Установка солнечных панелей на крыше с микроинверторами

В этом руководстве описывается установка солнечной установки на крыше, от планирования до использования в полном объеме.

Глоссарий:

Солнечная панель — серийно выпускаемая панель, состоящая из нескольких последовательно соединенных кремниевых фотоэлектрических элементов, установленных на стекле.
Инвертор — твердотельное электронное устройство, вырабатывающее переменный ток из источника постоянного тока.
MPPT — Maximum Power Point Tracking, алгоритм для регулировки тока, потребляемого солнечной панелью, для максимального увеличения мощности.
Сеть — распределительная электросеть, управляемая энергокомпанией.
Связанная с сетью — система, которая подключена к электросети и подает на нее электроэнергию.
Микроинвертор — устройство, сочетающее в себе контроллер MPPT и инвертор, подключенный к сети, который принимает мощность постоянного тока от небольшого количества панелей и преобразует ее в мощность переменного тока с тем же напряжением, частотой и фазой, что и электросеть, чтобы получить кредит на электроэнергию. сгенерировано. В отличие от строкового инвертора, инвертор большего размера, чем потребляет энергию от большего числа последовательно соединенных панелей, или инвертор вне сети, который будет обеспечивать мощность переменного тока при отсутствии сетевого питания.

Шаг 1. Планирование

Первый шаг — выяснить, разрешено ли вам подключать систему к сети или создавать систему вообще.

Поскольку вам необходимо подключить сетевую систему к электросети, вам необходимо разрешение от электросети. Вам также может потребоваться разрешение от органа планирования. Типичным предварительным условием является наличие умного счетчика, способного работать в обратном направлении. Итак, первое, с чего нужно начать, — это веб-сайт вашей электросети, чтобы узнать, что это за процедура.

Мое коммунальное предприятие не позволяет домовладельцам вырабатывать значительно больше энергии в год, чем они потребляют, поэтому мне пришлось задокументировать ожидаемое использование от всех нагрузок (отопление, охлаждение, зарядка электромобилей, освещение и т. Д.). Они также требуют подробные сведения об оборудовании для привязки к сетке (номера производителя и модели с соответствующей сертификацией). Итак, шаги были:

1. Проверьте требования к коммунальному предприятию.
2. Найдите поставщика
3. Спроектируйте всю систему и выберите микроинвертор
4. Подать заявку в коммунальное предприятие
5. Получите разрешение от коммунального предприятия, чтобы продолжить
6. Получите разрешение на электричество. Также разрешение на строительство, если требуется.
7. Приобретайте материалы у поставщика
8. Установить систему, не подключая ее к сети
9. Пройдите электрический осмотр. Осмотр здания, если требуется.
10. Отправьте копию отчета о проверке в коммунальное предприятие
11. Получите разрешение на подключение системы
12. Включить

Шаг 2: Проектирование системы

Чтобы констатировать очевидное, для установки солнечных батарей нужен солнечный свет. Прямой солнечный свет. Вам нужны места, где панели будут иметь беспрепятственный обзор солнца в течение хотя бы части дня. Существуют различные онлайн-калькуляторы, которые расскажут вам, сколько солнечного света будет получать система в разных местах мира, на основе прошлых средних значений погоды и по сферической геометрии — географическая широта и расчетное положение солнца. Я использую калькулятор PVWatts.

Это предполагает, что ваш вид на небо полностью свободен от деревьев, других зданий, дымоходов, гор и т. Д. Если у вас есть препятствия, вам нужно будет снизить расчетную мощность и установить больше панелей для достижения годовой целевой мощности. Панели очень чувствительны даже к частичному затемнению — они состоят из большого количества (возможно, 60) последовательно соединенных ячеек, и если затенена только одна, ее электрическое сопротивление возрастет, и вся панель будет практически нефункциональной. Поэтому важно, чтобы панель не была частично затемнена чем-то вроде дымохода или навеса. Узкая тень чего-то вроде кронштейна дымохода не критична при условии, что она покрывает лишь небольшую часть любых ячеек.

