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3kW光伏离网系统设计全过程
2021-03-30


离网型光伏发电系统广泛应用于偏僻山区、无电区、海岛、通讯基站和路灯等应用场所。系统一般由太阳电池组件组成的光伏方阵、太阳能控制逆变一体机、蓄电池组、负载等构成。光伏方阵在有光照的情况下将太阳能转换为电能,通过太阳能控制逆变一体机给负载供电,同时给蓄电池组充电;在无光照时,由蓄电池给太阳能控制逆变一体机供电,再给交流负载供电。



【一离网系统主要部件介绍


01-光伏组件


太阳能供电系统中的主要部分,也是太阳能供电系统中价值最高的部件,光伏组件是将太阳光能直接转变为直流电能的阳光发电装置。根据用户对功率和电压的不同要求,数个光伏组件经过串联(以满足电压要求)和并联(以满足电流要求),形成供电阵列提供更大的电功率。太阳电池的发电量随着日照强度的增加按比例增加。随着组件表面的温度升高而略有下降。随着温度的变化,电池组件的电流、电压、功率也将发生变化,组件串联设计时必须考虑电压负温度系数。


光伏组件有单晶硅组件、多晶硅组件、薄膜组件三种,目前单晶组件占据主流,效率较高,相同面积采用单晶组件总功率较大,但如果是相同功率,三种组件的发电量相差不多。三种组件各有其优缺点,可根据项目的特点选择,单晶效率高,但单价也高,可用于安装面积有限的场合,多晶效率稍低,但价格稍便宜,可用于经费有限的场合,薄膜组件形式多样,有柔情的、透光的,彩色的等多种,可用于BIPV等场合。


02-太阳能控制器和逆变器


主要功能分为两部分,太阳能控制器和逆变器,其作用是对太阳能电池组件所发的电能进行调节和控制,最大限度地对蓄电池进行充电,并对蓄电池起到过充电?;?、过放电?;さ淖饔?,同时把组件和蓄电池的直流电逆变成交流电,给交流负载使用。


控制器的作用是把光伏组件发出来的电,经过追踪和变换,存于蓄电池之中,除此之外,还有?;ば畹绯?,防止蓄电池过充过放等功能??刂破鞒S糜诶胪低?、直流耦合的储能系统中??刂破魇涑鍪堑缌鞯?,也可以单独给直流负载使用。


离网逆变器形式多样化,按输出波形分为修正波逆变器和正弦波逆变器;按电气隔离方式又分为高频正弦波逆变器和工频正弦波逆变器;把控制器和逆变器分开设计,各自单独接线,叫分体式,把控制器和逆变器合在一起,叫一体机,也叫逆控制一体机。


▲古瑞瓦特离网逆变器系列


03-蓄电池组


其主要任务是储能,以便在没有光伏时间段保证负载用电。蓄电池是离网系统中的一个重要组成部分,它的优劣直接关系到整个系统的可靠程度,然而蓄电池却又是整个系统中平均无故障时间(MTBF)最短的一种器件。如果用户能够正常使用和维护,就能够延长其使用寿命,反之其使用寿命会显著缩短,目前光伏储能系统通常的蓄电池都是电化学储能,它是利用化学元素做储能介质,充放电过程伴随储能介质的化学反应或者变化。主要包括铅酸电池、液流电池、钠硫电池、锂离子电池等,目前应用以锂电池和铅蓄电池为主等,它们各自的特点如下表所示。


不同种类蓄电池的优缺点比较

考虑到负载条件、使用环境、使用寿命及成本因素,有成本限制的地方一般选择胶体铅酸免维护电池或者锂电池。用户千万不要因贪图便宜而选择劣质电池,因为这样做会影响整个系统的可靠性,并可能造成更大的损失。



【二】

离网系统设计


例-客户的用电需求和光照情况

照明200瓦每天工作6小时,冰箱50瓦每天工作24小时,电视机50瓦每天工作10小时?;褂邢匆禄?00W,台式电脑200W,电饭锅600W,电风扇150W等家电不定时工作,每天用电量估计如下,客户安装地点在西藏林芝。



西藏林芝光照很好,没有污染,年有效利用小时数为1536小时,每天峰值日照为5.4小时,非常适合安装光伏。


01-系统方案设计


离网逆变器的功率要根据用户的负载类型和功率来确认,用户最大的负载是小电饭锅600W,感性负载总共为400W,最大是150W电风扇,按照感性负载5倍的峰值,因此用户所有负载加起来峰值功率为3kW,考虑到设计裕量,所有负载不也会同时启动,因此逆变器选用3kW的高频离网逆变器,电气参数如下:



组件功率要根据用户每天的用电量来确认。用户每天平均的用电量为12度,当地每天峰值日照为5.3小时,离网系统的效率约为0.8,因此设计采用340W单晶组件9块,容量为3.06kW组件,每用能发16.5度电,除去损耗给到用户大约13度,基本能满足客户需要。



蓄电池容量根据用户无光照时的用电量来确定,白天光伏发电可以不经过蓄电电直接给负载使用,估计用户每天晚上用电量为10度,设计采用10度电的锂电池。



电气方案设计,根据逆变器输入电压最高是150V的限制,组件的开路电压是41.55V,9块组件设计采用3串3并的方式接入逆变器中,逆变器的蓄电池接口电压是48V,10度锂电池接入逆变器中,光伏电缆采用4mm,蓄电池最大充电电流是70A,采用16mm的电缆。为了安全和方便,可以在光伏输入端、蓄电池端,输入端加一个开关,光伏输入端最大电流32A,设计采用40A的直流开关,蓄电池最大电流是70A,设计采用80A的直流开关,交流最大输出电流是13.6A,设计采用16A的交流开关。电气原理图如下:





02-参数调整


光伏系统各部件安装之后,在逆变器开机运行之前,先要检查各个部件是否安装正确,连接是否牢固,有没有错接、漏接等情况,确认无误后才开机?;箍筛萦没У囊笞鲆恍┎问陀畔燃兜牡髡?,如通过调节蓄电池的?;さ缪?,可以调节蓄电池的放电深度。负载用电有市电、电池优先、光伏三种模式;蓄电池充电模式也有四种模式,市电充电,光伏充电,市电和光伏充电,光伏独充等等,这些模式要在逆变器运行之前设置。如果是是带燃料发电机的微网系统,还需设置离网逆变器的干接点信号,当蓄电池电量不足时,启动外部发电机。

·END·




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