太阳能光伏发电市电自动切换系统

太阳能光伏发电市电自动切换系统一、市电自动切换系统的设计背景传统燃烧料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出，同时全球还有 20 亿人得不到正常的能源供应。在全球对能源危机日益重视的影响下，太阳能光伏发电取得突飞猛进的发展。自 2000 年以来，全球光伏产业每年以 60% 以上的速度增长。 目前我国已经成为世界上最大的太阳能电池生产国。 随着太阳能光伏发电技术的推广和普及，其应用也是日趋广泛，从最初的无电、缺电地区小电站，到如今的通通讯、交通、石油、气象以及国民经济的不同应用领域。从原来的工业、农业应用到逐渐走入人们的日常生活。在国内，由于大规模光伏并网的政策还没有正式出台，独立型光伏发电系统得到前所未有的发展，应用范围越来越大。 独立式光伏发电系统主要应用在无电区和偏远山区等不方便接入市电的区域， 如： 交通哨所、通讯、国防、石油等领域。但是随着世界光伏技术的发展，太阳能电池效率不断提高，太阳能光伏系统的成本也越来越低，太阳能光伏系统的应用范围越来越大，如：家庭、学校、机关、工厂等场所。但由于独立式太阳能光伏系统受天气影响较大，遇到连续阴雨天数过多或者日照条件达不到系统设计条件时，就会造成系统断电，从而影响使用。这是任何独立运行系统都克服不了的。鉴于此，对于一些能接入市电的地区，可以采用市电系统自动切换系统进行工作，这就大大增强了系统的可靠性。二、设计原则理论上，采用市电自动切换的光伏系统可靠性得到大大提高。它克服了由于太阳光照不足造成的负载不能正常工作的问题。但是在进行光伏系统配置设计时，也不能因为传统又市电的保证片面降低系统配置。系统配置过低， 太阳能系统发电量不够， 失去了太阳能光伏发电省电节能的本质意义； 同时蓄电池充电不足，负载在利用太阳能系统工作时，会造成太阳能系统短时间工作就是蓄电池接近过放电状态，使蓄电池寿命大大缩短，反而降低系统的可靠性。经表明：采用市电切换方式后，系统配置至少达到独立系统配置的 80% 。三、典型设计用用3.1 系统配置设计系统用电要求：使用地点为北京；主要为家庭提供用电，主要用途是照明用电和电视用电。彩电功率为 140W ， 4 个日光灯总功率为 160W 总功率为 300W. 日工作 6 个小时，连续阴雨按照 3 天进行设计。根据北京 20 年的气象数据， 经过系统配置优化 （有光太阳能光伏系统方面的设计过程， 这里就不在赘述） ，配置如表一：表 1 系统配置表项目 技术参数太阳能电池阵列 24V/1200W 蓄电池 24V/600Ah 控制器 24V/50A 逆变器 24V/10000W 系统由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组、逆变器、控制配电柜组成。本例仅针对该系统的组成及原理进行阐述。3.1.1 太阳能光伏板：采用 16 快 17V/75Wp 单晶硅太阳能电池组件，单块外形尺寸为 1194mm*492mm*35mm, 系统两两串联后再并联组成整个光伏列阵，电池组件方针安装在用户的房顶，见图 1 3.1.2 免维护铅酸电池：由 12 快 2V/600Ah 的电池串联组成，系统采用铅酸蓄电池具有内阻低、自放电小、 寿命长、 使用温度范围宽等特点， 可在 （ -30-45 ） ℃范围内长时间使用。 蓄电池安装在专用的房间内，并配用专用蓄电池支架，美光大方，排列整齐，保持环境干燥并需具有良好的通风条件。3.1.3 逆变器 : 逆变器输入电压是 24V ，输出电压 220V, 输出功率为 10000W 。主要提供给电视机和照明用电，熔断器熔断电流为 25A 。3.1.4 控制器：选用电压为 24V 。额定充电电流为 50A 的脉宽调制控制器，低压断路器 QF3 选用型号为 220V50A 。3.1.5 控制箱：由一个微型电脑定时器 （ KG316T ） 、 3 个时间继电器（ SJ1 延时 0-24 小时， SJ2/SJ3 延时 0-60 秒） 、2 个中间继电器（ K1 线圈电压 220V ，额定电流 5A ； K2 线圈电压 24V 。额定电流 5A ）、 2 个交流接触器 （ KM1 线圈电压 220 V ， 额定电流 10A ； KM2 线圈电压 220V ， 额定电流 10A ） 、 2 个电源指示灯 （指示灯 1 为太阳能供电指示，颜色为绿色；指示灯 2 为市电供电指示，颜色为红色）和 2 个抵压断路器（ QF1 额定电流 10A ， QF2 额定电流 10A ）组成3.2 太阳能市电自动切换系统原理如图 2 所示如图 2 所示，当控制器检查到蓄电池电压高于过放电压时，控制器负载端输出 24V 电压使 K2 线圈得电，常开触点 K2-1 、 K2-2 闭合，此时时间继电器线圈 SJ1 得电，常开触点 SJ-1 闭合， K1 线圈得电，常开触点 K1-1 闭合（此时常闭触电 K1-2 断开，使得市电供电电线路中 SJ3 不能得电， KM2 不能打开，市电供电线路被切断，起保护作用），时间续电器线圈 SJ2 得电，常开触电 SJ2-1 闭合，此时 KM1 接通，指示灯 1 点亮，逆变器给负载供电。当控制器检测到蓄电池电压达过放电压时，此时控制器无输出，使得 K2 、 SJ1 、 K1 线圈不能得电， K1-1为断开状态，此时 K1-2 闭合，时间继电器 SJ3 线圈得电，常开触电 SJ3-1 闭合， KM2 接通，指示灯 2点亮，此时由市电开始供电。说明：因本系统的逆变器是离网逆变器，不能和市电直接连接，所以系统从太阳能供电切换到市电供电，市电供电切换到太阳能供电，负载都会有几秒钟的断电现象，时间可调但最短不能小于 2 秒，可能会对用户使用的电脑、电视机等家电造成重新启动现象。该市电自动切换光伏系统增加可靠性的同时，由于引入市电进行工作使得施工变得复杂，尤其在不方便接入市电的地区，大大增加了施工难度，限制该系统的应用推广。4 结论采用市电自动切换的独立光伏系统增强了可靠性， 解决了独立光伏系统的先天不足。 随着光伏技术的发展，太阳能电池成本的不断降低，太阳能发电系统终会逐渐 “ 飞入寻常百姓家 ” 。 越来越多的新技术也会应用于光伏领域。参考文献《太阳能光伏技术》、《家用太阳能光伏电源系统》、《简明电气安装工手册》来源： 深圳市上古光电有限公司