Конструкция крыши
Обычно панели монтируются на металлические рейки, рейки крепятся на кронштейнах, кронштейны крепятся к крыше. Существуют разные конструкции кронштейнов для разных материалов крыши. Поскольку ожидаемый срок службы панелей составляет около 30 лет, а установка требует значительных затрат времени, разумно установить их на крыше с соответствующим сроком службы, а не на крыше, которая прослужит еще 5 или 10 лет. Панели можно снимать и повторно устанавливать, но сначала вам следует подумать о замене крыши, например, заменить битумную бумагу или деревянную черепицу на металлическую или керамическую черепицу.

Электрические соединения

Панели, которые я использовал, имеют номинальную мощность 300 Вт каждая. Микроинверторы соединяют две панели и генерируют максимум 600 Вт при 240 В. Они оснащены стандартными для отрасли поляризованными разъемами на стороне постоянного тока и системой гирляндного подключения на стороне переменного тока, так что это plug-and-play. К одной цепи 20А можно подключить до 7 инверторов. Таким образом, на каждые 14 панелей должен быть выключатель на 20 А в электрической панели с подходящей проводкой к защищенному от погодных условий коробке для подключения к гирляндной цепи. Также необходима отдельная система заземления, электрически соединяющая рамы панели, рельсы и микроинверторы с заземлением питания. Подробности будут указаны в электрическом кодексе вашей юрисдикции. У меня есть дополнительное требование, чтобы солнечные панели подключались к противоположному концу шины выключателя от источника питания.

Шаг 3. Безопасность

Местные правила могут требовать использования оборудования для защиты от падения при работе на крыше.

Независимо от правил, металлические крыши очень скользкие, особенно когда сидишь или стоишь на коленях, а у меня есть участки с уклоном 1: 1. Без ремня работать невозможно. У меня есть оборудование для скалолазания, в том числе зажимы Jumar, которые позволяют мне останавливаться в любом месте на крыше и переносить весь свой вес на подвеску без помощи рук. В моем первом доме я использовал страховочное устройство с узлом, но Джумар был намного проще. На первой крыше я установил рым-болт в балке стены из пони и пропустил веревку через гребень, чтобы работать на другой стороне. В своем втором доме я привязал веревку к снежной ограде. Поскольку я установил панели с обеих сторон, у меня было две веревки, по одной в каждую сторону.

Инструменты и другие предметы могут очень легко соскользнуть с крыши. Они могут ударить кого-нибудь снизу, но, кроме этого, просто раздражает необходимость их подбирать. Иногда я закреплял инструменты с помощью шнурка или хранил их в ящике, который не скользил. Подняв рельсы, вы можете поставить на них ящики.

Шнуры питания и защитные провода представляют собой опасность споткнуться. Однажды я наступил на свободную веревку на металлическую крышу; это было все равно что наступить на кусок мыла. Я упал и ударился головой; ремни не давали мне соскользнуть с крыши, но локоть болел несколько месяцев.

Солнечные панели генерируют напряжение, когда находятся на солнце (это очевидно). Однако предварительно подключенные разъемы имеют кожухи, поэтому риск прикосновения к проводникам невелик. Чтобы панель не находилась под напряжением, вы можете накрыть ее листом картона или резиновым ковриком.

Шаг 4: Макет

Вам нужно решить, сколько панелей будет размещено на каких секциях крыши, что повлияет на количество требуемых микроинверторов и необходимые электрические соединения, а также на количество направляющих и кронштейнов.

