小型光伏发电系统设计要点(夏)

小型光伏发电系统设计要点
力诺太阳能电力工程有限公司 夏征勇
1.1小型光伏发电系统的典型分类 小型光伏发电系统有直流输出与交流输出及混合输出之分。
典型直流输出系统有：太阳能路灯，偏远无电地区通信基站，高速公
路监控系统，航标灯，太阳能手电筒及电子玩具。 典型交流输出系统有：偏远无电地区医院、学校、油田，部队哨所、
1.2太阳能路灯设计 太阳能路灯价格组成（以计算实例-1为例）
名 称 170W/1块 (300Ah/12V)/2块 10米高/1根 (40W/12V)/1个 12V/1个 2.5平方/50米 0.5m×0.5m×0.8m/1个 (400×300×300)/2个 规格/数量 单 8.5元/W 10元/Ah 200元/米 2000元/个 100元/个 1元 /米 750元/m³ 50元/个 500元/套灯具 价 总 1445元 6000元 2000元 2000元 100元 50元 150元 100元 500元 50元 12395元 价 太阳能电池组件 铅酸蓄电池 灯杆 LED灯 控制器 导线 钢筋混凝土基础 地埋箱 运费及施工 其它 合计
1.3通信基站设计 下图所示，2块组件串联电压73.84V为48V蓄电池充电，5并电流25.75A。
1.3通信基站设计 计算实例-2 上面计算实例-1该通信基站有两套设备，一套工作电流1.5A，每天工作 24小时；另一套工作电流4.5A，每天工作12小时；其他条件不变，计算电池 组件功率与蓄电池容量。 •第一套设备每天用电量＝48V×1.5A×24h＝1728Wh •第二套设备每天用电量＝48V×4.5A×12h＝2592Wh •二套设备合计每天用电量＝1728Wh＋2592Wh＝4320Wh •太阳能电池组件输出电流I＝4320Wh/(48V×5.38h)＝16.73A •太阳能电池组件输出电压U＝1.44×48V＝69V •太阳能电池组件功率P＝U×I＝69V×16.73A＝1154W/η＝1154W/0.8＝1443W
1.2太阳能路灯设计 太阳能路灯设计步骤及报价规律 第一步：由照明灯每天用电量(Wh)、峰值日照时数、系统效率，计算出 太阳能电池组件的功率(W)。 第二部：由照明灯每天用电量(Wh)、连续阴雨天数、放电深度、充放电 效率、温度系数，计算出蓄电池容量(Ah)。 第三步：列出一盏灯的所有设备、元器件、材料的单价，汇总得出一盏 灯的价格。 第四步：将一盏灯的价格乘以总灯具数量，得出总报价成本。 第五步：合同总报价＝总报价成本/(1 －想要的毛利)。
150W/800W/220V
5个
3套/1套
1500W
1250W 700W/220V
4h
3h/1.5h 5.5h
1.4偏远无电区医院用电设计 计算实例-1 将上表内功率及用电时间进行合计：1000W×4h＋640W×12h＋600W×3h
＋8000W×h＋300W×2h＋360W×3h＋4000W×5h＋600W×8h＋1500W×4h＋
1.3通信基站设计 计算实例-1 已知青海玉树地区最佳倾角在30 ∽37度的峰值日照时数为5.38，在该 地区无电区建设一个通信基站，负载电压48V、电流4.5A，每天工作24h， 该地区最长连续阴雨天3天，最低温度-27℃(蓄电池放在室内半地下室)， 计算电池组件功率与蓄电池容量。（放电深度0.7，温度系数取0.7） I=(48V×4.5A ×24h)/(48V ×5.38)=20A；U =1.44 ×48V=69V； Pzj=U ×I=69V×20A=1380W；Pszj=1380/η=1380/0.8=1725W，选力诺产 单晶硅190W组件10块，总功率1900W，采用2串5并，输出电压74V，输出电 流26A。 Q= [(48V×4.5A ×24h) ×(3＋1) ] /(48V ×0.7)=617Ah，Qs=Q/η=617 Ah/(0.9×0.7)=617Ah/0.63=979Ah，选1000Ah/2V蓄电池24块串联组成。
冷暖空调
洗衣机 化验设备 电饭锅炒菜锅 消毒设备
1000W/220V
300W/220V 120W/220V 1000W/220V 200W/220V
8台
1台 3台 4个 3个
8000W
300W 360W 4000W 600W
