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太陽能離網發(fā)電系統(tǒng)設計
一、 工程概述
1、工程名稱
伊朗家用小型離網發(fā)電系統(tǒng)
2、地理位置（經度、緯度、環(huán)境狀況、氣候條件、風力狀況、陽光資源等）
伊朗位于亞洲西南部，北鄰亞美尼亞、阿塞拜疆、土庫曼斯坦，西與土耳其和伊拉克接壤，東面與巴基斯坦和阿富汗相連，南面瀕臨海灣和阿曼灣。國土絕大部分在伊朗高原上，是高原國家，海拔一般在900—1500米之間。西南部為厄爾布爾士山與科彼特山，東部為加恩-比爾兼德高地，北部有厄爾布茲山脈，德馬萬德峰海拔5670米，為伊朗最高峰。西部和西南部是寬闊的扎格羅斯山山系，約占國土面積一半。中部為干燥的盆地，形成許多沙漠，有卡維爾荒漠與盧特荒漠，平均海拔1,000余米。僅西南部波斯灣沿岸與北部里海沿岸有小面積的沖擊平原。西南部扎格羅斯山麓至波斯灣頭的平原稱胡齊斯坦。主要河流有卡流倫河與塞菲德。里海是世界最大的咸水湖，南岸屬伊朗。伊朗東部和內地屬大陸性的亞熱帶草原和沙漠氣候，干燥少雨，寒暑變化大。西部山區(qū)多屬地中海式氣候。年降水量除西北部山區(qū)與里海沿岸超過1,000毫米外，一般在50-500毫米之間。中央高原年平均降水量在100毫米以下。
3、氣象資料
氣象資料以伊朗首都NASA數(shù)據(jù)庫中德黑蘭氣象數(shù)據(jù)為參考，德黑蘭位于伊朗北部。
|
項目
月份 |
空氣溫度 |
相對濕度 |
每日太陽輻射 |
風速 |
地面溫度 |
|
℃ |
% |
KWh/m2/Day |
m/s |
℃ |
|
|
一月 |
0.6 |
76.40% |
2.73 |
3.8 |
1 |
|
二月 |
1.7 |
72.10% |
3.62 |
4.2 |
2.5 |
|
三月 |
5.6 |
66.10% |
4.5 |
4.7 |
7.3 |
|
四月 |
12.7 |
52.70% |
5.51 |
4.7 |
15.7 |
|
五月 |
17.6 |
44.50% |
6.39 |
4.8 |
21.9 |
|
六月 |
21.8 |
41.70% |
7.35 |
5.3 |
26.9 |
|
七月 |
23.9 |
44.00% |
7.04 |
5.8 |
29.1 |
|
八月 |
23.8 |
43.70% |
6.56 |
5.6 |
28.1 |
|
九月 |
19.7 |
45.80% |
5.64 |
4.6 |
23.1 |
|
十月 |
13.8 |
54.30% |
4.05 |
4 |
16 |
|
十一月 |
7.8 |
64.40% |
2.94 |
3.6 |
8.7 |
|
十二月 |
2.6 |
74.00% |
2.38 |
3.7 |
2.9 |
|
年平均 |
12.6 |
56.6% |
4.89 |
4.6 |
15.3 |
二、方案設計
（一）用戶負載信息
|
用電器 |
額定功率(W) |
數(shù)量 |
用電時數(shù)(h) |
用電量(KWh) |
|
Saving Lamp |
20 |
3 |
6 |
0.36 |
|
Saving Lamp |
10 |
4 |
3 |
0.12 |
|
Saving Lamp |
11 |
1 |
1 |
0.011 |
|
TV 21” |
65 |
1 |
4 |
0.26 |
|
Satellite |
30 |
1 |
4 |
0.12 |
|
Refrigerator |
120 |
1 |
|
1.5 |
|
Personal Computer |
350 |
1 |
2 |
0.7 |
|
合計 |
3.071 |
|||
冰箱的耗能根據(jù)冰箱的使用模式和開關冰箱門的頻率有關，目前普通冰箱的日耗電大約1度左右，這里選取耗電為1.5度。
（二）系統(tǒng)方案設計
根據(jù)用戶要求，本方案為光伏離網系統(tǒng)
