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10KW太阳能离网发电系统 1. 太阳能离网发电系统简介 太阳能光伏发电的能源来源于取之不尽，用之不竭的太阳能，是资源最丰富的可再生能源。 太阳能光伏发电是能源的高新技术， 具有独特的优势和巨大的开发利用潜力。 太阳能发电不会给空气带来污染， 不破坏生态， 是一种清洁安全的能源， 同时又具有在自然界不断生成， 并得到有规律的补充的特点， 是可再生的清洁绿色能源。 充分利用太阳能有利于保持人与自然的和谐相处。太阳能发电具有许多优点，如安全可靠，无噪音，无污染；能量随处可得，无需消耗燃料；无机械转动部件，维护简便，使用寿命长；建设周期短，规模大小随意；可以无人值守， 也无需架设输电线路， 还可方便与建筑物相结合等； 这些都是常规发电和其他发电方式所不及的。太阳能发电又称光伏发电。在新能源中，太阳能发电的成本较高，但太阳能与其他新能源相比在资源潜力和持久适用性方面更具优势， 从长远前景来看， 光伏发电是最具潜力的战略替代发电技术。 相关专家预测， 到本世纪后期， 太阳能发电将在世界电能结构中占据 80％的位置。就资源储量而言， 我国地处北半球，总面积 2/3 以上地区年日照时数大于 2200 小时，其中西藏、青海、新疆、甘肃、宁夏、内蒙古高原均为太阳能资源丰富地区；除四川盆地、贵州省资源稍差外， 东部、 南部及东北等其它地区都是资源较富和中等区。 太阳能资源理论存储总量达每年 17000 亿吨标准煤，与美国相近，比欧洲、日本优越得多。太阳能离网发电系统通过把太阳能转化为电能，经过蓄电池储能， 再通过逆变器，直接带动本地负荷工作。离网发电系统具有以下优点：（ 1）利用清洁干净、可再生的自然能源太阳能发电，不耗用不可再生的、资源有限的含碳化石能源，使用中无温室气体和污染物排放，与生态环境和谐，符合经济社会可持续发展战略。（ 2）光伏电池组件与建筑物完美结合，既可发电又能作为建筑材料和装饰材料，使物质资源充分利用发挥多种功能，不但有利于降低建设费用，并且还使建筑物科技含量提高、增加 “ 卖点 ” 。（ 3）分布式建设，就近就地分散发供电，因不需要和大电网连接，不需要投入大量的资金和时间来建设输变电工程。可以为无电网和少电地区居民提供电力。2. 离网发电系统的原理及组成 太阳能电池发电系统是利用光生伏打效应原理制成的，它是将太阳辐射能量直接转换成电能的发电系统。它主要由太阳能电池方阵和蓄电池组储能装置及逆变器三部分组成。如下图所示 : 白天有日照时，太阳能电池方阵发出的电经过储能装置储存器输送到，或将太阳能所发出的电经过逆变器直接为交流负载供电。图 2-1 离网发电原理图1）太阳能电池组件一个太阳能电池只能产生大约 0.5 伏的电压， 远低于实际使用所需电压。 为了满足实际应用的需要，需要把太阳能电池连接成组件。太阳能电池组件包含一定数量的太阳能电池， 这些太阳能电池通过导线连接。 如一个组件上， 太阳能电池的数量是 36 片，这意味着一个太阳能组件大约能产生 17 伏的电压。通过导线连接的太阳能电池被密封成的物理单元被称为太阳能电池组件，具有一定的防腐、防风、防雹、防雨的能力，广泛应用于各个领域和系统。当应用领域需要较高的电压和电流而单个组件不能满足要求时，可把多个组件组成太阳能电池方阵，以获得所需要的电压和电流。（ 2）直流 /交流逆变器将直流电变换成交流电的设备。 由于太阳能电池发出的是直流电， 而一般的负载是交流负载，所以逆变器是不可缺少的。 逆变器按运行方式， 可分为独立运行逆变器和并网逆变器。 独立运行逆变器用于独立运行的太阳能电池发电系统， 为独立负载供电。 并网逆变器用于并网运行的太阳能电池发电系统将发出的电能馈入电网。 