8h
2h 3h 5h 8h
计算机、通信
直流电设备 其它交流设备
300W/220V
1.2太阳能路灯设计 太阳能电池组件的配置
光源功率（W）×用电时间（h） 组件输出电流（I）＝ -----------------------------光源电压（V）×峰值日照时数（h） 组件工作电压（U）＝ 1.44×光源电压（V） 组件计算功率（P）＝ 组件电压（U）×组件电流（I） 组件实际功率（P）＝ 组件计算功率 / η 峰值日照时数（h）---查RETS软件获得。 η---组件蒙灰0.95 ×控制器效率0.95 ×组件衰减0.9，η一般取0.8左右。 （A）
电池组件输出电压U＝1.44×220V＝317V
电池组件功率P＝U×I＝317V×46A＝14582W/η＝14582W/0.8＝18228W，选力 诺产多晶硅235W组件，已知：U工作＝31.62V，I工作＝7.43A。
1.4偏远无电区医院用电设计 •组件数量＝18228W/235W＝77.57块，暂取78块，已知组件输出电压317V/ 31.62V＝10串，为串并联取整数，取组件80块，10串8并，总功率18800W。 •蓄电池容量Q＝ [58.76KWh×(2＋1)]/(220V×放电深度0.5）＝1603Ah/(充 电效率0.9 ＋温度系数0.8）＝2226Ah •蓄电池选择500Ah/2V，110串得到220V直流电压，5并得到2500Ah电流。 •本系统采用220VDC直流母线，交流负载采用一台20KW逆变器输出220V/50Hz 为医院交流设备提供电力。直流负载直接取自220VDC直流母线。 总结： 离网系统设计时首先计算出用电负荷电度量(KWh)，其次采用RETS软件查 出峰值日照时数，再由气象资料查找最长连续阴雨天，然后充分考虑各种效 率损失，最后确定电池组件功率和蓄电池容量。
1.2太阳能路灯设计 计算实例-4 以计算实例-1为例，如果蓄电池放电深度分别为0.25、0.75、1，请
计算蓄电池容量分别是多少。
计算： •放电深度0.25：Q＝[40W×10h×(7＋1)]/(24V×0.25) ＝533Ah，Qs＝
Q/η＝533Ah/(0.9×0.95) ＝623Ah。
•放电深度0.75：Q＝[40W×10h×(7＋1)]/(24V×0.75) ＝178Ah，Qs＝ Q/η＝178Ah/(0.9×0.95) ＝208Ah。
1.2太阳能路灯设计 计算实例-3 以计算实例-1为例，如果连续阴雨7天，晴天后要求在10天之内将蓄电 池的亏电补充满，请计算需要配置多大功率的太阳能电池组件。 计算：已知7个连续阴雨天后蓄电池亏电3200Wh，晴天后每天晚上还需要继 续消耗电400Wh，设电池组件功率为X瓦。 (X瓦×4.27h×η－400Wh) ×10天＝3200Wh，X瓦×4.27h×10×0.8－ 4000Wh＝3200Wh，X瓦×34.16h＝3200Wh＋4000Wh，X瓦＝7200Wh/34.16h， X＝211W。太阳能电池组件功率为211W，7个阴雨天后晴10天即可充满蓄电 池的亏电。 校验：211W×4.27h×0.8－400Wh＝721Wh－400Wh＝321Wh，再乘以10天， 等于3210Wh，基本等于蓄电池的亏电量3.2度电。
150W×3套×3h＋800W×1.5h＋700W×5.5h＝58760Wh＝58.76KWh 查RETS软件西藏那曲在30°∽41°峰值日照时数5.82，最长连续阴雨天
2天，根据直流负载有220VDC，选择直流母线为220VDC，见下面第二页图示。
计算： 电池组件输出电流I＝58.76KWh/(220V×5.82)＝45.89A
•已知蓄电池容量816Ah，选800Ah/2V蓄电池24块，串联组成800Ah/48V蓄电池
组。
两套设备负荷工作示意图见下页。
1.3通信基站设计 两套设备负荷的示意图，白天4.5A工作12小时，1.5A白天夜间都要工作。
1.4偏远无电区医院用电设计 计算实例-1，（西藏那曲）
名称 手术台照明灯 室内照明灯 电冰箱 负载功率 500W/220V 40W/220V 300W/220V 2套 16盏 2台 负载数量 负载合计功率 1000W 640W 600W 每天用电时间 4h 12h 3h
