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離網光伏發電系統
太陽能監控系統

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光伏發電離網方案

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  在現代日常生活中,通常我們認為用電是理所當然的事情,然而,當今世界上卻還有超過20億人生活在缺電或者無電地區。以我們國家為例,由于經濟發展水平的差異,西部仍有部分偏遠地區的人口沒有解決基本用電問題,無法享受現代文明。光伏離網發電不僅可以解決無電或者少電地區居民基本用電問題,還可以清潔高效地利用當地的可在生能源,有效解決能源和環境之間的矛盾。從目前來看,并網系統的研究已獲得足夠的重視,技術成熟,但離網系統還面臨諸多困難,制約了光伏離網的應用和發展。
  光伏離網是剛性消費需求,客戶兩極分化,一種是不差錢的“土豪”,最關心是系統的可靠性,主要是私人海島業主、別墅業主、通信基站、監控系統等,另一種是偏遠地區的貧困戶,最關心是產品價格。從項目規模上看,一種是針對單個客戶的小項目或者單個項目的小工程,另一種是針對特定人群的大項目,如國家無電地區光伏扶貧項目。離網系統對不同的客戶,要采取不同的設計方案,盡量滿足客戶的實際需要。



  光伏離網發電系統主要由光伏組件,支架,控制器,逆變器,蓄電池以及配電系統組成。系統電氣方案設計,主要考慮組件,逆變器(控制器),蓄電池的選型和計算。設計之前,前期工作要做好,需要先了解用戶安裝地點的氣候條件,負載類型和功率;白天和晚上的用電量,當然,用戶的預算和經濟情況也要了解清楚,光伏離網系統,用電是靠天氣,沒有100%的可靠性,這一點一定要和客戶講清楚。知道以上這些情況,就可以開始做設計了。
  光伏離網系統設計三大原則

  1、根據用戶的負載類型和功率確認離網逆變器的功率,家用負載一般分為感性負載和阻性負載,洗衣機、空調、冰箱、水泵、抽油煙機等帶有電動機的負載是感性負載,電動機啟動功率是額定功率的5-7倍,在計算逆變器的功率時,要把這些負載的啟動功率考慮進去。逆變器的輸出功率要大于負載的功率。對于監控站,通信站等要求嚴格的場合,輸出功率是按所以的負載功率之和。但對于一般貧困家庭而言,考慮到所有的負載不可能同時開啟,為了節省成本,可以在負載功率之和乘以0.7-0.9的系數。并不是每一個客戶都會對負載功率很清楚,下面的列表是常用家用電器的功率,供設計時參考。

 2、根據用戶每天的用電量確認組件功率。組件的設計原則是要滿足平均天氣條件下負載每日用電量的需求,也就是說太陽能電池組件的全年發電量要等于負載全年用電量。因為天氣條件有低于和高于平均值的情況,太陽能電池組件設計的基本滿足光照最差季節的需要,就是在光照最差的季節蓄電池也能夠基本上天天充滿電。但在有些地區,最差季節的光照度遠遠低于全年平均值,如果還按最差情況設計太陽能電池組件的功率,那么在一年中的其他時候發電量就會遠遠超過實際所需,造成浪費。這時只能考慮適當加大蓄電池的設計容量,增加電能儲存,使蓄電池處于淺放電狀態,彌補光照最差季節發電量的不足對蓄電濁造成的傷害。組件的發電量并不能完全轉化為用電,還要考慮控制器的效率和機器的損耗以及蓄電池的損耗,太陽能控制器有PWM和MPPT兩種類型,PWM控制器效率約85%,輸入電壓范圍比較窄,但價格比較低,MPPT控制器效率約95%,價格比較高。蓄電池在充放電過程中,也會有10-15%的損耗。離網系統可用的電量=組件總功率*太陽能發電平均時數*控制器效率*蓄電池效率。

