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1、离网系统设计 离网系统(xtng)方案(fng n)一、项目基本(jbn)信息 客户信息 项目名称 兆维信源监控供电 项目地址 内蒙古乌兰察布盟 客户名称 客户地址 电话 传真 邮箱 备注 设计方信息 公司名称 北京康利亚科技有限公司 公司地点 北京昌平 设计人员 设计时间 2013-9-26 电话 15801579901 传真 邮箱 备注 离网系统设计 二、现场(xinchng)信息 工程(gngchng)位于内蒙古 乌兰察布市/化德内，北纬(bi wi)41.9，东经(dngjng)114，海拔(hib)1484m。通过国际通用卫星数据库得到以下气象信息，作为系统设计的依据。月份 水平面上
2、的平均日辐射 风速 大气压力 月平均温度 (kWh/m/日)(米/秒)(KPa)()一月 2.51 3.9 87.33-14.6 二月 3.49 3.9 87.25-11 三月 4.8 4.2 87.01-4.1 四月 5.98 4.7 86.73 4.9 五月 6.55 4.1 86.64 12.2 六月 6.45 3.6 86.4 16.9 七月 6.02 2.9 86.38 19.1 八月 5.41 2.7 86.72 17.6 九月 4.81 3.1 87.11 12 十月 3.73 3.6 87.39 4.4 十一月 2.69 4 87.43-5.2 十二月 2.2 3.9 87.4
3、6-12.4 年平均 4.55 3.72 86.99 3.32 离网系统设计 三、负载统计 3.1 统计(tngj)方式 统计方式分为按年统计、按季度统计、按月统计三种，负载(fzi)全年用电均衡可直接按年统计，各月或各季度用电差别大可按月或按季度进行统计，考虑工程实际情况，此处按年统计(tngj)。3.2 负载(fzi)类型 负载类型分为普通性负载和特殊性负载，普通性负载和特殊性负载的区别在于对供电系统的可靠性的要求，普通性负载允许全年中存在缺电的现象，而特殊性负载要做到全年一分钟都不停电，比如极为重要的通信设备、灾害测报仪器、军用装备等。特殊性负载的太阳能供电系统投资要远大于普通性负载，所
4、以在选择负载类型时要确定负载对供电系统可靠性的要求，避免造成不必要的浪费。考虑工程实际情况，将负载作为特殊性负载设计。3.3 负载统计 负载统计列表 负载名称 负载类型 负载数量 额定功率(W)每天工作时间 工作电压 可能起始工作时间 可能终止工作时间 全年 枪机监控 感性负载 1 24 24 小时 DC 12V 0 点 23 点 离网系统设计 四、系统优化 系统优化的主要目的是得到各月倾斜面上(min shn)的平均辐射量Ht、最佳的阵列倾角 best、最佳工作(gngzu)电流 I best、蓄电池理论容量B，以下对相关计算做如下(rxi)介绍：1、各月倾斜面上(min shn)的平均辐射
5、量 Ht 任意倾角任意方位的光伏阵列倾斜面月平均辐射量采用 Klein 和Theilacker(1981)提出的天空各向异性模型，此种计算方法是国际上公认及最常用的计算方法，模型做以下简述，详细请查阅相关文献，具体内容不再赘述。公式 4、Ht=Hbt+Hdt+Hrt 公式 5、Ht1=f(，N，E，Hbt，Hdt)公式 6、Ht2=f(，N，E，Hbt，Hdt)公式 7、Ht3=f(，N，E，Hbt，Hdt)注：具体解释、定义及图释 Ht倾斜面上的月平均辐射量 Ht1固定式倾斜面上的月平均辐射量 Ht2单轴跟踪倾斜面上的月平均辐射量 Ht3双轴跟踪倾斜面上的月平均辐射量 Hbt直接太阳辐射量
