• 独立供电系统解决方案

    2015-09-07|阅读数:1227

     

    太阳能供电解决方案

     

    一、  太阳能发电系统设计理念

    a)       设计原则

    根据所在地区的太阳能资源具体情况和负载耗电量确定太阳能发电系统的容量,保证森林防火所有监控设备供电完全可靠,一般考虑全天候不间断供电,最大每日供电时间为24小时,一般考虑3个阴雨天能够正常运行。

    b)      设计依据

    对此系统提出的主要指标

      太阳能电池组件保证使用寿命长,设计寿命在25年以上。

      蓄电池容量能满足负载72小时连续供电。

    常规和经验参数

      东北地区太阳能电池方阵倾角为40°-45°。

      太阳能电池方阵面获得的辐射量为平面值的1.1倍。

      经计算东北地区平均每日峰值日照时数(方阵面上)为3.1小时以上

    二、  整套太阳能供电系统必要部件介绍:

     太阳能供电系统由太阳能电池组件、太阳能控制器、蓄电池(组)组成。如输出电源为交流220V110V,还需要配置逆变器。各部分的作用为:

      (一)太阳能电池组件:太阳能电池组件是太阳能供电系统中的核心部分,也是太阳能供电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能量转换为电能,或送往蓄电池中存储起来,或推动负载工作。太阳能电池组件的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。

      (二)太阳能控制器:太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态,并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方,合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项。

      (三)蓄电池:一般为免维护深循环铅酸电池和胶体电池,小微型系统中,也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池组件所供出的电能储存起来,到需要的时候再释放出来。

    (四)逆变器:在很多场合,都需要提供220VAC110VAC的交流电源。由于太阳能的直接输出一般都是12VDC24VDC48VDC。为能向220VAC的电器提供电能,需要将太阳能供电系统所供出的直流电能转换成交流电能,因此需要使用DC-AC逆变器。在某些场合,需要使用多种电压的负载时,也要用到DC-DC逆变器,如将24VDC的电能转换成5VDC的电能(注意,不是简单的降压)。

    原理图如下:

    三、  太阳能供电系统的设计需要考虑如下因素:

    Q1、 太阳能供电系统在哪个地区使用?该地日光辐射情况如何?
    Q2
    、 系统的负载功率多大?
    Q3
    、 系统的输出电压是多少,直流还是交流?
    Q4
    、 系统每天需要工作多少小时?
    Q5
    、 如遇到没有日光照射的阴雨天气,系统需连续供电多少天?
    Q6
    、 负载的情况,纯电阻性、电容性还是电感性,启动电流多大?
    Q7
    、 系统需求的数量,数量越大,发电成本会降低。

    四、    常规场外设备太阳能供电解决方案200*24小时*3天为例)

    (一)     用户对负载的要求(本方案按200W平均交流负载计算):

    1、 整套系统的平均负载功率: 200

    2、 负载工作电压和频率:交流220伏,50赫兹

    3、 系统设计的工作时间:每天24小时满负载运行,考虑3个阴雨天能正常工作

    (二)     系统工作的环境

    1、 系统工作地点:东北高寒地区。

    2、 系统工作纬度:北纬40度左右。

    3、 全年日照时间: 年平均日照2200小时

    4、 日平均有效日照时间:6小时

    5、 安装最佳倾角:南向4045°水平倾角

    (三)     智能太阳能供电系统配置方案

    1、 太阳能电池组件:选用多晶硅或者单晶硅太阳能电池组件,设计寿命25年,峰值功率设计为2400Wp,采用单体组件规格为36V150W电池板16块,4块太阳能电池板串联安装成4组,然后4组并联。太阳能板放置形式:纬度南向4045°水平倾角;太阳能板安装方式:太阳能板地面做水平基础面安装,保证支架上方5米以上净空电池板面没有阴影。

    2、 太阳能专用智能控制器: 采用48V40A电站用通用型光伏控制器一台,维保1年,48V额定电压输入,额定电流:45A,主要功能:充放电控制,工作温度:-20℃~60℃。

