一、光伏儲能項目設(shè)計

1MWp獨立光伏電站系統(tǒng)集成，包括設(shè)計、制造、采購、運輸及儲存、建筑、施工安裝、調(diào)試試驗及檢查、竣工、試運行、整套系統(tǒng)的性能保證的考核驗收、技術(shù)和售后服務(wù)、人員培訓(xùn)等一攬子工作，同時也包括所有材料、備品備件以及相關(guān)技術(shù)資料等。

二、本項目設(shè)計內(nèi)容

1.深入了解當(dāng)?shù)赜秒娦枨?；預(yù)測電力負(fù)荷，確定太陽能電站的裝機(jī)容量；勘測電壓配電線路走向、電站的具體站址的選擇；

2.確定本項目建設(shè)所需的各項主要技術(shù)、安裝、費用，做初步設(shè)計。

3.太陽能電站的裝機(jī)容量的確定、主要用電負(fù)荷、以及室外低壓配電系統(tǒng)等部分初步設(shè)計。

三、無電區(qū)用電負(fù)荷測算

1.負(fù)荷測算

太陽能項目主要用電負(fù)載包括面粉加工系統(tǒng)、玉米加工系統(tǒng)、家畜養(yǎng)殖系統(tǒng)、海鹽制造系統(tǒng)、孵化系統(tǒng)、食用油制造系統(tǒng)、辦公室系統(tǒng)相關(guān)電氣設(shè)備的電力負(fù)載等，共計886.78kW。

2.供電方案的選擇

太陽能與柴油發(fā)電、火電等相比較它有潔凈、環(huán)保、日常維護(hù)費用小等優(yōu)點。柴油和火力發(fā)電需每日消耗大量的柴油和煤炭；既消耗能源又污染環(huán)境。

因此該項目初擬定采用太陽能發(fā)電，主要是因為太陽能是一種清潔、可再生的新能源，有利于保護(hù)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。太陽能具有數(shù)量巨大、時間長久、普照大地、清潔干凈等優(yōu)點，建設(shè)周期短，裝機(jī)規(guī)模靈活、可靠性高、運行維護(hù)簡單等特點。

太陽能是解決目前無電地區(qū)的最有效、最清潔的新能源，不但有利于提高人民的生活質(zhì)量，更主要的是獲得脫貧所需要的觀念和農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，通過項目的實施，優(yōu)化當(dāng)?shù)剞r(nóng)魚業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的電源結(jié)構(gòu)，為農(nóng)魚業(yè)可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

四、系統(tǒng)的工作原理

太陽能光伏供電系統(tǒng)是利用光伏組件將太陽的光能轉(zhuǎn)化為電能后，通過控制器的控制，一方面直接提供給轉(zhuǎn)換電路及負(fù)載用電，另一方面將多余的電能存儲在蓄電池中，到了夜晚或是光伏組件產(chǎn)生的電力不足時，蓄電池就會將所存儲的電能供給轉(zhuǎn)換電路及負(fù)載用電。

光伏組件是由多個單晶硅（或多晶硅、非晶硅等）電池單體串并聯(lián)，并經(jīng)嚴(yán)格封裝而成的。而其中的電池單體太陽的照射下可發(fā)生光電效應(yīng)而產(chǎn)生一定的電壓和電流，通過串并聯(lián)組合后經(jīng)電纜送至充電控制器。

充放電控制器DC-DC，是對蓄電池進(jìn)行自動充電、放電的監(jiān)控裝置，當(dāng)蓄電池充滿電時，它將自動切斷充電回路，使蓄電池不致過充電；當(dāng)蓄電池過放電時，它會報警提示并自動切斷用電回路，從而保證蓄電池能夠長期可靠運行。當(dāng)光伏組件組件對蓄電池充滿電后，系統(tǒng)自動恢復(fù)充電?？刂破骶哂蟹聪蚍烹姳Ｗo(hù)功能和極性反接的電路保護(hù)功能。

