離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計方案

一、系統(tǒng)基本原理離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于偏僻山區(qū)、無電區(qū)、海島、通訊基站和路燈等應(yīng)用場所。系統(tǒng)一般由太陽電池組件組成的光伏方陣、太陽能充放電控制器、蓄電池組、離網(wǎng)型逆變器、直流負載和交流負載等構(gòu)成。光伏方陣在有光照的情況下將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，通過太陽能充放電控制器給負載供電，同時給蓄電池組充電；在無光照時，通過太陽能充放電控制器由蓄電池組給直流負載供電，同時蓄電池還要直接給獨立逆變器供電，通過獨立逆變器逆變成交流電，給交流負載供電。

圖1 離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)示意圖

(1)太陽電池組件

太陽電池組件是太陽能供電系統(tǒng)中的主要部分，也是太陽能供電系統(tǒng)中價值最高的部件，其作用是將太陽的輻射能量轉(zhuǎn)換為直流電能；

(2)太陽能充放電控制器

也稱“光伏控制器”，其作用是對太陽能電池組件所發(fā)的電能進行調(diào)節(jié)和控制，最大限度地對蓄電池進行充電，并對蓄電池起到過充電保護、過放電保護的作用。在溫差較大的地方，光伏控制器應(yīng)具備溫度補償?shù)墓δ堋?/p>

(3)蓄電池組

其主要任務(wù)是貯能，以便在夜間或陰雨天保證負載用電。

(4)離網(wǎng)型逆變器

離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，負責把直流電轉(zhuǎn)換為交流電，供交流負荷使用。為了提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體性能，保證電站的長期穩(wěn)定運行，逆變器的性能指標非常重要。

二、主要組成部件介紹

2.1太陽電池組件介紹

圖2 硅太陽電池組件結(jié)構(gòu)圖

太陽電池組件是將太陽光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔艿年柟獍l(fā)電裝置。根據(jù)用戶對功率和電壓的不同要求，制成太陽電池組件單個使用，也可以數(shù)個太陽電池組件經(jīng)過串聯(lián)（以滿足電壓要求）和并聯(lián)（以滿足電流要求），形成供電陣列提供更大的電功率。太陽電池組件具有高面積比功率，長壽命和高可靠性的特點，在20年使用期限內(nèi)，輸出功率下降一般不超過20%。

圖3太陽電池伏安特性

一般來說，太陽電池的發(fā)電量隨著日照強度的增加而按比例增加。隨著組件表面的溫度升高而略有下降。太陽電池組件的峰值功率Wp是指在日照強度為1000W/M2,AM為1.5，組件表面溫度為25℃時的Imax*Umax的值（如上圖所示）。

隨著溫度的變化，電池組件的電流、電壓、功率也將發(fā)生變化，組件串聯(lián)設(shè)計時必須考慮電壓負溫度系數(shù)。

2.2光伏控制器介紹

光伏控制器主要是對太陽電池組件發(fā)出的直流電能進行調(diào)節(jié)和控制，并具有對蓄電池進行充電、放電智能管理功能，在溫差較大的地方，光伏控制器應(yīng)具備溫度補償?shù)墓δ堋?/p>

根據(jù)系統(tǒng)的直流電壓等級和太陽電池組件的功率配置合適的光伏控制器。

常見的光伏控制器有DC12V、24V、48V、110V、220V不同電壓等級。

2.3蓄電池介紹

蓄電池主要是用于儲能，以便在夜間或陰雨天給負載提供電能。

根據(jù)系統(tǒng)直流電壓等級的要求來配置蓄電池的串、并聯(lián)數(shù)量；

盡量配置1－2組蓄電池，可選用大容量的蓄電池，常見的有12V和2V系列的蓄電池；

蓄電池串并聯(lián)時應(yīng)遵循下列原則：同型號規(guī)格、同廠家、同批次、同時安裝和使用。

2.4逆變器介紹

逆變器是將直流電能變換為交流電的一種電能轉(zhuǎn)換裝置。

離網(wǎng)型逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的重要部件之一，逆變器選型是根據(jù)負載的特性（如阻性、感性或容性）及負載功率大小進行選擇的。

三、方案介紹

3.1客戶基本要求

現(xiàn)有客戶需設(shè)計一套離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，當?shù)氐娜掌骄逯等照諘r數(shù)按照4小時考慮，現(xiàn)場負載為12盞熒光燈，每盞為100W，總功率為1200W，每天使用10小時，蓄電池按照連續(xù)陰雨天2天計算，請計算出該系統(tǒng)的配置。

