光伏电站设计方案和对策

前言

太阳能光伏发电是新能源和可再生能源的重要组成部分，由于它集开发利用绿色可再生能源、改善生态环境、改善人民生活条件于一体，被认为是当今世界上最有发展前景的新能源技术，因而越来越受到人们的青睐。随着世界光伏市场需求持续高速增长、我国《可再生能源法》的颁布实施以及我国光伏企业在国际光伏市场上举足轻重的良好表现，我国光伏技术应用呈现了前所未有的快速增长的态势并表现出强大的生命力。它的广泛应用是保护生态环境、走经济社会可持续发展的必由之路。

太阳能发电的利用通常有两种方式，一种是将太阳能发电系统所发出的电力输送到电网中供给其他负载使用，而在需要用电的时候则从电网中获取电能，称谓并网发电方式。另一种是依靠蓄电池来进行能量存储的所谓独立发电方式，它主要用于因架设线路困难市电无法到达的场合，应用十分广泛。

1.项目概况

1.1项目背景及意义

本项目拟先设计一个独立系统，安装在客户工厂的屋顶上，用于演示光伏阵列采取跟踪模式和固定模式时发电的情况，待客户参考后再设计一套发电量更大的系统，向工厂提供生产生活用电。本系统建成后将为客户产品做出很好的宣传，系统会直观的显示采用跟踪系统后发电总量的提升情况。

1.2光伏发电系统的要求

因本系统仅是一个参考项目，所以这里就只设计一个2.88kWp的小型系统，平均每天发电5.5kWh,可供一个1kW的负载工作5.5小时。

2.系统方案

2.1现场资源和环境条件

江阴市位于北纬31°40’34”至31°57’36”，东经119°至120°34’30”。气候为亚热带北纬湿润季风区，冬季干冷多晴，夏季湿热雷雨。年降水量1041.6毫米，年平均气温15.2℃。具有气候温和、雨量充沛、四季分明等特点。其中4月-10月平均温度在10℃以上，最冷为1月份，平均温度2.5℃；最热月7月份，平均温度27.6℃。

Nature Resources:

2.2光伏系统方案的确定

本项目采用独立型光伏系统方案。系统由电池组件PV阵列，充电控制器、逆变器、蓄电池等部件组成。(原理图如下:)

独立系统原理图

本系统由太阳电池组件，跟踪控制系统，控制器，逆变器，蓄电池等部分组成。太阳电池组件在太阳光的照射下产生直流电流；而充电控制器则协调太阳能电池板、蓄电池和负载的工作,具有自动防止太阳能光伏系统的储能蓄电池过充电和过放电的功能。蓄电池在系统中的作用就是存储能量，还能对系统起着调节电量、稳定输出的作用。逆变器的作用是将蓄电池的直流电转变为适合负载使用的正弦波交流电，逆变器输出的交流电能进入配电柜；在配电柜内装有用于输出控制、过流保护、防雷保护等器件。

2.3计算机仿真

2.4系统方框图

系统方框图2.5配置方案

1. 本系统共使用了18块电池组件，组件每2块为一串，在接线盒里9串并联后输出。占地面积约22m2。

2.充电控制器选用48V50A的直流控制器，它是是具有自动防止太阳能光伏系统的储能蓄电池过充电和过放电的设备，由它协调太阳能电池板、蓄电池和负载的工作。在系统运行时，它能对蓄电池的荷电状况和环境温度自动、连续地进行监测，按照用户设置的参数对其充、放电过程进行控制，起到有效管理光伏系统能量、保护蓄电池及保证整个光伏系统正常工作的作用。

3.逆变器选用的规格为48V，3KVA，输出电压：220V AC，它的作用是将蓄电池的直流电压转变为适合负载使用的正弦波交流电压。在本系统中采用的正弦波逆变器具有波形失真小、保护功能全、转换效率高、可靠性高的特点。

4.蓄电池在系统中的作用就是存储能量。由于系统采用48V电压，蓄电池组由24节2V800Ah的蓄电池串联而成。太阳能电池将太阳辐射能转换为直流电能，

通过蓄电池将直流电能转换为化学能储存起来。另外它还能对系统起着调节电量、稳定输出的作用。全部蓄电池置于两排双层电池架上。电池架上装有输出控制开关，可方便地进行投入和切除。

2.6系统主要设备

2.6.1电池组件

本系统拟采用江苏林洋新能源有限公司生产的SF-160单晶硅电池组件。江苏林洋新能源有限公司是一家集晶体硅太阳能电池和组件的研发、生产、销售、服务为一体并在美国成功上市的国际性公司。公司采用世界上最先进的电池片和组件生产设备加之完善的质量管理体系，从而保证了完美的产品品质。产品通过了IEC61215、TUV、和UL国际认证，在国内享有盛誉。该太阳能电池片转换效率高，表面玻璃为高透光低铁钢化玻璃，边框材料为轻质电镀铝合金。

