太阳能光伏3kw设计方案

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。 上海林洋太阳能科技有限公司 系统设计方案 2 / 19 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℃。 上海林洋太阳能科技有限公司 系统设计方案 3 / 19 Nature Resources: Month Air temperature Relative humidity Daily solar radiation - horizontal Atmospheric pressure Wind speed Earth temperature °C % kWh/m2/d kPa m/s °C January 3.9 76.50% 2.69 102.3 4.2 3.6 February 5.4 75.30% 3.14 102.2 4.2 5.5 March 9.1 75.50% 3.33 101.8 3.9 9.6 April 14.7 76.20% 4.25 101.2 3.7 15.4 May 19.2 78.70% 4.78 100.8 3.3 19.9 June 22.9 83.40% 4.58 100.3 3.4 23.6 July 26.1 86.20% 5.05 100.1 3.5 26.9 August 25.6 86.50% 4.71 100.3 3.4 26.3 September 22.1 82.60% 3.99 100.9 3.5 22.4 October 17 77.90% 3.4 101.6 3.5 17.2 November 11.6 76.70% 2.81 102.1 3.8 11.5 December 6 76.50% 2.68 102.4 4 5.7 Annual 15.3 79.30% 3.78 101.3 3.7 15.6 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、 上海林洋太阳能科技有限公司 系统设计方案 4 / 19 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 2.3.1 太阳能资源 上海林洋太阳能科技有限公司 系统设计方案 5 / 19 2.3.2 能源模型 上海林洋太阳能科技有限公司 系统设计方案 6 / 19 2.4 系统方框图 上海林洋太阳能科技有限公司 系统设计方案 7 / 19 系统方框图 2.5 配置方案 功率 160W（43.7 V,5.1A） 数量 18 片 太 阳 能 组 件 连接方式 2 串 9 并 充电电压 48V 最大电流 50A 数量 1 控 制 器 说明 无 规格 48V，3KW，输出电压：220V AC，50HZ逆 变 器 数量 1 规格 400AH，2V 数量（节） 24 蓄 电 池 连接方式 24 串 附 注 年供应电量预计 3642kWh 上海林洋太阳能科技有限公司 系统设计方案 8 / 19 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 上海林洋太阳能科技有限公司 系统设计方案 9 / 19 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。 最 大 输 出 功 率 160Wp 开 路 电 压 43.7V 短 路 电 流 5.10A 最 大 输 出 电 压 35.8V 最 大 输 出 电 流 4.61A 重 量 15kg 外 型 尺 寸 1580 mm x 808 mm x 45 mm最 佳 电 流 的 温 度 系 数 ＋ 0.04%/℃ 最 佳 电 压 的 温 度 系 数 － 0.38%/℃ 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。 上海林洋太阳能科技有限公司 系统设计方案 10 / 19 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 额定电压(V) 48 额定电流 Ip (A) 50 最大太阳能电池组件功率(kWp) 3 太阳能电池组数 N ≤ 6 上海林洋太阳能科技有限公司 系统设计方案 11 / 19 每路太阳能电池电流 Ib( A ) Ib=Ip/N 环境温度 －20℃～＋50℃ 太阳能电池与蓄电池之间( V ) 0.7 电压降落 蓄电池与负载之间( V ) 0.1 机械尺寸 深 ×宽×高( mm ) 421*488*177 防护等级 IP20 海拔高度 ≤5500 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； 上海林洋太阳能科技有限公司 系统设计方案 12 / 19 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 上海林洋太阳能科技有限公司 系统设计方案 13 / 19 ·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 输入额定电压(VDC) 48 输入额定电流（A） 73直流输入 输入直流电压允许范围(VDC) 42~64 额定容量(kVA) 3 输出额定功率(kW) 3 输出额定电压及频率 220VAC，50Hz 输出额定电流（A） 13．6 交流输出 输出电压精度（V） 220±3% 上海林洋太阳能科技有限公司 系统设计方案 14 / 19 输出频率精度(Hz) 50±0.05 波形失真率(THD)（线性负载） ≤5% 动态响应(负载 0←→100%） 5% 功率因数（PF ） 0.8 过载能力 150%，10 秒 峰值系数(CF) 3:1 逆变效率(80%阻性负载) 93% 绝缘强度(输入和输出) 1500VAC，1 分钟 噪音（1 米） ≤50dB 使用环境温度 -20℃~+55℃ 湿度 0~90%，不结露 工作环境 使用海拔(m) ≤6000 机械尺寸 立式深、宽、高(mm) 442×482×267 重量（kg ） 42 上海林洋太阳能科技有限公司 系统设计方案 15 / 19 2.6.4 蓄电池 上海林洋太阳能科技有限公司 系统设计方案 16 / 19 3.工程施工 3.1 工程费用概算： 序 号 名 称 单 价 （ 元 ） 数 量 单 位 合 计 1 太 阳 电 池 组 件 30 2880 Wp 86,400 2 充 电 控 制 器 7000 1 台 7,000 3 逆 变 器 12000 1 台 12,000 4 全 密 闭 免 维 护 蓄 电 池 950 24 节 22,800 5 标 准 接 头 10 9 套 90 6 专 用 电 缆 12 100 米 1,200 7 钢 结 构 支 架 3 2880 Wp 8,640 8 其 它 辅 助 材 料 1 2880 Wp 2,880 9 材 料 费 小 计 2880 Wp 141,010 10 系 统 安 装 集 成 费 5% 7,051 11 税 金 6% 8,461 12 利 润 5% 7,051 13 总 价 2880 163,572 14 均 价 2880 56.80 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。 上海林洋太阳能科技有限公司 系统设计方案 17 / 19 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。 上海林洋太阳能科技有限公司 系统设计方案 18 / 19 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。 上海林洋太阳能科技有限公司 系统设计方案 19 / 19 5.公司的服务 我公司将坚持质量第一、服务至上的原则，向业主提供最优化的系统设计 方案，做好技术和现场施工质量管理。 5.1 技术培训 在系统调试完毕并投入正常运行后，我公司将指派专业技术人员来业主方 对相关人员进行技术培训，培训时间和地点由用户决定。我公司会准备相应的 培训资料。培训的内容： 1、光伏系统的组成和作用； 2、光伏系统工作原理； 3、系统实际操作指导； 4、系统维护要点； 5 其他用户认为需要了解的知识。 通过培训使系统相关人员熟悉并掌握系统有关知识，熟练地进行实际操作， 能进行一般的日常维护。 5.2 售后服务 在系统调试合格后我公司将提供 1 年时间的质保期，在此期间，非人为操 作失误而引起系统配件损坏我公司将免费给予更换，同时在以后的时间里提供 终身有偿服务。系统运行满 2 年时我公司将免费对系统作一次全面的检查和维 护。