選用某公司180W光伏組件，其技術(shù)參數(shù)如下表：

3.2太陽電池組件設(shè)計

太陽電池組件容量計算，參考公式：P0=(P×t×Q)/(η1×T)，式中：

P0——太陽電池組件的峰值功率，單位Wp；

P——負載的功率，單位W；

t——負載每天的用電小時數(shù)，單位H；

η1——為系統(tǒng)的效率（一般為0.85左右）；

T——當?shù)氐娜掌骄逯等照諘r數(shù)，單位H；

Q——連續(xù)陰雨期富余系數(shù)（一般為1.2～2）。

根據(jù)公式計算：

P0=P×t×Q/(η1×T)＝(1200×10×1.2)/(0.85×4)≈4.235（kW）

太陽電池組件數(shù)量：4235/180≈24(塊)

太陽電池組件串聯(lián)數(shù)量：2塊

太陽電池組串數(shù)量：12串

因此，本項目選用24塊180Wp太陽電池組件，總功率為4.32kW，按照2塊組件串聯(lián)設(shè)計，共12個太陽電池串列。

（備注：本系統(tǒng)選用DC48V光伏控制器，太陽電池串列分為4路接入光伏控制器。）

3.3光伏控制器選型

系統(tǒng)選用DC48V光伏控制器額定電流計算，參考公式：I=P0/V，式中：

I——光伏控制器的控制電流，單位A；

P0——太陽電池組件的峰值功率，單位Wp；

V——蓄電池組的額定電壓，單位V；

根據(jù)公式計算：I=4320/48=90(A)，故可選用1臺SD48100光伏控制器。

備注：

根據(jù)系統(tǒng)的電壓和控制電流確定光伏控制器的規(guī)格型號。

在高海拔地區(qū)，光伏控制器需要放大一定的裕量，降容使用。

圖9 SD48100光伏控制器技術(shù)參數(shù)

3.4蓄電池組設(shè)計

蓄電池組的容量計算，參考公式：C=P×t×T/(V×K×η2)，式中：

C——蓄電池組的容量，單位Ah；

P——負載的功率，單位W；

t——負載每天的用電小時數(shù)，單位H；

V——蓄電池組的額定電壓，單位V；

K——蓄電池的放電系數(shù),考慮蓄電池效率、放電深度、環(huán)境溫度、影響因素而定，一般取值為0.4～0.7。該值的大小也應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)成本和用戶的具體情況綜合考慮；

η2——逆變器的效率；

T——連續(xù)陰雨天數(shù)（一般為2～3天）。

根據(jù)公式計算:

C=P×t×T/(V×K×η2)

=1200×10×2/（48×0.5×0.9）

≈1200（Ah）

得出，系統(tǒng)需配置的蓄電池組容量為1200Ah，同時要滿足直流電壓48V的要求，可采用24只2V/1200Ah的蓄電池進行串聯(lián)。

3.5逆變器選型

逆變器額定容量計算，參考公式：Pn=(P*Q)/Cosθ，式中：

Pn——逆變器的容量，單位VA；

P——負載的功率，單位W，感性負載需考慮5倍到8倍左右的裕量；

Cosθ——逆變器的功率因數(shù)（一般為0.8）；

Q——逆變器所需的裕量系數(shù)（一般選1.2～5）。

因熒光燈啟動沖擊電流較大，所以本系統(tǒng)的Q系數(shù)取3，根據(jù)公式計算：

Pn=(P*Q)/Cosθ=1200*3/0.8=4.5(KVA)

故可選擇SN485KSD1離網(wǎng)型逆變器。

備注：

不同的負載（阻性、感性、容性），啟動沖擊電流不一樣，選擇的裕量系數(shù)也不同。

在高海拔地區(qū)，逆變器需要放大一定的裕量，降容使用。

圖10 SN485KSD1逆變器技術(shù)參數(shù)

3.6系統(tǒng)監(jiān)控方案介紹

目前離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的通訊和監(jiān)控方案可采用以下幾種方式：

(1)RS485/232本地通訊

(2)以太網(wǎng)遠程通訊

(3)GPRS遠程通訊

系統(tǒng)的通訊和監(jiān)控裝置需配置離專用監(jiān)控軟件、工業(yè)PC機、顯示器、通訊轉(zhuǎn)換設(shè)備以及通訊電纜。多機版監(jiān)控軟件可實現(xiàn)多臺設(shè)備同時監(jiān)控，監(jiān)控軟件界面如下：