本系統(tǒng)是一個離網系統(tǒng)，其原理如下圖所示：
1、蓄電池組的設計（容量計算、安裝地區(qū)戶用電壓情況、蓄電池型號選擇、數(shù)量確定、布局）
在系統(tǒng)中儲能主要靠鉛酸蓄電池，蓄電池的容量利用下下面公式計算：
其中：C：蓄電池容量[kWh]
D：最長無日照間用電時[h]
F：蓄電池放電效率的修正系數(shù)（通常取1.05）
Po：平均負荷容量[kW]
L：蓄電池的維修保養(yǎng)率（通常取0.8)
U：蓄電池的放電深度（通常取0.5)
Ka：包括逆變器等交流回路的損失率（通常取0.7，如逆變器效率高 可取0.8）
所以此處的蓄電池的容量應該為：
C=3.071×3×1.05/（0.8×0.5×0.7）=34.5KWh
由于系統(tǒng)設計的參考連續(xù)陰雨天數(shù)為2天。
根據(jù)伊朗的電力情況，戶用電壓為220V，蓄電池電壓選擇為48V，蓄電池組由12V的蓄電池串并而成，所以每串需要4塊蓄電池串起來達到48V。選用8塊單體為12V200Ah的蓄電池，總共4串進行并聯(lián)，
2、太陽能電池板方陣的設計
2.1 電池板傾角的計算
為了保證系統(tǒng)有足夠高的效率，電池板必須按一定的傾角安裝。因此有必要先計算不同傾角對效率的影響，這個影響可以用在太陽能電池板面上的日平均輻照強度來量化，輻照強度越大則電池板的效率越高。下表是在不同傾角時斜面上的輻照強度的逐月變化對照表：
逐月輻照強度隨傾角變化規(guī)律
|
角度 月份 |
平均日輻照強度（KWh/m2/Day） |
||||||
|
28° |
30° |
32° |
35° |
37° |
38° |
40° |
|
|
一月 |
3.51 |
3.56 |
3.61 |
3.68 |
3.72 |
3.74 |
3.78 |
|
二月 |
4.32 |
4.36 |
4.40 |
4.44 |
4.47 |
4.48 |
4.50 |
|
三月 |
4.64 |
4.65 |
4.66 |
4.66 |
4.65 |
4.65 |
4.64 |
|
四月 |
5.61 |
5.59 |
5.56 |
5.51 |
5.47 |
5.45 |
5.40 |
|
五月 |
6.15 |
6.09 |
6.03 |
5.93 |
5.85 |
5.81 |
5.73 |
|
六月 |
7.03 |
6.94 |
6.85 |
6.70 |
6.59 |
6.54 |
6.42 |
|
七月 |
7.02 |
6.94 |
6.86 |
6.72 |
6.62 |
6.57 |
6.46 |
|
八月 |
6.97 |
6.93 |
6.88 |
6.79 |
6.73 |
6.69 |
6.61 |
|
九月 |
6.46 |
6.47 |
6.47 |
6.46 |
6.44 |
6.43 |
6.41 |
|
十月 |
5.44 |
5.49 |
5.53 |
5.58 |
5.61 |
5.62 |
5.64 |
|
十一月 |
4.19 |
4.25 |
4.31 |
4.39 |
4.44 |
4.46 |
4.50 |
|
十二月 |
3.37 |
3.42 |
3.48 |
3.55 |
3.60 |
3.62 |
3.66 |
|
年平均 |
5.40 |
5.40 |
5.39 |
5.37 |
5.35 |
5.34 |
5.32 |
本系統(tǒng)設計為離網系統(tǒng)，為了保證用戶的用電，必須保證用戶的基本用電，特別是在12月份和1月份的時候，平均日輻照強度很低，所以應特別注意保證在這兩個月的發(fā)電量滿足用戶的用電需求。通過上表比較，最終支架最佳傾角設計為37°。
2.2 電池板方陣容量的計算
總共需要的電池板方陣功率計算公式為：
P=W1*F/(Tm*η2*η3*Ka)
W1:負載的消耗功率
F：蓄電池放電效率的修正系數(shù)（通常取1.05）
