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3kw太阳能光伏发电系统设计方案






太阳能光伏发电是新能源和可再生能源的重要组成部分, 由于它集开发利用 绿色可再生能源、改善生态环境、改善人民生活条件于一体,被认为是当今世界 上最有发展前景的新能源技术, 因而越来越受到人们的青睐。随着世界光伏市场 需求持续高速增长、我国《可再生能源法》的颁布实施以及我国光伏企业在国际 光伏市场上举足轻重的良好表现, 我国光伏技术应用呈现了前所未有的快速增长 的态势并表现出强大的生命力。 它的广泛应用是保护生态环境、走经济社会可持 续发展的必由之路。 太阳能发电的利用通常有两种方式, 一种是将太阳能发电系统所发出的电力 输送到电网中供给其他负载使用,而在需要用电的时候则从电网中获取电能,称 谓并网发电方式。 另一种是依靠蓄电池来进行能量存储的所谓独立发电方式,它 主要用于因架设线路困难市电无法到达的场合,应用十分广泛。

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1.2 光伏发电系统的要求 因本系统仅是一个参考项目,所以这里就只设计一个 2.88kWp 的小型系统, 平均每天发电 5.5kWh,可供一个 1kW 的负载工作 5.5 小时。

2.系统方案
2.1 现场资源和环境条件 江阴市位于北纬 31° 40’34”至 31° 57’36”,东经 119° 至 120° 34’30”。气候为亚 热带北纬湿润季风区,冬季干冷多晴,夏季湿热雷雨。年降水量 1041.6 毫米, 年平均气温 15.2℃。具有气候温和、雨量充沛、四季分明等特点。其中 4 月-10 月平均温度在 10℃以上,最冷为 1 月份,平均温度 2.5℃;最热月 7 月份,平均 温度 27.6℃。

Nature Resources:
Daily solar Air Relative Atmospheric Wind Earth radiation temperature humidity pressure speed temperature horizontal °C January 3.9 % 76.50% kWh/m /d 2.69
2

Month

kPa 102.3

m/s 4.2

°C 3.6

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February March April May June July August September October November December

5.4 9.1 14.7 19.2 22.9 26.1 25.6 22.1 17 11.6 6

75.30% 75.50% 76.20% 78.70% 83.40% 86.20% 86.50% 82.60% 77.90% 76.70% 76.50%

3.14 3.33 4.25 4.78 4.58 5.05 4.71 3.99 3.4 2.81 2.68

102.2 101.8 101.2 100.8 100.3 100.1 100.3 100.9 101.6 102.1 102.4

4.2 3.9 3.7 3.3 3.4 3.5 3.4 3.5 3.5 3.8 4

5.5 9.6 15.4 19.9 23.6 26.9 26.3 22.4 17.2 11.5 5.7

Annual

15.3

79.30%

3.78

101.3

3.7

15.6

2.2 光伏系统方案的确定 本项目采用独立型光伏系统方案。系统由电池组件 PV 阵列,充电控制器、 逆变器、蓄电池等部件组成。(原理图如下:)

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独立系统原理图 本系统由太阳电池组件,跟踪控制系统,控制器,逆变器,蓄电池等部分组 成。 太阳电池组件在太阳光的照射下产生直流电流;而充电控制器则协调太阳能 电池板、蓄电池和负载的工作,具有自动防止太阳能光伏系统的储能蓄电池过充 电和过放电的功能。 蓄电池在系统中的作用就是存储能量,还能对系统起着调节 电量、 稳定输出的作用。 逆变器的作用是将蓄电池的直流电转变为适合负载使用 的正弦波交流电, 逆变器输出的交流电能进入配电柜;在配电柜内装有用于输出 控制、过流保护、防雷保护等器件。

2.3 计算机仿真 2.3.1 太阳能资源

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2.3.2 能源模型
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2.4 系统方框图
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系统方框图

2.5 配置方案
太 阳 能 组 件 控 制 器 逆 变 器 蓄 电 池 附 注 7 / 19 规格 数量(节) 连接方式 年供应电量预计 400AH,2V 24 24 串 3642kWh 充电电压 最大电流 数量 说明 规格 数量 48V 50A 1 无 48V,3KW,输出电压:220V AC,50HZ 1 功率 数量 连接方式 160W(43.7 V,5.1A) 18 片 2串9并

