1990.太阳能光伏供电方案及施工组织设计

一、供电的光伏系统组成

独立供电的太阳能光伏系统的结构框图一般如图１所示。由于 太阳能电池只能在白天光照条件下输出能量，根据负载需要，系统 一般选用铅酸蓄电池作为储能环节来提供夜间所需电力。整个光伏 系统由太阳能电池、蓄电池、负载和控制器组成。虚线框中部分即 为系统控制部分的结构框图，一般由充电电路、放电电路和状态控 制电路的太阳能光伏系统结构框图

在与负载容量配合时，应该考虑到连续阴天的情况，对系统容 量留出一定裕度。

二、太阳能光伏供电系统的原理 太阳能光伏供电系统的原理 系统 1

太阳能光伏发电是利用太阳能电池将太阳的光能转化为电能 后，通过充电控制器的控制，一方面直接提供给相应的电路或负载 用电，另一方面将多余的电能存储在蓄电池中作为夜晚或是太阳能 电池产生的电力不足时备用。 太阳能电池组件是由多个多晶硅或单晶硅电池片串并联，并经 严格封装而成的。而其中的电池单体在太阳的照射下可发生光电效 应而产生一定的电压和电流，通过将电池板串并联组合后得到一定 大小等级的电压和电流后经电缆送至充电控制器。 充电控制器是对蓄电池进行自动充电、放电的监控装置，当蓄 电池充满电时， 它将自动切断充电回路或将充电转换为浮充电方式， 使蓄电池不致过充电；当蓄电池发生过度放电时，它会及时发出报 警提示以及相关的保护动作，从而保证蓄电池能够长期可靠运行。 当蓄电池电量恢复后，系统自动恢复正常状态。控制器还具有反向 放电保护功能、极性反接电路保护等功能。蓄电池作为系统的储能 部件，主要是将太阳能电池产生的电能存储起来方便供电。 2 连接 器1

逆变器 连接 器2 备用输 入接口 连接 器3 蓄电池组 负载 太阳 能充 电控 制器 连接 器4 系统供电原理图 3

三、太阳能光伏供电系统的电站勘测 1、 应从当地气象站、气象部门等途径获取太阳能站场地的太 阳能资源和气候状态的数据.其中太阳能资源包括年太阳总辐射量 （辐照度）或太阳能辐射量和辐射强度的每月日平均值，气候状态 包括年平均气温、年最高气温、年最低气温、一年内最长连续阴雨 天（含降水或下雪天）、年平均风速、年最大风速、年冰雹次数、 年沙暴日数。 2、 应了解并记录太阳能站所供应负载的详细情况。其中负载 情况包括负载额定功率、峰值功率、供电方式、供电电压、供用时 间、日平均用电量、负载性质等。 3、 应了解并记录当地市电的情况。其中市电情况包括有无市 电、市电距太阳能所供负载距离、市电质量等。 4、 应了解并记录太阳能所供负载所在位置的详细情况。其中 位置情况包括距最近县城距离、是否通车、离最近通车点多远多高、 路面状况、对以后施工影响。 5、 太阳能电站的选址应选择大阳光不被遮挡的位置，为了施 工方便应选择地势平坦的地方，应尽量避开山石区，远离树木，以 防止阴隐对太阳能电池板的遮蔽，同时电站的位置应尽量避开水流 通道和易积水的部位。为了减少电线线路上的损耗和压降，电站应 尽量建设在负载附近。 1

6 、应对所选电站位置土地归属进行详细了解，做出详细的记 录。并与负载方对土地使用权作出相应的对策。 7、 选址后应用木桩、石灰等物件对站点划好位置。并能根据 负载、天气、光照情况等粗约估算电站面积。如有经验可直接定好 基础位置。 8、 应对太阳能电站周边土壤进行测量，以确定土壤电阻。并 能根据当地地形及土壤电阻率确定接地装置的位置和接地体的埋设 方案。 9、 应对负载方的要求作出认真记录和应对解决方案。

四、太阳能光伏发电系统设计 1、设计原则： 设计原则： 在保证满足负载供电需要的前提下，确定使用最少的的太阳能 电池组件功率和蓄电池容量，以尽量减少初始的投资。 2、设计 太阳能发电系统的设计分软件设计和硬件设计，且软件设计先 于硬件设计。软件设计包括：负载用电量的计算，太阳能电池方阵 面辐射量的计算，太阳能电池组件，蓄电池用量的计算和两者之间 相互匹配优化设计，太阳能电池方阵安装倾角的计算，系统运行情 况的预测和经济效益的分析等。硬件设计包括：太阳能电池组件和 2

蓄电池的选型，太阳能电池方阵支架的设计，逆变器的选型和设计， 控制器的选型和设计，以及防雷接地、配电设备和低压配电线路的 设计。 下面是独立太阳能光伏发电系统的总体设计内容图：

控制逆变单元设计 独立太阳能光伏发电系统容量设计 储能及储备电设计 电气设计 遥测、遥控、遥信设计 机械结构设计 电气安全设计 建筑设计 热力设计

防火、防雷、接地等安全设计 可靠性设计

包装、运输、安装及调试运行设计 维修及检测设计

经济成本核算及经济社会效益分析 3

太阳能系统计算: 以 150W、220V 无线通讯电源设备为例计算过程如下： ■交流负载功率：150W； ■按逆变器效率 0.8，将交流负载换算至逆变器输入端，直流 负载功率：188W； ■直流工作电压：－48V； ■直流负载每天工作时间：24 小时； ■蓄电池后备时间：按 3 天计算。 （1）蓄电池计算 根据以下蓄电池容量计算公式： Q≥ K ? I ?T η[1 + α (t ? t 0 )] 蓄电池的容量: 式中：