Tm：峰值日照時數(shù)，其值與輻照強度的值基本相同，這里取3.6h
η2：方陣表面由于塵污遮蔽或老化引起的修正系數(shù)，通?？扇?.9~0.95
η3：方陣組合損失和對最大功率點偏離以及控制器效率的修正系數(shù)，通?？扇?.9~0.95
Ka：包括逆變器等交流回路的損失率（通常取0.7，如逆變器效率高 可取0.8）
所以電池板方陣功率為：
P=3.071×1.05/(3.6×0.95×0.95×0.8×0.8)=1.241KW
考慮連續(xù)陰雨天后系統(tǒng)能在較短時間內讓蓄電池再次充滿，可以適當考慮放大方陣容量，但是在上面的計算中我們是以輻照最低月為準，在其他月份的發(fā)電量都有很大余量，所以針對方陣容量進行略微放大即可。
2.3 電池板的選型
本方案選用300W的單晶硅電池板，則總共需要6塊，總功率為1.8KW。所選電池板的基本技術參數(shù)如下所示:
|
太陽電池種類 |
單晶硅 |
|
|
太陽電池生產廠家 |
兆陽光伏 |
|
|
太陽電池組件生產廠家 |
兆陽光伏 |
|
|
太陽電池組件型號 |
SW-M660230 |
|
|
指標 |
單位 |
數(shù) 據(jù) |
|
峰值功率 |
Wp |
230 |
|
開路電壓（Voc） |
V |
37.23 |
|
短路電流（Isc） |
A |
8.18 |
|
工作電壓（Vmppt） |
V |
30.48 |
|
工作電流（Imppt） |
A |
7.55 |
|
尺寸 |
mm |
1630×992×48 |
2.4 電池板陣列的布置
系統(tǒng)的額定電壓為48V，所以電池板陣列輸出電壓不能太大，根據(jù)電壓的限制，這里電池板直接并聯(lián)接入控制器。
電池板采用支架結構是電池板成37°傾角，電池板采取豎立放置，18塊電池板按兩排進行布置。前后排之間間隔為2.5m。
3控制器的設計（型號及主要參數(shù)）
控制器選擇賽光電源的SSCP-48-60-HA，其主要參數(shù)如下：
|
型號 |
SSCP-48-60-HA |
|
|
|
額定電壓（VDC）(V) |
48 |
|
|
|
負載最大電流（A） |
60 |
|
|
|
充電最大電流（A） |
60 |
|
|
|
充電路數(shù) |
1 |
|
|
|
最大開路電壓（VDC） |
96 |
|
|
|
過充（VDC） |
保護 |
57.6(可設定) |
|
|
恢復 |
52.8(可設定) |
|
|
|
過放（VDC） |
斷開 |
43.2(可設定) |
|
|
恢復 |
52.8(可設定) |
|
|
|
負載過壓 |
斷開 |
70(可設定) |
|
|
恢復 |
66(可設定) |
|
|
|
空載電流（mA） |
300 |
||
|
顯示方式 |
數(shù)碼顯示 |
||
|
電壓降落 |
太陽能電池與蓄電池之間( V ) |
0.7 |
|
|
蓄電池與負載之間( V ) |
0.03 |
|
|
|
機械尺寸 |
深×寬×高( mm ) |
380×450×650 |
|
|
使用環(huán)境(℃) |
-20℃～+50℃ |
|
|
|
海拔高度 |
≤5500 |
|
|
控制器的輸入只有1路，使用三通連接器并聯(lián)后接入控制器。
5逆變器的設計 （負載情況、離網或并網、型號、參數(shù)）
由于伊朗當?shù)氐挠秒婋妷簽?/span>220V，所以選擇輸出電壓為220V的離網逆變器，經過用戶用電器統(tǒng)計可知，用戶的最大功率約為676W（0.676KW），考慮到用戶負載中有感性負載，在啟動過程時有較大的沖擊電流，同時考慮系統(tǒng)的臨時增加負載的情況，所以逆變器功率應相對選擇較大的。選取48V1.5KW的逆變器，
逆變器選擇賽光電源的SW-1.5KW-R，其具體技術參數(shù)見下表：
|
型 號 |
SW-1.5KW-R |
|
額定容量（KVA） |
1.5 |
|
直流輸入 |
|
|
