戶用光伏離網逆變器系統(tǒng)典型設計
由于經濟發(fā)展水平的差異,還有小部分偏遠地區(qū),沒有解決基本用電問題,無法享受現(xiàn)代文明,光伏離網發(fā)電可以解決無電或者少電地區(qū)居民基本用電問題。
戶用光伏離網發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏組件、支架、控制器、逆變器、蓄電池以及配電系統(tǒng)組成。系統(tǒng)電氣方案設計,主要考慮組件、逆變器(控制器)、蓄電池的選型和計算。設計之前,前期工作要做好,因為離網系統(tǒng)都是定制的,沒有一個統(tǒng)一的方案,需要先了解用戶負載類型和功率,白天和晚上的用電量,安裝地點的氣候條件。光伏離網系統(tǒng),用電要依賴天氣,沒有100%的可靠性。
離網系統(tǒng)由于必須配備蓄電池,且占據了發(fā)電系統(tǒng)30-50%的成本。而且鉛酸蓄電池的使用壽命一般都在3-5年,過后又得更換,從經濟性來說,很難得到大范圍的推廣使用,只適合缺電的地方使用。
離網系統(tǒng)和并網系統(tǒng)不一樣,組件和逆變器并不是按照一定的比例去配置,而是要根據用戶的負載,用電情況和當?shù)氐奶鞖鈼l件來設計:
1、根據用戶的負載類型
及功率確認離網逆變器的功率
家用負載一般分為感性負載和阻性負載,洗衣機、空調、冰箱、水泵、抽油煙機等帶有電動機的負載是感性負載,電動機啟動功率是額定功率的3-5倍,在計算逆變器的功率時,要把這些負載的啟動功率考慮進去。逆變器的輸出功率要大于負載的功率。但對于一般貧困家庭而言,考慮到所有的負載不可能同時開啟,為了節(jié)省成本,可以在負載功率之和乘以0.7-0.9的系數(shù)。下面的列表是常用家用電器的功率,供設計時參考。
2、根據用戶每天的用電量確認組件功率
離網系統(tǒng)可用的電量=組件總功率*太陽能發(fā)電平均時數(shù)*控制器效率*蓄電池效率。組件的設計原則是要滿足平均天氣條件下負載每天用電量的需求,也就是說太陽能電池組件的每天發(fā)電量要稍大于負載每天用電量。因為天氣條件有低于和高于平均值的情況,太陽能電池組件的設計基本滿足光照最差季節(jié)的需要,就是在光照最差的季節(jié)蓄電池也能夠基本上天天充滿電。但在有些地區(qū),最差季節(jié)的光照度遠遠低于全年平均值,如果還按最差情況設計太陽能電池組件的功率,那么在一年中的其他時候發(fā)電量就會遠遠超過實際所需,造成浪費。這時只能考慮適當加大蓄電池的設計容量,增加電能儲存,使蓄電池處于淺放電狀態(tài),彌補光照最差季節(jié)發(fā)電量的不足對蓄電濁造成的傷害。組件的發(fā)電量并不能完全轉化為用電,還要考慮控制器的效率和機器的損耗以及蓄電池的損耗。
組件的安裝角度要考慮用戶的地理位置,盡量滿足夏季和冬季的要求,在我國,太陽能電池的方位角一般都選擇正南方向,以使太陽能電池單位容量的發(fā)電量最大, 最理想的傾斜角是使太陽能電池年發(fā)電量盡可能大,而冬季和夏季發(fā)電量差異盡可能小時的傾斜角。
燈泡、電風扇、電吹風這樣的負載,用電量等于功率乘以時間;空調、冰箱這樣的負載,是間隙性工作的,空調的耗電和室內外溫度差、房間面積、空調的能效率有很大關系,1臺1P的空調,晚上用8小時,耗電1-5度不等。
3、根據用戶晚上用電量
或期望待機時間確定蓄電池容量
蓄電池的任務是在太陽能輻射量不足時,保證系統(tǒng)負載的正常用電。對于重要的負載,要能在幾天內保證系統(tǒng)的正常工作,要考慮連續(xù)陰雨天數(shù)。對于一般的負載如太陽能路燈等可根據經驗或需要在2~3天內選取。對于一般貧困家庭而言,主要考慮價格,則不用考慮陰雨天,太陽好的時候多用。太陽不好的時候少用,沒有太陽則不用。選擇負載時,盡量使用節(jié)能設備,如LED燈、變頻空調。蓄電池的設計主要包括蓄電池容量的設計計算和蓄電池組串并聯(lián)組合的設計。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中,大部分使用的都是鉛酸蓄電池,考慮到電池的壽命,一般取放電深度為0.5-0.7之間。蓄電池設計容量=(負載日均用電量*連續(xù)陰雨天數(shù))/蓄電池放電深度。
4、5kVA戶用系統(tǒng)設計方案
客戶的用電需求:照明200瓦每天工作6小時,冰箱50瓦每天工作24小時,一匹變頻空調工作12小時,電視機50瓦每天工作10小時。還有洗衣機,臺式電腦,電飯鍋,電風扇等不定時家電,客戶安裝地點在云南迪慶。
1、統(tǒng)計負載總功率
照明200瓦,冰箱50瓦,空調750W,電視機50瓦,洗衣機算300W,臺式電腦200W,電飯鍋1200W,電風扇100W,總計2850W,選用古瑞瓦特SPF 5000控制逆變一體機,輸出功率為4.0KW。
2、每天用電統(tǒng)計
照明1.2度電,冰箱1度,空調2度,電視機0.5度,洗衣機算1度,臺式電腦0.5度,電飯鍋1度,電風扇0.5度,平均總計7.7度,實際上平均每天約6-10度電左右。云南迪慶光照條件較好,平均每天算4.5小時,設計采用9塊280W組件,共2.52kW,平均每天能發(fā)電11.34度,離網系統(tǒng)效率較低,一般約0.8,平均每天可用電9度,因此基本上可以滿足99%以上的用電需求。
3、計算蓄電池
戶用的電器大部分都是在晚上用,白天可能只有20%左右,為了增加蓄電池的壽命,可以適當增加蓄電池的容量,每天充放電深度低,這個項目設計采用4節(jié)12V250AH的膠體鉛酸蓄電池,總容量12000VAH,可利用的電量約8.4度,平均晚上用電6度電,放電深度約50%。
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