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光伏离网系统的设计选型
2022-06-14

  光伏离网系统设计其实并不复杂。但在日常中发现很多人对离网系统心存畏惧,想做离网项目,又不知如何下手,常处于两难的境地。


  本文希望通过简易、浅显的语言,让大家清楚如何成功做一套光伏离网电站



  1、离网系统的价值

  通过长期总结来看,离网系统主要基于以下几个出发点:

  (1)没有办法使用市电(电网)的地方,如山上、船上、车上、野外等。这是最典型的离网系统需求;80%以上的使用者都是因为不方便用市电,想通过离网系统实现供电。

  (2)有市电、但经常出现不规则停电的地区。当停电的时候,可通过光伏离网系统继续供应负载,满足持续用电需求。

  (3)有市电、但希望通过离网系统降低电费。离网系统不光可以通过光伏组件来充蓄电池,也可以在费率低的时候通过设置市电给蓄电池充电,然后在费率高的时候通过蓄电池放电来供应负载。

  2、典型离网系统组成


离网系统图


  上图是一个典型的离网系统的组成图。需要注意这几点:

  (1)离网系统指的是系统输出不需要像并网光伏系统一样接入市电电网。离网系统的输出就是供应负载的。

  (2)离网系统提供V-F源,它就相当于一个电网的角色。

  (3)离网系统中的主要设备有:光伏组件、离网逆变器、蓄电池组、汇流装置、配电箱、用电负载。

  (4)最精简的离网系统可以只包含2个部分:离网逆变器、蓄电池组。


  3、离网系统设计过程

  (1)确认需求做离网系统是个“量体裁衣”的过程,因为多数情况下不同用户需要带的负载都一样,用电时长也不一样。正确的方式,是先确认需求:即将要带哪些负载?负载有多大?一天当中使用多长时间?然后推算出需要建多大的系统。例如,华北地区某客户需求做一套离网电站,主要负载是1台3500W的鼓风机,每天用电时长3小时,备电需求1天即可。由这些信息可知,负载的功率为3.5KW,1天的耗电量为10.5kWh。


  (2)离网机选型早期离网系统控制部分由MPPT控制器+DC/AC转换器来执行,随着技术发展,目前主流厂家都提倡使用控制逆变一体机,一台设备就可同时实现功能,例如古瑞瓦特的SPF ES系列离网逆变器


  确认好需求后,就来选择合适的离网逆变器。所选择的离网机的输出,必须能覆盖负载的额定功率,且尽量留一些裕量,为的是系统更可靠。以上图中的负载为例,额定功率3.5kW,可以选择SPF 5000 ES离网机,输出功率为5kW,可以满足该负载的供电。



  在覆盖负载功率的前提下,需要多少台逆变器,就要看备电需求了,也就是所谓的“连续阴雨天数”。因为离网系统中的电是组件和离网机合作发的,如果备电需求较大,1台离网机和它所匹配的组件可能发不出来,所以就需要倍加。


  (3)光伏组件的选择只要是光伏系统,能量来源都是光伏组件(当然,离网系统还有市电作为输入的情况)。而选定的离网机有其设定的可接受的组件容量,此处可以直接根据离网机的规格参数来配组件。采用目前主流的182组件550Wp*8块,额定功率4.4kWp,每日平均发电量约16kWh。也可以顶格配甚至超配一点,需要根据具体需求做匹配。


  组件的串并方式其实跟并网逆变器的原理是一样的,离网机的组串有最大允许接入电压值,可根据所选组件的参数进行串接。SPF 5000ES离网机的最大PV输入电压为450V,MPPT电压范围为120V~430V,若选用550Wp组件,一般开路电压约在49V,可直接按8块1串,接入离网机的PV输入端口。


  (4)蓄电池选择蓄电池是离网系统区别于并网系统的一大特点,它是系统的缓冲调节地带,否则系统会变成一个孤岛。



  在选择蓄电池时,还是依据用户的用电需求来做。以上文举例来看,客户有一个10.5kWh的备电需求,就是说,如果没有光照的情况下,蓄电池需要通过离网机释放出10.5度电,才能满足负载供应。


  但是,不论铅酸类电池还是锂离子类电池,都有一个放电深度(DoD=Depth of Discharge)的概念或特性,是必须要考虑进去的。就是说,存入蓄电池中的电,不能每次都100%完全释放完,只能释放其中的一部分,否则会对蓄电池造成损害致使电池过早失效。


  一般的铅酸类电池放电深度在60%左右,而锂电池可以达到90%。在选择蓄电池组容量时,放电深度也影响到了蓄电池组总的容量大小。还是以上面举例,选择铅酸电池,10.5度电按60%的放电深度来计算,需要配置总共10.5kWh÷0.6=17.5kWh的蓄电池组,这些蓄电池好比要一个容器,将系统所发出的电存储起来,在负载需要时再放出。


  不需要那么复杂的计算单个蓄电池的容量或规格,5kW离网机要求配置的蓄电池应在200Ah规格以上,知道了这个,只需通过数量调整,配出相同或接近的总蓄电池容量即可。


  目前市场上主要的铅酸电池规格有2V/6V/12V几种,一般选择12V规格,则一块电池的容量为12V*200Ah=2400VAh=2.4kWh,再用17.5kWh的总容量去除以1块电池的容量,就是需要配置的蓄电池块数,17.5kWh÷2.4kWh=7.2916......,蓄电池不可分割,向上取整,配置8块即可。可以回来验证一下,8块*12V*200Ah=19200VAh=19.2kWh,满足负载备电需求。


  (5)主要设备清单


  一般配置好的离网系统清单如下:



  (6)需要多台并机的情况



  有两种情况会需要多台并机:


  (1)负载虽然不大,1台离网机可供,但备电需求较大。

  (2)负载的功率超过1台离网机的额定输出功率。


  SPF 5000ES离网机支持2~6台并机,系统可以做到10kW~30kW输出。离网机增加后,组件也需相应增加,尤其是备电需求大的系统,只配置合适容量的蓄电池组还不行,只有组件足够,才能发出电,存储电。


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