太阳能光伏发电系统设备选型设计方案.pdf

1 太阳能光伏发电系统设备选型设计方案太阳能电池方阵的基本计算一、 基本数据1、 负载基本数据：3.5 米庭院灯，光源配备 2*5wLED灯，每晚全功率持续照明 8 小时后，转为半功率照明，工作至天亮后（环境照度 >10lux ） ，自动停止供电。2、 单晶硅太阳能电池板特性数据：设计拟采用 KLY200-72 型单晶硅太阳电池组件。技术参数■ 组件由 72 片 125× 125 的单晶硅太阳电池串联组成。■ 阳极氧化铝合金边框构成实用的方形结构，允许单个使用或阵列使用，■ 配有标准支架系统，安装孔■ 保证 25 年使用寿命。■ 防尘接线盒，保证接线的安全可靠。■ 银白色铝合金边框、高透光率绒面钢化玻璃、白色 TPT 衬底。■ 典型参数：标准测试条件： （ AM1.5 ）辐照度 =1000W/m 2 ，电池温度 =25 ℃电池正常工作温度 50 ℃ 峰值功率（ Wp ） 200W 短路电流温度系数 ＋ 0.4mA/ ℃ 开路电压 (Voc) 32.8V 开路电压温度系数 － 60mV/ ℃ 最大功率电压 (Vmp) 26.6V 填充因子 70 ％ 短路电流 (Isc) 8.1A 边框接地电阻 ≤ 1ohm 最大功率电流 (Imp) 7.63A 迎风压强 2400Pa 重量 16.5Kg 绝缘电压 ≥ 1000V 外型尺寸 (mm) 1482*992 安装孔径 Φ 8 安装孔尺寸 (mm) 2 3、使用地区基本条件：北京地区处于亚洲大陆东岸， 地处暖温带半温润地区， 气候受蒙古高压的影响， 属大陆性季风气候。最 冷月平均气温：－ 3.7 ℃最 热月平均气温： 26.2 ℃极 端最低气温 ： -18.3 ℃极 端最高气温： 39.5 ℃最 大日较差： 16.8 ℃降 水量：年平均降水量 650－ 750 毫米湿 度：最大月平均湿度 77％（八月） ，最低月平均湿度 44％（一月）冻 土深度： 850 毫米100 年重现期的基本风压值为： 0.50 kN/m 2 地 面粗糙度为： C 类100 年重现期的基本雪压值为： 0.45 kN/m 2连 续工作时间：全年每天夜晚连续工作；二、 负荷确定灯具类型负载功率（ W）平均工作时间（ H）数量（盏）总功率（ W）负载日消耗电量 (WH) 一区 庭院灯 10 10 980 11760 二区 庭院灯 10 10 17 595 7140 三区 庭院灯 10 10 80 2800 33600 四区 庭院灯 10 10 80 2800 33600 八区 庭院灯 10 10 25 3750 45000 三、 蓄电池容量的设计蓄电池在光伏发电系统中处于浮充状态，充电电流远小于蓄电池所需的正常充电电流。尤其是冬天，日照少，蓄电池常处在欠充状态，长期深放电后影响蓄电池的寿命，故必须留有一定余量，通常以放电深度表示：d=(C-C R)/C=70% d— 放电深度C— 蓄电池额定容量CR— 蓄电池储备容量据我公司经验数据， 放电深度最大为 70%， 这样确定了蓄电池储备容量 CR和放电深度 d 后，可选定蓄电池额定容量C=（ 10～ 20） Q/d=1145.5≈ 1200Ah 3 Q— 负载每天总耗电量四、 确定方阵倾角为使方阵全年接受太阳辐射量均匀，通常可将方阵倾斜放置，方阵表面与地平面的夹角为方阵倾角。固定式平板方阵的表面总是朝向赤道。北方地区倾角应比当地纬度增加 5～ 10o，北京地区纬度 : 北纬 39° 54′ 27〃 ,因此北京地区太阳能电池方阵倾角设定为 45o。五、 太阳能电池方阵电流的计算方阵应输出的最小电流为： Imin=Q/ （ T m*η 1* η 2）≈ 13A Q— 负载每天总耗电量η 1-- 蓄电池充电效率，一般取 90% η 2-- 方阵表面灰尘遮蔽损失一般取 90% Tm-- 北京地区每天峰值日照数北京地区的太阳能资源情况如下：基本要求：最长连续阴雨天 3 天，两个阴雨天之间的间隔最短 30 天；使用地点：以北京为例，平均每日有效光照： 5.06 小时；气象数据：纬度 116.410 ，经度 75.90 ，每日有效光辐射时间为 5.06 小时。