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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48V，蓄电池组由12V的蓄电池串并而成，所以每串需要4块蓄电池串起来达到48V。选用8块单体为12V200Ah的蓄电池，总共4串进行并联，
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300W的单晶硅电池板，则总共需要6块，总功率为1.8KW。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 |
SW-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48V，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）
控制器选择赛光电源的SSCP-48-60-HA，其主要参数如下：
|
型号 |
SSCP-48-60-HA |
|
|
|
额定电压（VDC）(V) |
48 |
|
|
|
负载最大电流（A） |
60 |
|
|
|
充电最大电流（A） |
60 |
|
|
|
充电路数 |
1 |
|
|
|
最大开路电压（VDC） |
96 |
|
|
|
过充（VDC） |
保护 |
57.6(可设定) |
|
|
恢复 |
52.8(可设定) |
|
|
|
过放（VDC） |
断开 |
43.2(可设定) |
|
|
恢复 |
52.8(可设定) |
|
|
|
负载过压 |
断开 |
70(可设定) |
|
|
恢复 |
66(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1路，使用三通连接器并联后接入控制器。
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48V1.5KW的逆变器，
逆变器选择赛光电源的SW-1.5KW-R，其具体技术参数见下表：
|
型 号 |
SW-1.5KW-R |
|
额定容量（KVA） |
1.5 |
|
直流输入 |
|
|
额定输入电压（VDC） |
48V |
|
欠压点(VDC） |
43.2 |
|
欠压恢复点(VDC) |
50.4 |
|
过压点（VDC） |
70 |
|
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 |
|||||
|
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 |
|
300Wp晶硅 |
块 |
6 |
|
|
|
光伏控制器 |
|
GS- 80PCD6-V |
台 |
1 |
|
|
|
蓄电池 |
|
6-GFM-150 |
个 |
10 |
|
|
|
离网逆变器 |
|
1.5KW |
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 |
|||||
|
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）
