太阳能离网发电系统设计

一、 工程概述

1、工程名称

  伊朗家用小型离网发电系统

2、地理位置（经度、纬度、环境状况、气候条件、风力状况、阳光资源等）

伊朗位于亚洲西南部，北邻亚美尼亚、阿塞拜疆、土库曼斯坦，西与土耳其和伊拉克接壤，东面与巴基斯坦和阿富汗相连，南面濒临海湾和阿曼湾。国土绝大部分在伊朗高原上，是高原国家，海拔一般在900—1500米之间。西南部为厄尔布尔士山与科彼特山，东部为加恩-比尔兼德高地，北部有厄尔布兹山脉，德马万德峰海拔5670米，为伊朗最高峰。西部和西南部是宽阔的扎格罗斯山山系，约占国土面积一半。中部为干燥的盆地，形成许多沙漠，有卡维尔荒漠与卢特荒漠，平均海拔1,000余米。仅西南部波斯湾沿岸与北部里海沿岸有小面积的冲击平原。西南部扎格罗斯山麓至波斯湾头的平原称胡齐斯坦。主要河流有卡流伦河与塞菲德。里海是世界最大的咸水湖，南岸属伊朗。伊朗东部和内地属大陆性的亚热带草原和沙漠气候，干燥少雨，寒暑变化大。西部山区多属地中海式气候。年降水量除西北部山区与里海沿岸超过1,000毫米外，一般在50-500毫米之间。中央高原年平均降水量在100毫米以下。

3、气象资料

    气象资料以伊朗首都NASA数据库中德黑兰气象数据为参考，德黑兰位于伊朗北部。

项目   月份	空气温度	相对湿度	每日太阳辐射	风速	地面温度
	℃	%	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、方案设计

（一）用户负载信息

用电器	额定功率(W)	数量	用电时数(h)	用电量(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
合计				3.071

 

冰箱的耗能根据冰箱的使用模式和开关冰箱门的频率有关，目前普通冰箱的日耗电大约1度左右，这里选取耗电为1.5度。

（二）系统方案设计

根据用户要求，本方案为光伏离网系统

本系统是一个离网系统，其原理如下图所示：

 

 

1、蓄电池组的设计（容量计算、安装地区户用电压情况、蓄电池型号选择、数量确定、布局）

    在系统中储能主要靠铅酸蓄电池，蓄电池的容量利用下下面公式计算：

 

其中：C：蓄电池容量[kWh]

     D：最长无日照间用电时[h]

     F：蓄电池放电效率的修正系数（通常取1.05）

     Po：平均负荷容量[kW]

     L：蓄电池的维修保养率（通常取0.8)

     U：蓄电池的放电深度（通常取0.5)

     Ka：包括逆变器等交流回路的损失率（通常取0.7，如逆变器效率高 可取0.8）

所以此处的蓄电池的容量应该为：

C=3.071×3×1.05/（0.8×0.5×0.7）=34.5KWh

由于系统设计的参考连续阴雨天数为2天。

根据伊朗的电力情况，户用电压为220V，蓄电池电压选择为24V，蓄电池组由12V的蓄电池串并而成，所以每串需要2块蓄电池串起来达到24V。选用10块单体为12V150Ah的蓄电池，总共5串进行并联，蓄电池总容量为1500Ah，即36KWh。电池型号选择双登的6-GFM-150。

2、太阳能电池板方阵的设计

2.1 电池板倾角的计算

为了保证系统有足够高的效率，电池板必须按一定的倾角安装。因此有必要先计算不同倾角对效率的影响，这个影响可以用在太阳能电池板面上的日平均辐照强度来量化，辐照强度越大则电池板的效率越高。下表是在不同倾角时斜面上的辐照强度的逐月变化对照表：

逐月辐照强度随倾角变化规律

角度 月份	平均日辐照强度（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

   

本系统设计为离网系统，为了保证用户的用电，必须保证用户的基本用电，特别是在12月份和1月份的时候，平均日辐照强度很低，所以应特别注意保证在这两个月的发电量满足用户的用电需求。通过上表比较，最终支架最佳倾角设计为37°。

 

2.2 电池板方阵容量的计算

总共需要的电池板方阵功率计算公式为：

P=W₁*F/(Tm*η2*η3*Ka)

W1:负载的消耗功率

F：蓄电池放电效率的修正系数（通常取1.05）

Tm：峰值日照时数，其值与辐照强度的值基本相同，这里取3.6h

η2：方阵表面由于尘污遮蔽或老化引起的修正系数，通常可取0.9~0.95

    η3：方阵组合损失和对最大功率点偏离以及控制器效率的修正系数，通常可取0.9~0.95

     Ka：包括逆变器等交流回路的损失率（通常取0.7，如逆变器效率高 可取0.8）

所以电池板方阵功率为：

P=3.071×1.05/(3.6×0.95×0.95×0.8×0.8)=1.241KW

考虑连续阴雨天后系统能在较短时间内让蓄电池再次充满，可以适当考虑放大方阵容量，但是在上面的计算中我们是以辐照最低月为准，在其他月份的发电量都有很大余量，所以针对方阵容量进行略微放大即可。

