25kW光伏储能供电系统方案

沈阳市城市建设职业技术学院太阳能节能系统 技术方案 二〇一四 年十二月十七日 一 工程概况 1.1 概述 沈阳市城市建设职业技术学院光伏储能供电系统项目将在该学 院公用建筑上安装光伏发电系统，光伏组件总装机容量为 25kW。年 平均发电量约 4.1 万 kWh，光伏系统建设期为四个月，运行期 25 年。 辽宁太阳能研究应用有限公司负责光伏电站的设计及施工安装， 项目 建成后将有效缓解该校的电力负荷压力。 该光伏发电系统由六大部分构成，包括太阳能电池阵列、储能 逆变器、光伏并网逆变器、 BMS管理系统、蓄电池、交流负载。系统 采用光伏于储能系统混合供电， 市电正常情况下由光伏并网系统和市 电为负载供电，市电断电时由储能系统和光伏并网系统联合供电。 二 设计方案 设计的供电系统结构如图 1 所示，包括功率回路和监控回路两部 分。功率回路中， 储能逆变器首先从电网吸收电能把蓄电池充满，然 后进入待机状态。电网有电情况下，光伏组件通过逆变器向负载供电， 多余电量可输送给电网或通过防逆流控制器限制发电。 电网停电情况 下，光伏并网系统、储能逆变系统、负载组成一个微电网。储能逆变 器首先启动，建立母线电压和频率，随后并网逆变器投入，联合为负 载供电。大电网的检测与系统工作状态的投切转换由智能配电柜完 成。 监控回路部分集成了对分布式能源的控制技术， 包括对分布式电 源与储能系统之间的协调控制， 电力电子设备的智能控制， 分布式电 源和负载组成的微网与主网之间的协调控制， 基于先进通信技术的控 制策略，应用新型供用电保护策略等。 通过这些关键技术达到降低电 力系统能耗，提高电力系统可靠性和灵活性。 图 1 光伏储能供电系统结构图 储能系统用于实现电池与网间能量双向交换， 可工作在蓄充模式 和蓄电池能量回馈网模式。 如图 2 所示 AC/DC 模块采用三相高频 SPWM 整流（逆变）电路，主功率回路由三相逆变桥、 驱动电路、 直流电容、 电抗器、控制电路等组成。装置交流输入设置有软启动电路，装置启 动前，首先通过软启动电阻对直流侧充电， 当电压建立后再闭合主接 触器，随后装置并网运行。 AC/DC 模块可四象限运行，当电池充电 时，将网侧交流电整流成直流电给蓄电池充电，当电池放电时，则将 直流电逆变成交流回馈到电网。 图 2 储能系统结构图 储能系统通过讯接收后台控制指令， 根据功率指令符号及大小控制变 流器对电池进行充电或放电，实现对电网有功功率及无功功率的调 节。通过 CAN 接口与电池管理系统通讯，获取电池组状态信息，可 实现对电池的保护性充放电， 确保电池运行安全。 也可采集电网信息， 参与电网的电压 / 无功控制，或作为备用电源使用等。 光伏系统的电池组件选用功率 250Wp 的单晶硅太阳电池板，每 串组件由 10 块电池板构成， 共使用 100 块电池板。这 10 串电池板通 过汇流箱汇流后接入 30KW并网逆变器进行逆变。逆变器通过智能配 电柜并入三相低压交流电网（ AC380V， 50Hz），使用独立的 N 线和接 地线。 蓄电池使用寿命长、 性能更稳定的胶体蓄电池， 每块蓄电池容量 200AH，电压 12V。共安装 100 块蓄电池，蓄电池系统的电压为 240V， 每 20 块串联， 5 串汇流后接入储能逆变器的储能接口。 该光伏储能供电系统并网状态下可为 25kw 负载供电，离网状态 下最大可为 49kw负载供电 ,25 年总发电量 100 万 kwh。光伏系统中太 阳能电池组件使用寿命可达到 25 年 , 2V 胶体蓄电池设计寿命 10 年 以上 , 本案例蓄电池在户内工作，环境条件良好，实际寿命取 8.5 年 计算，寿命期内需更换 2 次，更换费用 3.2 万元。太阳能系统总成本 包括初始设备费，蓄电池更新费等，由于太阳能离网系统可靠性高 , 又不消耗常规能源 , 每年的维修费和运行费基本为零。 三 主要产品、部件及性能参数 1. 