  有一些離網用戶,沒有裝過電表,對自己的用電情況不是十分清楚,還有一些離網系統,是新建的,這時就需要去估算每天的用電量,對于燈泡、電風扇、電吹風這樣的負載,用電量等于功率乘以時間;但空調,冰箱這樣的負載,是間隙性工作的,電視,電腦,音響這樣的負載,工作時很少在滿功率狀態,計算電量時,就要綜合考慮了。
  空調是家用電器耗電量最大的負載,1匹空調的電功率是735W,也就是說1小時滿負荷運行消耗0.735度電,空調還有一個指標“制冷量”,單位也是W,1匹空調制冷量約2300W,空調的耗電和室內外溫度差,房間面積,空調的能效率有很大關系,1臺1P的空調,晚上用8小時,耗電1-5度不等。
  3、根據用戶晚上用電量或者期望待機時間確定蓄電池容量。蓄電池的任務是在太陽能輻射量不足時,保證系統負載的正常用電。對于重要的負載,要能在幾天內保證系統的正常工作,要考慮連續陰雨天數。對于一般的負載如太陽能路燈等可根據經驗或需要在2~3天內選取。重要的負載如通信、導航、醫院救治等則在3~7天內選取。另外還要考慮光伏發電系統的安裝地點,如果在偏遠的地方,蓄電池容量要設計得較大,因為維護人員到達現場就需要很長時間。實際應用中,有的移動通信基站由于山高路遠,去一次很不方便,除了配置正常蓄電池組外,還要配備一組備用蓄電池組,對于一般貧困家庭而言,主要考慮價格,則不用考慮陰雨天,太陽好的時候多用。太陽不好的時候少用,沒有太陽則不用。選擇負載時,盡量使用節能設備,如LED燈,變頻空調。蓄電池的設計主要包括蓄電池容量的設計計算和蓄電池組串并聯組合的設計。在光伏發電系統中,大部分使用的都是鉛酸蓄電池,考慮到電池的壽命,一般取放電深度為0.5-0.7之間。蓄電池設計容量=(負載日均用電量*連續陰雨天數)/蓄電池放電深度。
  離網用戶的需求是多種多樣的,根據用戶的要求設計光伏系統。這時候就要靈活處理,不一定要按上述的原則去設計,例如有一個客戶,家里有6塊260W的組件,要做一套光伏離網系統,客戶家里有市電,但經常會停電,總負載是10KW,一天的用電量是20-30度,如果只有這1.56KW組件,根本沒有辦法滿足客戶的用電量要求,這時候就可以考慮滿足客戶一部分負載的需求,經計算組件一天能發5度電,采用3.0KVA的離網逆變器,4塊12V150Ah的蓄電池,輸出接一個插板,平時接家里的照明燈泡,電腦,洗衣機之類的負載,晚上如果還有電,也可以單獨接一臺空調。

  對于針對特定人群的大項目,由于每個用戶情況不一樣,無法滿足所有的需求,這時候就要綜合考慮。一般情況下,是取一個平均值,如解決我國西部無電地區用電問題的光伏工程,一般牧民家庭,采用2塊250W的組件,一個500VA的離網逆變一體機,2個12V150AH的蓄電池,每天能發2.5度電,原材料成本價約6000元左右,可滿足電視機、小型電冰箱、DVD機、節能燈等電器的用電需求。重量比較輕,方便移動。在四川甘孜州某光伏扶貧項目中,采用中功率離網系統, 8塊250W的組件,3KVA的離網逆變一體機,4節12V200AH的蓄電池,每天可以發8-10度電,可滿足電視機、電冰箱、DVD機、電腦、1P空調,節能燈等電器的用電需求。由于系統總體發電量高,可以支持更多的家用電器設備,生活質量得到提高。



  1.1
  光伏離網系統常見問題:
  設計光伏離網系統時,要靈活處理,不要拘泥于某一個固定公式。光伏離網系統不能解決所有的用電問題,遇到多個連續陰雨天,只能省著用電。離網逆變器沒有統一的標準,也不需要強制認證,市面上的產品良莠不齊,產品質量和價格相差很大,大家在選購離網逆變器時,請認準:“晶福源”或者“JFY”商標。碰到假貨或者劣質產品要及時投訴或者報警。
  1、組件,逆變器,蓄電池設計時要匹配,任何一個都不能過大或者過小,新手設計時,經常會把用電量計算過大,如1P空調運行12小時,算成10度電,300W的冰箱運行24小時,算成7.2度電,造成蓄電池容量過大,系統成本過高。設計蓄電池容量時,最好2天時間就給能充滿。
  2、光伏離網系統輸出連接負載,每個逆變器輸出端電壓和電流相位和幅值都不一樣,逆變器不支持輸出端并聯。不要把逆變器輸出端接在一起。
  3、負載是電梯之類的負載不能直接和逆變器輸出端相連接,因為電梯在下降時,電動機反轉,會產生一個反電動勢,進入逆變器時,對逆變器有損壞。如果必須要用離網系統,建議在逆變器和電梯電動機之間加一個變頻器。
  4、帶市電互補輸入的光伏微網系統,組件的絕緣要做好,如果組件對地有漏電流,會傳到市電,引起市電的漏電開關跳閘。
  5、組件的電壓和蓄電池的電壓要匹配,PWM型控制器太陽能組件和蓄電池之間通過一個電子開關相連接,中間沒有電感等裝置,組件的電壓是蓄電池的電壓1.2-2.0倍之間,如果是24V的蓄電池,組件輸入電壓在30-50V之間,MPPT控制器,中間有一個功率開關管和電感等電路,組件的電壓是蓄電池的電壓1.2-3.5倍之間,如果是24V的蓄電池,組件輸入電壓在30-90V之間。
  6、組件的輸出功率和控制器的功率要相近,如一個48V30A的控制器,輸出功率為1440VA,組件的功率應該在1500W左右。選擇控制器時,先看蓄電池的電壓,再用組件功率除以蓄電池的電壓,就是控制器的輸出電流。
  7、蓄電池的充電電流一般為0.1C-0.2C,最大不超過0.3C,例如1節鉛酸蓄電池12V200AH,充電電流一般在20A到40A之間,最大不能超過60A;蓄電池的放電電流一般為0.2C-0.5C,最大不超過1C,1節12V200AH鉛酸蓄電池,輸出最大功率不超過2400W,不同的廠家,不同的型號,具體的數值也不一樣,設計時要向廠家索取說明書。
  以上方法只是我在長期的工作中極小的一部分經驗,歡迎各位同行和我聯系


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