戶用光伏系統(tǒng)技術(shù)方案

1、牧區(qū)戶用微電站系統(tǒng)技術(shù)方案1 .開發(fā)背景牧區(qū)戶用微電站系統(tǒng)是一套離網(wǎng)發(fā)電應(yīng)用系統(tǒng)，該系統(tǒng)是利用太陽電池方陣、風(fēng)力發(fā)電機(jī)（將交流電轉(zhuǎn)化為直流電）將發(fā)出的電能存儲(chǔ)到蓄電池組中，當(dāng)用戶需要用電時(shí)，逆變器將蓄電池組中儲(chǔ)存的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，通過輸電線路送到用戶負(fù)載處。牧區(qū)戶用發(fā)電站是由風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽電池方陣兩種發(fā)電設(shè)備共同發(fā)電，夜間和陰雨天無陽光時(shí)由風(fēng)能發(fā)電，晴天由太陽能發(fā)電，在既有風(fēng)又有太陽的情況下兩者同時(shí)發(fā)揮作用，實(shí)現(xiàn)了全天候的發(fā)電功能，比單用風(fēng)機(jī)和太陽能更經(jīng)濟(jì)、科學(xué)、實(shí)用。系統(tǒng)主要由風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽電池方陣、智能控制器、蓄電池組、多功能逆變器、電纜及支撐和輔助件等組成的一個(gè)發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電系統(tǒng)

2、各部分容量的合理配置對(duì)保證發(fā)電系統(tǒng)的可靠性非常重要。由于太陽能與風(fēng)能的互補(bǔ)性強(qiáng)，牧區(qū)戶用發(fā)電系統(tǒng)在資源上彌補(bǔ)了風(fēng)電和光電獨(dú)立系統(tǒng)在資源上的缺陷。同時(shí)，風(fēng)電和光電系統(tǒng)在蓄電池組和逆變環(huán)節(jié)是可以通用的，所以牧區(qū)戶用發(fā)電系統(tǒng)的造價(jià)可以降低，系統(tǒng)成本趨于合理。2 .技術(shù)構(gòu)成圖1是一種牧區(qū)戶用微電網(wǎng)系統(tǒng)的原理框圖，一套獨(dú)立運(yùn)行的牧區(qū)戶用微電網(wǎng)系統(tǒng)由風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽電池陣列、逆變控制一體機(jī)、蓄電池和負(fù)載等組成。基于這種系統(tǒng)框架進(jìn)行，從能量角度看，整個(gè)牧區(qū)戶用微電網(wǎng)系統(tǒng)由能量產(chǎn)生、存儲(chǔ)、消耗環(huán)節(jié)三部分組成風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電部分屬于能量產(chǎn)生環(huán)節(jié)，分別將具有不確定性的風(fēng)能、太陽能轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的能源；為了最大可能

3、的消除由于天氣等因素引起的能量供應(yīng)與需求之間的不平衡，引入蓄電池來調(diào)節(jié)和平衡能量匹配，系統(tǒng)中的蓄電池來承擔(dān)能量的儲(chǔ)存。圖1牧區(qū)戶用微電網(wǎng)系統(tǒng)的原理框圖風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出交流電，經(jīng)整流后變成直流電，它與太陽電池方陣輸出的直流電經(jīng)逆變控制一體機(jī)的控制，對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。逆變控制一體機(jī)除了控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽電池方陣對(duì)蓄電池的充電外，還包括實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池向負(fù)載放電的管理，與系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的參數(shù)的采集與通信功能。具體如下：發(fā)電部分：每戶由1臺(tái)1.5KW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)和1.5KW的太陽電池方陣組成，完成風(fēng)、光能對(duì)電能的轉(zhuǎn)換，并且通過逆變控制一體機(jī)與直流中心完成給蓄電池組自動(dòng)充電的工作。逆變控制一體機(jī)及直流中心部分：