Рельсовая система предназначена для установки панелей бок о бок, разделенных зажимом. Таким образом, длина рельса равна ширине одной панели плюс ширина одного зажима, умноженная на количество панелей, плюс еще одна ширина зажима плюс некоторый запас на концах. Рельсы можно удлинить с помощью соединительной детали. Вам нужно немного места по краям, чтобы безопасно получить доступ к работе — может быть, пару футов. Если есть вентиляционные трубы или дымоходы, которых следует избегать, например, оставьте место в решетке. Кронштейны обычно устанавливаются на вертикальные стропильные фермы. Направляющие размещаются горизонтально поперек кронштейнов, а панели — вертикально поперек двух направляющих. Такое расположение дает наибольшую гибкость в том, где можно расположить панели.

Ориентация крыши не особенно важна, за исключением того, что в северном полушарии крыша, обращенная на север, не будет видеть много солнца. При привязке к сети важна совокупная годовая энергия, а не мгновенная мощность. Если ваша крыша обращена на восток, вы получите больше энергии утром, но меньше днем. Если он более крутой, вы получите больше мощности зимой, но меньше летом. Доминирующим эффектом является то, что панель производит небольшую мощность, если солнце опускается за горизонт. У меня есть панели, обращенные на восток, юг и запад на площадках 1: 3 и 1: 1, и все они генерируют энергию; см. график.

Если вы работаете по архитектурным планам, не забудьте учесть ракурс панелей из-за наклона крыши. Мои панели имеют длину 65 дюймов на скатной крыше 1: 1, но на плане этажа они будут иметь длину всего 46 дюймов. На двух чертежах в формате PDF показаны панели и направляющие на плане этажа, а панели с реальным соотношением сторон — на искаженном плане.

Панели поставляются с парой гибких проводов с предварительно собранными разъемами. Микроинверторы также поставляются с парами косичек, так что они просто защелкиваются. У меня есть инверторы для двух панелей, а для некоторых — четыре. Инверторы устанавливаются на направляющие под панелями. Поскольку гибкие провода имеют такую ​​длину, инверторы необходимо располагать соответствующим образом, иначе необходимо использовать удлинители проводов. Я счел полезным разместить группу панелей лицевой стороной вниз (на твердой плоской поверхности, чтобы они не были повреждены) и смоделировать соединение, чтобы определить лучшее место. Для четырехпозиционных инверторов я мог подключить три панели напрямую и использовать один удлинительный провод к четвертой. Расстояние между разъемами на шлейфовом кабеле переменного тока также играет важную роль, поскольку каждая группа из двух или четырех панелей должна быть подключена к нему. На одной крыше мне пришлось пропустить одну панель на каждом шаге, чтобы избежать вентиляционных отверстий, в результате чего на каждом шаге оставалось нечетное количество панелей. Одна панель подключается через выступ к инвертору с другой стороны.

Шаг 5: Монтажные кронштейны

Монтажные кронштейны удерживают поручни на крыше. Существуют разные виды кронштейнов, предназначенные для разных типов кровельного материала. Обычно кронштейн крепится к стропильной ферме с помощью болта, протыкающего кровельную мембрану. Также существуют кронштейны, предназначенные для зажима швов металлической кровли.

У моего первого дома была гуммированная / бумажная крыша с композитной черепицей. Кронштейны прикрепляются болтами к стропилам крыши, затем накрываются металлическим экраном, который скользит под черепицей и отводит дождевую воду. Чтобы найти фермы, поскольку у меня был доступ к чердачному пространству, я просверлил пилотные отверстия с обеих сторон фермы снизу, а затем просверлил отверстие сверху между ними, чтобы вставить стопорный болт. Затем я заделал пилотные отверстия, хотя они были защищены щитом.

