Berechnungsbeispiel eines kleinen autonomen Photovoltaik (PV) -Haus
2kW-Solar-PV-Anlage an Campusübergängen in Briarcliff (Foto von Soenso Energy)
Beispiel
- Arraygröße: 10, 12 Volt, 51 Watt Module; Isc = 3,25 Ampere, Voc = 20,7 Volt
- Batterien: 800 Amperestunden bei 12 Volt
- Ladungen: 5 Ampere Gleichstrom und 500 Watt Wechselrichter mit 90% Wirkungsgrad.
Beschreibung
Die PV-Module werden auf dem Dach montiert. Einadrige Kabel werden verwendet, um die Module an eine Dachanschlussdose anzuschließen. Mögliche umgekehrte Fehlerströme zeigen an, dass ein PV-Combiner mit einer Seriensicherung für jedes PV-Modul verwendet werden muss.
UF-Zweileiter-Mantelleitung wird vom Dach bis zur Leitstelle genutzt.
Körperlicher Schutz (Holzbarrieren oder Rohrleitungen) für das UF-Kabel wird bei Bedarf verwendet. Das Kontrollzentrum, in Abbildung 1, enthält Trenn- und Überstromvorrichtungen für das PV-Array, die Batterien, den Wechselrichter und den Laderegler.
Abbildung 1 - Kleines Standalone-System für Wohnräume
Berechnungen
- Der Strom des Modulkurzschlusses ist 3,25 Ampere.
- DAUERSTROM: 1,25 × 3,25 = 4,06 Ampere
- 80% BETRIEB: 1,25 x 4,06 = 5,08 A pro Modul
Die maximal geschätzte modulbetriebene Temperatur beträgt 68 ° C.
Ab NECTable 310.17:
- Der Derating-Faktor für USE-2-Kabel beträgt 0,58 bei 61-70 ° C.
- Das Kabel 14 AWG hat bei 68 ° C eine Stromstärke von 20,3 Ampere (0,58 x 35) (max Sicherung ist 15 Ampere).
- Kabel 12 AWG hat bei 68 ° C eine Stromstärke von 23,2 Ampere (0,58 x 40) (Die maximale Sicherung beträgt 20 Ampere).
- Das Kabel 10 AWG hat bei 68 ° C eine Stromstärke von 31,9 Amperemax Sicherung ist 30 Ampere).
- Kabel 8 AWG hat eine Ampazität bei 68 ° C von 46,4 Ampere (0,58 x 80).
Das Array ist in zwei Sub-Arrays mit fünf Modulen unterteilt.
Die Module in jedem Subarray werden aus verdrahtetModulverteiler an den PV-Combiner für dieses Subarray und dann an den Arrayverteiler. Die Kabelgröße 10 AWG USE-2 wird für diese Verdrahtung ausgewählt, da sie unter diesen Bedingungen eine Stromstärke von 31,9 A hat und dies für jedes Subarray erforderlich ist 5 x 4,06 = 20,3 Ampere.
Mit einer Isolierung von 75 ° C bewertet, weist ein 10-AWG-Kabel bei 30 ° C eine Stromstärke von 35 A auf, was über dem tatsächlichen Bedarf von 20,3 A (5 x 4,06) liegt.
In der Array-Anschlussdose auf dem Dach werden zwei 30-A-Sicherungshalter für Sicherungszwecke verwendet, um die 10 AWG-Leiter vor Überstrom zu schützen. Diese Sicherungen erfüllen die Anforderung von 25,4 Ampere (125% von 20,3) und eine Bewertung haben, die unter der herabgesetzten Kabelstromstärke liegt.
Entsprechend herabgesetzte Kabel müssen verwendet werden, wennAnschluss an Sicherungen, die nur für 75 ° C-Leiter geeignet sind. Ein 60-Ampere-Schutzschalter im Schaltkasten dient als PV-Trennschalter und Überstromschutz für das UF-Kabel.
Die Mindestbewertung wäre 10 x 3,25 x 1,56 = 51 Ampere.
Der NEC erlaubt die nächst größere Größe; in diesem Fall 60 Ampere, die das 70-A-Kabel schützen. Für den Batterietrenner werden zwei einpolige, herausziehbare Sicherungshalter verwendet. Die Ladekreissicherung ist ein RK-5-Typ mit 60 Ampere.
Der Wechselrichter hat eine Dauerleistung von 500 Watt bei der niedrigsten Betriebsspannung von 10,75 Volt und eine Effizienz von 90% auf dieser Leistungsstufe. Die Dauerstromberechnung für die Eingangsschaltung ist 64,6 Ampere ((500 / 10,75 / 0,90) x 1,25).
Die Kabel von der Batterie zur Zentrale müssen den Wechselrichteranforderungen von 64,6 A sowie den Gleichstromanforderungen von 6,25 A (1,25 x 5) entsprechen.
Ein 4-AWG-THHN hat eine Stromstärke von 85 Ampere, wenn es in einem Kabelkanal platziert und mit 75 ° C-Isolierung bewertet wird. Dies übertrifft die Anforderungen von 71 Ampere (64,6 + 6,25). Dieses Kabel kann im benutzerdefinierten Power Center verwendet und von den Batterien zum Wechselrichter geführt werden.
Das Entladungskreis-Sicherung muss mindestens bewertet werden 71 Ampere. Ein 80 Ampere Sicherung verwendet werden, was geringer ist als die Stromstärke des Kabels.
Der Erdungselektrodenleiter ist 4 AWG und beträgtso dimensioniert, dass sie mit dem größten Leiter des Systems übereinstimmt, der die Array-to-Controlcenter-Verdrahtung darstellt. Diese Größe wäre für eine mit Beton ummantelte Erdungselektrode geeignet. Erdungsleiter für Geräte für das Array und den Ladekreis können auf Basis der 60-A-Überstromgeräte 10 AWG betragen.
Die Gerätemasse für den Wechselrichter muss eine sein 8 AWG-Leiter basierend auf 80-A-Überstromgerät. Alle Komponenten sollten mindestens eine DC-Nennspannung von haben 1,25 x 20,7 = 26 Volt.
Referenz: Photovoltaik-Energiesysteme und der National Electrical Code 2005 - John Wiles Südwest Technology Development Institute der New Mexico State University