离网型太阳能发电系统的设计方法.pdf_第1页
离网型太阳能发电系统的设计方法.pdf_第2页
离网型太阳能发电系统的设计方法.pdf_第3页
离网型太阳能发电系统的设计方法.pdf_第4页
离网型太阳能发电系统的设计方法.pdf_第5页
已阅读5页,还剩2页未读 继续免费阅读

下载本文档

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

付文辉罗健明 东汽投资发展有限公司I g t J 德阳6 1 8 0 0 0 摘要:以沈阳、成都、海口、拉萨四城市为例,从气象地理条件分析、负载特性分析、蓄电池容量计算、太阳电池阵列容 量计算、方阵倾角计算、光伏控制器以及离网逆变器选型等方面详细介绍了离网太阳能发电系统的设计方法,着重介绍了如 何根据负载要求和当地的气象地理条件进行最优化设计,最后,给出了系统的配置说明。 关键词:离网型太阳能光伏系统;光伏控制器;离网型逆变器;电池阵列;蓄电池组维持天数 中图分类号:T M 6 1 5文献标识码:A文章编号:1 0 0 卜9 0 0 6 ( 2 0 1 1 ) 0 1 - 0 0 7 0 - 0 6 D e s i g no fO f - g r i dP VS y s t e m F UW e n h u i ,L O UJ i a n m i n g f D o , c f n gS t e a mT u r b i n eC o ,L t d 6 1 8 0 0 0 ,D e y a n g , S i c h u a n ,C h i n a ) A b s t r a c t :T a k i n gt h ec i t i e so fS h e n y a n g , C h e n g d u ,H a i k o u ,L h a s af o re x a m p l e ,ao f f - 一dP Vs y s t e mi sd e s c r i b e dw i t ht h ea n a l y s i so f m e t e o r o l o g i c a la n dg e o g r a p h i c a lc o n d i t i o n s ,t h ec a l c u l a t i o no fl o a d ,b a t t e r yc a p a c i t y ,s o l 盯a r r a yc a p a c i t y ,a r r a y 锄g l ec a l c u l a t i o n ,t h e s e l e c t i o no fP Vc o n t r o l l e ra n do f f - 画di n v e r t e r , t h ep a p e rd e s c r i b e si nd e t a i lh o wt oo p t i m i s ed e s i g nw i t ht h el o a dr e q u i r e m e n t sa n dl o c a l m e t e o r o l o g i c a la n dg e o g r a p h i c a lc o n d i t i o n s F i n a l l y ,t h ec o n f i g u r a t i o no ft h eo f f - 酣ds y s t e mi si n t r o d r u c e d K e yw o r d s :o f f - g r i dP Vs y s t e m ;P Vc o n t r o l l e r ;, o f f - 鲥di n v e r t e r ;, c e l la r r a y ;m a i n t a i nd a y so fb a t t e r y 离网型光伏发电系统是指没有任何辅助电源、 光伏发电是唯一电力来源的电源系统。通过太阳 能光伏方阵将太阳辐射能转化为直流电能,再经 过逆变器( 直流供电无需逆变) 将直流电能逆变为 2 2 0V 或3 8 0V 交流电能,逆变输出的交流电未并 人公共电网,而是直接供交流负载使用,这样的 一个发电系统被称为太阳能离网型发电系统,也 称离网光伏电站。离网型太阳能光伏系统图如图l 。 