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離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)
太陽能監(jiān)控系統(tǒng)

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光伏發(fā)電離網(wǎng)方案

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  在現(xiàn)代日常生活中,通常我們認(rèn)為用電是理所當(dāng)然的事情,然而,當(dāng)今世界上卻還有超過20億人生活在缺電或者無電地區(qū)。以我們國家為例,由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的差異,西部仍有部分偏遠(yuǎn)地區(qū)的人口沒有解決基本用電問題,無法享受現(xiàn)代文明。光伏離網(wǎng)發(fā)電不僅可以解決無電或者少電地區(qū)居民基本用電問題,還可以清潔高效地利用當(dāng)?shù)氐目稍谏茉?,有效解決能源和環(huán)境之間的矛盾。從目前來看,并網(wǎng)系統(tǒng)的研究已獲得足夠的重視,技術(shù)成熟,但離網(wǎng)系統(tǒng)還面臨諸多困難,制約了光伏離網(wǎng)的應(yīng)用和發(fā)展。
  光伏離網(wǎng)是剛性消費需求,客戶兩極分化,一種是不差錢的“土豪”,最關(guān)心是系統(tǒng)的可靠性,主要是私人海島業(yè)主、別墅業(yè)主、通信基站、監(jiān)控系統(tǒng)等,另一種是偏遠(yuǎn)地區(qū)的貧困戶,最關(guān)心是產(chǎn)品價格。從項目規(guī)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(qū)光伏扶貧項目。離網(wǎng)系統(tǒng)對不同的客戶,要采取不同的設(shè)計方案,盡量滿足客戶的實際需要。

  光伏離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏組件,支架,控制器,逆變器,蓄電池以及配電系統(tǒng)組成。系統(tǒng)電氣方案設(shè)計,主要考慮組件,逆變器(控制器),蓄電池的選型和計算。設(shè)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(fù)載類型和功率;白天和晚上的用電量,當(dāng)然,用戶的預(yù)算和經(jīng)濟(jì)情況也要了解清楚,光伏離網(wǎng)系統(tǒng),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(shè)計了。
  光伏離網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計三大原則

  1、根據(jù)用戶的負(fù)載類型和功率確認(rèn)離網(wǎng)逆變器的功率,家用負(fù)載一般分為感性負(fù)載和阻性負(fù)載,洗衣機(jī)、空調(diào)、冰箱、水泵、抽油煙機(jī)等帶有電動機(jī)的負(fù)載是感性負(fù)載,電動機(jī)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(fù)載的啟動功率考慮進(jìn)去。逆變器的輸出功率要大于負(fù)載的功率。對于監(jiān)控站,通信站等要求嚴(yán)格的場合,輸出功率是按所以的負(fù)載功率之和。但對于一般貧困家庭而言,考慮到所有的負(fù)載不可能同時開啟,為了節(jié)省成本,可以在負(fù)載功率之和乘以0.7-0.9的系數(shù)。并不是每一個客戶都會對負(fù)載功率很清楚,下面的列表是常用家用電器的功率,供設(shè)計時參考。

 2、根據(jù)用戶每天的用電量確認(rèn)組件功率。組件的設(shè)計原則是要滿足平均天氣條件下負(fù)載每日用電量的需求,也就是說太陽能電池組件的全年發(fā)電量要等于負(fù)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(shè)計的基本滿足光照最差季節(jié)的需要,就是在光照最差的季節(jié)蓄電池也能夠基本上天天充滿電。但在有些地區(qū),最差季節(jié)的光照度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于全年平均值,如果還按最差情況設(shè)計太陽能電池組件的功率,那么在一年中的其他時候發(fā)電量就會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過實際所需,造成浪費。這時只能考慮適當(dāng)加大蓄電池的設(shè)計容量,增加電能儲存,使蓄電池處于淺放電狀態(tài),彌補(bǔ)光照最差季節(jié)發(fā)電量的不足對蓄電濁造成的傷害。組件的發(fā)電量并不能完全轉(zhuǎn)化為用電,還要考慮控制器的效率和機(jī)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(wǎng)系統(tǒng)可用的電量=組件總功率*太陽能發(fā)電平均時數(shù)*控制器效率*蓄電池效率。

