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1、-3kw离网系统发电设计21 离网光伏发电系统简介22离网光伏发电系统的设计原则与方法22.1系统的设计原则、步骤和容2系统设计原则2设计步骤和容22.2设计相关的因素和技术条件23太阳能光伏发电系统容量的设计与计算23.1设计的基本思路23.2太阳能电池组件及方阵的设计方法23.3太阳能光伏发电系统容量的设计与计算的主要容2太阳能电池组件功率和方阵构成的设计与计算2蓄电池的容量与蓄电池组合的设计与计算24光伏发电系统的系统配置与设计2光伏控制器选型24.3逆变器的设计选型25 3kW离网系统设计选型实例25.1用户需求25.2总体方案2光伏组件的选型2组件中相关系数的校正：2串并联数的计算：
2、2蓄电池的选择2相关系数的修正：2蓄电池串并联数的计算：2逆变器选型（型号TI483KNB）2光伏控制器选择2独立光伏发电系统23kw离网系统发电设计学习目的：通过本章学习，能设计满足客户用电量需求的光伏方阵容量和蓄电池容量。1 离网光伏发电系统简介离网光伏发电系统是指未与公共电网相连接的独立太阳能光伏发电系统，其输出功率提供给本地负载(交流负载或直流负载)的发电系统。其主要应用于远离公共电网的无电地区和一些特殊场所，如为公共电网难以覆盖的边远偏僻农村、海岛和牧区提供照明、看电视、听广播等基本生活用电，也可为通信中继站、气象站和边防哨所等特殊处所提供电源。离网光伏发电系统通常由光伏电池阵列、蓄
3、电池组、控制器、逆变器、低压输电线路和用户负载组成。图3-1表3- 主要设备一览表序号名称作用1光伏阵列太阳能电池透过光生伏特效应可以将太能转化成直流电能。2组件支架连接各个光伏组件3光伏控制器1. 功率调节功能；2. 通信功能，简单指示功能、协议通讯功能；3. 完善的保护功能，电气保护，反接，短路，过流。防止蓄电池被太阳电池方阵过充电和被负载过放电。4光伏离网逆变器一种将直流电（DC）转化为交流电（AC）的装置5电线电缆-6交直流负载-7蓄电池储存和提供电能2离网光伏发电系统的设计原则与方法2.1系统的设计原则、步骤和容系统设计原则系统设计原则：(1) 光伏发电系统的设计要本着合理性、实用性
4、、高可靠性和高性价比（低成本）的原则；(2) 既能保证光伏系统的长期可靠运行，充分满足负载的用电需要，同时又能使系统的配置最合理、最经济，特别是确定使用最少的太阳能电池组件功率和蓄电池的容量；(3) 充分注意当地的气象及地理条件的影响，达到可靠性和经济性的最佳结合；(4) 协调整个系统工作的最大可靠性和系统成本之间的关系，在满足需要保证质量的前提下节省投资，达到最好的经济效益。设计步骤和容图3-22.2设计相关的因素和技术条件在设计光伏发电系统时，应当根据负载的要求和当地太阳能资源及气象地理条件，依照能量守恒的原则，综合考虑下列各种因素和技术条件：(1) 系统用电负载的特性在设计太阳能光伏发电
5、系统和进行系统设备的配置、选型前，要充分了解用电负载的特性。按负载不同特性，可分类为：a) 直流负载或交流负载直流负载:是指用电设备中使用直流的负载.,交流负载包括如下类型：i) 电阻性负载：如白炽灯泡、电子节能灯、电熨斗、电热水器等在使用无冲击电流.ii) 电感性负载：电动机、电冰箱、水泵等，启动时有冲击电流，往往是其额定工作电流的58倍。iii) 电力电子类负载：日光灯、电视机、计算机等。有冲击电流，往往是其额定工作电流的510倍。b) 冲击性负载或无冲击性负载i) 冲击性负载：大功率电动机，在直接启动的瞬间，其电流最高可达额定电流的二十多倍；因此，在容量设计和设备选型时，往往都要留下合理