額定輸入電壓（VDC） |
48V |
|
欠壓點(VDC） |
43.2 |
|
欠壓恢復點(VDC) |
50.4 |
|
過壓點（VDC） |
70 |
|
市電輸入 |
|
|
電壓允許范圍（VAC） |
220±15% |
|
輸入頻率（Hz） |
50 |
|
切換方式（可選項） |
00、11、12、21 |
|
交流輸出 |
|
|
額定電壓（VAC） |
220 |
|
額定頻率（Hz） |
50 |
|
輸出波形 |
正弦波 |
|
過載能力 |
120% 1分鐘 |
|
電壓穩(wěn)定精度(AC) |
220±3% |
|
頻率穩(wěn)定精度 |
50±0.04 |
|
波形失真率（THD） |
≤3%（線性負載） |
|
動態(tài)響應（0～100%） |
5% |
|
功率因數(shù)（PF） |
0.8 |
|
逆變效率 |
≥85% |
|
峰值系數(shù)（CF） |
3:01 |
|
環(huán)境 |
|
|
絕緣強度 |
1200VAC 1分鐘 |
|
噪音（dB、1米） |
≤50dB |
|
使用環(huán)境溫度(℃) |
-10℃～+50℃ |
|
儲存環(huán)境溫度(℃) |
-20℃～+70℃ |
|
使用海拔（m） |
≤5000 |
|
顯示方式 |
表頭或指示燈 |
|
連續(xù)運行時間 |
可連續(xù)運行 |
|
尺寸(深X寬X高) |
500×483×267 |
三、 設備清單一覽表
|
名稱 |
生產廠商 |
型號 |
單位 |
數(shù)量 |
單價 |
合價 |
|
系統(tǒng)設計 |
|
-- |
項 |
|
|
|
|
組件 |
|
|
塊 |
|
|
|
|
光伏控制器 |
|
|
臺 |
|
|
|
|
蓄電池 |
|
|
個 |
|
|
|
|
離網逆變器 |
|
|
臺 |
|
|
|
|
三通連接器 |
|
|
套 |
|
|
|
|
組件支架 |
|
-- |
套 |
|
|
|
|
監(jiān)控軟件 |
|
-- |
套 |
|
|
|
|
環(huán)境監(jiān)測儀 |
|
-- |
套 |
|
|
|
|
光伏電纜 |
|
-- |
米 |
若干 |
|
|
|
電纜橋架 |
|
-- |
米 |
若干 |
|
|
|
費用總計 |
|
|||||
|
售后服務 |
0 |
|||||
|
合計總價 |
|
|||||
四、 系統(tǒng)安裝（ 設備材料領取清點、檢測、太陽電池支架制作安裝、太陽能電池方陣的安裝、電氣設備的安裝調試、系統(tǒng)的獨立運行調試）
1、施工順序
2、施工準備（技術準備、現(xiàn)場準備、檢測表或檢測圖）
3、驗收
設備清單一覽表
|
名稱 |
生產廠商 |
型號 |
單位 |
數(shù)量 |
單價 |
合價 |
|
系統(tǒng)設計 |
|
-- |
項 |
1 |
|
|
|
組件 |
|
300Wp晶硅 |
塊 |
6 |
|
|
|
光伏控制器 |
|
GS- 80PCD6-V |
臺 |
1 |
|
|
|
蓄電池 |
|
6-GFM-150 |
個 |
10 |
|
|
|
離網逆變器 |
|
1.5KW |
臺 |
1 |
|
|
|
三通連接器 |
|
|
套 |
2 |
|
|
|
組件支架 |
|
-- |
套 |
1.84KWp |
|
|
|
監(jiān)控軟件 |
|
-- |
套 |
1 |
|
|
|
環(huán)境監(jiān)測儀 |
|
-- |
套 |
1 |
|
|
|
光伏電纜 |
|
-- |
米 |
若干 |
|
|
|
電纜橋架 |
|
-- |
米 |
若干 |
|
|
|
費用總計 |
|
|||||
|
售后服務 |
0 |
|||||
|
合計總價 |
|
|||||
總結：太陽能離網設計一定要弄清楚用戶負載的功率，負載的性質，負載的工作時間，以及用戶要求的持續(xù)工作時間（連續(xù)陰雨天）