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1. 本系统共使用了 18 块电池组件,组件每 2 块为一串,在接线盒里 9 串并联 后输出。占地面积约 22m2。 2.充电控制器选用 48V50A 的直流控制器, 它是是具有自动防止太阳能光伏系统 的储能蓄电池过充电和过放电的设备,由它协调太阳能电池板、蓄电池和负载的 工作。在系统运行时,它能对蓄电池的荷电状况和环境温度自动、连续地进行监 测,按照用户设置的参数对其充、放电过程进行控制,起到有效管理光伏系统能 量、保护蓄电池及保证整个光伏系统正常工作的作用。 3.逆变器选用的规格为 48V,3KVA,输出电压:220V AC,它的作用是将蓄电 池的直流电压转变为适合负载使用的正弦波交流电压。 在本系统中采用的正弦波 逆变器具有波形失真小、保护功能全、转换效率高、可靠性高的特点。 4.蓄电池在系统中的作用就是存储能量。由于系统采用 48V 电压,蓄电池组由 24 节 2V800Ah 的蓄电池串联而成。太阳能电池将太阳辐射能转换为直流电能, 通过蓄电池将直流电能转换为化学能储存起来。另外它还能对系统起着调节电 量、稳定输出的作用。全部蓄电池置于两排双层电池架上。电池架上装有输出控 制开关,可方便地进行投入和切除。

2.6 系统主要设备 2.6.1 电池组件 本系统拟采用江苏林洋新能源有限公司生产的 SF-160 单晶硅电池组件。江 苏林洋新能源有限公司是一家集晶体硅太阳能电池和组件的研发、生产、销售、 服务为一体并在美国成功上市的国际性公司。 公司采用世界上最先进的电池片和 组件生产设备加之完善的质量管理体系,从而保证了完美的产品品质。产品通过 了 IEC61215、TUV、和 UL 国际认证,在国内享有盛誉。该太阳能电池片转换
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效率高,表面玻璃为高透光低铁钢化玻璃,边框材料为轻质电镀铝合金。
最大输出功率 160Wp 开路电压 43.7V 短路电流 5.10A 最大输出电压 35.8V 最大输出电流 4.61A 重 量 15kg 外型尺寸 1580 mm x 808 mm x 45 mm +0.04%/℃ 最佳电流的温度系数 -0.38%/℃ 最佳电压的温度系数

SF-160 单晶硅电池组件性能

SF-160 单晶硅太阳能电池的机械特性。

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图2

SF-160 单晶硅太阳能电池的 I-V 特性

2.6.2 充电控制器

光伏控制器性能、参数
额定电压(V) 额定电流 Ip (A) 最大太阳能电池组件功率(kWp) 太阳能电池组数 N 10 / 19 48 50 3 ≤ 6

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每路太阳能电池电流 Ib( A ) 环境温度 电压降落 机械尺寸 太阳能电池与蓄电池之间( V ) 蓄电池与负载之间( V ) 深×宽×高( mm ) 防护等级 海拔高度 Ib=Ip/N -20℃~+50℃ 0.7 0.1 421*488*177 IP20 ≤5500

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性能特点: 1) 微电脑芯片控制充放电各参数点、温度补尝系数可编程任意设定,可适应不 同场合的特殊要求; 2) LCD 液晶模块点阵显示,中英文操作菜单,用户可根据需要选择; 3) LED 指示灯显示各路光伏充电状态和负载通断状态; 4) 9 个轻触按键操作; 5) 控制电路与主电路完全隔离,具有极高的抗干扰能力; 6) 1—18 路太阳能电池输入控制; 7) 实时显示蓄电池电压、负载电流、总光伏电流、每路光伏电流、蓄电池温度、 累计光伏发电安时数、累计负载用电安时数等十几个参数; 8) 历史数据统计显示:过充电次数、过放电次数、过载次数、短路次数; 9) 可编程设定发电机启停电压、次要负载通断电压、风机卸载和恢复电压、路 灯光敏切换电压等参数; 10) 用户可分别设置蓄电池过充电保护和过放电保护时负载的通断状态; 11) 具有二次下电控制能力,即对主要负载和次要负载在不同蓄电池电压点的下 电控制能力;