蓄電池為系統(tǒng)的儲能部件，主要是將光伏組件產(chǎn)生的電能存儲起來供夜晚或光照不足的時間用電。

五、系統(tǒng)特點：

1.長期工作運行費、維修和維護(hù)費用低，幾乎接近零；

2.設(shè)計合理，運行穩(wěn)定不會產(chǎn)生停電、斷電事故；

3.電源清潔、無污染、無二次能耗，是真正的“綠色能源”；

4.系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，可靠性高，使用壽命長；

5.安裝、使用簡單，操作安全、簡便；

6.系統(tǒng)的擴(kuò)建工程實施方便，并且與其他能源互補(bǔ)性能好；

7.高新技術(shù)含量高，開發(fā)、應(yīng)用前景十分廣闊；

8.結(jié)構(gòu)簡單，體積小且輕；

9.容易安裝、易運輸，建設(shè)周期短；

10.容易啟動，維護(hù)簡單，隨時使用，保證供應(yīng)；

11.可靠性高，壽命長；

12.太陽能無處不在，只要有太陽，就會有電；

六、發(fā)電量的預(yù)算

系統(tǒng)的發(fā)電量根據(jù)軟件、考慮當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料預(yù)測為：

電站功率為1MWp。通過測算平均每年可發(fā)電：171.8萬度/年。

七、社會效益

太陽能技術(shù)和產(chǎn)品的出現(xiàn)，符合社會發(fā)展的需要，符合環(huán)保的要求，其所帶來的社會效益是普通產(chǎn)品無法比擬的，其生命力必將是旺盛而持久的。

經(jīng)測算，本項目每年可以達(dá)到社會效益如下表：

1）燃煤發(fā)電場發(fā)電1千瓦時會排放1千克溫室氣體,其中CO20.814kg,SO2及CH4等溫室氣體0.186kg,灰渣0.029kg,1棵樹成長周期約吸收0.96噸的CO2；

2）工業(yè)煤的發(fā)熱量20900KJ/kg；電發(fā)熱量3600kJ/kg；燃油發(fā)熱量41310kJ/kg；

3）2008年，全國6000千瓦及以上電廠供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗為349克/千瓦時

4）CO2減排，按2020年減排指數(shù)，或者按照2020年供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗370g/kWh計算，均為0.814kg/kWh

八、太陽能項目供電設(shè)計方案

1.系統(tǒng)說明：

根據(jù)提供的環(huán)境資料和負(fù)載功率及使用的條件，1MW的太陽能電站每天的平均發(fā)電量約為4700度，而886.78kW的負(fù)載每天24小時用電約是21283度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。因此選擇設(shè)計1MW瓦的光伏系統(tǒng)，只能滿足一部分的負(fù)載使用，蓄電池選擇保證連續(xù)3個陰雨天的配置。

2.1MW光伏離網(wǎng)供電系統(tǒng)設(shè)計方案

太陽能光伏離網(wǎng)供電系統(tǒng)是利用光伏組件將太陽的光能轉(zhuǎn)化為電能后，通過充電、放電、逆變等控制系統(tǒng)的控制，一方面直接提供給轉(zhuǎn)換電路及負(fù)載用電，另一方面將多余的電能存儲在蓄電池中，到了夜晚或是光伏組件產(chǎn)生的電力不足時，蓄電池就會將所存儲的電能供給轉(zhuǎn)換電路及負(fù)載用電。充分利用當(dāng)?shù)氐奶柲苜Y源，系統(tǒng)采用獨立電站技術(shù)，需要安裝蓄電池組，獨立發(fā)電雖然投資較并網(wǎng)系統(tǒng)較大，但也有多種優(yōu)點，比如使用蓄電池組，可以與大電網(wǎng)分開，晚上或陰雨天陽光不足時，該系統(tǒng)能單獨供電，較適合遠(yuǎn)離大電網(wǎng)由于距離較長而無法覆蓋的地區(qū)。

2.1光伏離網(wǎng)系統(tǒng)原理圖

2.2光伏離網(wǎng)供電系統(tǒng)設(shè)備：

除增加了充電、逆變等控制裝置外，還需要考慮蓄電裝置（蓄電池）。

2.3離網(wǎng)系統(tǒng)的效率

在負(fù)載用電量較小時，蓄電池一直保持充滿的狀態(tài)，即使外界的陽光再好，也不會進(jìn)行充電，太陽能的使用效率有所降低。

2.4蓄電池的配置

由于負(fù)載較大，無法按全負(fù)載配比蓄電池，且塞內(nèi)加爾雨季較長，因此蓄電池配置負(fù)載按約150kW左右的計算：

2.4.1負(fù)載日用電量為：（150000W×24小時）÷230V≈15652Ah

2.4.2滿足3個連續(xù)陰雨天氣系統(tǒng)正常用電的蓄電池容量：

系統(tǒng)安裝地點的最低氣溫在-10℃以下，選取蓄電池的溫度系數(shù)為1.2，蓄電池的保險系數(shù)為1.1，由于采用鉛酸蓄電池，其放電深度最大應(yīng)為80%，蓄電池的總?cè)萘繎?yīng)為：(15652Ah×3(天)×1.1)×1.2÷0.80≈77478Ah