6、余量；ii) 无冲击性负载:直接启动的瞬间，其电流不会最高可达额定电流的二十多倍。c) 重要性负载或一般性负载d) 昼间负载或夜间负载从全天使用时间上分可分为仅白天使用的负载(昼间负载)，仅晚上使用的负载(夜间负载)及白天晚上连续使用的负载。对于昼间负载，多数可以由光伏电池板直接供电，不需要考虑蓄电池的配备。另外系统每天需要供电的时间有多长，要求系统能正常供电几个阴雨天等，都是需要在设计前了解的问题和数据。例:独立运行的光伏发电系统根据负载的特点，分为( )。 ABCA.直流系统C.交流系统C.交直流混合系统D.隔离系统E.以上都是(2) 当地的太阳能辐射资源及气象地理条件由于太阳能光伏发电系
7、统的发电量与太的辐射强度、大气层厚度（即大气质量）、地理位置、所在地的气候和气象、地形地物等因素和条件有着直接的关系和影响，因此在设计太阳能光伏发电系统时，应考虑的太阳能辐射资源及气象地理条件有太阳辐射的方位角和倾斜角、峰值日照时数、全年辐射总量、连续阴雨天数及最低气温等。a) 太阳能电池组件（方阵）的方位角与倾斜角太阳能电池组件（方阵）的方位角与倾斜角的选定是太阳能光伏系统设计时最重要的因素之一。所谓方位角一般是指东西南北方向的角度。对于太阳能光伏系统来说，方位角以正南为0，由南向东向北为负角度，由南向西向北为正角度，如太阳在正时，方位角为-90，在正西方时方位角为90。方位角决定了的入射方
8、向，决定了各个方向的山坡或不同朝向建筑物的采光状况。在我国，太阳能电池方阵的方位角一般都选择正南方向，以使太阳能电池单位容量的发电量最大。倾斜角是地平面（水平面）与太阳能电池组件之间的夹角。倾斜角为0时表示太阳能电池组件为水平设置，倾斜角为90时表示太阳能电池组件为垂直设置。如果没有条件对倾斜角进行计算机优化设计，也可根据当地纬度粗略确定光伏方阵的倾斜角：b) 峰值日照时数峰值日照时数是将当地的太阳辐射量，折算成标准测试条件（幅照度1 000Wm2）下的时数。例如，*地*天的日照时间是8.5h，但不可能在这8.5h中太阳的幅照度都是1000W/m2，而是从弱到强再从强到弱变化的，若测得这天累计
9、的太阳辐射量是3600W/m2，则这天的峰值日照时数就是3.6h。因此，在计算太阳能光伏发电系统的发电量时一般都采用平均峰值日照时数作为参考值。c) 最长连续阴雨天数需要蓄电池向负载维持供电的天数，从发电系统本身的角度说，也叫“系统自给天数”。连续阴雨天数可参考当地年平均连续阴雨天数的数据。对于不太重要的负载如太阳能路灯等也可根据经验或需要在37天选取。也就是说如果有几天连续阴雨天，太阳能电池方阵就几乎不能发电，只能靠蓄电池来供电，而蓄电池深度放电后又需尽快地将其补充好。连续阴雨天数可参考当地年平均连续阴雨天数的数据。对于不太重要的负载如太阳能路灯等也可根据经验或需要在37天选取。在考虑连续阴
10、雨天因素时，还要考虑两段连续阴雨天之间的间隔天数，以防止第一个连续阴雨天到来使蓄电池放电后，还没有来得及补充，就又来了第二个连续阴雨天，使系统在第二个连续阴雨天根本无常供电。因此，在连续阴雨天比较多的南方地区，设计时要把太阳能电池和蓄电池的容量都考虑得稍微大一些。(3) 发电系统的类型：i) 独立发电系统；又称离网发电系统,是指不并入国家电网发电系统;ii) 并网发电系统；是指并入国家电网的发电系统;iii) 太阳能发电与市电互补系统。(4) 安装场所和方式发电系统的安装主要是指太阳能电池组件或太阳能电池方阵的安装，其安装场所和方式可分为杆柱安装、地面安装、屋顶安装、山坡安装、建筑物墙壁安装及