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12) 各路充电电压检测具有“回差”控制功能,可防止开关进入振荡状态; 13) 保护功能:具有蓄电池过充电、过放电、输出过载、短路、浪涌、太阳能电 池接反或短路、蓄电池接反、夜间防反充等一系列报警和保护功能; 14) 可配 RS232/485 接口,便于远程遥信、遥控;PC 监控软件可测实时数据、 报警信息显示、修改控制参数,读取 30 天的每天蓄电池最高电压、蓄电池 最低电压、每天光伏发电量累计和每天负载用电量累计等历史数据; 15) 参数设置具有密码保护功能且用户可修改密码; 16) 告警:过压、欠压、过载、短路等保护报警; 17) 多路无源输出报警或控制接点:蓄电池过充电、蓄电池过放电、柴油机启动 控制、负载断开、控制器故障;其它备用报警接点用户可选择,如水淹报警 等; 18) 工作模式有阶梯式逐级限流模式、PWM 工作模式、一点式工作模式、光开 光断模式、光开时断模式、时钟控制模式、光开时断凌晨亮模式,其中前三 种模式是针对通用负载场合的,后四种模式是针对路灯负载场合的,所有的 延时长度和定时时钟都可以设置; 19) 用户可设置参数还包括:均充电压、浮充电压、吸收电压、启动电压、动态 稳压系数、静态稳压系数、均充状态时间和吸收状态时间等。 20) 不掉电实时时钟功能,显示与设置时钟; 21) 防雷:根据系统要求,可安装不同等级的防雷装置; 22) 具有温度补偿功能;

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2.6.3 逆变器

·32 位 DSP 控制 ·日本三菱第五代 IPM 功率模块单元 ·高效逆变效率达 94%(DC220V 系列) ·多语种液晶显示功能 ·标准 RS485/232 通信接口 ·完美的保护功能 ·故障记录功能 ·低电压保护

逆变器器性能、参数
输入额定电压(VDC) 直流输入 输入额定电流(A) 输入直流电压允许范围(VDC) 额定容量(kVA) 交流输出 输出额定功率(kW) 输出额定电压及频率 13 / 19 48 73 42~64 3 3 220VAC,50Hz

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输出额定电流(A) 输出电压精度(V) 输出频率精度(Hz) 波形失真率(THD)(线性负载) 动态响应(负载 0←→100%) 功率因数(PF) 过载能力 峰值系数(CF) 逆变效率(80%阻性负载) 绝缘强度(输入和输出) 噪音(1 米) 工作环境 使用环境温度 湿度 使用海拔(m) 机械尺寸 立式深、宽、高(mm) 重量(kg)

13.6 220±3% 50±0.05 ≤5% 5% 0.8 150%,10 秒 3:1 93% 1500VAC,1 分钟 ≤50dB -20℃~+55℃ 0~90%,不结露 ≤6000 442×482×267 42

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2.6.4 蓄电池

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3.工程施工
3.1 工程费用概算:
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 名称 太阳电池组件 充电控制器 逆变器 全密闭免维护蓄电池 标准接头 专用电缆 钢结构支架 其它辅助材料 材料费小计 系统安装集成费 税金 利润 总价 均价 5% 6% 5% 2880 2880 单价(元) 30 7000 12000 950 10 12 3 1 数量 2880 1 1 24 9 100 2880 2880 2880 单位 Wp 台 台 节 套 米 Wp Wp Wp 合计 86,400 7,000 12,000 22,800 90 1,200 8,640 2,880 141,010 7,051 8,461 7,051 163,572 56.80

3.2 工程周期 本项目自签订合同并提交工程首付款后, 我公司将着手进行工程所有材料和 设备的准备工作,直至系统通过调试,备货期为 30 天,进场后大约需要 10 天完 成施工。

3.3 施工期间需要业主配合的事项 ⑴按要求提供施工时使用的动力电源。 ⑵提供暂时保管进场物资(材料、设备、工具等)的临时仓库。 ⑶协助施工方处理在当地施工时意外可能发生的问题。 ⑷在调试结束后按合同要求会同我方进行现场验收。 ⑸若条件许可, 建议业主在工程开始时指派有一定电气基础知识的人员参于现场 工作,以便今后更好地做好系统维护工作。

