山東優(yōu)威能源有限公司
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太陽能供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)
太陽能供電系統(tǒng)由太陽能電池組件、太陽能控制器、蓄電池（組）組成。按實(shí)際需要還可以配置逆變器。太陽能是一種干凈的可再生的新能源，在人們生活、工作中有廣泛的作用， 其中之一就是將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，太陽能發(fā)電分為光熱發(fā)電和光伏發(fā)電。通常說的太陽能發(fā)電指的是太陽能光伏發(fā)電，具有無動(dòng)部件、無噪聲、無污染、可靠性高等特點(diǎn)，在偏遠(yuǎn)地區(qū)的通信供電系統(tǒng)中有極好的應(yīng)用前景。
結(jié)構(gòu)與功能
各部分的作用為：
（1）太陽能電池組件：太陽能電池組件是太陽能供電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽能供電系統(tǒng)中價(jià)值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能量轉(zhuǎn)換為電能，或送往蓄電池中存儲(chǔ)起來，或推動(dòng)負(fù)載工作。太陽能電池組件的質(zhì)量和成本將直接決定整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量和成本。
（2）太陽能控制器：太陽能控制器的作用是控制整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對蓄電池起到過充電保護(hù)、過放電保護(hù)的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應(yīng)具備溫度補(bǔ)償?shù)墓δ?。其他附加功能如光控開關(guān)、時(shí)控開關(guān)都應(yīng)當(dāng)是控制器的可選項(xiàng)。
（3）蓄電池：一般為鉛酸電池，小微型系統(tǒng)中，也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。其作用是在有光照時(shí)將太陽能電池組件所供出的電能儲(chǔ)存起來，到需要的時(shí)候再釋放出來。
系統(tǒng)分類
太陽能供電系統(tǒng)分為離網(wǎng)太陽能供電系統(tǒng)、并網(wǎng)太陽能供電系統(tǒng)及分布式太陽能供電系統(tǒng)：
1、離網(wǎng)太陽能供電系統(tǒng)主要由太陽能電池組件、控制器、蓄電池組成，如輸出電源為交流220V或110V，還需要配置逆變器。
2、并網(wǎng)太陽能供電系統(tǒng)就是太陽能組件產(chǎn)生的直流電經(jīng)過并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合市電電網(wǎng)要求的交流電這后直接接入公共電網(wǎng)。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)有集中式大型并網(wǎng)電站一般都是國家級電站，主要特點(diǎn)是將所發(fā)電能直接輸送到電網(wǎng)，由電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)配向用戶供電。但這種電站投資大、建設(shè)周期長、占地面積大，還沒有太大發(fā)展。而分散式小型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，特別是光伏建筑一體化發(fā)電系統(tǒng)，由于投資小、建設(shè)快、占地面積小、政策支持力度大等優(yōu)點(diǎn)，是并網(wǎng)發(fā)電的主流。
3、分布式太陽能供電系統(tǒng)，又稱分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，是指在用戶現(xiàn)場或靠近用電現(xiàn)場配置較小的光伏發(fā)電供電系統(tǒng)，以滿足特定用戶的需求，支持現(xiàn)存配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，或者同時(shí)滿足這兩個(gè)方面的要求。
分布式太陽能供電系統(tǒng)的基本設(shè)備包括光伏電池組件、光伏方陣支架、直流匯流箱、直流配電柜、并網(wǎng)逆變器、交流配電柜等設(shè)備，另外還有供電系統(tǒng)監(jiān)控裝置和環(huán)境監(jiān)測裝置。其運(yùn)行模式是在有太陽輻射的條件下，光伏發(fā)電系統(tǒng)的太陽能電池組件陣列將太陽能轉(zhuǎn)換輸出的電能，經(jīng)過直流匯流箱集中送入直流配電柜，由并網(wǎng)逆變器逆變成交流電供給建筑自身負(fù)載，多余或不足的電力通過聯(lián)接電網(wǎng)來調(diào)節(jié)。
特點(diǎn)
