G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

（A）8.71A

sc

（V）30.5V

峰值功率电压V

mpp

（A）8.2A

峰值功率电流I

mpp

峰值功率P

（W）250W

max

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< 3% （额定功率时）

直流电流分量<0.5%（额定输出电流）

功率因素范围0.95（超前）～0.95（滞后）

系统

最大效率（%）94.5%(含变压器)

欧洲效率（%）93.5%(含变压器)

防护等级IP20

夜间自耗电0W

运行温度范围-25～+55℃

冷却方式风冷

允许相对湿度0～95%，无冷凝

允许最高海拔2000米