平均各月光辐射资源 : 单位：KWh/m2/day 月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 平均平面 2.68 3.45 4.36 5.57 6.14 6.19 5.31 5.01 4.51 3.61 2.74 2.34 4.32 斜面 3.82 5.07 5.24 5.73 5.62 5.41 4.75 4.86 5.03 4.83 4.58 3.42 5.06 平均各月份充放电 Ah 数，见下表 。57 57.166.9 70.272.5 70.9 69.685.4 81.3 82.17865.452.2 52.2 52.2 52.2 52.2 52.2 52.2 52.2 52.2 52.2 52.2 52.20102030405060708090JAN FEB MAR APR MAY JUN JUL AUG SEP OCT NOV DECOutputLoadAverage Ah per day六、 太阳能电池方阵容量计算太阳能电池方阵容量P=V pI[365*24-(1- η b)T](VoN b+V1)Fc/{ η bη T[Vp+a(t2-t1)Nm]} Vp-- 太阳能电池组件在标准测试条件下取得的工作点电压（ v）4 I-- 负荷电流（ A）η b-- 蓄电池充电效率，铅酸电池为 0.84 T-- 当地年日照时数（ h）Vo-- 每只蓄电池浮充电压（ v）Nb-- 每组蓄电池只数V1-- 串入太阳电池至蓄电池供电回路中的元器件和导线在浮充供电时引起的压降（ v）Fc-- 影响太阳能电池发电量的综合修正系数， 1.2-1.5 η -- 根据当地平均每天日照时数折合成标准测试条件下光照时数所取得的光强校正系数，一般取 0.6-2.3 a-- 一个太阳能电池组件中单体太阳能电池的电压温度系数，其值为-0.002---0.0022v/ ℃t2-- 太阳能电池组件工作温度℃t1-- 太阳能电池标准测试温度℃Nm--太阳能电池组件中单体太阳能电池串联只数按上式，太阳能电池方阵的总容量 P=5645w≈ 6000w 七、 系统部件设计选型1． 系统电压确定为保证安全的系统电压和高性价比设备选型， 选择适当的系统电压， 尽量减少系统损耗，降低系统运行故障率，确保系统操作安全稳定，按《独立光伏系统 -设计验证》（ IEC62124-2004 ， IDT ）中相关规定，我公司充分考虑相关产品的性能和运行状况，本项目 6000w 系统系统电压设定为 DC48v，采用 KLY200-72 型太阳能集电板 30 块，每2 块串联后分成 15 组并联接出，形成系统标准电压 48v 的充电模式。2． 蓄电池充电控制器设计选型我公司采用的自动充电控制器 SD4055 型设备，参数如下：系统电压 48V最大充电电流 55A最大负载电流 55A最大自消耗电流 14mA最终充电电压（浮充） 可编程围 54.8V快速充电电压 57.6V均衡充电电压 58.8V重新接通（ SOC/LVR ） ＞ 50%/50.4V操作环境温度 - 10 ℃ － + 60 ℃导线直径（细 / 单股线） 50 mm 2 / 70 mm 2 保护等级 IP65 重量 10Kg 尺寸 mm （ L× W× H ） （ L× 330× 157 ）充电系统采用 2 块 24v 组件串联成 48v 系统， 每 5 组接入 1 台 SD4055 型控制器， 整套系统接入 3 台，三套充电系统并联接入储能部分。分组充电的设计形式既能保证单台5 控制器分担较小充电电流，降低充电设备故障率，又能可靠保障充电能量，即使充电系统中有某一路系统出现故障时， 也能保证储能系统每天 2/3 的电能补充， 在系统发出故障警报后，维修人员不能及时赶到的情况下，当天的照明工作可以得到保障。3． 蓄电池放电控制器选型蓄电池组放电时通过放电控制器，放电控制器主要功能是防止蓄电池深度放电造成循环寿命减少，我公司采用的放电控制器具备电压检测功能，当放电电压低于设计电压时，自动切断直流输出系统，并发送控制信号，由市电系统对蓄电池组进行补充充电，当蓄电池组端电压高于 50.4v 时重新接通放电系统。