Для второго дома я намеревался использовать зажимные скобы на швах. Первые кронштейны, которые я попробовал, судя по письменным спецификациям и фотографиям, не подходили к кровельному материалу. Вторые кронштейны идеально подходят для тестового образца кровли, но не тогда, когда крыша была фактически прибита гвоздями с перекрытием швов. Я понял, что зажим зависел от сжатия и защелкивания шва, когда зажим был забит, а с вставленными монтажными гвоздями он не мог двигаться. Перешел на мембранно-пробивной с резиновой прокладкой. На одной крыше у меня был доступ к нижней части, поэтому я мог найти фермы и перенести измерения на верх. В кронштейнах использовался один болт, ввинчиваемый в ферму. На других крышах у меня не было доступа к нижней части, поэтому я использовал другой кронштейн, предназначенный для закрепления на фанерной обшивке с помощью четырех меньших болтов, показанных на фотографии. Опять же, есть резиновая прокладка, но я также применил герметик на отверстиях. Я счел полезным сделать приспособление для просверливания четырех отверстий в металлической крыше для болтов.

Хотя можно установить зажимы для панелей или инверторы поверх зажима для крыши, это намного проще, если вы этого не сделаете. Таким образом, расстояние между скобками должно отражать это.

Шаг 6: Рейки

Далее идут рейки, закрепленные на монтажных кронштейнах. У меня было два разных типа рейков, вероятно, два поколения от одного производителя. Это алюминиевые профили с прорезями для невыпадающих гаек и болтов из нержавеющей стали. Более ранние рейки имели фиксирующую деталь для центрирования болта в рейки с болтами, которые нужно было продвигать вдоль рельса с одного конца. На более поздних рельсах есть кулачковые болты, которые можно вставить в прорезь, а затем повернуть, чтобы они опирались на рельс перед затяжкой. Кронштейны имеют некоторую регулировку по высоте, поэтому крыша не обязательно должна быть идеально ровной. Все детали выполнены из алюминия или нержавеющей стали, чтобы предотвратить коррозию и появление пятен ржавчины. Если вы потеряете гайки или шайбы, замените их нержавеющими. Убедитесь, что вы полностью понимаете, как собираются и размещаются кронштейны и направляющие, прежде чем сверлить в чем-либо отверстия. При резке рельсов убедитесь, что за панелями есть достаточное удлинение, чтобы надежно закрепить внешние зажимы.

Шаг 7: Установка и подключение микроинверторов

Поскольку микроинверторы монтируются под панелями, их необходимо прикрепить к направляющим перед установкой панелей. Используя ранее разработанную схему, прикрутите инверторы к рейкам прилагаемыми невыпадающими болтами. У меня были шайбы с острыми предметами, проникающими через оксид, предназначенные для надежного заземления корпуса инвертора и алюминиевых шин. На зажимах панели есть аналогичные острые предметы для соединения с рамой панели. Поскольку разъемы инвертора являются водонепроницаемыми только в собранном виде, я накрыл инверторы полиэтиленовыми пакетами на случай дождя.

Подключите шлейфовый кабель 240 В к инверторам и закрепите кабельными стяжками. Также проложите заземляющий провод к рельсам. В мой комплект для этой цели входили заземляющие наконечники с острыми предметами.

Шаг 8: Подъем и установка панелей

Стандартные панели имеют удобный размер, который может поднимать и переносить один человек, но не по лестнице в одной руке. Для моей первой крыши я использовал G-образные зажимы, чтобы поднять панели с помощью троса. Позже я просверлил отверстие на одном конце каждой рамы панели и прикрепил временный подъемный болт и проушину с карабином, прикрепленным к веревке. Мне удалось прислонить панель к стене дома, затем сбросить веревку с крыши и закрепить ее, затем поднять панель прямо вверх и опустить на рельсы.