逆变器按输出波形又可分为方波逆变器和正弦波逆变器3.10KW太阳能离网发电系统设计 3.1 设计总则 （ 1）太阳能离网发电系统在原有的供电线路基础上增加，采取尽量不改造原有回路的原则。（ 2） 考虑到系统在安装及使用过程中的安全及可靠性， 在逆变器直流输入加装直流配电接线）离网逆变器采用单相三线) 因考虑到浙江地区光能资源较差 ,连续阴雨天时间较长的因素。可以采用市电补充逆变器，以便在连续阴雨天超过系统承受时间的情况下切换到市电。3． 2 经济和社会效益浙江地区光照资源属于太阳能资源的四类地区， 年辐射量在 1300KW/ 平方米。 该 10KW离网太阳能系统年可发电 8~9 千度电，按每度电 0.5 元计算可回收资金 4000~4500 元 .太阳能是清洁能源 ,它的应用能减少矿物能源的使用量 ,减少二氧化碳等气体的排放 .与火电相比这套 10KW 发电系统每年可节约标准煤 2.74~3.65 吨 ,减排灰渣 0.7~0.93 吨 ,减排二氧化碳约1.16~1.63 吨 ,减排二氧化硫约 0.047~0.07,此外 ,还能大大减少粉尘和烟尘的排放 ,是真正的绿色无污染能源 .拥有良好的社会环境效率 . 3.2 电池组件及方阵支架的设计 3.3.1 电池组件 选用型号为 180W ，主要参数为：输出峰值功率 180Wp、峰值电压 36.8V 、峰值工作电流 4.9、开路电压 45.1V 、短路电流 5.3A 。太阳能电池由 4 块串联成 1 个组， 共 15 组， 二组并联成一路输入控制器需要 8 路。需要 180Wp 规格组件 60 块方阵总功率为： 180Wpx10x6=10800Wp 。太阳能电池方阵的主要技术参数为：（ 1）工作电压 147.2V ，开路电压 180.4V ；（ 2）工作电流 19.6A ，短路电流 21.2A ；（ 3）转换效率大于 17%；（ 4）工作温度 -40℃～ 90℃。太阳能电池方阵的主要 特点：（ 1）采用高效率晶体硅太阳电池片，转换效率高：≥ 17%；（ 2）使用寿命长：≥ 25 年，衰减小；（ 3）采用无螺钉紧固铝合金边框，便于安装，抗机械强度高；（ 4）采用高透光率钢化玻璃封装，透光率和机械强度高；（ 5）采用密封防水的多功能接线 方阵支架及光电场设计 太阳能电池支架采用混凝土标桩、槽钢底框、角钢支架（见支架基础图、支架加工图） ，支架倾角 30 度。3.4 控制器 太阳能电源控制器利用太阳能电池将太阳能转化为电能并贮存 , 可为牧区、 边防、 海岛提供照明 , 也可作为移动通信基站、微波站等的直流电源 . 因为太阳能电池板的价格非常昂贵， 所以最大程度的利用太阳能电池板是控制器的关键技术之一，本控制器采用 PWM充电控制技术。实验证明，同样的情况下，可以节省 20%的太阳能电池板。控制器可以监测蓄电池电压、充放电电流、机箱内温度、蓄电池温度、指示故障等，同时还可以记录系统每天发、 放电量和一月的发、 放电量， 而且在掉电的情况下， 数据不丢失，同时记录各种故障信息和出现的实时时间， 以便分析， 这些数据被发到上位机显示， 并支持打印。 而且具有 RTC功能， 可以查看当前的时间信息。 太阳能电源控制器也是采用微电脑芯片和无触点控制技术 , 并具备各种保护功能。