光伏组件 英利 250Wp光伏组件性能特点如下 ◆使用寿命长，抗老化 EVA胶膜，高通光率低铁太阳能专用钢 化玻璃，透光率和机械强度高； ◆安装简便，配备多功能接线盒，防水、防腐； ◆高品质保证， 光学、机械、电理等模块测试及后期调整完善， 产品通过了 ISO9001、 IEC61215、 UL1703等多项认证； ◆转换效率高， 晶体硅太阳能电池组件， 单体光电转换效率≥ 15； ◆边框坚固，阳极化优质铝合金密封边框； 表 1 光伏组件技术参数 规格型号 250W 开路电压 Voc（ V） 38.1V 短路电流 I sc（ A） 8.71A 峰值功率电压 Vmpp（ V） 30.5V 峰值功率电流 I mpp（ A） 8.2A 峰值功率 Pmax（ W） 250W 组件实际效率（ ） 15.3 2. 并网逆变器 合肥阳光 SG 30K3并网逆变器具有以下性能 满足德国要求的有功功率降额 100， 60， 30， 0功能 无功功率可调，功率因数范围超前 0.95 至滞后 0.95 最大转换效率 98 三电平 PWM整流技术 高效隔离变压器 多语种液晶显示界面，可自由设置运行各种参数 完善的保护功能，系统的可靠性更高 欧盟 CE 认证，意大利 DK5940认证，金太阳认证 表 2 并网逆变器技术参数 直流侧参数 最大直流功率 33kW 最大直流电压 450Vdc 启动电压 240V 最低电压 220V MPPT电压范围 220～ 380V 满载 MPPT电压范围 220～ 380V 各追踪器最大输入电流 150A MPP追踪数量 / 各追踪器最大并联组串数 1/2 交流侧参数 额定交流输出功率 30kW 允许电网电压 310～ 450Vac 最大交流输出电流 47A 额定电网电压 400V 额定电网频率 50Hz/60Hz 允许电网频率 47～ 51.5Hz/57 ～ 61.5Hz 最大总谐波失真 80时 露 点 1 路 PTS-3 -73 ～ 60℃ 0.1 ℃ 0.2 ℃ 风 向 1 路 EC-9X 0～ 360 1 3 风 速 1 路 EC-9S 0～ 70m/s 0.1m/s 0.30.03Vm/s 太阳总辐射 1 路 TBQ-2A 0～ 2000W/m2 1 W/ ㎡ ≤ 5 直接辐射 1 路 TBS-2A 0～ 2000 W/㎡ 1 W/ ㎡ ≤ 5 散射辐射 1 路 TBD-1 0～ 2000 W/㎡ 1 W/ ㎡ ≤ 5 降 水 量 1 路 L3 0-999.9 mm 0.1mm 0.4mm≤ 10mm时 4（ 10mm时） 表 3 环境监测仪技术参数 4. 胶体蓄电池 华富胶体蓄电池有以下性能 专利结构拥有“方便连接的储能蓄电池”专利结构，实现了真 正的地埋式安装，避免了极柱腐蚀。 卓越恢复性能采用特殊的专利合金和铅膏配方，深放电后有较 强的容量恢复性能。 充电接收能力强采用进口低阻原料和先进的工艺设计，充电末 期电流小，具有较强的充电接受能力。 使用温度范围宽 -30 ℃～ 45℃ 使用寿命长采用胶体电解质，无酸液分层现象，使用寿命长。 绿色环保电池配方中不含对环境有污染和不易回收的镉物质， 且胶体电解质无泄漏，真正保证了电池的环保和安全。 表 4 胶体蓄电池技术参数 大气压力 1 路 QA-1 550～ 1060hPa 0.1hPa 0.3hPa 电池板温度传感器 1 路 PTWD-2A-50 ～ 100℃ 0.1 ℃ 0.2 ℃ 产品型号 额定电 压 V 额定容量 （ Ah/10H r ） 外形尺寸（ mm） 参考毛 重（ Kg）长 宽 高 总高 6-CNJ-200 12 200 522 240 219 244 58.3 5. 光伏阵列支架 光伏阵列支架设计明细如下 项目名称 辽宁城市建设职业技术学院 25KW楼顶电站支架 编制时间 2014/12/17 需方单位 辽宁省政府采购中心 项目明细 序号 内容 规格及技术要求 单位 数量 1 菱形侧压块组件 C62 型侧压块组合 套 20 2 菱形中压块组件 C62 型中压块组合 套 190 3 轨道 C62 型 Q235轨道 L6.0 米 套 35 4 轨道连接件 C62 型轨道连接件 套 30 5 前支座 C62 型前支座 套 40 6 斜撑梁 C62型 Q235轨道 L1.35 米 套 40 7 后支座 C62 型后支座 套 40 8 竖撑梁 C62 型 Q235轨道 L0.5 米 套 40 9 三角连接件 C62 型 Q235配套标准件 套 40 10 水泥墩 含预埋螺栓套件 C20 混凝土 300*200*1400 套 40 合计 备注 设计 审核 审批 年 月 日 光伏阵列支架效果图如下 图 3 光伏阵列效果图 图 4 光伏阵列效果图 5. 