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古瑞瓦特:50kW并离网储能系统设计全过程
2021-04-14


在一些商业区,由于受到变压器容量的限制,光伏发电不允许上网卖电,有的地方电网不太稳定,还有些地方上网电价很便宜,但用电价格较高,峰谷价差较大,这些地方如果安装光伏,适合用采用并离网储能系统,其最大的特点是既可并网发电,也可储能,还可单独离网运行




光伏并离网储能系统主要有四种赢利方式一是利用光伏给负载供电,可设定在电价峰值时输出,减少电费开支;二是可以电价谷段充电,峰段放电,利用峰谷差价赚钱;三是如果不能上网卖电,可以安装防逆流系统,当光伏功率大于负载功率时,可以把多余的电能储能起来,避免浪费;四是当电网停电时,光伏还可继续发电,不浪费,逆变器可以切换为离网工作模式,系统作为备用电源继续工作,光伏和蓄电池可以通过逆变器给负载供电。




一、并离网系统技术路线对比

并离网光储系统,包括太阳能组件、控制器、逆变器、蓄电池、负载等设备,技术路线很多。按照能量汇集的方式,目前主要有直流耦合“DC Coupling”和交流耦合“AC Coupling”两种拓扑结构。

01
直流耦合


如下图所示,光伏组件发出来的直流电,通过控制器,存储到蓄电池组中,电网也可以通过双向DC-AC变流器向蓄电池充电。能量的汇集点是在直流蓄电池端




直流耦合的工作原理:当光伏系统运行时,通过MPPT控制器来给蓄电池充电;当用电器负载有需求时,蓄电池将释放电量,电流的大小由负载来定。储能系统连接在电网上,如果负载较小而蓄电池已充满,光伏系统可以向电网供电。当负载功率大于光伏发电功率时,电网和光伏可以同时向负载供电。因为光伏发电和负载用电都不是稳定的,要依赖蓄电池平衡系统能量。

02
交流耦合


如下图所示,光伏组件发出来的直流电,通过逆变器变为交流电,直接给负载或者送入电网上,电网也可以通过双向DC-AC双向变流器向蓄电池充电。能量的汇集点是在交流端。




交流耦合的工作原理:包含光伏供电系统和蓄电池供电系统。光伏系统由光伏阵列和并网逆变器组成;蓄电池系统由蓄电池组和双向逆变器组成。这两个系统既可以独立运行,互不干扰,也可以脱离大电网组成一个微网系统。

▌☆直流耦合和交流耦合都是目前成熟的方案,各有其优缺点,根据不同的应用场合,选择最合适的方案,以下是两种方案的对比

01
成本对比
直流耦合包括控制器、双向逆变器和切换开关;交流耦合包括并网逆变器、双向逆变器和配电柜。从成本上看,控制器比并网逆变器更便宜,切换开关比配电柜也更便宜。直流耦合方案还可做成控制逆变一体机,设备成本和安装成本都可节省,因此直流耦合方案比交流耦合方案的成本更低

02
适用性对比
直流耦合系统,控制器、蓄电池和逆变器是串行,联接比较紧密,但灵活性较差。交流耦合系统,并网逆变器、蓄电池和双向变流器是并行的,联接不紧密,灵活性较好。如在一个已安装好的光伏系统中,需要加装储能系统,用交流耦合比较好,只要加装蓄电池和双向变流器即可,不影响原来的光伏系统,且储能系统的设计原则上和光伏系统没有直接关系,可以根据需求来定。如果是一个新装的离网系统,光伏、蓄电池、逆变器都要根据用户的负载功率和用电量来设计,用直流耦合系统就比较适合。但直流耦合系统功率都比较少,一般在500kW以下,更大的系统用交流耦合比较好控制

03
效率对比

从光伏的利用效率上看,两种方案各有特点,如果用户白天负载比较多,晚上比较少,用交流耦合比较好,光伏组件通过并网逆变器直接给负载供电,效率可以达到96%以上。如果用户白天负载比较少,晚上比较多,白天光伏发电需要储存起来晚上再用,用直流耦合比较好,光伏组件通过控制器把电储存到蓄电池,效率可以达到95%以上,如果是交流耦合,光伏先要通过逆变器变成交流电,再通过双向变流器变成直流电,效率会降到90%左右。




一、系统方案设计

1
客户的用电需求和光照情况


客户的用电需求和光照情况:客户是广西北海一家经营冷冻海鲜的加工、销售、冷藏的小型工厂,主要用电设备是冰柜,加工设备,包装设备,照明等,其中重要设备是冰柜和封包机5台,每台功率2kW左右,分散在1-3楼各个房间,不允许停电超过10分钟

广西北海采用三部电价制,脱硫电价为0.4207元/度。工商业电价如下:

广西北海光照条件一般,但空气质量好,年有效利用小时数为1080小时,每天峰值日照为3.75小时,比较适合安装光伏。

02
系统方案设计


并离网储能有直流耦合和交流耦合两种方案,根据用户的特点,光伏自用比例较大,且白天用电量大,从效率上讲用交流耦合的方式比较好,但考虑到客户对用电的可靠性要求不高,而且预算有限,因此选择直流耦合的并离网控制逆变一体机

考虑到设备分散,而且单个设备功率都不大,设计采用5台10kW的并离网逆变器,并网接口接入电网,EPS接口各接入一台重要负载,逆变器参数如下:


组件功率要根据用户每天的用电量来确认。用户每天平均的用电量为150度,当地每天峰值日照为3.75小时,并离网系统的效率约为0.85,因此设计采用360W单晶组件150块,容量为54kW组件,每天能发200度电,除去损耗给到用户大约160度,基本能满足客户需要。



蓄电池容量根据用户无光照时的用电量来确定,白天光伏发电可以不经过蓄电直接给负载使用,估计用户每天晚上用电量为50度,设计采用5节500V40AH的锂电池,总电量为10000VAH,按0.9的放电深度,可为客户提供90度电。

电气方案设计:组件是150块,采用15串2并的方式,每一台逆变器接入30块组件,蓄电池组、负载、电网分别接入相应的断路开关中。


03
电气功能调试


为了适应不同场合,并离网储能逆变器设计了很多功能,在应用前,要根据用户的实际要求去设置先选择并网模式还是离网模式,如果是并网模式,再选择蓄电池的充电模式,是光伏优先还是市电优先,还是市电只是旁路,不充电;上网模式可以选择光伏发电自发自用余量存储和光伏发电自发自用余量上网等;峰谷价差较大的地方还可以选择削峰填谷功能。

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