Q－蓄电池的额定容量； K－安全系数，取 1.25； I－VSAT 设备负荷电流（A）； T－VSAT 设备放电小时数（h）； α－电池温度系数，本设计取 0.006； 4

t－放电时实际电解液的最低温度， 通常取蓄电池安装地的最低 环境温度； t0－蓄电池额定容量的电解液温度;通常取 25℃； η－放电容量系数，详见下表。 铅酸蓄电池放电容量系数(η)表 铅酸蓄电池放电容量系数( 电池放电小时数(h) 放电终止电压(V) 阀控电池放电容量系 数 1 1.8 2 1.8 3 1.8 4 1.8 6 1.8 8 1.8 10 ≥20 1.8 1.85

0.45 0.61 0.75 0.79 0.88 0.94

1 1

（2）光伏电池板计算 设计依据为太阳能电池板方阵每天的发电量必须等于或大于负 载设备的消耗量，基本计算如下： 太阳电池组件的并联组数 Nc： Nc＝ 作时间 系统电压×太阳能电池板最大功率电流×日照时数×组装损失因子 ×温度损失因子×灰尘遮蔽损失×输配电损失×充电损失 5

设备负载功率×每天工

经过取整后，太阳能系统配置的蓄电池的总容量为 500Ah/48V。

（3）光伏电池板设备基本情况 标称峰值功率（Pmax）： 80Wp 130Wp 160Wp 额定电压：12V 12V 24V 最大功率时电压（Vmp）： 17.6 17.6 36 最大功率时电流（Imp）： 4.55 7.39 4.45

（4）光伏电池板 设计依据为太阳能电池板方阵每天的发电量必须等于或大于负 载设备的消耗量，基本计算如下： a.太阳电池组件的串联组数 a.太阳电池组件的串联组数 蓄电池均充电压取 2.35V/只， 48V 系统为：2.35V×24 只 =56.4V 防反充二极管的压降及线路压降总和可取 1.8V 太阳电池组件的串联数为:(56.4+1.8)/17.6=3.31(组) 综合考虑太阳电池因温升引起的压降等因素，需串联的太阳电 池组件数为 4 组。 6

太阳电池组件的并联组数 Nc： b. 太阳电池组件的并联组数 Nc： 方法 1： Nc＝ 工作时间 48V 系统电压×4.55 太阳能电池板最大功率电流×4.41 日照时数× 0.97×0.95×0.93×0.95×0.8 ＝7.19 其中： 0.97：组装损失因子；0.95：温度损失因子；0.93：灰尘遮蔽 损失；0.95：输配电损失；0.8：充电损失。 取整为 7，故需并联的太阳电池组件数为 7 组。 方法 2： 河南年平均日照时间约为 2300 小时。 平均日照时间: 2300/365=6.30(小时/天) 折合标准日照为: 6.30×0.7=4.41（小时/天） 标准日照时间太阳能对设备供电量为: 188/48A× 4.41h=17.3(Ah) 无日照时间由蓄电池组放电给设备供电， 电量为:188/48A×(24-4.41)h=76.73(Ah) 7

188W 设备负载功率×24h 每天

蓄电池充电安时效率取 0.8，太阳电池向蓄电池 充电量为:76.73/0.8=96(Ah) 在标准日照时间(4.41 小时/天)太阳能电池 需提供的电量为:17.3+96=113.3(Ah) 每个太阳电池组件的发电量为: 4.55×4.41=20.1(Ah) 所需太阳电池组件的并联数为:113.3/20.1=6（组） 如果太阳电池组件并联组数取为 6 组，太阳能电池组件最大功 率时电流为 4.55×6=27.3A， 500Ah 蓄电池 20 小时充电电流与负荷电流 而 之和约 29A。考虑直放站太阳能供电系统无开关电源或移动油机等 备用电源，蓄电池组的充电电流应至少接近 20 小时充电电流值， 才能保障蓄电池组正常的充放电性能不受影响，故将太阳电池组件 并联组数调整为 7 组，这样太阳能电池组件最大功率时电流达到 4.55×7=31.9A。 由以上两种计算得到并联的太阳电池组件数为 7 组。

（5）结论 80W、220V 直放站太阳能供电系统需要 80Wp 的太阳能电池组 件 4 组串 4 组并组成太阳电池方阵。 8

80W、220V 直放站太阳能供电系统需要 130Wp 的太阳能电池组 件 4 组串 3 组并组成太阳电池方阵。 80W、220V 直放站太阳能供电系统需要 160Wp 的太阳能电池组 件 2 组串 4 组并组成太阳电池方阵。

五、施工部署 1、派遣专业技术工程师到施工现场勘测了解负荷要求、施工条 件和自然条件后，按照需方具体要求立即组织有关技术人员，确立 太阳能供电系统的技术方案，迅速完成该项目施工图设计。 2、 根据技术方案和图纸， 提出本工程所需的设备和材料计划 （含 数量、型号规格及具体的技术要求、性能指标）。 5、将施工方案和技术方案报送项目业主审核,经批准后方可组 织材料,做好施工前的物资准备(详见施工准备)。 6、组织项目人员做好施工前的技术准备和各种施工准备工作。 7、工期安排:，确保按时间、按质量、按要求完成。 9

8、人员安排：针对项目特点，抽调具有丰富太阳能电站施工经 验的人员组建项目经理部，配备专业施工队伍，进行施工；公司物 资部门进行材料物资的组织调配，项目部配备专人进行物资押运， 减少物资的在途时间；组织专人针对该项目成立调试小组，对安装 完毕的电站进行精心调试。 9、施工顺序：本项目涉

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