6、Hdt天空散射辐射量 Hrt地面反射辐射量 倾斜面与水平面之间的夹角 倾斜面的方位角 地面反射率，取值为 0.2(见附表)N当地纬度 E当地经度 不同地表状态的反射率 地面状态 反射率 地面状态 反射率 地面状态 反射率 沙漠 0.240.28 干湿土 0.14 湿草地 0.140.26 离网系统设计 干燥地带 0.10.2 湿黑土 0.08 新雪 0.81 湿裸地 0.080.09 干草地 0.150.25 冰面 0.69 2、最佳的阵列(zhn li)倾角 best、最佳(zu ji)工作电流 I best、蓄电池理论(lln)容量 B 计算(j sun)建立了模拟电流及倾角的数学模型，对
7、某一倾角下的电流模拟，得到最佳电流 I best，对所有倾角模拟，得到最优倾角 best，确保了计算的精确性。以下列出了最佳电流、最佳倾角的逻辑关系式及计算公式。公式 8、I best=f(D1，D，Imin，Imax，0.01)公式 9、best=f(I best，n)公式 10、Bt=|-Qi+QL|/(DOD*2)公式 11、D1=|-Qi|/QL 公式 12、QL=(P*h)/U 公式 14、Q=Qg-Qc Qg=N*I*Ht*1*2 Qc=N*QL 公式 15、Imin=QL/(Htave*1*2)公式 16、Imax=QL/(Htmin*1*2)I best方阵某一倾角或跟踪方式下
8、的最佳电流(改变 I得到 I best 的循环函数)best最佳倾角，注：双轴跟踪时无此计算(改变 得到 best 的循环函数)Bt蓄电池理论额定容量 U蓄电池工作电压 QL各月负载平均日耗电量 D蓄电池维持天数 Qg方阵各月发电量 Qc负载各月耗电量 Q蓄电池各月盈亏量(当特殊性负载时，即全年各月 Q0)|-Qi|蓄电池各月累计盈亏量(以 24个月为单位)i 24组蓄电池累计盈亏量 Imin方阵输出的最小电流 离网系统设计 Imax方阵所需输出的最大电流 I方阵(fn zhn)实际工作电流(在 I(max)与 I(min)之间，每次循环(xnhun)增加 0.01)1从方阵(fn zhn)到
9、蓄电池输入回路效率；2蓄电池到负载(fzi)的输出回路效率；Htmin方阵面上 12个月中平均太阳辐照量的最小值 Htave方阵面上 12 个月中平均太阳辐照量的平均值 N当月天数 Ht该月倾斜面上的太阳辐照量 D1与维持天数的比较值(D1与 D相比较,接近最最佳电流)DOD蓄电池的放电深度 P负载额定功率 h负载工作时间 4.1 跟踪方式确定 阵列的跟踪模式分为平铺固定、倾角固定、单轴跟踪、双轴跟踪四种方式，此处采用倾角固定式。根据上述公式计算及综合考虑，阵列倾角为51，阵列方位为 0。4.2 最佳电流、蓄电池容量计算 在蓄电池使用过程中，电池放出的容量占其额定容量的百分比称为放电深度。通常
10、普通太阳能蓄电池放电深度在 50%80%，若放电深度超过标定值，蓄电池性能和寿命将受到很大影响。根据工程实际情况确定放电深度为 75%。蓄电池维持天数即在连续阴雨天情况下，蓄电池可维持系统运行的天数。提高蓄电池维持天数可提高系统的可靠性，但也会相应的增加投资，根据当地连续阴雨天数，确定蓄电池维持天数为 10 天。离网系统设计 例如学校、部分企业等周末几乎无需供电的单位，可通过设置负载每周工作天数来减少不必要的投资，做到供电系统的最优化设计。根据工程需要，此处确定每周工作天数为 7 天。根据(gnj)上式计算(j sun)得到(d do)最佳(zu ji)电流为11.6026A，蓄电池理论容量为