2.3 电池板的选型

本方案选用230W的单晶硅电池板，则总共需要8块，总功率为1.84KW。所选电池板的基本技术参数如下所示:

太阳电池种类	单晶硅
太阳电池生产厂家	兆阳光伏
太阳电池组件生产厂家	兆阳光伏
太阳电池组件型号	SR-M660230
指标	单位	数  据
峰值功率	Wp	230
开路电压（Voc）	V	37.23
短路电流（Isc）	A	8.18
工作电压（Vmppt）	V	30.48
工作电流（Imppt）	A	7.55
尺寸	mm	1630×992×48

 

2.4 电池板阵列的布置

系统的额定电压为24V，所以电池板阵列输出电压不能太大，根据电压的限制，这里电池板直接并联接入控制器。

电池板采用支架结构是电池板成37°倾角，电池板采取竖立放置，18块电池板按两排进行布置。前后排之间间隔为2.5m。

3控制器的设计（型号及主要参数）

控制器选择南京冠亚的GS- 80PCD6-V，其主要参数如下：

型号		GS- 80PCD6-V
额定电压（VDC）(V)		24
负载最大电流（A）		80
充电最大电流（A）		80
充电路数		6
最大开路电压（VDC）		50
过充（VDC）	保护	28.8(可设定)
	恢复	26.4(可设定)
过放（VDC）	断开	21.6(可设定)
	恢复	26.4(可设定)
负载过压	断开	35.0(可设定)
	恢复	33.0(可设定)
空载电流（mA）		300
显示方式		数码显示
电压降落	太阳能电池与蓄电池之间( V )	0.7
	蓄电池与负载之间( V )	0.03
机械尺寸	深×宽×高( mm )	380×450×650
使用环境(℃)		-20℃～+50℃
海拔高度		≤5500

控制器的输入只有6路，使用三通连接器使两块组件并联后接入控制器。

 

5逆变器的设计 （负载情况、离网或并网、型号、参数）

由于伊朗当地的用电电压为220V，所以选择输出电压为220V的离网逆变器，经过用户用电器统计可知，用户的最大功率约为676W（0.676KW），考虑到用户负载中有感性负载，在启动过程时有较大的冲击电流，同时考虑系统的临时增加负载的情况，所以逆变器功率应相对选择较大的。选取24V1.5KW的逆变器，

逆变器选择南京冠亚的GN-1.5KCSP-R，其具体技术参数见下表：

型 号	GN-1.5KCSP-R
额定容量（KVA）	1.5
直流输入
额定输入电压（VDC）	24V
欠压点(VDC）	21.6
欠压恢复点(VDC)	25.2
过压点（VDC）	35
市电输入
电压允许范围（VAC）	220±15%
输入频率（Hz）	50
切换方式（可选项）	00、11、12、21
交流输出
额定电压（VAC）	220
额定频率（Hz）	50
输出波形	正弦波
过载能力	120%　1分钟
电压稳定精度(AC)	220±3%
频率稳定精度	50±0.04
波形失真率（THD）	≤3%（线性负载）
动态响应（0～100%）	5%
功率因数（PF）	0.8
逆变效率	≥85%
峰值系数（CF）	3:01
环境
绝缘强度	1200VAC 1分钟
噪音（dB、1米）	≤50dB
使用环境温度(℃)	-10℃～+50℃
储存环境温度(℃)	-20℃～+70℃
使用海拔（m）	≤5000
显示方式	表头或指示灯
连续运行时间	可连续运行
尺寸(深X宽X高)	500×483×267

三、 设备清单一览表

名称	生产厂商	型号	单位	数量	单价	合价
系统设计		--	项
组件			块
光伏控制器			台
蓄电池			个
离网逆变器			台
三通连接器			套
组件支架		--	套
监控软件		--	套
环境监测仪		--	套
光伏电缆		--	米	若干
电缆桥架		--	米	若干
费用总计
售后服务					0
利润（设备总价的18%，包括税收）
合计总价

 

四、 系统安装（ 设备材料领取清点、检测、太阳电池支架制作安装、太阳能电池方阵的安装、电气设备的安装调试、系统的独立运行调试）

1、施工顺序

2、施工准备（技术准备、现场准备、检测表或检测图）

3、验收

设备清单一览表

名称	生产厂商	型号	单位	数量	单价	合价
系统设计		--	项	1
组件		230Wp晶硅	块	8
光伏控制器		GS- 80PCD6-V	台	1
蓄电池		6-GFM-150	个	10
离网逆变器		GN-1.5KCSP-R	台	1
三通连接器			套	2
组件支架		--	套	1.84KWp
监控软件		--	套	1
环境监测仪		--	套	1
光伏电缆		--	米	若干
电缆桥架		--	米	若干
费用总计
售后服务					0
利润（设备总价的18%，包括税收）
合计总价

 

总结：太阳能离网设计一定要弄清楚用户负载的功率，负载的性质，负载的工作时间，以及用户要求的持续工作时间（连续阴雨天）