SF-160单晶硅电池组件性能

SF-160单晶硅太阳能电池的机械特性。

图2 SF-160单晶硅太阳能电池的I-V特性

2.6.2充电控制器

光伏控制器性能、参数

性能特点：

1)微电脑芯片控制充放电各参数点、温度补尝系数可编程任意设定，可适应不

同场合的特殊要求；

2)LCD液晶模块点阵显示，中英文操作菜单，用户可根据需要选择；

3)LED指示灯显示各路光伏充电状态和负载通断状态；

4)9个轻触按键操作；

5)控制电路与主电路完全隔离，具有极高的抗干扰能力；

6)1—18路太阳能电池输入控制；

7)实时显示蓄电池电压、负载电流、总光伏电流、每路光伏电流、蓄电池温度、

累计光伏发电安时数、累计负载用电安时数等十几个参数；

8)历史数据统计显示：过充电次数、过放电次数、过载次数、短路次数；

9)可编程设定发电机启停电压、次要负载通断电压、风机卸载和恢复电压、路

灯光敏切换电压等参数；

10)用户可分别设置蓄电池过充电保护和过放电保护时负载的通断状态；

11)具有二次下电控制能力，即对主要负载和次要负载在不同蓄电池电压点的下

电控制能力；

12)各路充电电压检测具有“回差”控制功能，可防止开关进入振荡状态；

13)保护功能：具有蓄电池过充电、过放电、输出过载、短路、浪涌、太阳能电

池接反或短路、蓄电池接反、夜间防反充等一系列报警和保护功能；

14)可配RS232/485 接口，便于远程遥信、遥控；PC监控软件可测实时数据、

报警信息显示、修改控制参数，读取30天的每天蓄电池最高电压、蓄电池最低电压、每天光伏发电量累计和每天负载用电量累计等历史数据；

15)参数设置具有密码保护功能且用户可修改密码；

16)告警：过压、欠压、过载、短路等保护报警；

17)多路无源输出报警或控制接点：蓄电池过充电、蓄电池过放电、柴油机启动

控制、负载断开、控制器故障；其它备用报警接点用户可选择，如水淹报警等；

18)工作模式有阶梯式逐级限流模式、PWM工作模式、一点式工作模式、光开

光断模式、光开时断模式、时钟控制模式、光开时断凌晨亮模式，其中前三种模式是针对通用负载场合的，后四种模式是针对路灯负载场合的，所有的延时长度和定时时钟都可以设置；

19)用户可设置参数还包括：均充电压、浮充电压、吸收电压、启动电压、动态

稳压系数、静态稳压系数、均充状态时间和吸收状态时间等。

20)不掉电实时时钟功能，显示与设置时钟；

21)防雷:根据系统要求，可安装不同等级的防雷装置；

22)具有温度补偿功能；

2.6.3逆变器

·32位DSP控制

·日本三菱第五代IPM功率模块单元

·高效逆变效率达94%(DC220V系列)

·多语种液晶显示功能

·标准RS485/232通信接口

·完美的保护功能

·故障记录功能

·低电压保护

逆变器器性能、参数

2.6.4蓄电池

3.工程施工

3.1工程费用概算：

3.2工程周期

本项目自签订合同并提交工程首付款后，我公司将着手进行工程所有材料和设备的准备工作，直至系统通过调试，备货期为30天，进场后大约需要10天完成施工。

3.3施工期间需要业主配合的事项

⑴按要求提供施工时使用的动力电源。

⑵提供暂时保管进场物资（材料、设备、工具等）的临时仓库。

⑶协助施工方处理在当地施工时意外可能发生的问题。

⑷在调试结束后按合同要求会同我方进行现场验收。

⑸若条件许可，建议业主在工程开始时指派有一定电气基础知识的人员参于现场工作，以便今后更好地做好系统维护工作。

4.经济和社会效应

独立系统:它由太阳能电池采集阳光，转化为电能，通过控制和逆变设备，把直流电转换成目前家庭通用的220V交流电。目前采用高性的胶体铅酸蓄电池作为储能装置，有可有效地为业主在任意时间连续提供电力。它的配置主要包括:太阳能电池板(光伏组件),控制器,逆变器,供配电柜等设备,主要应用于与国家电网离得比较远的别墅,比如,在一些山区,林地或离城市较远的郊区.这种别墅由于配高低压电线和安装成本昂贵(包括输电线路,电线竿/电塔安装),比较适合安装太阳能独立系统.

1.优势特点

1）使用寿命长,无需专人维护.其中太阳能电池寿命长达25年以上.

2）自给自足，蓄电池作为蓄能装置，把白天太阳能电池收集的电能储存起来，方便业主使用，阴雨天气,可按用户要求连续供电(3-10天);

3）一次投资,终身受益,太阳能清洁无辐射,无污染.

4）绿色能源,安全环保.间接地减少对大气二氧化碳等温室气体的排放。

5）安全可靠、无噪声、无污染、能量随处可得，不受地域限制

6）无须消耗燃料，无机械转动部件, 无须另外架输电线路，可以按照业主的要求，方便地与任意地面或建筑物相接合.

7）建造的周期很短，实际建造时间按规模大小来算。

8）不破坏建筑的外观。太阳能电池板一般安装在屋顶或倾斜面，不会破坏原

有建筑外观，甚至有时会增加其建筑的美感。

2.减排效果:

光伏发电属于清洁可再生能源，无论从能源角度，还是从环境角度，都是未来发展的重点，光伏并网发电的推广应用，无疑会带来良好的环境效益。可以粗略计算“环境效益”如下：

①每KWh电耗煤：目前我国发电耗煤为平均390g标煤/KWh (能源基础数据汇编，国家计委能源所，1999。1,p16)

②每发1KWh电排放CO2

C + O2 = CO2

12 32 44

44/12?390 =1430g CO2/KWh ≈ 1.4kg CO2/KWh

=1.4?10-3TCO2/KWh

③每瓦光伏组件平均每年发2KWh.

④每瓦光伏组件平均每年相当减排CO2吨数

2KWh?1.4?10-3吨CO2/KWh＝2.8?10-3T

按照EPIA的估计，光伏发电取代柴油发电机的CO2减排效果为1Kg/KWh; 光伏并网发电的平均减排效果为0.6Kg/KWh。到2020年，全世界光伏发电的累计安装量将达到195GWp，其中大约50％为光伏并网发电。2000－2020年通过光伏发电达到的CO2的减排量将是7亿吨，仅2020年当年CO2的减排将达到1.64亿吨，相当于4400万辆汽车或75个大型火力发电厂的排放量。