2.4.3電壓等級DC220V→AC400V蓄電池組采用全密封免維護(hù)蓄電池，按電站負(fù)載計算蓄電池用量：選擇蓄電池為：2V/2000AH4400只，蓄電池壽命5～6年。

3.系統(tǒng)配置表

九、光伏支架系統(tǒng)的設(shè)計

1.電池方陣結(jié)構(gòu)設(shè)計及主要技術(shù)要求

方陣支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計包括安裝方式設(shè)計、底部支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計、方位角設(shè)計、支架傾角設(shè)計、陣列間距設(shè)計以及支承結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)、零件的設(shè)計等內(nèi)容。需根據(jù)總體技術(shù)要求、地理位置、氣候條件、太陽能輻射資源、場地條件等具體情況來進(jìn)行。

2.安裝方式設(shè)計：

該項目采用固定方式安裝，安裝在樓頂?shù)孛嫔?，基礎(chǔ)采用混凝土預(yù)埋的方式，支架結(jié)構(gòu)采用國標(biāo)型鋼，表面進(jìn)行熱鍍鋅處理，增強(qiáng)支架結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性能，同時增強(qiáng)其支架表面的抗腐蝕能力，可有效的提高結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)的壽命，電池板支架結(jié)構(gòu)采用三角形結(jié)構(gòu)形式增強(qiáng)其穩(wěn)定性，該支架結(jié)構(gòu)具有良好的抗風(fēng)性能，可抵御40米/秒的風(fēng)力。

3.支架傾角的設(shè)計

支架結(jié)構(gòu)采用固定傾角的設(shè)計思想，傾角的選擇以項目所在的各月平均水平面輻照量作為依據(jù)，通過專業(yè)設(shè)計軟件對傾角的變化而引起的其相應(yīng)傾斜面上輻照量的變化情況，選擇其傾角平面上輻照量最大的作為傾斜面，其傾角作為該項目光伏組件板的最佳傾角約為15度，該傾角即為該太陽能光伏發(fā)電量最大的傾角。

4.混凝土基礎(chǔ)

太陽能組件支架基礎(chǔ)的布置和選型是根據(jù)建造場地的地形和基礎(chǔ)持力層情況確定的。根據(jù)場地情況和光伏組件組件支架情況，采用鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)，

混凝土：根據(jù)設(shè)計需要,預(yù)制混凝土構(gòu)件混凝土強(qiáng)度等級為C30～C40，現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)為C25～C30，素混凝土墊層為C10。

十一、設(shè)備主要性能

1.光伏組件板

太陽電池組件（電池板）特有的電特性是借助于在晶體硅中摻入某些元素（例如：磷或硼等），從而在材料的分子電荷里造成永久的不平衡，形成具有特殊電性能的半導(dǎo)體材料，在陽光照射下，具有特殊電性能的半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生自由電荷，這些電荷定向移動并積累，從而在其兩端形成電動勢，當(dāng)用導(dǎo)體將兩端閉合時形成回路便產(chǎn)生電流，這種現(xiàn)象被稱為“光伏效應(yīng)”。在大型光伏發(fā)電站將太陽電池組件裝在一起形成“太陽電池方陣”。太陽電池方陣的輸出電壓和電流同樣依據(jù)光伏系統(tǒng)的實際需要來確定。太陽電池片、太陽電池組件和太陽電池方陣示意圖如下。

2.儲能電池

儲能電池是一種化學(xué)電源，它能將直流電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存起來，需要時再把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。儲能電池在系統(tǒng)中為解決電能貯存問題，調(diào)節(jié)功率和能量的作用，并向負(fù)載提供瞬間大電流。在系統(tǒng)中，儲能電池的儲能單元是設(shè)計與維護(hù)的重要組成部分，對整個系統(tǒng)的運行起到十分重要的作用。在電能貯存方面，目前主要是采用電池儲能、抽水蓄能和飛輪儲能。其中只有儲能電池適合小規(guī)模發(fā)電系統(tǒng)和移動使用。在目前的獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)中，幾乎都采用儲能電池作為電能貯存手段。