4、由風(fēng)能和太陽能充電控制器、直流中心、控制柜、避雷器等組成。完成系統(tǒng)各部分的連接、組合以及對(duì)于蓄電池組充電的自動(dòng)控制。供電部分：由逆變控制一體機(jī)組成，可把來自發(fā)電部分和蓄電池中的直流電能變換成標(biāo)準(zhǔn)的220V交流電能，供給各種用電器。3 .方案特點(diǎn) 完全利用風(fēng)能和太陽能來互補(bǔ)發(fā)電，無需外界供電； 免除建變電站、架設(shè)高低壓線路和高低壓配電系統(tǒng)等工程； 具有晝夜互補(bǔ)、季節(jié)性互補(bǔ)特點(diǎn)，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、性價(jià)比高； 電力設(shè)施維護(hù)工作量及相應(yīng)的費(fèi)用開銷大幅度下降； 獨(dú)立供電，在遇到自然災(zāi)害時(shí)不會(huì)影響到全部用戶的用電； 低壓供電，運(yùn)行安全、維護(hù)簡(jiǎn)單。4.1.5KW垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)4.1 風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)及其功率特點(diǎn)4.1

5、.1 風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2,根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)原理，針對(duì)垂直軸旋轉(zhuǎn)的風(fēng)洞模擬，葉片選用了飛機(jī)翼形形狀，在風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，它不會(huì)受到因變形而改變效率等；它用垂直直線3-5個(gè)葉片組成，由4角形或5角形形狀的輪轂固定、連接葉片的連桿組成的風(fēng)輪，由風(fēng)輪帶動(dòng)稀土永磁發(fā)電機(jī)發(fā)電送往控制器進(jìn)行控制，輸配負(fù)載所用的電能。圖2垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)4.1.2 功率特點(diǎn)根據(jù)H型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的原理，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速上升速度提高較快（力矩上升速度快），它的發(fā)電功率上升速度也相應(yīng)變快，發(fā)電曲線變得飽滿。在同樣功率下，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定風(fēng)速較現(xiàn)有水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)要小，并且它在低風(fēng)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)電量也較大。4.1.3 機(jī)組特點(diǎn)： 360度捕風(fēng)能力，1

6、米/秒微風(fēng)啟動(dòng) 運(yùn)用鉉鐵硼永磁材料，超載能力強(qiáng)。 封閉式輸電滑環(huán)，電纜不纏繞。 具有防腐、防酸雨、防鹽堿的特性。 微型風(fēng)機(jī)，2.5級(jí)風(fēng)發(fā)電儲(chǔ)能。 使用壽命長(zhǎng)達(dá)15年 具風(fēng)向調(diào)節(jié)，超強(qiáng)風(fēng)控制功能。 過充過放保護(hù)，直流恒壓充電。 運(yùn)行簡(jiǎn)單，無人工值守與特殊維護(hù)。 可安裝在公共設(shè)施、公司、住宅等屋頂?shù)目臻g內(nèi)供電 耐強(qiáng)風(fēng)結(jié)構(gòu)，無噪音、振動(dòng)、不妨害信號(hào)的傳播 低風(fēng)領(lǐng)域到高風(fēng)領(lǐng)域電力輸出穩(wěn)定，安裝地域廣泛，實(shí)際占地面積少，對(duì)土地要求低，在山丘、海邊、河堤、荒漠等地形惡劣的條件下均可運(yùn)用。 可多臺(tái)連接使用，和太陽電池板組合互補(bǔ)發(fā)電4.1.4 垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)優(yōu)勢(shì) 旋轉(zhuǎn)緩和，無噪音，低振動(dòng) 360度受風(fēng)，效率