Оказавшись примерно в нужном положении, я переместил карабин на закрепленную на крыше веревку, чтобы удерживать его. Эта веревка была либо прикреплена к страховочной веревке на вершине крыши, либо отдельно прикреплена к снежным рельсам с другой стороны. Затем я установил зажимы панели. Поскольку зажимы удерживают две панели, начиная с одного конца рельса, я полностью затянул концевые зажимы, чтобы удерживать панель, и свободно установил средние зажимы. Затем я переместил веревку к следующей панели, расположил ее, полностью затянул первые средние зажимы, теперь удерживающие две панели, добавил еще два свободных средних зажима и так далее. Подключайте панели к микроинверторам по ходу работы. Иногда это требует перемещения и перестановки панелей и инверторов. В некоторых случаях мне было удобно положить лист фанеры поперек панели, чтобы лечь на него и работать с панелью подальше. Полудюймовый слой должен быть достаточно жестким, чтобы не давить на стекло, и часто может опираться на зажимы и вообще не касаться панели.

На крутой скатной крыше я использовал блок шкива на вершине, что упростило регулировку положения панели. На небольших площадках панели более или менее удерживаются трением, а веревка — всего лишь мера предосторожности.

Если вы сначала разместите нижние панели, то просто сдвиньте верхние на место, пока они не будут стыковаться с нижними.

При подключении микроинверторов запишите, какие панели подключаются к каким входам каких микроинверторов — серийные номера требуются для мониторинга.

Шаг 9: Электромонтаж и ввод в эксплуатацию

Я заказал группы панелей с помощью удлинителя, чтобы убедиться, что все они работают правильно. В более старых микроинверторах использовалась система мониторинга с подключением к сети Ethernet, что позволяло осуществлять мониторинг с портативного компьютера. Более новые используют другой несовместимый монитор, использующий Wi-Fi и приложение для мобильного телефона. В обоих случаях можно увидеть мощность, производимую каждой панелью.

Шлейфовые кабели просто подключаются к инверторам, но конец цепи должен быть подключен к домашней электросети. Убедитесь, что вы полностью понимаете подключение — кабели инвертора могут не соответствовать цветовым соглашениям, принятым в вашей юрисдикции. В моих более старых инверторах был трехжильный кабель для североамериканской расщепленной фазы 240 В, два токоведущих провода и нейтраль, с заземлением отдельно. У моих новых тоже был трехжильный кабель, но с двумя токоведущими жилами и заземлением. В любом случае для рельсов по-прежнему требуется внешнее заземление. Для ввода в эксплуатацию я временно подключил трехжильный кабель к розетке 240 В, изменив подключение для разных инверторов.

Инверторам требуется некоторое время для загрузки и определения характеристик источника переменного тока, чтобы обеспечить его правильное соответствие. Если вы не видите питания от панелей, как только вы их подключаете, подождите немного.

Мой электрический кодекс требует, чтобы проводные соединения выполнялись в водонепроницаемой электрической коробке. У меня есть обычная домашняя проводка с 1-жильными проводниками, входящими в коробку через стену, и водонепроницаемые вводы для многожильного кабеля с последовательной цепью. В одном месте мне пришлось протянуть кабель гирляндной цепи под панелями с помощью гибкой кабины, используя обжимные соединители и водонепроницаемую термоусадочную изоляцию.

Каждая группа инверторов подключается к отдельной электрической коробке, а затем по отдельным кабелям к отдельным парам автоматических выключателей на 20 А в панели выключателей. На одном наборе крыш (показано) есть три коробки, а на другом — два.

Шаг 10: Мониторинг

Системы мониторинга отслеживают накопленную энергию за время, за день, неделю или месяц, а также показывают мгновенную мощность для каждой панели. Я написал некоторое программное обеспечение для сбора мгновенных значений мощности через равные промежутки времени, достаточно простое для старого монитора, подключенного к сети Ethernet, но несколько сложное для нового.

Графики показывают среднюю мощность панели в течение дня для трех разных уклонов крыши, неглубокого скатного гаража на юго-запад, мелкого склона на юг и крутого склона на запад. Днем гараж начинает затеняться деревьями.

График показывает мощность в ложном цвете в определенное время (11:40 AM); поле, выходящее на запад (показано синим), еще не получило много солнца.

Материал переведен для читателей modelist-konstruktor.com