根据以上的要求本系统采用合肥阳光能源公司的 SD22050控制器或者具有该类控制器相同功能的其他厂家的产品 . SD22050 太阳能电池组件容量（ W） 10000W 额定电压 (V DC 96 ) 允许控制器充电最大电流 (A) 240 太阳能最大充电路数 8 控制器输出路数 1 每路太阳能最大充电电流 (A) 20 允许太阳能最大开路电压 (V) 176 过放 (V) 断开 86.4(可设定 ) 恢复 98.4(可设定 ) 过充 (V) 保护 115.2(可设定 ) 恢复 104.0(可设定 ) 负 载 过 压 （ V）切断 132.0(可设定 ) 恢复 120.0(可设定 ) 浮充点 115.2(可设定 ) 均充点 108.0(可设定 ) 电压降落 (V) 太阳能电池与蓄电池之间 ≤ 0.4 型号指标蓄电池与负载之间 ≤ 0.03 使用环境温度 -25℃ ~+75℃使用海拔 (m) ≤ 5000 参考重量 (Kg) 25 3.5 逆变器 智能型纯正弦波逆变电源采用高频 PWM 控制技术及大功率场效应管或 IGBT 元件 ，从而使本产品工作噪音低、 响应时间快输出波形好， 工作电压及频率稳定，可靠等优点。 该产品在市电状态时可对电池进行充电， 并有充电的过压保护， 市电中断时自动将电池的直流电转换成交流电输出，该产品可以全天 24 小时无人值守工作，适用性、实用性强。附参数：直流输入电压 DC96V交流输出电压频率 单相 220V± 10% ,， 50Hz 效率 ≥ 92%稳压精度 1%( 相电压）输出波形 纯正弦波输出工作环境 温度 0℃～ 50℃ 湿度 20% ～ 85%电路保护 过压 /欠压 /短路 /过载 /自动切断保护音频噪音 ≤ 45dB输出功率因数 0.8输出波形失线%（线性负载）输出动态电压瞬变范围 0～ 100% 负载变化电压显示 LED数字显示：3．6 蓄电池 蓄电池是太阳能、风能储能的装置。蓄电池把从太阳能电池阵列发出的电能以化学能的形式储存起来。使用时又把化学能转化为电能，一般采用铅酸阀控蓄电池。本套 10KW太阳能离网系统采用 72 个 12V200Ah的蓄电池由 8 个蓄电池串联成一组 96V。电压 96V，然后由9 组蓄电池并联。采用四个配电柜来装蓄电池、控制器和逆变器。 4. 配电室设计由于离网发电系统有蓄电池及太阳能充放电控制器、逆变器及交直流配电系统，因此，如果条件允许的话可以将发电系统控制器逆变器放在低压配电室内，否则要单独建一座 8~10 平米的低压配电室了。5. 离网发电系统的防雷 为了保证系统在雷雨等恶劣天气下能够安全运行，要对这套系统采取防雷措施。主要有以下几个方面：（ 1）地线是避雷、防雷的关键，在进行配电室基础建设和太阳电池方阵基础建设的同时，选择光电厂附近土层较厚、潮湿的地点，挖一 2 米深地线 扁钢，添加降阻剂并引出地线）在配电室附近建一避雷针，高 15 米，并单独做一地线，方法同上。铜芯电缆，接地电阻应小于 4 欧姆。（ 3）太阳电池方阵电缆进入配电室的电压为 DC96V ，采用 PVC 管地埋，加防雷器保护。此外电池板方阵的支架应保证良好的接地。（ 4）控制器 -逆变器交流输出线. 系统建设及施工 项目的施工包括：配电室及太阳电池支架的基础制作、配电室，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、系统的运行调试。6.1 施工顺序 基础及配电室土建施工－太阳电池支架制作安装－太阳电池方阵安装调试 — 电气仪表设备安装调试－并网运行调试－试运行 — 竣工验收。6.2 施工准备 6.2.1 技术准备 技术准备是决定施工质量的关键因素，它主要进行以下几方面的工作：（ 1） 先对实地进行勘测和调查， 获得当地有关数据并对资料进行分析汇总， 做出切合实际的工程设计。（ 2） 准备好施工中所需规范， 作业指导书， 施工图册有关资料及施工所需各种记录表格。（ 3）组织施工队熟悉图纸和规范，做好图纸初审记录。（ 4）技术人员对图纸进行会审，并将会审中问题做好记录。（ 5） 会同建设单位和设计部门对图纸进行技术交底， 将发现的问题提交设计部门和建设方，并由设计部门和建设方做出解决方案（书面）并做好记录。（ 6）确定和编制切实可行的施工方案和技术措施，编制施工进度表。