图l 太阳能离网发电系统图 离网型太阳能发电系统( 以下称离网系统) 由太 阳能电池阵列、光伏控制器、蓄电池组、负载等 组成,电池阵列在有光照的情况下将太阳能转换 为电能,通过光伏控制器给负载供电,同时给蓄 电池组充电;在无光照时,通过光伏控制器由蓄 电池组给负载供电,发电功率可以根据需求搭配。 由于太阳能发电具有节能环保,安装使用方便, 一次投资长期受益等特点,目前在世界各发达国 家太阳能发电也越来越广泛应用于草原牧区、偏 远山村、高山海岛等远离公共电网的无电区和一 些特殊场所。在考虑太阳能的利用时,不仅要从 技术方面考虑,还要从经济、生态及国家建设的 整体方针来研究。 爹前期工作一4 哗一”一”Y 一恻一憾”一”镶 颦前期工作 “ 霪 埘- * $ m ;“d “山删m 一镕点耗女g 对于太阳能发电系统来说,是需要“看天吃 收稿日期:2 0 1 0 0 8 - 0 6 作者简介:付文辉( 1 9 6 7 - ) ,男,高级工程师。1 9 9 0 年本科毕业于四川大学,2 0 0 6 年研究生毕业于电子科大。从事过电厂汽轮机组振动测试 和故障诊断,东汽德阳分部计算机局域网升级改造等工作。曾负责东方自控公司和东方电气集团公司的太阳能屋顶示范项目。现 负责东汽八角风光储一体化项目的技术工作。 7 0 万方数据 饭的”,这就有标称值和实际值的概念,两者之间 就存在着误差,理论上是设计容量越大。与实际 参数值偏差越大,势必造成投资浪费越大;为了 建成一个合理、完善的离网系统,需要进行一系 列计算和设计,如果考虑不周,可能导致系统无 法正常运行。太阳能发电系统的设计需要考虑以 下一些因素: ( 1 ) 太阳能发电系统在哪个地区( 国家、省市) 使 用? 当地经纬度是多少? 当地日光辐射隋况如何? ( 2 ) 系统的负载总功率有多大? 每天需要工作 多少小时? ( 3 ) 系统每天需提供多少千的电力? 以千瓦时 ( K W H ) 或瓦木小时( H 1 为单位 ( 4 ) 系统的输出电压是多少,直流还是交流? 1 2V D C ? 2 4V D C 、4 8 V D C 、1 1 0V A C 、2 2 0V A C 、 3 8 0V 3 A C ? 如果遇到阴雨天气,系统需连续供电多少 天? ( 6 ) 负载的情况,纯电阻性、电容性还是电感 性,启动电流多大? ( 7 ) 系统需求的数量:是指对于分布式的太阳 表l 能电站所包含独立发电单元的数目。 离网系统的设计过程是依据工程所在地的气 象地理条件和负载用电需求分析,最终确定电池 阵列的功率、安装倾角、光伏控制器、逆变器功 率,蓄电池组容量等参数的计算过程。 衡量光伏系统优劣的主要指标是其可靠性和 经济性。因此最优化设计的任务是通过科学的分 析计算,使光伏系统既能长期可靠地满足用户负 载的合理用电要求,又能使系统配置的容量最小, 有最佳的经济性,节省投资费用。然而由于光伏 系统的运行牵涉的影响因素很多,关系错综复杂, 在作离网型设计时,依据“总发电量”满足“总 耗电量”的原则,为增加本文的可读性及对工程 设计的可操作性,对某些非主要的因素作了简化 处理。 爹气候地理数据- _ i 二! 二:二:j :一:二二。:震 无论是设计离网系统还是并网系统,首先要 收集现场的气候地理数据,以下对沈阳市、成都市、 海1 3 市和拉萨市等四座城市气象地理条件的比较。 说明: 1 3 照时数是指太阳辐射地面的时间间隔。以小时为单位。日照时数有可照时数和实照时数两种含义。可照时数是指日出至日落时间 间隔、其时间长短随纬度和季节而变化。实照时数是指在可照时数中扣除地面物体、云雾遮档时间。太阳直射光直达地面时间间隔,也是通 常所说的日照时数。 日平均峰值口照时数是指太阳能电池每天可以接受到l0 0 0 W ,m z 辐照度的等效时间,在数值上等于每平方米日平均太阳辐射能量除 以标准辐照度( 10 0 0w ,m 。 计算公式( 峰值1 3 照时数1 公式一、峰值日照时数= ( 斜面日均辐射i x 2 7 7 8 ) 1 00 0 0k J m 2 2 7 7 8 是单位转换系数 公式二、峰值日照时数= f 年总辐射I x O 01 1 6 ) 3 6 5 千卡c m 2 0 0 1 1 6 是单位转换系数 l 卡:4 1 8 焦;lk a l - - 4 1 8J ;J = W - S ;W = J S , 风力等级( w i n ds c a l e ) 简称风级,是风强度( 风力) 的一种表示方法。国际通用的风力等级是由英国人蒲福( B e “f o r t ) 于1 8 0 5 年拟定的。故又 称“蒲桶风力等g 硬( B e a u f o r ts c a l e ) ”,它最初是根据风对炊烟、沙尘、地物、渔船、渔浪等的影响大小分为O 1 2 级,共1 3 个等级。