1) 長壽命：晶體硅太陽能電池組件的質(zhì)量保證期是15-20年；
2) 高性能：晶體硅太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)具有抗臺(tái)風(fēng)、抗冰雹、抗潮濕、抗紫外輻照等特點(diǎn)，組件系統(tǒng)可以在零下40度到零上70度環(huán)境下正常工作；
3) 無需職守：運(yùn)行中無需人員職守，像常規(guī)能源一樣能向負(fù)載供電；
4) 無間斷供電：系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮到當(dāng)?shù)氐年幱晏鞖馇闆r，將平時(shí)多余的電能存儲(chǔ)在蓄電池內(nèi)，可確保用戶在陰雨天仍有足夠的電能可供使用；
5) 直流無干擾電源：太陽能電池發(fā)電設(shè)備，無噪聲、電源無高次諧波干擾，特別適用于通信電源；
6) 不受地理環(huán)境影響：平原、河道、海洋、高山、雪原、海島、森林地區(qū)，任何需電的地方都可以使用晶體硅太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)。
設(shè)計(jì)原則
（1） 根據(jù)安裝地點(diǎn)太陽能資源具體情況和負(fù)載耗電量，確定太陽能發(fā)電容量。
（2） 保證所有設(shè)備供電。
（3） 環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、安全、可靠。
供電設(shè)計(jì)
（1）監(jiān)控設(shè)備功率及日耗電量的確定
外場監(jiān)控?cái)z像采用高速云臺(tái)一體化槍式攝像機(jī)，輸入電壓為220VAC，最大功耗為100 W；無線網(wǎng)橋的輸入電壓為12VAC，最大功耗8 W；根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)對攝像機(jī)的操作要求，確定整套攝像機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)營平均總功耗為80W，共計(jì)日耗電量為：80w╳24h=1920wh=1.92kWh(度)電。
（2）太陽能及蓄電池組配置方案
1)主要指標(biāo)要求
太陽能電池組件保證使用壽命長，設(shè)計(jì)在10年以上;蓄電池容量能滿足設(shè)備負(fù)載72h(3d)連續(xù)陰雨天供電。
2)根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)算確定參數(shù)
太陽能電池方陣傾角為38；太陽能電池方陣面獲得的輻射量為平面值的1.1倍;山東地區(qū)平均每日峰值日照時(shí)數(shù)(方陣面上)為4.44h；設(shè)定兩個(gè)連續(xù)陰雨天之間最短間隔數(shù)為15d。
3)蓄電池組容量設(shè)計(jì)
蓄電池的容量對保證連續(xù)供電是很重要的。因?yàn)樵O(shè)備所需的電量都是由蓄電池提供的，太陽能方陣每日所發(fā)電量都要存儲(chǔ)到蓄電池內(nèi)以供設(shè)備消耗，但每天太陽能方陣需要多發(fā)出一部分電量存儲(chǔ)到蓄電池內(nèi)以備陰雨天使用。
因此，蓄電池的容量Bc計(jì)算公式為:
Bc=A╳ QL╳ NL ╳ T0 / Cc Ah
= 1 .2╳160╳3╳1.1/0.8 Ah
= 792 Ah
≈ 800 Ah
式中：
A為安全系數(shù)，取1. 1~1.4之間;
QL為負(fù)載日平均耗電量，為工作電流乘以日工作小時(shí)數(shù);
NL為最長連續(xù)陰雨天數(shù);
T。為溫度修正系數(shù)，一般在0℃以上取1，?10℃以上取1. 1，?10℃以下取1.2;
Cc為蓄電池放電深度，一般鉛酸蓄電池取0.70。
所以，蓄電池的選擇為12V/800AH，選用單體為12V/200AH, 2串2并，形成24 V/400AH，共計(jì)4塊。
4)太陽能電池方陣設(shè)計(jì)
①太陽能電池方陣基本單元擬選定單組為12V,100Wp太陽能電池板。
②需要太陽能板的數(shù)量
單塊太陽能板日發(fā)電量:
功率╳充電時(shí)間╳綜合充電效率╳損耗
= 100Wp╳4.44h╳0.7 ╳0.9 = 279. 72 Wh ≈ 280Wh
日耗電量:負(fù)載日耗電量/逆變器效率=1.92kWh/0. 9=2. 133kWh
需要太陽能電池板數(shù)量:
日耗電量/單塊太陽能板日發(fā)電量=2133Wh/280Wh=7.61≈8塊
③太陽能電池組件功率
共需要8塊100Wp太陽能電池板，2塊串4塊并，計(jì)24V/800 W 。
5)逆變電源
因?yàn)橐惑w化槍式攝像機(jī)的輸人電壓為220VAC，無線網(wǎng)橋的輸人電壓12VAC，需配置逆變電源，將24V DC轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>220VAC然后給負(fù)載供電。
6)智能型太陽能控制器
工業(yè)級芯片,過充、過放、過載保護(hù)、短路反接；微電腦時(shí)間控制器,交直流輸出.
