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 ± (0.3+0.03V)m/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 L=6.0 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 L=1.35 米 套 40 7 后支座 C62 型后支座 套 40 8 竖撑梁 C62 型 Q235轨道 L=0.5 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） 3:1 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 ±（ 0.1%FS+0.1%RD） 主动无损均衡电流 2-5A 组端电压采集精度 ±（ 0.1%FS+0.1%RD） 电压均衡平衡度 ≤ 1.5% 电流采集精度 ±（ 0.5%FS+0.5%RD） 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 -40~+125 ℃ 环境温度 -20~+65 ℃ 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 200AH(24V) 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