当今世界上还有很大一部分人生活在缺电或无电的世界中, 他们居住在贫困或偏远地区, 远离发电厂和公共电网, 因为没有电, 无法享受到现代文明给生活带来的信息和便利. 光伏离网发电系统是一种独立自给的可再生新能源供电系统, 可以解决他们的基本用电问题.
典型光伏离网发电系统主要由太阳能组件, 支架, 太阳能控制器, 离网逆变器, 蓄电池, 配电箱等六部分组成, 太阳能组件接入到太阳能控制器后, 首先满足用户负载使用, 之后将多余的电量存储于蓄电池中, 以备夜间及阴雨天使用, 当蓄电池没电, 大部分逆变器还可以支持市电输入 (或者柴油发电机) 作为补充能源给负载供电.
光伏离网系统的设计不同于并网发电系统, 需要考虑用户的负载大小, 日用电量, 当地的气候条件等因素, 根据客户的实际需求选择不同设计方案, 相对较为复杂, 为了保证离网系统能够可靠工作, 做好前期的客户需求调查是非常有必要的. 光伏离网系统的设计, 主要包含逆变器的选型, 组件容量的设计和蓄电池容量的设计:
一. 逆变器选型: 根据用户负载大小和类型确定逆变器功率
逆变器功率大小的选择一般要不小于负载总功率, 但是考虑到逆变器的使用寿命和后续扩容, 建议逆变器功率需要考虑留有一定的裕量, 一般为负载功率的1.2~1.5倍, 另外, 如果负载包含有类似于冰箱, 空调, 水泵, 抽油烟机等带电动机的感性负载 (电动机的启动功率是额定功率的3~5倍) , 需要把负载的启动功率考虑进来, 即负载的启动功率要小于逆变器的最大冲击功率. 以下是逆变器的功率选择的计算公式, 供设计时参考.
二. 组件容量确定: 根据用户日用电量和光照强度确定组件容量
光伏组件白天发的电一部分供给负载使用, 剩下部分给蓄电池充电, 到了晚上或者太阳辐射不足情况下, 储存在蓄电池的电将放电给负载使用, 由此可见, 在没有市电/或者柴油机作为补充能源情况下, 负载的所耗电全部来自光伏组件白天所产生的电, 考虑到不同季节, 不同地区的光照强度会有差异, 为了保证系统的可靠运行, 光伏板的容量设计应该在光照最差的季节也能满足需求, 以下是光伏板的容量计算公式:
三. 蓄电池容量确定: 根据夜晚用电量或者后备时间确定电池容量
光伏离网系统的蓄电池主要用于储能, 保证在太阳辐射不足时负载还能够正常工作. 对于有重要负载的光伏离网系统, 蓄电池容量的设计需要考虑当地的最长阴雨天数. 普通的光伏离网系统负载供电要求不高, 考虑到系统成本原因, 可以不考虑阴雨天数, 只要根据实际的光照强度来调整负载的使用. 另外, 大部分光伏离网系统选用铅酸电池, 一般取铅酸电池的放电深度为0.5-0.7, 蓄电池容量的设计可以参考以下公式:
四. 10kVA光伏离网系统典型设计方案
项目背景: 给刚果布首都一所学校设计一套光伏离网系统满足其日常用电.
1) 项目需求调查
设计方案前期, 需要做好客户需求调查 (负载信息要准确) , 具体如下:
2) 逆变器选型
客户的负载主要是教室照明, 教室风扇, 公共场所照明, 围墙照明以及广播系统等, 负载总功率为6.84kw, 逆变器功率选择 不小于9.8kVA, 可以选用晶福源ESS10K逆控一体机, 输出功率为10kVA.
3) 组件容量确定
根据客户需求调查表可以看出, 学校平均每天用电量约为61.5kWh, 当地光照条件较好, 按照每天4.23h的日照时间计算, 组件配置1.1倍裕量, 设计采用88块270W多晶光伏组件, 总功率为23.76kW, 平均每天发电100.5kwh, 考虑到系统效率, 一般为0.8, 每天可用电80kwh.
4) 蓄电池容量确定
学校的照明大部分使用时间是在晚上, 考虑电池的使用寿命, 应适当增加电池容量, 且客户要求的电池备用时间为2天, 取电池放电深度为0.7, 该项目采用110节的1000AH/2V的胶体电池串联, 总容量为220000VAH, 可利用电量约为154kwh, 可以满足2天的后备时间的用电需求.
5) 系统方案图