电源储能变流器 阳光电源储能变流器有以下性能特点 技术领先，全面满足电网或负荷的接入与控制要求 具有并网充放电、独立逆变功能，适合各种应用场合 具有并网和离网并联功能，良好的扩容性 可与多种蓄电池接口，具有多种充放电工作模式 可以实时接受系统调度指令和 BMS指令，通讯方式有 RS485， CAN、 以太网 无功功率可调，功率因数范围超前 0.9 至滞后 0.9 宽的直流电压范围，支持低压 220V蓄电池输入 具有低电压、零电压穿越功能，从容应对复杂电网情况 离网带三相不平衡负荷能力强 110额定输出功率可实现长时间运行 高效节能，更集成，更好的客户体验 节省设备占地空间，降低电站初期投入 正面维护，可靠墙安装，安装维护更方便，降低维护成本 防护等级为 IP21，具有防滴水功能，具备防凝露功能 高效 PWM调制算法，降低开关损耗 更多优点 双电源冗余供电方案提升系统可靠性 完善的保护及故障告警系统，更加安全可靠 采用动态图形液晶界面，提供友好的操作体验 -25 ℃～ 55℃可连续满功率运行 适应高海拔恶劣环境，可长期连续、可靠运行 加入除湿功能（可选） 支持离网主动运行功能 适合共直流母线系统和共交流母线系统 表 5 电源储能变流器技术参数 直流侧参数 最大直流功率 55kW 最大直流电压 670Vdc 工作电压范围 195～ 650V（ 450～ 650V会根据模块温度降额运行） 最低电压 190V 最大直流电流 282A 交流侧参数 额定功率 50kW 允许电网电压范围 310～ 450V 最大交流输出电流 79A 额定电网电压 400V 额定电网频率 60Hz 允许电网频率 57～ 61.5Hz 最大交流侧功率 55kVA（长时间运行） 最大总谐波失真 0.99 隔离变压器 具备 直流电流分量 0.5额定输出电流 功率因数可调范围 0.9 超前 ～ 0.9 （滞后） 独立逆变电压设置范围 370V～ 410V 独立逆变输出电压失真度 3线性负载 带不平衡负载能力 100 独立逆变电压过渡变动范围 10以内 独立逆变峰值系数（ CF） 31 效率 最大效率 95.5 保护 直流侧断路设备 断路器 交流侧断路设备 断路器 直流过压保护 具备 交流过压保护 具备 极性反接保护 具备 模块温度保护 具备 常规数据 体积（宽 * 高 * 厚） 806*1884*636mm 重量 730kg 运行温度范围 -30 ～ 55℃ 停机自耗电 40W 冷却方式 温控强制风冷 防护等级 IP21 相对湿度（无冷凝） 0～ 95，无冷凝 最高海拔 6000m（超过 4000m需降额） 显示屏 触摸屏 调度通讯方式 以太网、 RS485 BMS通讯方式 RS485、 CAN 通讯协议 Modbus 7.BMS（蓄电池管理系统） BMS系统对单体电池、电池组、电池堆进行分层、分级、统一的 管理，根据各层各级的特性对电 池（单体、组、堆）的各类参数及 运行状态进行计算分析，实现均衡、报警、保护等有效的 管理，使 各组电池达到均等出力，确保系统达到最佳运行状态和最长运行时 间。 BMS的功能特点 采集计算对电池单体电压、组端电压、充放电电流、单体温度 （环境温度 的采集和单体内阻的计算； 状态诊断对电池的单体 SOC、 SOH、整组 SOC、 SOH的诊断； 无损均衡 特有自主专利技术的均衡电路和均衡策略， 可实现快 速高效的主动无损均衡 ; 安全管理当监测到电池（含单体、组、簇）状态参数出现异常 时系统自动报警或快速 启动保护装置； 绝缘监测具有专业的绝缘监测功能，一旦绝缘参数下降，系统 会自动报警或启动相应保护； 故障诊断 自我故障诊断和容错技术， 任一模块故障不影响系统 其他设备的安全运行； 负荷控制专业的负荷联动控制及优化管理，紧密配合 PCS、储 能调度系统、提高系统效率； 支持协议 IEC61850、 Modbus、 103、 104 等规约 , 将电池信息 实时传递到系统内或系统外的各级监控层； 表 6 BMS管理系统技术参数 工作电源 DC85-265V 电流采样周期 100mS 单体电压采集精度 （ 0.1FS0.1RD） 主动无损均衡电流 2-5A 组端电压采集精度 （ 0.1FS0.1RD） 电压均衡平衡度 ≤ 1.5 电流采集精度 （ 0.5FS0.5RD） SOC估算精度 ≤ 5 温度采集精度 0.5 ℃ 短路保护 动作时间 20mS 温度采集范围 -40125 ℃ 环境温度 -2065 ℃ 电压采样周期 100mS 相对湿度 90 8. 