11、建材一体化安装等。3太阳能光伏发电系统容量的设计与计算3.1设计的基本思路太阳能电池组件的设计原则是要满足平均天气条件（太阳辐射量）下负载每日用电量的需求，也就是说太阳能电池组件的全年发电量要等于负载全年用电量。因为天气条件有低于和高于平均值的情况，因此，设计太阳能电池组件要满足光照最差、太阳能辐射量最小季节的需要。3.2太阳能电池组件及方阵的设计方法太阳能电池组件的设计就是满足负载年平均每日用电量的需求。设计和计算太阳能电池组件大小的基本方法：(1) 用负载平均每天所需要的用电量（单位：安时或瓦时）为基本数据(2) 以当地太阳能辐射资源参数如峰值日照时数、年辐射总量等数据为参照(3) 结合一
12、些相关因素数据或系数综合计算。3.3太阳能光伏发电系统容量的设计与计算的主要容太阳能电池组件功率和方阵构成的设计与计算光伏组件的选择在我国，太阳能电池方阵的方位角一般都选择正南方向，以使太阳能电池单位容量的发电量最大。太阳能光伏方阵的倾斜度根据当地纬度粗略确定光伏方阵的倾斜角：表2PV（光伏英文的Photovoltaic的缩写）方阵充电能力希望在C/10C/50之间。如果PV方阵过大（高于C/10），则蓄电池充电过快，因为不能接收所有来自PV方阵的电流，蓄电池充电效率不高。如果PV方阵容量太小，充电速度过低，PV方阵不能给蓄电池充满电。设计的PV方阵充电电流（充电控制器的电流)应在这两个值之间
13、。例：如果蓄电池组容量为600Ah，希望从PV方阵得到的充电电流为多少？如果蓄电池组标称电压为48V，则PV方阵容量多大？希望从PV方阵得到的充电电流为1260A 。(600Ah/10h=60A，600Ah/50h=12A)如果蓄电池组标称电压为48V，则PV方阵容量应在576W2880W之间。48V12A=576W ，48V60A=2880W光伏组件串并联数计算根据电压电流算出光伏组件串并联数图3系统总功率=负载总功率/系数（取77%）光伏阵列总电流=系统部功率/（系统工作电压乘串联光伏数量）计算每个负载的用电量(W.h)Q1、Q2、Q3Q1=P1t1Q1是负载1的用电量（w.h）；P1是负
14、载1的功率（w）；t1是负载1的日平均工作时数（h）。计算所有负载日平均用电量(w.h)Q=Q1+Q2+Q3+日用电量：根据家用电器功耗表统计，例：用户全额总功率为3KW，日均用电量为24000Wh(8*3)。每天用电小时8h负载日平均用电量(A.h)日平均负载=负载日平均用电量/系统直流电压组件日平均发电量组件日平均发电量=组件峰值工作电流(A)峰值日照时数(h)单位(A.h)峰值日照表太阳电池组件的并联数图4光伏组件最大修正峰值电压组件电压*温度系数*(室温-最冷温度)+组件电压=开路电压Voc光伏组件最小修正峰值电压组件电压*温度系数*(最高温度-室温)+组件电压=开路电压Voc蓄电池的
15、容量与蓄电池组合的设计与计算在蓄电池的充放电过程中，太阳能电池产生的电流在转化储存的过程中会因为发热、电解水蒸发等产生一定的损耗，可用蓄电池的充电效率(或称库仑效率)来表示这种电流损失。因此在设计时，要根据蓄电池的不同将电池组件的功率增加5%10%，以抵消蓄电池充放电过程中的耗散损失。光伏控制器防止蓄电池过放电的措施有；A.在达到预置的待充电电平时，断开负载；B.信号灯或蜂鸣器动作报警，显示蓄电池电压过低；C.自动接通一个后备电源。图5充电效率系数（或称蓄电池的库仑效率），取0.8-0.9;逆变器的转换效率，取；组件功率损失系数，取；例：*地建设一个移动通信基站的太阳能光伏供电系统，该系统采用直流负载，负载工作电压48V，用电量为每天150Ah该地区最低的光照辐射是1月份，其倾斜面峰值日照时数是3.5h，选定125W太阳能电池组件，其主要参数：峰值功率125W、峰值工作电压34.2V、峰值工作电