  有一些離網(wǎng)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(wǎng)系統(tǒng),是新建的,這時就需要去估算每天的用電量,對于燈泡、電風(fēng)扇、電吹風(fēng)這樣的負(fù)載,用電量等于功率乘以時間;但空調(diào),冰箱這樣的負(fù)載,是間隙性工作的,電視,電腦,音響這樣的負(fù)載,工作時很少在滿功率狀態(tài),計算電量時,就要綜合考慮了。
  空調(diào)是家用電器耗電量最大的負(fù)載,1匹空調(diào)的電功率是735W,也就是說1小時滿負(fù)荷運行消耗0.735度電,空調(diào)還有一個指標(biāo)“制冷量”,單位也是W,1匹空調(diào)制冷量約2300W,空調(diào)的耗電和室內(nèi)外溫度差,房間面積,空調(diào)的能效率有很大關(guān)系,1臺1P的空調(diào),晚上用8小時,耗電1-5度不等。
  3、根據(jù)用戶晚上用電量或者期望待機(jī)時間確定蓄電池容量。蓄電池的任務(wù)是在太陽能輻射量不足時,保證系統(tǒng)負(fù)載的正常用電。對于重要的負(fù)載,要能在幾天內(nèi)保證系統(tǒng)的正常工作,要考慮連續(xù)陰雨天數(shù)。對于一般的負(fù)載如太陽能路燈等可根據(jù)經(jīng)驗或需要在2~3天內(nèi)選取。重要的負(fù)載如通信、導(dǎo)航、醫(yī)院救治等則在3~7天內(nèi)選取。另外還要考慮光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝地點,如果在偏遠(yuǎn)的地方,蓄電池容量要設(shè)計得較大,因為維護(hù)人員到達(dá)現(xiàn)場就需要很長時間。實際應(yīng)用中,有的移動通信基站由于山高路遠(yuǎn),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(fù)載時,盡量使用節(jié)能設(shè)備,如LED燈,變頻空調(diào)。蓄電池的設(shè)計主要包括蓄電池容量的設(shè)計計算和蓄電池組串并聯(lián)組合的設(shè)計。在光伏發(fā)電系統(tǒng)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(shè)計容量=(負(fù)載日均用電量*連續(xù)陰雨天數(shù))/蓄電池放電深度。
  離網(wǎng)用戶的需求是多種多樣的,根據(jù)用戶的要求設(shè)計光伏系統(tǒng)。這時候就要靈活處理,不一定要按上述的原則去設(shè)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(wǎng)系統(tǒng),客戶家里有市電,但經(jīng)常會停電,總負(fù)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(fù)載的需求,經(jīng)計算組件一天能發(fā)5度電,采用3.0KVA的離網(wǎng)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(jī)之類的負(fù)載,晚上如果還有電,也可以單獨接一臺空調(diào)。

  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(qū)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(wǎng)逆變一體機(jī),2個12V150AH的蓄電池,每天能發(fā)2.5度電,原材料成本價約6000元左右,可滿足電視機(jī)、小型電冰箱、DVD機(jī)、節(jié)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(wǎng)系統(tǒng), 8塊250W的組件,3KVA的離網(wǎng)逆變一體機(jī),4節(jié)12V200AH的蓄電池,每天可以發(fā)8-10度電,可滿足電視機(jī)、電冰箱、DVD機(jī)、電腦、1P空調(diào),節(jié)能燈等電器的用電需求。由于系統(tǒng)總體發(fā)電量高,可以支持更多的家用電器設(shè)備,生活質(zhì)量得到提高。

  1.1
  光伏離網(wǎng)系統(tǒng)常見問題:
  設(shè)計光伏離網(wǎng)系統(tǒng)時,要靈活處理,不要拘泥于某一個固定公式。光伏離網(wǎng)系統(tǒng)不能解決所有的用電問題,遇到多個連續(xù)陰雨天,只能省著用電。離網(wǎng)逆變器沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),也不需要強(qiáng)制認(rèn)證,市面上的產(chǎn)品良莠不齊,產(chǎn)品質(zhì)量和價格相差很大,大家在選購離網(wǎng)逆變器時,請認(rèn)準(zhǔn):“晶福源”或者“JFY”商標(biāo)。碰到假貨或者劣質(zhì)產(chǎn)品要及時投訴或者報警。
  1、組件,逆變器,蓄電池設(shè)計時要匹配,任何一個都不能過大或者過小,新手設(shè)計時,經(jīng)常會把用電量計算過大,如1P空調(diào)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(tǒng)成本過高。設(shè)計蓄電池容量時,最好2天時間就給能充滿。
  2、光伏離網(wǎng)系統(tǒng)輸出連接負(fù)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(lián)。不要把逆變器輸出端接在一起。
  3、負(fù)載是電梯之類的負(fù)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(jī)反轉(zhuǎn),會產(chǎn)生一個反電動勢,進(jìn)入逆變器時,對逆變器有損壞。如果必須要用離網(wǎng)系統(tǒng),建議在逆變器和電梯電動機(jī)之間加一個變頻器。
  4、帶市電互補(bǔ)輸入的光伏微網(wǎng)系統(tǒng),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(guān)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(guān)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(guān)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(yīng)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(jié)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(jié)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(shù)值也不一樣,設(shè)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(jīng)驗,歡迎各位同行和我聯(lián)系


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