太阳能离网发电系统设计

一、工程概述

1、工程名称

伊朗家用小型离网发电系统

2、地理位置（经度、纬度、环境状况、气候条件、风力状况、阳光资源等）

伊朗位于亚洲西南部，北邻亚美尼亚、阿塞拜疆、土库曼斯坦，西与土耳其和伊拉克接壤，东面与巴基斯坦和阿富汗相连，南面濒临海湾和阿曼湾。国土绝大部分在伊朗高原上，是高原国家，海拔一般在—米之间。西南部为厄尔布尔士山与科彼特山，东部为加恩-比尔兼德高地，北部有厄尔布兹山脉，德马万德峰海拔米，为伊朗最高峰。西部和西南部是宽阔的扎格罗斯山山系，约占国土面积一半。中部为干燥的盆地，形成许多沙漠，有卡维尔荒漠与卢特荒漠，平均海拔1,余米。仅西南部波斯湾沿岸与北部里海沿岸有小面积的冲击平原。西南部扎格罗斯山麓至波斯湾头的平原称胡齐斯坦。主要河流有卡流伦河与塞菲德。里海是世界最大的咸水湖，南岸属伊朗。伊朗东部和内地属大陆性的亚热带草原和沙漠气候，干燥少雨，寒暑变化大。西部山区多属地中海式气候。年降水量除西北部山区与里海沿岸超过1,毫米外，一般在50-毫米之间。中央高原年平均降水量在毫米以下。

3、气象资料

气象资料以伊朗首都NASA数据库中德黑兰气象数据为参考，德黑兰位于伊朗北部。

项目

月份

空气温度

相对湿度

每日太阳辐射

风速

地面温度

℃

%

KWh/m2/Day

m/s

℃

一月

0.6

76.40%

2.73

3.8

1

二月

1.7

72.10%

3.62

4.2

2.5

三月

5.6

66.10%

4.5

4.7

7.3

四月

12.7

52.70%

5.51

4.7

15.7

五月

17.6

44.50%

6.39

4.8

21.9

六月

21.8

41.70%

7.35

5.3

26.9

七月

23.9

44.00%

7.04

5.8

29.1

八月

23.8

43.70%

6.56

5.6

28.1

九月

19.7

45.80%

5.64

4.6

23.1

十月

13.8

54.30%

4.05

4

16

十一月

7.8

64.40%

2.94

3.6

8.7

十二月

2.6

74.00%

2.38

3.7

2.9

年平均

12.6

56.6%

4.89

4.6

15.3

二、方案设计

（一）用户负载信息

用电器

额定功率(W)

数量

用电时数(h)

用电量(KWh)

SavingLamp

20

3

6

0.36

SavingLamp

10

4

3

0.12

SavingLamp

11

1

1

0.

TV21”

65

1

4

0.26

Satellite

30

1

4

0.12

Refrigerator

1

1.5

PersonalComputer

1

2

0.7

合计

3.

冰箱的耗能根据冰箱的使用模式和开关冰箱门的频率有关，目前普通冰箱的日耗电大约1度左右，这里选取耗电为1.5度。

（二）系统方案设计

根据用户要求，本方案为光伏离网系统

本系统是一个离网系统，其原理如下图所示：

1、蓄电池组的设计（容量计算、安装地区户用电压情况、蓄电池型号选择、数量确定、布局）

在系统中储能主要靠铅酸蓄电池，蓄电池的容量利用下下面公式计算：

其中：C：蓄电池容量[kWh]

D：最长无日照间用电时[h]

F：蓄电池放电效率的修正系数（通常取1.05）

Po：平均负荷容量[kW]

L：蓄电池的维修保养率（通常取0.8)

U：蓄电池的放电深度（通常取0.5)