儲能電池是太陽能發(fā)電系統(tǒng)的心臟。儲能電池為電燈、電視等負(fù)載提供電能。太陽電池組件為蓄電池充電，補(bǔ)充電力負(fù)載（電燈、電視等）從儲能電池中消耗掉的能量。設(shè)計儲能電池容量時，很重要的一點就是要安裝足以滿足最大電能消耗的儲能電池。

儲能電池可以滿足許多不同的應(yīng)用需求。人們把電池用于電話、收音機(jī)以及便攜式工具。有種通常稱為“汽車蓄電池”的電池，它是用來啟動汽車的，不適合用于太陽能系統(tǒng)。在太陽能系統(tǒng)中，儲能電池必須能夠經(jīng)受深度放電，大概達(dá)到總?cè)萘康?0%到70%。

盡管在獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)中通常使用的儲能電池看上去跟汽車儲能電池差不多，但一般都是為深充放電設(shè)計的。儲能電池殼體內(nèi)部是不同的，電極板（鉛板）比汽車蓄電池的要厚，酸的濃度或密度也不同。

類似于太陽電池組件，儲能電池也可以有不同的大小。獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)使用的通常是單電池。比如12V的儲能電池由6個2V的單電池構(gòu)成。在大系統(tǒng)中，這種2V的單電池可以多個串聯(lián)起來，提供系統(tǒng)所需要的電壓。

3.接地與防雷

3.1保護(hù)裝置

為保證安全用電、防止發(fā)生觸電事故，光伏發(fā)電系統(tǒng)采用接地裝置。接地分為工作接地、保護(hù)接地和防雷接地。

A、工作接地：為系統(tǒng)運行需要將低壓電網(wǎng)中性點直接接地。

B、保護(hù)接地：當(dāng)設(shè)備漏電時，為防止危及人身安全和設(shè)備的安全，將所有電氣設(shè)備外露可導(dǎo)電部分通過接地線接地。

C、防雷接地：為防止電氣設(shè)備和建筑物遭受雷擊，將避雷裝置（避雷針、避雷線、避雷器等）進(jìn)行接地。

D、接零：將電氣設(shè)備的金屬外殼，金屬構(gòu)架等與零線（接地中性線）連接；

E、接地線應(yīng)能承受接地故障電流和對地泄露電流，并具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度或附加的機(jī)械保護(hù)，

3.2接地裝置

A、為了防止電氣設(shè)備因安裝不當(dāng)和絕緣不良而使外殼帶電，發(fā)生觸電事故，通常采用接地裝置。電氣設(shè)備在使用時，須將電氣外殼與大地進(jìn)行連接。

B、接地裝置包括接地體和接地線兩部分，與土壤直接接觸的金屬叫接地體，接地體與電氣設(shè)備的金屬連接叫接地線。接地體又分為自然接地體和人工接地體。自然接地體是利用與大地有可靠連接的技術(shù)管道和就建筑物的金屬結(jié)構(gòu)等作為接地體。人工接地體是利用鋼材制成不同形狀，打入地下而形成的接地體，接地裝置應(yīng)保證其接地電阻不大于10歐姆。

C、接地體應(yīng)用兩根以上的鋼管或角鋼組成，以提高可靠性。常見幾根鋼管或角鋼埋設(shè)成一排或一圈，距離不小于5米。然后用扁鋼或用接地線連接起來。在埋設(shè)之前，應(yīng)先挖深約1米的地溝，然后再將接地體打入地下，上端露出溝底約0.2米，供連接接地線之用。接地體打入地下的深度不小于2米。

D、接地體應(yīng)盡量埋在大地冰凍層以下潮濕的土壤中。若土壤電阻系數(shù)較大，不能滿足接地電阻值要求的，可在接地體埋設(shè)之前先放置降阻劑，以降低其電阻系數(shù)或在土壤電阻率較低的地方做外引接地。

4.控制逆變器

4.1控制器分類

控制器可分為獨立型光伏電源和并網(wǎng)光伏電源用兩種。由于大型獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)必定使用蓄電池，該系統(tǒng)的控制器主要用于控制充放電。而并網(wǎng)系統(tǒng)絕大多數(shù)不用蓄電池，因此不需要控制充放電，該系統(tǒng)的控制器主要用于控制相位、電壓和電流等。由于控制器往往同逆變器一起使用，因此往往把二者做成一體。這里僅介紹獨立電源系統(tǒng)用控制器。