系统电压 48V最大负载电流 55A最大自消耗电流 14mA重新接通（ SOC/LVR ） ＞ 50%/50.4V过放保护（ SOC/LVD ） ＞ 30%/44.4V监测反应时间 5s 控制信号输出工频 12v± 2v操作环境温度 - 10 ℃ － + 60 ℃导线直径（细 / 单股线） 50 mm 2 / 70 mm 2保护等级 IP65 重量 10Kg 尺寸 mm （ L× W× H ） （ L× 330× 157 ）4． 蓄电池选型蓄电池组储能容量按设计要求保证 3 个连续阴雨天正常工作，按以上计算数据，选定单只容量 200Ah 的铅酸免维护蓄电池， 每 4 块串联组成系统电压 48v， 6 组并联后接出，共计采用 24 只 6FM-200 型阀控式密封免维护铅酸蓄电池。HUANYU 阀控式密封免维护铅酸蓄电池是环宇公司历尽四十余年不断创新的结晶。优良的品质、卓越的性能受到用户的广泛赞誉。其高能密度、全密封结构、使用寿命长、高可靠性及良好的服务为客户提供了更大的便利。产品特点： 应用领域：＊免维护无须补液 ＊警报系统＊适应环境温度广 -30 到 45 ℃ ＊应急照明系统＊使用寿命长， NP 为 3-5 年， GM 可达 15 年 ＊电子仪器、电子系统＊安全防爆 ＊铁路、船舶＊无游离电解液，侧倒 90 度仍可使用 ＊邮电通信＊内阻小，在电流放电特性好 ＊太阳能、风能发电系统＊自放电小 ＊大型 UPS 及计算机备用电源＊荷电出厂，使用方便 ＊消防备用电源＊独特配方，深放电恢复性能好 ＊峰值负载补偿储能装置6 电池结构① 电池端子：为高硬度铅基合金或铜镀银端子，耐腐蚀性能好、导电性能优良、强度高。② 外壳：采用 ABS 外壳，分粘接和热封两种，后者尤其适合于振动大，环境温度变化大。要求电池使用寿命特别长的场合。③ 密封胶：采用三次密封技术，第一层为铅套焊接密封，试压后用堵微孔密封胶密封，最后采用红黑胶密封，确保电池使用期间不会出现渗酸缺陷。④ 安全阀：采用耐酸耐热性能优异的三元乙丙橡胶制成，确保电池使用期间的安全性、可靠性。⑤ 极板：其板栅采用耐腐性优良的铅钙锡基多元合金。⑥ 隔板：采用耐酸耐热性能良好的超细玻璃纤维制成，防止正负极短路，保持电解液，紧压迫极板表面，防止活性物质脱落。电池性能① 大电流放电性能： GM 系列电池采用薄型极板，正极板厚度在 2.4-2.9mm 之间，同时采用高孔率活性物质配方，极板比表面积大，其适合于大电流放电。② 寿命：因 GM 系列电池采用薄型极板，正极栅耐腐蚀性能相对较差，电池使用寿命相对较短，在环境温度为 25 ± 5℃时，为 5-8 年。③ 密封反应效率： GM 系列电池极板薄、片数多，比表面积大，便于密封反应。同时该类电池气室较小，一般密封反应效率≥ 98% 。技术参数型 号额定电压 额定容量 25 ℃（ AH ） 尺寸（ mm ） 重量(V) 20Hour1.75V /cell 10Hour1.75V /cell 长± 1 宽± 1 高± 1 总高± 1 (KG) Ah Ah mm mm mm mm 6FM-100 12 100 93 330 170 215 243 31.50 6FM-120 12 120 110 405 175 210 240 37.00 6FM-150 12 160 150 480 170 240 240 48.00 6FM-180 12 200 186 524 240 216 244 60.50 6FM-200 12 218 200 524 240 216 244 65.00 5． 