Ka：包括逆变器等交流回路的损失率（通常取0.7，如逆变器效率高可取0.8）

所以此处的蓄电池的容量应该为：

C=3.×3×1.05/（0.8×0.5×0.7）=34.5KWh

由于系统设计的参考连续阴雨天数为2天。

根据伊朗的电力情况，户用电压为V，蓄电池电压选择为24V，蓄电池组由12V的蓄电池串并而成，所以每串需要2块蓄电池串起来达到24V。选用10块单体为12VAh的蓄电池，总共5串进行并联，蓄电池总容量为Ah，即36KWh。电池型号选择双登的6-GFM-。

2、太阳能电池板方阵的设计

2.1电池板倾角的计算

为了保证系统有足够高的效率，电池板必须按一定的倾角安装。因此有必要先计算不同倾角对效率的影响，这个影响可以用在太阳能电池板面上的日平均辐照强度来量化，辐照强度越大则电池板的效率越高。下表是在不同倾角时斜面上的辐照强度的逐月变化对照表：

逐月辐照强度随倾角变化规律

角度

月份

平均日辐照强度（KWh/m2/Day）

28°

30°

32°

35°

37°

38°

40°

一月

3.51

3.56

3.61

3.68

3.72

3.74

3.78

二月

4.32

4.36

4.40

4.44

4.47

4.48

4.50

三月

4.64

4.65

4.66

4.66

4.65

4.65

4.64

四月

5.61

5.59

5.56

5.51

5.47

5.45

5.40

五月

6.15

6.09

6.03

5.93

5.85

5.81

5.73

六月

7.03

6.94

6.85

6.70

6.59

6.54

6.42

七月

7.02

6.94

6.86

6.72

6.62

6.57

6.46

八月

6.97

6.93

6.88

6.79

6.73

6.69

6.61

九月

6.46

6.47

6.47

6.46

6.44

6.43

6.41

十月

5.44

5.49

5.53

5.58

5.61

5.62

5.64

十一月

4.19

4.25

4.31

4.39

4.44

4.46

4.50

十二月

3.37

3.42

3.48

3.55

3.60

3.62

3.66

年平均

5.40

5.40

5.39

5.37

5.35

5.34

5.32

本系统设计为离网系统，为了保证用户的用电，必须保证用户的基本用电，特别是在12月份和1月份的时候，平均日辐照强度很低，所以应特别注意保证在这两个月的发电量满足用户的用电需求。通过上表比较，最终支架最佳倾角设计为37°。

2.2电池板方阵容量的计算

总共需要的电池板方阵功率计算公式为：

P=W1*F/(Tm*η2*η3*Ka)

W1:负载的消耗功率

F：蓄电池放电效率的修正系数（通常取1.05）

Tm：峰值日照时数，其值与辐照强度的值基本相同，这里取3.6h

η2：方阵表面由于尘污遮蔽或老化引起的修正系数，通常可取0.9~0.95

η3：方阵组合损失和对最大功率点偏离以及控制器效率的修正系数，通常可取0.9~0.95

Ka：包括逆变器等交流回路的损失率（通常取0.7，如逆变器效率高可取0.8）

所以电池板方阵功率为：

P=3.×1.05/(3.6×0.95×0.95×0.8×0.8)=1.KW

考虑连续阴雨天后系统能在较短时间内让蓄电池再次充满，可以适当考虑放大方阵容量，但是在上面的计算中我们是以辐照最低月为准，在其他月份的发电量都有很大余量，所以针对方阵容量进行略微放大即可。

2.3电池板的选型

本方案选用W的单晶硅电池板，则总共需要8块，总功率为1.84KW。所选电池板的基本技术参数如下所示:

太阳电池种类

单晶硅　

太阳电池生产厂家

兆阳光伏

太阳电池组件生产厂家

　兆阳光伏

太阳电池组件型号

SR-M660

指标

单位

数据

峰值功率

Wp

开路电压（Voc）

V

37.23

短路电流（Isc）

A

8.18

工作电压（Vmppt）

V

30.48

工作电流（Imppt）

A

7.55

尺寸

mm

××48

2.4电池板阵列的布置

系统的额定电压为24V，所以电池板阵列输出电压不能太大，根据电压的限制，这里电池板直接并联接入控制器。

电池板采用支架结构是电池板成37°倾角，电池板采取竖立放置，18块电池板按两排进行布置。前后排之间间隔为2.5m。

3控制器的设计（型号及主要参数）

控制器选择南京冠亚的GS-80PCD6-V，其主要参数如下：

型号

GS-80PCD6-V

额定电压（VDC）(V)