    3、 逆变器:采用高频正弦波逆变器 48V300W ,主要功能:将蓄电池的直流电变为稳定的交流电输出。根据客户需求,逆变器也可以增加充电控制板,设计为逆变控制一体机。

    4、 储能用蓄电池组:采用密封阀控免维铅酸蓄电池12V200AH,额定容量:200Ah,额定电压:12V DC,蓄电池个数:8节,4个蓄电池串联为2组,然后两组并联安装。

    5、 保温型蓄电池箱及连接安装 :性能要求:无源,保温,防水。

    五、  主要设备选型

    1、太阳能电池组件的选型参考(YD-150W,单晶硅150W,规格: 1480*670

    易达光电的YD系列高效太阳能(光伏)组件适合各种应用中的供电需求。太阳能组件不含有运动部件,使用寿命至少25年以上。太阳能组件可抵抗各种恶劣天气条件,包括剧烈的温差变化、潮湿、强风以及冰雹的撞击。

    YD系列太阳能电池板产品特点

    1.     按国际电工委员会IEC612151993标准要求进行设计,采用先进工艺技术和生产设备制造,确保了组件可靠稳定以及长达25年的使用寿命。

    2.     18片太阳能电池串安装一个旁路二极管,可有效防止热斑效应。

    3.     由高透光率的钢化玻璃、抗老化的EVA(聚乙烯-醋酸乙烯酯)、高性能的晶体硅太阳电池、耐候性优良的TPT(复合氟塑料膜)层压而成,具有良好的耐候性和抗紫外线、冰雹、防水能力。

    4.     优质铝合金边框确保组件具有较的抗风等级,结构合理便于安装。

    5.     采用密封防水性能好的接线盒,确保可靠的电气连接。

    6.    每片组件经过100%的外观检查和电性能测试,确保组件的优良品质

    电气参数

    型号

    峰值功率

    外形尺寸(mm)

    重量(kg)

    工作电流(A)

    工作电压(V)

    短路电流(A

    开路电压(V)

    YD-150

    150w

    1480×670×35

    13

    8.61

    17.45

    8.91

    21.87

    机械性能:

    抗风强度:60m/s(200Kg/m2)

    表面强度:225g钢球从1米高度自由落下撞击表面。

    孔距尺寸

    标准测试条件:

    AM1.5,辐照度=1000W/m2 ,电池温度=25

    电池正常工作温度

    50

    短路电流温度系数

    0.4m, A/

    开路电压温度系数

    60mV/

    填充因子

    70

    边框接地电阻

    1ohm

    迎风压强

    2400Pa

    绝缘电压

    600V

    安装孔径

    Φ9

    2、储能型蓄电池的选型(参考品牌:科士达,瑞达,劲博)

    储能型蓄电池的产品特点:

       具有优异的循环性能和过放电恢复能力;

      高品质AGM隔板;采用钙铅锡多元合金;

      采用气体再化合技术,使用期间无需加水维护;

      高纯度原材料,确保自放电率极小,平均每月2%25);

      电池槽采用高强度ABS(可选用阻燃级ABS)

      适用工作温度范围:-1545;推荐使用温度:1030;高寒地区推荐使用胶体蓄电池并采取防寒措施

      设计寿命:浮充寿命一般设计为 5-8年。在光伏系统中尽量多的时间使电池浮充减少蓄电池的放电循环深度能大大延长蓄电池的使用寿命

    3、充电控制器的选型(可以安装在系统汇流箱中)