7)采用保溫防潮濕埋地措施，即采用膠體電池等。
在太陽能供電系統(tǒng)中，晴朗天氣有日照時(shí)太陽電池向負(fù)荷直接供電，同時(shí)補(bǔ)充無日照時(shí)由蓄電池向負(fù)荷供電所放電量；無日照、陰雨天由蓄電池放電供通信設(shè)備用電。
太陽能供電系統(tǒng)與由市電、高頻開關(guān)電源、蓄電池組成的供電系統(tǒng)不同。后者蓄電池組大部分時(shí)間處于恒壓浮充狀態(tài)，且高頻開關(guān)電源具有較高的自動(dòng)化功能和完善的蓄電池管理功能。當(dāng)蓄電池放電后，整流器對蓄電池進(jìn)行限流充電，還可根據(jù)需要定期對蓄電池組進(jìn)行補(bǔ)充充電。隨著當(dāng)?shù)丨h(huán)境溫度的變化，一般整流器還可進(jìn)行蓄電池浮充電壓自動(dòng)補(bǔ)償，因此可以保證蓄電池組經(jīng)常工作在充滿電狀態(tài)，有利于延長蓄電池的使用壽命。
太陽能供電系統(tǒng)則不同，太陽電池的發(fā)電量是無法控制的，不是按需發(fā)電。在蓄電池處于滿容量或基本滿容量狀態(tài)時(shí)，為保證蓄電池組不過充電和系統(tǒng)輸出電壓不超出允許電壓范圍，部分太陽電池將會(huì)被從系統(tǒng)中切除；而在蓄電池深度放電后，太陽電池也不會(huì)因蓄電池需要充電而多發(fā)電。因此，該系統(tǒng)中蓄電池的運(yùn)行方式既不是浮充運(yùn)行方式，也不是完全的充放電方式。蓄電池的充電既不是恒壓充電，也不是恒流充電。蓄電池的充電電流隨著日照強(qiáng)度的變化和太陽電池方陣的投入與切除而變化，電壓也隨之變化。
我們使用的閥控型密封鉛酸蓄電池，為保證蓄電池的使用壽命，單只蓄電池的長期充電電壓應(yīng)控制在2.40V以下。
（1）當(dāng)連續(xù)陰雨天氣，蓄電池放出電量較大時(shí)，不管蓄電池組是否到達(dá)放電終止電壓，都應(yīng)及時(shí)用移動(dòng)發(fā)電裝置對蓄電池進(jìn)行補(bǔ)充充電。預(yù)防在蓄電池容量未達(dá)到基本充滿狀態(tài)時(shí)再遇陰雨天氣，造成供電中斷和由于蓄電池放電后充電不及時(shí)影響蓄電池的使用壽命。
（2）由于蓄電池的運(yùn)行方式不是完全的浮充運(yùn)行方式，蓄電池組的使用壽命較常規(guī)供電系統(tǒng)中的蓄電池使用壽命短。應(yīng)掌握蓄電池的容量情況，特別是在使用幾年后，應(yīng)在每年的連續(xù)陰雨天氣季節(jié)來臨前，對蓄電池組進(jìn)行一次容量試驗(yàn)，若容量不能滿足要求，要及時(shí)采取措施。
（3）太陽電池方陣到太陽能供電組合電源的連接電纜有部分位于室外，應(yīng)定期檢查電纜是否老化、連接是否完好。
（4）為更好發(fā)揮太陽電池的效力，可根據(jù)一年中的季節(jié)變化，調(diào)整太陽電池方陣平面傾斜角。
（5）應(yīng)保持太陽電池方陣表面整潔，否則會(huì)影響太陽電池方陣的發(fā)電量。
（6）電池室適宜溫度為5℃～30℃、濕度≤85%RH。采用太陽能供電系統(tǒng)的局（站），設(shè)計(jì)機(jī)房時(shí)應(yīng)注意保暖、通風(fēng)。機(jī)房環(huán)境溫度也是不容忽視的因素，可采取適當(dāng)?shù)拇胧绮捎锰栯姵啬孀兤?，把直流電逆變?yōu)?/span>220V交流電，解決機(jī)房空調(diào)的用電。
一、用戶太陽能電源：（1）小型電源10-100W不等，用于邊遠(yuǎn)無電地區(qū)如高原、海島、牧區(qū)、邊防哨所等軍民生活用電，如照明、電視、收錄機(jī)等；（2）3-5KW家庭屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)；（3）光伏水泵：解決無電地區(qū)的深水井飲用、灌溉。
二、交通領(lǐng)域如航標(biāo)燈、交通/鐵路信號燈、交通警示/標(biāo)志燈、宇翔路燈、高空障礙燈、高速公路/鐵路無線電話亭、無人值守道班供電等。
三、通訊/通信領(lǐng)域：太陽能無人值守微波中繼站、光纜維護(hù)站、廣播/通訊/尋呼電源系統(tǒng)；農(nóng)村載波電話光伏系統(tǒng)、小型通信機(jī)、士兵GPS供電等。
四、石油、海洋、氣象領(lǐng)域：石油管道和水庫閘門陰極保護(hù)太陽能電源系統(tǒng)、石油鉆井平臺(tái)生活及應(yīng)急電源、海洋檢測設(shè)備、氣象/水文觀測設(shè)備等。
五、家庭燈具電源：如庭院燈、路燈、手提燈、野營燈、登山燈、垂釣燈、黑光燈、割膠燈、節(jié)能燈等。
六、光伏電站：10KW-50MW獨(dú)立光伏電站、風(fēng)光（柴）互補(bǔ)電站、各種大型停車廠充電站等。
七、太陽能建筑將太陽能發(fā)電與建筑材料相結(jié)合，使得未來的大型建筑實(shí)現(xiàn)電力自給，是未來一大發(fā)展方向。
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