24

负载最大电流（A）

80

充电最大电流（A）

80

充电路数

6

最大开路电压（VDC）

50

过充（VDC）

保护

28.8(可设定)

恢复

26.4(可设定)

过放（VDC）

断开

21.6(可设定)

恢复

26.4(可设定)

负载过压

断开

35.0(可设定)

恢复

33.0(可设定)

空载电流（mA）

显示方式

数码显示

电压降落

太阳能电池与蓄电池之间(V)

0.7

蓄电池与负载之间(V)

0.03

机械尺寸

深×宽×高(mm)

××

使用环境(℃)

-20℃～+50℃

海拔高度

≤5

控制器的输入只有6路，使用三通连接器使两块组件并联后接入控制器。

5逆变器的设计（负载情况、离网或并网、型号、参数）

由于伊朗当地的用电电压为V，所以选择输出电压为V的离网逆变器，经过用户用电器统计可知，用户的最大功率约为W（0.KW），考虑到用户负载中有感性负载，在启动过程时有较大的冲击电流，同时考虑系统的临时增加负载的情况，所以逆变器功率应相对选择较大的。选取24V1.5KW的逆变器，

逆变器选择南京冠亚的GN-1.5KCSP-R，其具体技术参数见下表：

型号

GN-1.5KCSP-R

额定容量（KVA）

1.5

直流输入

额定输入电压（VDC）

24V

欠压点(VDC）

21.6

欠压恢复点(VDC)

25.2

过压点（VDC）

35

市电输入

电压允许范围（VAC）

±15%

输入频率（Hz）

50

切换方式（可选项）

00、11、12、21

交流输出

额定电压（VAC）

额定频率（Hz）

50

输出波形

正弦波

过载能力

%　1分钟

电压稳定精度(AC)

±3%

频率稳定精度

50±0.04

波形失真率（THD）

≤3%（线性负载）

动态响应（0～%）

5%

功率因数（PF）

0.8

逆变效率

≥85%

峰值系数（CF）

3:01

环境

绝缘强度

0VAC1分钟

噪音（dB、1米）

≤50dB

使用环境温度(℃)

-10℃～+50℃

储存环境温度(℃)

-20℃～+70℃

使用海拔（m）

≤5

显示方式

表头或指示灯

连续运行时间

可连续运行

尺寸(深X宽X高)

××

三、设备清单一览表

名称

生产厂商

型号

单位

数量

单价

合价

系统设计

--

项

组件

块

光伏控制器

台

蓄电池

个

离网逆变器

台

三通连接器

套

组件支架

--

套

监控软件

--

套

环境监测仪

--

套

光伏电缆

--

米

若干

电缆桥架

--

米

若干

费用总计

售后服务

0

利润（设备总价的18%，包括税收）

合计总价

四、系统安装（设备材料领取清点、检测、太阳电池支架制作安装、太阳能电池方阵的安装、电气设备的安装调试、系统的独立运行调试）

1、施工顺序

2、施工准备（技术准备、现场准备、检测表或检测图）

3、验收

设备清单一览表

名称

生产厂商

型号

单位

数量

单价

合价

系统设计

--

项

1

组件

Wp晶硅

块

8

光伏控制器

GS-80PCD6-V

台

1

蓄电池

6-GFM-

个

10

离网逆变器

GN-1.5KCSP-R

台

1

三通连接器

套

2

组件支架

--

套

1.84KWp

监控软件

--

套

1

环境监测仪

--

套

1

光伏电缆

--

米

若干

电缆桥架

--

米

若干

费用总计

售后服务

0

利润（设备总价的18%，包括税收）

合计总价

总结：太阳能离网设计一定要弄清楚用户负载的功率，负载的性质，负载的工作时间，以及用户要求的持续工作时间（连续阴雨天）