6.2.2 现场准备 （ 1）物资的存放准备一座临时仓库：主要贮存离网发电系统的控制器、逆变器、太阳电池、太阳电池支架、蓄电池、蓄电池柜、线缆及其它辅助性的材料。（ 2）物资准备施工前对太阳能电池组件、方阵支架、控制器、逆变器、蓄电池等设备进行检查验收，准备好安装设施及使用的各种施工所需主要原材料和其他辅助性的材料。7. 设备安装部分 7.1 太阳电池组件安装和检验 预埋太阳电池阵列架基柱，检查其横列水平度，符合标准再进行铁架组装。检测单块电池板电流、电压，合格后进行太阳电池组件的安装。最后检查接地线、铁架紧固件是否紧固，太阳电池组件的接插头是否接触可靠，接线盒、接插头须进行防水处理。检测太阳电池组件阵列的空载电压是否正常，此项工作应由组件提供商技术人员完成。7.2 总体控制部分安装 参照产品说明书的要求，对控制器、逆变器、太阳电池组件、交流电网的低压配电室按相应顺序连接，观察逆变器的各项运行参数，并做好相应记录，将实际运行参数和标称参数做比较，分析其差距，为以后的调试做准备。8. 检查和调试 （ 1）根据现场考察的要求，检查施工方案是否合理，能否全面满足要求。（ 2）根据设计要求、供货清单，检查配套元件、器材、仪表和设备是否按照要求配齐，供货质量是否符合要求。对一些工程所需的关键设备和材料，可视具体情况按照相关技术规范和标准在设备和材料制造厂或交货地点进行抽样检查。（ 3）现场检查验收：检查太阳电池组件方阵水泥基础、配电室施工质量是否符合要求，并做记录。此项工作应由组件提供商技术人员完成。（ 4）调试是按设备规格对已完成安装的设备在各种工作模式下进行试验和参数调节。系统调试按设备技术手册中的规定和相关安全规范进行，完成后须达到或超过设备规格所包含的性能指标。如在调试中发现实际性能和手册中的参数不符，设备供应商须采取措施进行纠正，达标后才具备验收条件。9．保修条款： 10KW 太阳能电池组件保修期为 3 年10．离网电站建设流程图 现场勘查、工程规划、定位放线、场地平整太阳电池基础 电站配电室建设支架、太阳电池安装 蓄电池组安装电缆连接敷设 设备安装定位调试运行试运行验 收表 10－ 1.10KW 离网发电系统配置表 序号 名称 规格 单位 数量 价格 备注 1 太阳电池组件 180W 块 60 151200 2 控制器器 SD22050 个 1 23000 3 逆变器 SNN22010KS 台 1 35000 4 蓄电池 12V200Ah 个 72 108000 5 防雷汇流箱 个 1 4500 6 直流防雷接线 10 系统防雷接地装置 个 1 3600 11 系统连接线 11.10KW 离网发电系统光电场配套图纸 说明：光电场详细设计方案将在实地考察后具体设计。配套图纸：整体方阵正视图、单体侧视图、方阵正视图、方阵侧视图 。注释：图１代表电池板图２代表水泥堆图２ 图1嘉兴奥力弗 太阳能离网发电系统设计制图 黄士平 比例 ： 500审核 日期整体方阵正视图序号注释：电池板与支撑钢用Ｍ６的螺丝，角钢之间的连接用Ｍ１２的螺丝，角钢与槽钢之间用Ｍ１６的螺丝。槽钢与底座用Ｍ１６的锚栓。5#后底座连接角钢5#后支撑角钢太阳能电池板底座 8#槽钢底座地基图5#前支撑角钢5#支撑角钢嘉兴奥力弗 太阳能离网发电系统设计制图 比例 ： 500审核 日期 序号单体侧视图注释：图１代表电池板图２代表５号槽钢焊接框图嘉兴奥力弗 太阳能离网发电系统设计制图 黄士平 比例 ： 500审核 日期 序号方阵正视图图安装说明：每 4块为一组，将电池板固定在槽钢上，然后将槽钢镶嵌在水泥面（与水平面成３０ ° 角）上。共 1５个方阵。水泥面南水平面制图 比例 ： 500审核 日期 序号方阵侧视图嘉兴奥力弗 太阳能离网发电系统设计黄士平
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