7、高 風(fēng)機(jī)啟動(dòng)風(fēng)速只需1m/s 可設(shè)置于地面，維修方便4.1.5 具體詳細(xì)參數(shù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)詳細(xì)參數(shù)如表1所示：表11.5KW垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)詳細(xì)參數(shù)啟動(dòng)風(fēng)速m/s2.0切入風(fēng)速m/s3.0額定風(fēng)速m/s12.0額定轉(zhuǎn)速rpm100額定功率w10000風(fēng)輪直徑m4.5風(fēng)葉數(shù)量pcs3.0葉片長(zhǎng)度m7.5最大風(fēng)速m/s60葉片寬度m0.7重量kg742.64.2 電池選型蓄電池它的主要作用就是消除由于天氣等原因引起能量供給和需求的不平衡，在整個(gè)系統(tǒng)中起到電能調(diào)節(jié)和平衡負(fù)載的作用。當(dāng)發(fā)電量大于負(fù)載消耗量時(shí)，系統(tǒng)給蓄電池充電,當(dāng)發(fā)電量小于負(fù)載消耗量時(shí)，蓄電池給負(fù)載供電，仍未達(dá)到過速保護(hù)的狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)仍需要

8、給負(fù)載或蓄電池供電。蓄電池選擇GFM0閥控密封鉛酸（膠體）電池，是采用當(dāng)代先進(jìn)技術(shù)研制開發(fā)的新型高能蓄電池，各項(xiàng)性能指標(biāo)符合YD/T799-2002及IEC標(biāo)準(zhǔn)。該產(chǎn)品具有密封安全可靠,比能量高，內(nèi)阻小，自放電率低，充電接受能力強(qiáng)，循環(huán)壽命長(zhǎng)，密封反應(yīng)效率高等諸多優(yōu)點(diǎn)。在正常使用時(shí)無游離電解液，無酸霧溢出，維護(hù)使用方便，可廣泛用于牧區(qū)戶用系統(tǒng)等領(lǐng)域。其特點(diǎn)有： 高強(qiáng)度ABS塑料電池槽、蓋，結(jié)構(gòu)緊湊，具有耐沖擊，抗震動(dòng)性能好的特點(diǎn)； 特種鉛基多元合金板柵，內(nèi)阻小，耐腐蝕性好，充電接受能力強(qiáng)； 新型極板制造工藝，活性物質(zhì)利用率高； 優(yōu)質(zhì)超細(xì)玻璃纖維隔板，大電流放電性能好； 高純度電解液和特殊添加劑

9、，自放電小； 多層密封技術(shù)和特殊的密封膠，確保電池?zé)o泄漏，無酸霧逸出，安全可靠。4.3風(fēng)力發(fā)電機(jī)電子卸荷由風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電動(dòng)原理可知，當(dāng)負(fù)載為輕載時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)械功率大于其輸出電功率時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)端部電壓升高，其轉(zhuǎn)速將要增加；反之，當(dāng)負(fù)載為重載時(shí)，則風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速將要下降，電壓降低。因此，可以通過電子卸荷控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率、旋轉(zhuǎn)速度，完成對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電壓的調(diào)節(jié)。其原理圖如圖：圖3風(fēng)力發(fā)電機(jī)電子卸荷控制簡(jiǎn)圖如圖3,由L9、D20C2、R2、Q4構(gòu)建成開關(guān)型電子負(fù)載模型，通過調(diào)節(jié)圖中U2控制電路驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比控制Q4的脈寬變化就可以實(shí)現(xiàn)等效負(fù)載的變化，因?yàn)?，Q4的開斷可以實(shí)現(xiàn)對(duì)