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4.经济和社会效应
独立系统:它由太阳能电池采集阳光,转化为电能,通过控制和逆变设备, 把直流电转换成目前家庭通用的 220V 交流电。 目前采用高性的胶体铅酸蓄电池 作为储能装置, 有可有效地为业主在任意时间连续提供电力。 它的配置主要包括: 太阳能电池板 (光伏组件 ),控制器,逆变器 ,供配电柜等设备 ,主要应用于与国家电 网离得比较远的别墅 ,比如,在一些山区,林地或离城市较远的郊区 .这种别墅由于 配高低压电线和安装成本昂贵(包括输电线路,电线竿/电塔安装),比较适合安装太 阳能独立系统. 1.优势特点 1)使用寿命长,无需专人维护.其中太阳能电池寿命长达 25 年以上. 2) 自给自足, 蓄电池作为蓄能装置, 把白天太阳能电池收集的电能储存起来, 方便业主使用,阴雨天气,可按用户要求连续供电(3-10 天); 3)一次投资,终身受益,太阳能清洁无辐射,无污染. 4)绿色能源,安全环保.间接地减少对大气二氧化碳等温室气体的排放。 5)安全可靠、无噪声、无污染、能量随处可得,不受地域限制 6)无须消耗燃料,无机械转动部件, 无须另外架输电线路,可以按照业主的 要求,方便地与任意地面或建筑物相接合. 7)建造的周期很短,实际建造时间按规模大小来算。 8)不破坏建筑的外观。太阳能电池板一般安装在屋顶或倾斜面,不会破坏原 有建筑外观,甚至有时会增加其建筑的美感。

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2.减排效果: 光伏发电属于清洁可再生能源,无论从能源角度,还是从环境角度,都是未来发 展的重点,光伏并网发电的推广应用,无疑会带来良好的环境效益。可以粗略计 算“环境效益”如下: ① 每 KWh 电耗煤:目前我国发电耗煤为平均 390g 标煤/KWh (能源基础

数据汇编,国家计委能源所,1999。1,p16) ② 每发 1KWh 电排放 CO2 C + O2 = CO2 12 32 44

44/12?390 =1430g CO2/KWh ? 1.4kg CO2/KWh =1.4?10-3TCO2/KWh ③ ④ 每瓦光伏组件平均每年发 2KWh. 每瓦光伏组件平均每年相当减排 CO2 吨数 2KWh?1.4?10-3 吨 CO2/KWh=2.8?10-3T 按照 EPIA 的估计, 光伏发电取代柴油发电机的 CO2 减排效果为 1Kg/KWh; 光伏并网发电的平均减排效果为 0.6Kg/KWh。到 2020 年,全世界光伏发电的 累计安装量将达到 195GWp,其中大约 50%为光伏并网发电。2000-2020 年 通过光伏发电达到的 CO2 的减排量将是 7 亿吨,仅 2020 年当年 CO2 的减排将 达到 1.64 亿吨,相当于 4400 万辆汽车或 75 个大型火力发电厂的排放量。

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5.公司的服务
我公司将坚持质量第一、 服务至上的原则,向业主提供最优化的系统设计方 案,做好技术和现场施工质量管理。 5.1 技术培训 在系统调试完毕并投入正常运行后, 我公司将指派专业技术人员来业主方对 相关人员进行技术培训, 培训时间和地点由用户决定。我公司会准备相应的培训 资料。培训的内容: 1、光伏系统的组成和作用; 2、光伏系统工作原理; 3、系统实际操作指导; 4、系统维护要点; 5 其他用户认为需要了解的知识。 通过培训使系统相关人员熟悉并掌握系统有关知识,熟练地进行实际操作, 能进行一般的日常维护。 5.2 售后服务

在系统调试合格后我公司将提供 1 年时间的质保期, 在此期间, 非人为操作 失误而引起系统配件损坏我公司将免费给予更换, 同时在以后的时间里提供终身 有偿服务。系统运行满 2 年时我公司将免费对系统作一次全面的检查和维护。

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