后来,义在原 分级的基础卜,增加J ,相应的风速界限自1 9 4 6 年以来,风力等级又作了扩充,增加到1 8 个等级( 1 7 级) 详见下表。 相对湿度是指在某一温度和气压下,空气中的水汽含量与饱和的空气中水汽含量的百分比,百分数值越大。表示环境越潮湿。 7 1 万方数据 由于太阳辐射的随机性,无法确定光伏系统 安装后电池阵列上各个时段确切的太阳辐射量, 只能根据气象台记录的历史资料作为参考,通过 以下算式可以得出月平均峰值小时数: 月平均太阳总辐照量( 矾m z ) 标准辐照度 ( 10 0 0w ,m 2 ) = 月平均峰值时数( 小时) 在同纬度的两个地区,不考虑温度等因素, 某一天的最大发电功率可能相同,但一天的总发 电量很可能不同,也就是说同样的2 0k W P 的电池 阵列所发出的电,在拉萨和在成都所发出的电能 是不同的,导致这种差别的原因是两地的月平均 峰值小时数的不同。 蠢负载情况。一 9 。一” “7 鼍 女孙,一,。 a ,。+ 。甜tt 髂 在此环节中,需列出各种耗电设备的功率、 工作电压、平均每天使用小时数及工作的时间段, 还要计入本发电系统自身的辅助设备如控制器、 逆变器等的耗电量。 实际负载的大小及使用情况等可能千变万化, 从全天使用时间上来区分大致可分为白天、晚 上和白天连晚上3 种负载对于仅在白天使用的 负载,多数可以由光伏系统直接供电,减少了由 于蓄电池充放电等引起的损耗,所配备的光伏系 统容量可以适当减小。全部晚上使用的负载其光 伏系统所配备的容量就要相应增加。白天连晚上 的负载,比如服务器设备、通讯基站等,所需要 的容量则在两者之间。此外,从全年使用时间上 来区分,大致又可分为均衡性负载、季节性负载 和随机性负载。为了简化,对于月平均耗电量变 化不超过1 0 的负载也可以当作平均耗电量都相 同的均衡性负载。按照结构特性可分为感性负载、 容性负载和阻性负载;按照耗电的时间特性可分 为间断耗电和不可间断耗电。在工程设计时,为 了更准确地计算出负载的实际功率和实际的耗电 量,对负载特性参数的确定是必不可少的,是因 为电池阵列的容量由负载的实际功率决定,蓄电 池组的容量由负载的实际耗电量决定的。 7 2 下表是离网系统负载的数据。 裹2 说明:在T 程上计算负载的实际消耗功率的方法:对于纯阻 性负载,乘上系数1 2 ,对于感性负载,乘上系数2 5 3 ,经计算 得本文中负载的实际消耗功率为2 4k W 计算满足连续5 天阴雨 天的耗电量,决定着电池组安时数。通常情况下,将离网型发电系 统的输出主要用作照明的供电是因为此种情况下太阳能发电系 统造价最为经济 纂逆变器的选型二二。二二二:二:二二:二震 逆变器是将直流电转换为交流电的设备,太 阳能电池和蓄电池输出的电能都属于直流电,当 负载是交流负载时,逆变器是不可缺少的。 为正确选用光伏发电系统用的逆变器,应对 逆变器的技术性能进行评价。根据逆变器对离网 型发电系统运行特性的影响和光伏发电系统对逆 变器性能的要求,评价内容有如下几项: ( 1 ) 额定输出容量 ( 2 ) 输出电压稳定度 ( 3 ) 整机效率 ( 4 ) 保护功能 ( 5 ) 启动性能 ( 6 ) 维护方便 ( 7 ) 计算方法 由前面确定了纯阻性负载的功率、非纯阻性 负载的功率及负载同时系数之后,再用以下计算 方法确定逆变器的功率: 逆变器的功率= 纯阻性负载的功率( 系数 1 2 ) + 非纯阻性负载的功率( 系数2 5 3 0 ) 负 载同时系数逆变器的效率 本离网型系统选用合肥阳光3 0k W 逆变器。 万方数据 表3 型号S N 2 2 0 _ 3 0 K 3 S D I 交流输出 取8 5 ,故得蓄电池( 组) 容量为53 4 8A h 2 2 0 V , 所以选用2 2 0 节3o o oA h 2 V 的蓄电池,分成2 组,每组1 1 0 节先串联,然后两组再并联,具体 连线图如下: 额定容量k V A3 0 输l 叶l 额定功率,k w2 4 输出额定电雁及频率 A c 3 8 c r 2 2 0 v 5 0 H 征湘匹线锄 输出额定电流,A4 5 6 输出电压精度VA C 3 8 0 - a :3 输出频率精度H z5 0 o 0 5 波形失真率f 线性负载恸5 动态响应( 负载0 - - 1 0 0 ) 5 图2 蓄电池组串并联示意图 置负瓤 O 8 1 5 0 ,1 08 9 4 2 0 5 0 IP 2 0 50 0 0 ( 海拔超过10 0 0 m 需 按照G B T 3 8 5 9 2 规定降额使 用1 8 0 0 x 22 6 0 x 6 0 0 爹蓄电池( 组) 选型j _ 7 二I ”“,”4 一。