10、電容器C2的放電控制，并隨Q4開通的占空比呈線性變化，從而達(dá)到控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和電壓的目的。因此，調(diào)節(jié)控制電路驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比就可以有效控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率，進(jìn)而使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)變速運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)功率跟蹤。5 .1.5KW太陽電池方陣5.1 主要特點(diǎn)圖4太陽電池方陣如圖4所示，為太陽電池方陣，其特點(diǎn)如下：太陽能發(fā)電安全可靠，不會(huì)遭受能源危機(jī)或燃料市場(chǎng)不穩(wěn)定的沖擊；可就近供電，不必長(zhǎng)距離輸送，避免了長(zhǎng)距離輸電線路的損失；運(yùn)行成本很低；沒有運(yùn)動(dòng)部件，不易用損壞，維護(hù)簡(jiǎn)單，特別適合于無人值守情況下使用；也不會(huì)產(chǎn)生任何廢棄物，沒有污染、噪聲等公害，對(duì)環(huán)境無不良影響，是理想的清潔能源；5.2 1.5

11、KW太陽電池方陣構(gòu)成260W良晶硅光伏組件，6塊，2串3并，組成1.5KW的太陽電池方陣，單個(gè)組件由60片單體太陽電池串聯(lián)構(gòu)成，開路電壓37.5V,工作電壓30V。尺寸1650*990*45光電轉(zhuǎn)換效率約為16%在測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)（環(huán)境）：輻照度1000W/m2,環(huán)境溫度25C,AM=1.5;功率公差范圍：3%條件下，具體參數(shù)如表2。表2260W多晶硅光伏組件峰值功率(Pmax)290W峰值電壓(Vmp)36.25V開路電壓(Voc)43.5V峰值電流(Imp)8.0A短路電流(Isc)8.8A電池片轉(zhuǎn)換效率16.6%太陽能電池板工作環(huán)境-400C+850C最大系統(tǒng)電壓1000VDC(IEC)/600

12、VDC(UL)二極管3bypass/6bypass正負(fù)公差3%5.3 方陣支架方陣支架選擇C型槽鋼，表面熱鍍鋅處理，固定傾角方式，抗風(fēng)特性好，最大可承受60m/s風(fēng)力載荷，最大可承受1.4KN/itf的雪荷載，根據(jù)內(nèi)蒙安裝地區(qū)的氣象資料，經(jīng)計(jì)算，選擇傾角37度，保障全年平均發(fā)電量最大。光伏支架系統(tǒng)僅由少數(shù)配件組成，無需現(xiàn)場(chǎng)鉆孔或者焊接能在工地快速組裝，有效提高安裝效率，節(jié)約工期?？烧{(diào)節(jié)，安裝正確的角度提高發(fā)電效率。6 .逆變控制一體機(jī)控制逆變一體機(jī)是集風(fēng)力發(fā)電控制、太陽能控制和逆變于一體，設(shè)備內(nèi)部主要由DC/DC變換器、逆變器和控制器組成，目的是為了將輸入的48V直流電逆變成額定電壓輸出的正弦

13、波交流電，供用戶負(fù)載使用。風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽電池發(fā)出的不穩(wěn)定能源通過控制器后，可以變?yōu)榭晒┛刂乒芾淼哪茉葱问健?.1 主要特點(diǎn) 逆變控制一體機(jī)的存在，使用戶接線更為方便； 純正弦波輸出：相對(duì)于方波或修正正弦波（階梯波）具有更強(qiáng)的帶負(fù)載效果和帶負(fù)載能力。設(shè)備可帶感性負(fù)載和其它任何類型的通用交流負(fù)載，帶冰箱、電視機(jī)和收音機(jī)等設(shè)備無干擾和噪音，且不會(huì)影響負(fù)載設(shè)備的性能和壽命。 穩(wěn)定性高：由于本系統(tǒng)具有過壓、欠壓、過載、過熱、短路、反接、防雷、蓄電池開路保護(hù)、PW腳載等完善的保護(hù)功能，從而確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 控制逆變一體：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。 高效率變壓器隔離：整機(jī)逆變效率高，空載損耗低。 數(shù)字化智能

