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電路系統

PV系統基本上由PV陣列(PV Array)、直流箱、交流箱及換流器構成,PV陣列至交流箱為直流(DC)電路,由交流箱直流電路經換流器輸出成交流(AC)再至交流箱開關設備,由開關設備與交流市電併接。

PV系統主要組成

PV電路系統單線圖範例

當換流器裝置位置與PV陣列相鄰近時,直流箱與交流箱可合併使用,線路縮短可以降低施工費用及線路損失,系統簡化的好處也會讓日後維護更容易,因此PV系統各項設備儘可能集中,減少佈線來提高整體效能。

直流箱與交流箱合併使用
直流電路

PV陣列上模板間配線所使用線材需考慮適用屋外環境材質,可採耐候XLPE(交連PE)單蕊電力電纜,避免導線被覆劣化,影響絕緣強度而危及系統運作及安全;線路並須以管路或線槽加以保護,延續使用年限。當直流箱與換流器距離較遠時,此段線路不單是電流容量考量,壓降要保持在2%以下,避免由於壓降降低了整體效率。

直流箱

直流箱通常設置於PV陣列附近,材質以不袗、ABS與PC為主,防護等級最少應IP54以上(最好IP65),加上安全鎖扣裝置,避免雨水滲入。直流箱內主要元件有斷路器(Circuit Breaker)、阻隔二極體(Block Diode)及避雷器(Lightning Arrester),斷路器的選定應能耐PV陣列開路電壓,在一般市售斷路器(俗稱無熔絲開關 NFB)中,通常額定電壓為250V級,低於PV陣列大約300~400V開路電壓,可選用歐美系統440V斷路器。

阻隔二極體(Blocking Diode)通常置於直流箱內,在模組輸出電壓較高會以多組列配置之場合,可將阻隔二極體於陣列連接時於直流箱外同時處理來簡化佈線,唯二極體連接點需避免雨水浸入,造成將來組列接觸不良現象。

阻隔二極體置於直流箱內

避雷器LA(Lightning Arrester)以尖端放電原理,當模組遇有雷擊時,將異常電壓旁路至大地,因此接地電阻必需良好,接地極儘可能單獨不要與其他設備共同接地,以免接地異常電壓損壞其他設備。

阻隔二極體置於直流箱外

當直流箱與交流箱距離較遠,而且兩個箱體間以架空方式配線,將避雷器移至交流箱,可確實有效保護換流器安全。

避雷器接近換流器端可確實達到保護效果

避雷器很多以突波吸收器代替,突波吸收器在動作一次後常呈短路現象,此時即需更換,要不然太陽能陣列輸出變成接地,換流器在偵測陣列接地時,即視為故障情形而停止換流器運作。

交流電路

由直流箱引接至交流箱電路一部分為PV陣列輸出電路,該電路採用之斷路器耐壓等級應與直流箱斷路器相同,經換流器轉換成AC 110V或220V電壓所使用斷路器可採一般250V級市售品。

交流箱

交流箱除了斷路器外,用以計測PV系統發電度數的仟瓦時計(俗稱電度表或電表)可置於箱內,仟瓦時計依電流容量不同有10、20、30及50A之分,選擇小電流仟瓦時計搭配比流器CT(Current Transformer),實際電度數以電表讀值再乘以比流器比值,這樣可以避免交流箱體積過於龐大困擾。

市電併聯點

換流器交流輸出要與市電併聯,不需併至總關關,選擇鄰近分電盤併入即可,一般家庭PV模板如置於屋頂,併入點應是頂樓分電盤。

阻隔二極體置於直流箱外

PV系統在非常接近併入點時,不但可省略交流箱,線路損失也可降至最低,系統簡化日後維護更方便。

因應將來再生能源法一旦實施,有可能採PV系統全部發電量售給電力公司,此時額外以一獨立電表來計測,因此在新建築需預留售電電表位置及PV系統至電表箱之管路。

單相三線電源併聯

換流器輸出直接併至同電壓規格線路即可
換流器輸出規格如為AC 220V,在一般住宅單相三線式電源中,只要併接至AC 220V線路上,不用考慮供結負載是AC 110V,額外再以變壓器分配成110V電壓來供結,仟瓦時計KWH以淨電能來計測,變壓器設備增加系統複雜度,降低PV系統整體效益,在晚上還會消耗電能(鐵損)。

三相三線(四線)電源併聯

在中規模PV發電系統中,以多台小容量換流器共同擔任轉換電能工作已漸成趨勢,將單相小容量換流器平均分配至三相三線(四線)電源電路中,讓電路儘可能保持平衡。

多換流器併至三相電源需考慮平衡問題

發電量計費

併網型換流器輸出之發電量有餘電與全數售電給電力公司兩種,在再生能源法未實施前係採餘電售電,在取得台電併聯許可文件同時,台電會更換電子式雙向電表,將用戶買電與餘電售電度數分開累計,雖然與台電訂有購售電合約(目前1.52元/度),事實上台電在結算電費時是以1:1可扣抵方式,即實收用電度數=買電度數-餘電售電度數,這種計算方式,餘電每度電平均有3元左右經濟效益。

具雙向計測電子式電表
接地問題

電路系統中非帶電金屬部分依經濟部部頒布屋內線路裝置規則,必須施行接地,因此舉凡太陽能模板、換流器、直/交流箱外殼均須接地,依規定需按第三種地線工程,其接地電阻保持在50歐姆以下。


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