:。? 。“霪 对于离网型系统的蓄电池组选型要考虑以下因素: ( 1 ) 长寿命 ( 2 ) 充放电效率高 ( 3 ) 自放电率低 ( 4 ) 深放电能力强 ( 5 ) 少维护或免维护 ( 6 ) 工作温度范围宽 ( 7 ) 价格低廉 ( 8 ) 便于安装 目前主要用于太阳能光伏系统的蓄电池是密 封胶体免维护铅酸蓄电池,对于本离网系统设计为 5 个阴雨天,耗电量为8 0 0k W h ,其容量计算如下: 蓄电池( 组) 容量( A h ) = 5 个阴雨天耗电量( k W h ) 蓄电池( 组) 电压放电深度逆变效率 假设电池的放电深度D O D 为O 8 ,逆变效率 嚣;光伏控制器选型囊 太阳能光伏控制器是连接太阳能电池阵列、 各种用电设施和蓄电池组的控制中心,是控制整 个系统的工作状态,对蓄电池起到过充电保护、 过放电保护的作用,同时还具有防止蓄电池外接 短路保护、蓄电池断路保护、防止太阳电池方阵 反接保护、在夜间防止蓄电池向太阳电池板放电 等的功能,在太阳能离网型光伏发电系统中是不 可缺少的。在温差较大的地方,合格的控制器还 应具备温度补偿的功能,其他附加功能如光控开 关、时控开关都应当是控制器的可选项,下图为 某型号光伏控制器的接线端: 图3 控制器接线端子排图示 对于本文讨论的离网系统,选择的光伏控制 器是合肥阳光S D 2 2 0 1 5 0 型,其主要参数如下表: 硷 万方数据 袭4 型号S D 2 2 0 1 5 0 直流额定电压 额定充电电流,A 最大光伏电池功率,k W , 太阳能电池组数 每路最大太阳能电池电流A 使用环境温度 最大空载自耗电m A 太阳能电池与蓄电池之间,v 电压降落 蓄电池与负载之间,v 使用海拔,m 菱电池阵列的设计一! ! 二。“。二二,二:二二二I 蠹 太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部 分,也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其 作用是将太阳的辐射能转换为电能,或送往蓄电 池中存储起来,或推动负载工作。 满足同样的负载耗电情况下,在不同光照条 件的地区选用太阳能电池的容量也是不同的,显 然光照强的地方选用较少的太阳能电池容量,就 可转换足够的太阳能供负载使用;反之,就需要 较大的太阳能电池容量;在工程中其计算方法是: 电池阵列容量= 日耗电量X 阴雨天的裕量系 数当地日均峰值小时数系统效率 则所需光伏电池组件的功率为: ( 1 ) 在拉萨的离网系统: ( 1 6 0x2 5 ) 6 7 0 8 2 = 7 2 8 ( k W p ) 由电池板的工作电压和光伏控制器的输入电 压可知,电池阵列的串联数为7 ,为便于电池板的 串并联设计,可采用4 6 2 块1 6 0W 。单晶硅光伏电池 组件,实际功率为7 3 9 2k W 。,光伏电池组件的串并 联方式:7 串6 6 并,分成6 路接人光伏控制器。 ( 2 ) 在沈阳的离网系统: ( 1 6 0x2 5 ) 4 6 0 8 2 = 1 0 6 1 ( k W h ) 7 4 为便于电池板的串并移锻计,可采用6 7 2 块1 6 0W 。 单晶硅光伏电池组件,实际功率为1 0 7 5 2k W 。,光 伏电池组件的串并联方式:7 串9 6 并,分成6 路 接入光伏控制器。 ( 3 ) 在成都的离网系统: ( 1 6 0X2 5 ) 2 9 0 8 2 = 1 6 8 2 ( k W h ) 为I 劈F 哇猫搠挎移锄 国十 硼l0 5 0 块1 6 0w D 单 晶硅光伏电池组件,实际功率为1 6 8k W 。,光伏电 池组件的串并联方式:7 串1 5 0 并,分成6 路接人 光伏控制器。 ( 4 ) 在海口的离网系统: ( 1 6 0x2 5 1 3 8 0 8 2 = 1 2 8 4 ( k W p ) 为匣于E 戡也板的串并】移锻计,可采用8 4 0 块16 0W 。 单晶硅光伏电池组件,实际功率为1 3 4 4k W p ,光伏 电池组件的串并联方式:7 串1 2 0 并,分成6 路接入 光伏控制器

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论