一般都是在用户侧并网，自发自用并网不上网系统。
小型光伏发电系统太阳能电池组件安装容量一般在几瓦到数千瓦，一 般不会超过兆瓦级。
1.1小型光伏发电系统的典型分类（照片实例）
无电区通信基站
太阳能电池组件供电
风光互补
高速公路监控
喀麦隆通信基站
喀麦隆蓄电池室
1.2太阳能路灯设计 太阳能路灯的设备及元器件构成 •灯杆与悬挑由钢管镀锌或喷塑制成。 •太阳能电池组件由单晶硅或多晶硅 组成。 最佳倾角α查RETS软件。 •光源一般为LED（发光二极管）。 •铅酸蓄电池一般由12V或24V组成。 •控制器由电子器件组成为智能型。 •地埋箱由硬质塑料制成。 •基础由钢筋地笼浇灌混凝土构成。 •导线采用2.5平方铜芯塑料软线。
（V） （W） （W）
1.2太阳能路灯设计 蓄电池的配置
光源功率（W）×用电时间（h）×（连续阴雨天＋1） 蓄电池容量（Q）＝ ---------------------------------------------- （Ah） 光源电压（V）×蓄电池放电深度 蓄电池实际容量（Q）＝ 蓄电池容量/η 蓄电池放电深度---小于1，放电深度越小，容量越大。例如，深度0.25是0.5的 2倍，深度数值越大蓄电池价格越低但其寿命越短，应综合考虑。
•放电深度1：Q＝[40W×10h×(7＋1)]/(24V×1) ＝133Ah，Qs＝Q/η＝
133Ah/(0.9×0.95) ＝156Ah。 结论：随着放电深度的增加，蓄电池容量逐渐减小。
1.2太阳能路灯设计 由下图可知，同样给40W照明灯供电，放电深度小，蓄电池容量就大，其寿命 就长，如果放电深度100%，蓄电池容量可以非常小，虽造价低但寿命也短。
1.3通信基站设计 •蓄电池容量Q＝[4320W×(3＋1)]/(48V×深度0.7) ＝514Ah/(充放电效率
×β)＝514Ah/(0.9×0.7) ＝816Ah
•已知电池组件功率1443W，选用力诺产190W组件，1443W/190W ＝7.6，取8块 2串4并，总功率＝8块×190W ＝1520W。
雷达，需要交流感应的设备（马达、变压器等）
小型光伏发电系统有离网与并网之分。 偏远无电地区需要交流电的光伏发电系统均属于离网系统。并网系统
一般都是在用户侧并网，自发自用并网不上网系统。
小型光伏发电系统太阳能电池组件安装容量一般在几瓦到数千瓦，一 般不会超过兆瓦级。
1.1小型光伏发电系统的典型分类 偏远无电地区需要交流电的光伏发电系统均属于离网系统。并网系统
η---充放电效率0.9×温度系数β（β寒冷地区0.8∽0.9，地埋箱在冻土层以 下可适当取大值，炎热地区也应考虑）。
1.2太阳能路灯设计 计算实例-1 已知北京地区最佳倾角在32 ∽39度的峰值日照时数为4.27，光源采用 LED灯40W/24V，每晚照明10h，灯杆高10米，北京地区最长连续阴雨天7天， 计算组件功率及蓄电池容量。 I=(40W ×10h)/(24V ×4.27)=3.9A；U =1.44 ×24V=34.56V； Pzj=U ×I=34.56 ×3.9=134.78W；Pszj=134.78/η=134.78/0.8=168.48W， 选力诺产单晶硅170W组件一块。 Q= [(40W ×10h) ×(7 ＋ 1) ] /(24V ×放电深度取0.5)=266.67Ah， Qs=Q/ η=267Ah/(0.9×0.95)=267Ah/0.855=312Ah，选300Ah/12V蓄电池 二块串联组成一组300Ah，24V的蓄电池组。蓄电池内部有24V×300Ah＝ 7200Wh＝7.2KWh＝7.2度电量。
1.2太阳能路灯设计 计算实例-2 以计算实例-1为例，如果连续阴雨7天，请计算晴天后几天才能将蓄电 池充满电。 计算：照明灯每天耗电=40W×10h=400Wh=0.4度电，8天耗电3.2度电。 电池组件每天发电=170W×4.27h=726Wh，考虑效率损失后取0.8， 则：电池组件实际每天发电=726Wh×0.8=581Wh=0.581度电。 晴天后电池组件每天发0.581度电，除了每天晚上继续给照明灯供电 0.4度，剩余0.181度电还要补充连续8天的亏电量3.2度， 则：3.2/0.181=17.68天，约18天后可补充蓄电池的亏电量。