    太阳能充电控制系统的主要特点

    1.控制器配备液晶显示模块,能显示系统工作状态和参数。

    2.蓄电池电压低于重入提升充电电压,自动进入提升充电。

    3.双温度传感器设计,内部温度传感器检测控制器内部温度,外部独立温度传感器用于检测蓄电池温度,使得温度补偿更加精确

    4.控制器能计算出当天充电和放电的安时数,使用户更方便对控制器及整个系统的评估。

    5.具有充电电流过载保护功能,当超过额定电流后会减少充电电流以达到保护充电回路的作用。

    6.30天进行一次均衡充电,防止蓄电池硫化。

    7.采用工业级芯片和精密元器件,能在寒冷、高温、潮湿环境下运行。

    8.充电回路采用双MOS串联式控制回路,充电采用PWM模糊控制,使充电效率大幅提高。

    9.设置的参数具有掉电保存功能,掉电后不丢失,系统工作更可靠

    10.三种负载工作模式:纯光控、光控+定时、常开模式。

    4、逆变器的选型( 系统负载是全部是直流负载,则不需要选配逆变器,不同直流电压间转换,可以采取DC-DC电源来实现)

         本逆变器使用专用智能IC 控制,具有非常完善的保护功能(包括过载保护,过流保护,高温保护,短路保护,输入反接保护,电池高低压保护,设有内置式保险丝等等),采用优质的双面线路板及零器件,保证产品高质量,高性能。

         纯正正弦波逆变器输出波形为纯正弦波,可以适用于任何负载,过载保护,过流保护,短路保护,保护后自动延时10 S启动。整体设计小巧轻便,便于壁挂式安装或者安装在汇流箱,配电箱中。

     逆变器主要技术指标

    序号

       

    技术指标

    1

    输入电压

    10.5-15VDC

    2

    最大输入电流

    40A

    3

    输出电压

    220VAC±3%

    4

    输出频率

    50±0.5HZ

    5

    额定功率,

    300W

    6

    峰值功率

    600W

    输入接口

    端子

    7

    遥控接口

    通过外部开关

    输入输出绝缘电阻

    I/P~O/P100MΩ/500VDC

    7

    输出波形

    纯正弦波

    8

    空载电流

    0.4A

    8

    谐波含量

    3

    9

    负载功率因素

    0.8

    10

    动态电压瞬变范围

    ±10V

    瞬变响应恢复时间

    100ms

    10

    电源效率

    86

    逆变器自动保护参数

    序号

       

    技术指标

    1

    输入反接保护

    烧机内保险

    2

    输入保险丝

    40A

    3

    输入欠压保护

    <10.5VDC ±0.5,恢复电压12.5V

    4

    输入过压保护

    >15VDC ±0.5,恢复电压14.8V

    7

    输出短路保护

    自动恢复

    8

    温度保护

    >70

    5、光伏汇流箱(小型系统可以不做配置)  

        光伏电池板输出来的电路会有很多回路,通过光伏汇流箱, 将这些回路汇流到一起然后统一汇聚成一路再输出给控制器。这样大大减少了光伏组件与控制器之间连接线,方便维护,提高可靠性,并且增加配置了防雷功能。

    汇流箱电气原理图示:

    6、太阳能电池板支架系统

         根据现场安装条件,支架选择地面安装或者抱杆安装。

    地面压接安装支架系统示意图如下:

    采取专用铝合金主材以及零配件消除了在安装现场切割的需求并可以迅速容易地安装。

    不用在现场切割,独特的滑道延长方法的使用可以使该支架系统的安装精确到毫米。  

    地面螺丝连接安装支架系统图例如下:

    抱杆式支架系统图例如下:

    6、蓄电池箱,蓄电池架以及防护方案(保温,防盗)

     1)现在没有设置设备的专用机房时,一般采取制作蓄电池防护丼或使用地埋箱。

    电池地埋箱箱体一般采用进口工程塑胶为原料生产,具有高强度、高韧性、高抗腐蚀性等突出优点。 上下箱体的密封胶垫采用纯天然胶制作,具有优秀的柔软性、延展性与密封性,可确保电池箱的密封性。 这种蓄电池保温防盗措施是保护蓄电池的低成本解决方案,施工简便。

    现场土建施工,做个一份蓄电池的防护丼也是解决蓄电池保温防盗的一种方案,成本比较高,要求见下图说明:

    2)现场有机房时,一般使用蓄电池箱和蓄电池架,现场组合安装。

    7、系统连接辅件(一般包括光伏专用线缆,专用连接头MC4,分支连接头等)

     

     

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