光伏阵列汇流箱 阳光电源的光伏阵列汇流箱 PVS-16有以下性能特点 专利技术设计 大大简化系统布线 满足室外安装的使用要求 宽直流电压输入范围，最大接入开路电压可达 1000V 光伏专用直流保险丝 光伏专用高压防雷器 维护简易快捷 可根据用户需要进行定制修改（体积、接入路数、直流保险丝灯） 表 7 光伏阵列汇流箱技术参数 汇流箱型号 PVS-16 最大光伏阵列电压 1000Vdc 最大光伏阵列并联输入路数 16 每路熔丝额定电流（可更换） 10A/15A 输出端子大小 PG21 防护等级 IP65 环境温度 -25 ～ 60℃ 宽 * 高 *深 690*600*210mm 重量 31kg 标准配件 直流总输出断路器 是 光伏专用防雷模块 是 可选配件 * 串联电流检测 是 防雷器失效监测 是 通讯接口 RS485 四 报价表 1、光伏储能供电系统 项目名称 辽宁城市建设职业技术学院 25KW楼顶电站支架 编制时间 2014 年 12 月 17 日 需方单位 辽宁城市建设职业技术学院 项目明细 序号 内容 规格及技术要求 单位 数量 单价 总价 1 光伏组件 250W/35V 单晶 块 100 1125 112500 2 支架 瓦 25000 0.5 12500 3 并网逆变器 SG30K3-V2I 台 1 21500 21500 4 智能配电柜 台 1 90000 90000 5 交流配电柜 台 1 30000 30000 6 BMS 蓄电池管理系统 套 1 50000 50000 7 蓄电池 12V/200AH 胶体 块 100 320 32000 8 储能变流器 SC/50 台 1 300000 300000 9 环境监测仪 台 1 20000 20000 10 汇流箱 阳光电源 PVS-16 台 1 6000 6000 11 电缆 米 20000 20000 12 台式电脑 台 1 5000 5000 13 配件与施工 项 1 100000 100000 14 15 16 17 18 合计 799500 备注 设计 审核 审批 年 月 日 2、桌面云应用项目 3、太阳能发电路灯项目 共安装太阳能路灯 26 基杆，每杆造价 6600 元，合计 17.16 万元。 项目名称 太阳能发电 8 米路灯项目 编制时间 2014 年 12 月 17 日 需方单位 项目明细（ 1-1） 序号 内容 规格及技术要求 单位 数量 1 地埋件 8 米灯杆专用 个 1 钢丝管 DN25 米 3.5 尼龙管 DN40 米 2 2 LED 发光体 70W/24V 不含恒流源 盏 1 灯光颜色 白光 灯壳颜色 如图 一 3 高度 电池板距地面 8m 基杆 1 灯杆型号 LL-ED-080, 单头灯杆 颜色 如图 一 灯杆牌 个 1 4 光伏组件 170W/17.5V ,设计 25 年寿命 块 2 光伏组件支架 40*40 镀锌角钢 套 1 5 蓄电池 150AH/12V ， 5 年寿命设计 块 2 蓄电池箱 200AH24V 成品蓄电池箱 块 1 6 控制器 程序控制 24V/10A ， 10 年寿命 个 1 7 负载应用 RVVB-2*2.5mm2 米 8.8 光伏组件应用 RVVB-2*2.5mm2 米 9.0 接线帽 P4 个 6 连接端子 MC4 对 1 备注 1. 此项目共 26 基杆。 2.12V 电池含 4 平方 3 米引出线。 3. 是否经过审批采购进口产品否 4. 灯杆顶径 76mm，底径 166mm，壁厚 3.5mm。 图 一 设计 审核 审批 年 月 日