逆变器选型本系统中负载采用单相交流 35w 节能灯光源，发电系统电压 DC48V ，采用 SN482KS7 正弦波逆变器，逆变器详细参数如下：技术指标 SN482KS 直流输入输入额定电压 (VDC) 48 输入额定电流 (A) 48 输入直流电压允许范围 (VDC) 42~64 交流输出额定容量 (KVA) 2.0 输出额定功率 (KW) 1.6 输出额定电压及频率 220VAC, ± 50HZ输出额定电流 (A) 4.5 输出电压精度 (V) 220VAC± 3%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 ) 86% 工作环境绝缘强度 (输入和输出 ) 1500VAC， 1 分钟噪音 (1 米 ) ≤ 45dB使用环境温度 - 25℃ ~+55℃湿度 0~90%，不结露使用海拔 (m) ≤ 6000尺寸立式深、宽、高（ mm） 395× 205× 365机架式深、宽、高 (mm) 440× 482× 177（ 4U）重量（ Kg） 30 保护功能 输入接反保护、输入欠压保护、输入过压保护、输出过载保护、输出短路保护、过热保护。逆变器的输出波形精确程度将决定光源的工作状态，按照我公司以往工程经验，LED 、节能灯等电感触发类光源，必须采用纯正正弦波逆变器，如采用精度稍差的逆变器将导致负载工作频闪或触发失效，进而使逆变器直流触发系统受到较大冲击，影响逆变器的使用寿命。6． 市电转换控制器选型市电转换控制器主要由待机触发器、继电器，平时处于市电待机状态，待机功率不大于 2w，当触发器接收到放电控制器传来信号时，即时触发接通继电器，接通市电电路进行充电，市电通过专用充电器设备变压整流后，对蓄电池组进行充电过程。型号 电 压 电 流 外 型 尺 寸型号 电 压 电 流 外 型 尺 寸CD06Q03 6V 0.6A 38 62 95 CD12Q06F 12V 1.2A 72 82 168 CD06Q03F 6V 0.6A 38 62 CD30Q06 12V 3.0A 72 82 8 95 168 CD08Q03 6V 0.8A 58 62 110 CD30Q06F 12V 3.0A 72 82 168 CD2106Q 6V 0.8A 58 62 110 CD6112QD 12V/6V 3.0A 72 82 168 CD20Q03 6V 2.0A 72 82 168 CD02Q12 24V 0.2A 38 62 95 CD20Q03F 6V 2.0A 72 82 168 CD02Q12F 24V 0.2A 38 62 95 CD04Q06 12V 0.4A 38 62 95 CD05Q12 24V 0.5A 58 62 110 CD04Q06F 12V 0.4A 38 62 95 CD2124QD 24V/12V 0.6A 72 82 168 CD08Q06 12V 0.8A 58 62 110 CD20Q12 24V 2.0A 72 82 168 CD2112Q 12V 0.8A 58 62 110 CD20Q12F 24V 2.0A 72 82 168 CD2112QD 12V/6V 0.8A 72 82 168 CD6124QD 24V/12V 2.0A 72 82 168 CD12Q06 12V 1.2A 72 82 168 CD15Q18F 36V 1.5A 72 82 168 7． 空开及漏电保护器选型空开及漏电保护器的采用主要用来保护输出电路，当负载端或负载输电线路出现短路、断接、误接、偷电等状况发生时，能确保电路即时断开，确保供电系统无危险事故发生。pcb6c110 10a 6ka c 类 单极小型断路器prcbe30/210 10a 4.5ka 30ma 双极电子式漏电断路器8． 接线端子配件的选型我公司所有电子元器件，均采用 DeLixi 专用电子器件，确保产品品质和系统稳定。八、 太阳能电池方阵设计上述四中已确定方阵倾角 45o，这个角度既保证了电池方阵良好的降雨自清洗效果，清洗后在太阳能电池组件玻璃面下部和铝合金边框周围不会残存污渍，又能保证冬季降雪厚度 20-30cm 使积雪靠自重滑落，不会因为不设挡雪板积雪直落时对行人造成危害。方位角的确定，按北京日照规律和太阳能辐射能量的测定，以正午起延时 2小时为每日最强能量时刻，方位角为正东方向南偏转 95o为最佳。支架材质按强度设计要求选用刚质结构，支架强度应最低限度能承受太阳能电池方阵自重和风压相加的最大荷重，因工作环境较恶劣，支架表面处理应采取热浸镀锌后喷塑烤制的处理工艺，支架在屋顶安装应考虑防水层的情况，根据实地情况尽量采