Alone-System

Photovoltaik Steuererklärung | Elster Tutorial | Steuererklärung selber machen (Juli 2019).

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Anonim

2kW Solar PV Array auf Campus-Kreuzungen in Briarcliff (Foto von Soenso Energy)

Beispiel

- Array-Größe : 10, 12 Volt, 51 Watt Module; Isc = 3, 25 Ampere, Voc = 20, 7 Volt
- Batterien: 800 Amperestunden bei 12 Volt
- Lasten: 5 Ampere Gleichstrom und 500 Watt Wechselrichter mit 90% Wirkungsgrad.

Beschreibung

Die PV-Module sind auf dem Dach montiert. Einadrige Kabel verbinden die Module mit einer Dachanschlussdose. Potenzielle umgekehrte Fehlerströme zeigen an, dass für jedes PV-Modul ein PV-Kombinator mit einer Vorsicherung verwendet wird.

UF-Zweileiter-Mantelleitung wird vom Dach bis zur Leitstelle eingesetzt.

Falls erforderlich, wird ein physischer Schutz ( Holzbarrieren oder -rohr ) für das UF-Kabel verwendet. Das in Abbildung 1 dargestellte Kontrollzentrum enthält Trenn- und Überstromgeräte für das PV-Array, die Batterien, den Wechselrichter und den Laderegler.

Abbildung 1 - Kleines Stand-Alone-System

Berechnungen

- Der Kurzschlußstrom des Moduls beträgt 3, 25 Ampere.
- FORTLAUFENDER STROM: 1, 25 · 3, 25 = 4, 06 Ampere
- 80% BETRIEB: 1, 25 x 4, 06 = 5, 08 Ampere pro Modul

Die maximale geschätzte Modulbetriebstemperatur beträgt 68 ° C.

Aus NECTable 310.17:

  • Der Derating-Faktor für USE-2-Kabel beträgt 0, 58 bei 61-70 ° C.
  • Kabel 14 AWG hat eine Strombelastbarkeit von 20, 3 A (0, 58 x 35) bei 68 ° C ( max. Sicherung 15 A ).
  • Kabel 12 AWG hat eine Strombelastbarkeit von 23, 2 Ampere (0, 58 x 40) bei 68 ° C ( maximale Sicherung ist 20 Ampere ).
  • Kabel 10 AWG hat eine Strombelastbarkeit von 31, 9 Ampere (0, 58 x 55) bei 68 ° C ( maximale Sicherung beträgt 30 Ampere ).
  • Kabel 8 AWG hat eine Strombelastbarkeit bei 68 ° C von 46, 4 Ampere (0, 58 × 80).

Das Array ist in zwei fünfmodulige Sub-Arrays unterteilt.

Die Module in jeder Untergruppe werden von der Modulverbindungsbox zu dem PV-Kombinierer für diese Untergruppe und dann zu der Feldverbindungsbox verdrahtet. Für diese Verdrahtung wurde die Kabelgröße 10 AWG USE-2 ausgewählt, da sie unter diesen Bedingungen eine Amperezahl von 31, 9 Ampere aufweist und die Anforderung für jedes Teilarray 5 x 4, 06 = 20, 3 Ampere beträgt.

Bei einer Isolation von 75 ° C hat ein 10-AWG-Kabel eine Strombelastbarkeit von 35 Ampere bei 30 ° C, was größer ist als die tatsächliche Anforderung von 20, 3 Ampere (5 × 4, 06).

In der Array-Verteilerdose auf dem Dach werden zwei 30-A-Sicherungs-Ausziehhalter verwendet, um einen Überstromschutz für die 10-AWG-Leiter bereitzustellen. Diese Sicherungen erfüllen die Anforderung von 25, 4 Ampere ( 125% von 20, 3 ) und haben eine geringere Nennleistung als die verringerte Strombelastbarkeit.

In dieser Verbindungsbox werden die zwei Teilarrays zu einem Array-Ausgang kombiniert. Die Strombedarfsanforderung beträgt 40, 6 Ampere (10 x 4, 06). Ein 4-AWG-UF-Kabel ( 4-2 w / gnd ) wird für den Lauf zur Steuerbox ausgewählt. Es arbeitet bei einer Umgebungstemperatur von 40 ° C und hat eine temperaturkorrigierte Stromtragfähigkeit von 86 Ampere (95 x 0, 91) . Dies ist ein 60 ° C- Kabel mit 90 ° C-Leitern und die Endstromstärke muss auf den 60 ° C-Wert von 70 Ampere beschränkt werden, was in diesem Beispiel geeignet ist.

Beim Anschluss an Sicherungen, die nur für den Einsatz mit 75 ° C-Leitungen ausgelegt sind, müssen entsprechend dimensionierte Kabel verwendet werden. Ein 60-A-Leistungsschalter in der Steuerbox dient als PV-Trennschalter und Überstromschutz für das UF-Kabel.

Die minimale Bewertung wäre 10 × 3, 25 × 1, 56 = 51 Ampere.

Der NEC ermöglicht die nächst größere Größe; in diesem Fall 60 Ampere, die das 70-Ampere-Kabel schützen wird. Für den Batterietrennschalter werden zwei einpolige herausziehbare Sicherungshalter verwendet. Die Sicherung des Ladekreises ist ein 60-Ampere-RK-5-Typ.

Der Wechselrichter hat eine Dauerleistung von 500 Watt bei der niedrigsten Betriebsspannung von 10, 75 Volt und einen Wirkungsgrad von 90% bei diesem Leistungsniveau. Die Dauerstromberechnung für die Eingangsschaltung beträgt 64, 6 Ampere ((500 / 10, 75 / 0, 90) × 1, 25) .

Die Kabel von der Batterie zur Zentrale müssen die Anforderungen des Wechselrichters von 64, 6 Ampere zuzüglich der DC-Lastanforderungen von 6, 25 Ampere (1, 25 x 5) erfüllen.

Ein 4-AWG-THHN hat eine Stromstärke von 85 Ampere, wenn es in einem Rohr angeordnet und mit 75 ° C Isolierung bewertet wird. Dies übersteigt die Anforderungen von 71 Ampere (64, 6 + 6, 25). Dieses Kabel kann im kundenspezifischen Power Center verwendet werden und von den Batterien zum Wechselrichter geführt werden.

Die Entladekreissicherung muss mindestens 71 Ampere haben . Es sollte eine 80-Ampere-Sicherung verwendet werden, die geringer ist als die Strombelastbarkeit des Kabels.

Der DC- Lastkreis ist mit einem 10-AWG-NM-Kabel ( Ampere von 30 Ampere ) verdrahtet und mit einem 15-Ampere-Leistungsschalter geschützt.

Der Erdungselektrodenleiter ist 4 AWG und ist so bemessen, dass er zu dem größten Leiter in dem System passt, der die Verdrahtung von Array zu Steuerzentrale ist. Diese Größe wäre für eine betonummantelte Erdungselektrode geeignet. Geräteerdungsleiter für das Array und den Ladestromkreis können 10 AWG basierend auf den 60-Ampere-Überstromgeräten sein.

Die Gerätemasse für den Wechselrichter muss ein 8-AWG-Leiter sein, der auf dem 80-Ampere-Überstromgerät basiert. Alle Komponenten sollten mindestens eine Gleichspannung von 1, 25 x 20, 7 = 26 Volt haben .

Referenz: Photovoltaische Energiesysteme und der National Electrical Code 2005 - John Wiles Southwest Technologieentwicklungsinstitut New Mexico State University

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