14、控制：核心器件采用功能強(qiáng)大的單片機(jī)進(jìn)行控制，使得外圍電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且控制方式和控制策略靈活強(qiáng)大，從而確保了優(yōu)異的性能和穩(wěn)定性。其具體參數(shù)如下表所示：表3逆變控制一體機(jī)詳細(xì)參數(shù)逆義一體機(jī)參數(shù)規(guī)格功率規(guī)格3KW直流輸入規(guī)格DC48V額定電壓規(guī)格DC48V-AC220V工作電壓范圍40V-64V低壓警告42Vdc0.3Vdc低壓斷電40.0Vdc0.3Vdc低壓恢復(fù)48.0Vdc0.3Vdc高壓警告及斷電64Vdc0.3Vdc高壓恢復(fù)62Vdc0.3Vdc逆父效率90%額定電壓規(guī)格220VA蹤統(tǒng)110VAC系統(tǒng)低壓關(guān)斷點(diǎn)180Vac+4%85Vac4%低壓恢復(fù)點(diǎn)195Vac4%90Vac4%高壓關(guān)斷

15、點(diǎn)260Vac+4%135Vac+4%高壓恢復(fù)點(diǎn)255Vac+4%130Vac+4%充電規(guī)則三個(gè)階段：恒流充電（恒流階段）一恒壓充電（恒壓階段）一浮充（恒壓階段）供電時(shí)效率98%交流輸出規(guī)格輸出電壓（V）220VAC輸出電壓范圍10%rms額定輸出頻率（Hz）50Hz0.3Hz功率因數(shù)1.0輸出波形純正弦波波形失真率（THD）3%（線性負(fù)裁）動(dòng)態(tài)響應(yīng)(0100%)5%峰值系數(shù)（CF）3:1過載保護(hù)(SMPSload)（110%St載量125%）10%:15分鐘后斷開輸出電壓（125%5T載量150%10%:20秒鐘后斷開輸出電壓其他說明連續(xù)運(yùn)行時(shí)間可以連續(xù)運(yùn)行正常開機(jī)空耗0額定功率X2%節(jié)能模

16、式空耗6W安全認(rèn)證CE(EN62040-1)EMC:EN62040-2,C2通訊接口RS485/可刈冷卻溫控變速風(fēng)扇散熱噪音（dEk1米）60dB使用環(huán)境溫度（C）-10+40存儲(chǔ)環(huán)境溫度（C）-20+55使用環(huán)境濕度0-95咐目對(duì)濕度（不結(jié)露）使用海拔（m）wm圖6DC/DC變換器電氣簡(jiǎn)圖如圖6所示，為逆變控制一體機(jī)中的DC/DC變換器電氣簡(jiǎn)圖，INPUT端口接收到來自電能產(chǎn)生環(huán)節(jié)的DC48Vft流電后，工作燈泡點(diǎn)上電，經(jīng)過C1穩(wěn)波后，驅(qū)動(dòng)4個(gè)IGBT管Q1-Q4進(jìn)行變頻，之后將高頻低壓交流通過高頻隔離變壓器后，輸出2路10KHz勺方波信號(hào)，其中一路為AC400M一路經(jīng)過整流橋?yàn)镈C400V經(jīng)過高頻變壓后的電源效率高，一般可以達(dá)到90%并且輸出穩(wěn)定。6.2.2 逆變控制器_h.,41皿飛七可情信號(hào)挺刑圖7逆變器電氣簡(jiǎn)圖如圖7所示，為逆變控制一體機(jī)中的逆變器電氣簡(jiǎn)圖，ACIN端口接收到來自DC/DQB口的AC400V信號(hào)后，工作指示燈上電，在啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)板進(jìn)行電能逆變之前，接觸器MCIA斷開，電能通過啟動(dòng)電阻R2經(jīng)過整流橋BD1對(duì)4個(gè)電容E1-E4進(jìn)行充電，之后MCIA閉合,通過4個(gè)IGBT,Q1-Q4進(jìn)行SPWMI制，變換成標(biāo)準(zhǔn)的220V、50HZ的正弦交流電能，供給各種用電器。6.2.3控制