4.2控制器的作用

控制器主要用于防止蓄電池被太陽能方陣和負(fù)載過放電。通過充放電控制器保護(hù)蓄電池免于過度充電（會引起極板腐蝕、放氣和失水）和過度放電。

過度放電會使蓄電池電壓低于其截止電壓而引起蓄電池的永久損壞，喪失能力。而過度充電會造成水分損失、過度的電極腐蝕以及活性成分的損失?；钚猿煞衷谛铍姵氐撞坑俜e，最后會導(dǎo)致電極在底部短路。

控制器是任何使用蓄電池的電氣系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，它防止蓄電池過度充放電。一般控制器被設(shè)置于太陽電池方陣和蓄電池組之間。蓄電池通過控制器向直流負(fù)載（包括逆變器）供電。

蓄電池廠家會給出最大充電電壓和最小放電電壓。在實踐中，可根據(jù)蓄電池廠家的給定值設(shè)計蓄電池組的最大充電電壓控制和最小放電電壓控制。

4.3控制充電控制功能

控制蓄電池不被過度充電，這是由控制器通過調(diào)整來自太陽電池組件的電流來實現(xiàn)的。當(dāng)蓄電池電壓接近允許的最大電壓，控制器會控制來自太陽電池組件的電流。依據(jù)控制器牌子和型號不同，可以是這樣實現(xiàn)的：或者減小充電電流，使電池維持在一個特定的電壓，或者簡單地斷開開關(guān)，使太陽電池組件開路，切斷充電電流。后一種情況下，當(dāng)電壓下降到規(guī)定值的時候，太陽電池組件被重新連通，充電電流隨之再次和蓄電池連上。

4.4控制器的保護(hù)功能

控制蓄電池不被過度放電到某個有損蓄電池的水平，控制器會在到達(dá)規(guī)定電壓的時候切斷負(fù)載，直到蓄電池電壓恢復(fù)到設(shè)定值以上才會再次連通負(fù)載。

控制器按照充電電流的大?。▉碜蕴栯姵亟M件）和它能控制的負(fù)載電流的大小來額定?？刂破骺色@得的充電電流范圍從幾安到幾百安。在大型交流系統(tǒng)中，負(fù)載通常是由逆變器提供電流。當(dāng)蓄電池電壓降到一定值的時候，逆變器擔(dān)當(dāng)切斷負(fù)載的任務(wù)。

5.逆變器

5.1逆變器的分類

逆變器又稱電源調(diào)整器，根據(jù)逆變器在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的用途可分為獨立型電源用和并網(wǎng)用二種。根據(jù)波形調(diào)制方式又可分為方波逆變器、階梯波逆變器、正弦波逆變器和組合式三相逆變器。對于用于并網(wǎng)系統(tǒng)的逆變器，根據(jù)有無變壓器又可分為變壓器型逆變器和無變壓器型逆變器。

如上所述，逆變器有多種類型，因此在選擇機(jī)種和容量時需特別注意。尤其在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器效率的高低是決定太陽電池容量和蓄電池容量大小的重要因素。

5.2逆變器的構(gòu)成及功能

逆變器是一種由半導(dǎo)體器件組成的電力調(diào)整裝置，主要用于把直流電力轉(zhuǎn)換成交流電力。一般由升壓回路和逆變橋式回路構(gòu)成。升壓回路把太陽電池的直流電壓升壓到逆變器輸出控制所需的直流電壓；逆變橋式回路則把升壓后的直流電壓等價地轉(zhuǎn)換成常用頻率的交流電壓。逆變器主要由晶體管等開關(guān)元件構(gòu)成，通過有規(guī)則地讓開關(guān)元件重復(fù)ON-OFF，使直流輸入變成交流輸出。當(dāng)然，這樣單純地由ON-OFF回路產(chǎn)生的逆變器輸出波形并不實用。一般需要采用高頻PWM（脈寬調(diào)制），使靠近正弦波兩端的電壓寬度變狹，正弦波中央的電壓寬度變寬，并在半周期內(nèi)始終讓開關(guān)元件按一定頻率朝一方向動作，這樣形成一個脈沖波列（擬正弦波）。然后讓脈沖波通過簡單的濾波器形成正弦波。

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