11、 666.67Ah，理论维持天数为 10 天。月份 水平面上的日辐射量(kWh/m/日)阵列倾斜面上的日辐射量(kWh/m/日)一月 2.51 5.33 二月 3.49 5.74 三月 4.8 6.13 四月 5.98 6.05 五月 6.55 5.64 六月 6.45 5.22 七月 6.02 5.01 八月 5.41 5.05 九月 4.81 5.48 十月 3.73 5.57 十一月 2.69 5.27 十二月 2.2 5.04 离网系统设计 五、蓄电池设计 蓄电池设计主要是根据选择的蓄电池确定蓄电池组的串联数及蓄电池组的并联数，计算过程中需要考虑温度及放电率对蓄电池的影响，以下(yxi
12、)对蓄电池组的串联数 Nc、蓄电池组的并联数 Qc 及蓄电池选择的原则做简要介绍：公式(gngsh)1、Nc=Bc/C 公式(gngsh)2、Qc=U/Udc 公式(gngsh)3、Bc=Bt*(1-(25-E)*)*)原则 1、C*QcBc 原则 2、Udc*Nc=U Nc蓄电池组串联数 Qc蓄电池组并联数 Bc蓄电池组修正后的需求容量 C蓄电池额定容量 U蓄电池组电压 Udc蓄电池额定电压 Bt蓄电池组理论额定容量 E冬季蓄电池工作温度 温度对容量的修正系数(n10=0.006，10n1=0.008，n1=0.01)放电率 n 对容量的修正系数(见附表)放电率 n 对容量的修正系数(插入取
13、值)放电率 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 24 0.51 0.61 0.75 0.78 0.83 0.89 0.90 0.93 0.97 1 1.05 1.1 一般而言，深循环蓄电池的最大允许放电深度为80。如果在严寒地区，就要考虑到低温防冻问题对此进行必要的修正。如果放电率偏离额定容量的放电率过大，也需要进行放电率修正。设计时可以适当的修正蓄电池的容量，以延长蓄电池的使用寿命。离网系统设计 当温度降低的时候(sh hou)，蓄电池的容量将会减少。温度修正的作用就是保证安装的蓄电池容量要大于按照25标准情况算出来的容量值，从而(cng r)使得设计的蓄电池容量能够满足实际负载
14、的用电需求。放电率是考虑到过快的放电率无法从蓄电池中得到额定(dng)的容量，而慢的放电率将会从蓄电池得到更多的容量。使用供应商提供的数据，可以选择适于设计系统的在指定放电率下的合适蓄电池容量。所以使用修正(xizhng)后的需求容量与蓄电池实际总容量进行比较，使设计更为精确。5.1 蓄电池选择 蓄电池选用 12180 型号蓄电池，具体参数如下：蓄电池参数 额定电压 V 12 长 mm 5223 10h 率容量(25)180 宽 mm 2402 单体电压 V 2 高 mm 2182 单体数量 6 重量 kg 65.5 单体均充电压 25 2.36 比重 kg/kWh 32.98 温度补偿 mV
15、/单体-4 比容量 Wh/kg 30.32 5.2 设计结论 共用 12180 型号蓄电池 4 块，1 串 4 并，接入控制器。根据蓄电池冬季工作温度为 5，负载平均放电率为 320h，得到：蓄电池修正后需求容量为 678.79Ah 蓄电池实际总容量为 720Ah 满足设计要求 离网系统设计 蓄电池组电压(diny)为 12V 蓄电池串联(chunlin)电压为 12V 满足(mnz)设计要求 六、组件(z jin)方阵设计 组件方阵设计主要是根据选择的组件确定组件的串联数及组件的并联数，计算过程中需考虑组件工作温度对组件电性能参数的影响，以下对组件的串联数 Ns、组件的并联数 Np 及组件选
16、择的原则做简要介绍：公式 1、Ns=(Uf+Ud+Uc)/Vmp(f)公式 2、Np=Ibest/Imp 公式 3、f=fe+K*S 公式 4、Vmp(f)=Vmp(1+T)(e+S)公式 5、T=T T(f)公式 6、S=S/S(f)1 原则 1、Ns*Vmp(f)Nc*Uf+Ud+Uc 原则 2、Np*Imp I best Ns组件串联数 Np组件并联数 Nc蓄电池串联数 Imp组件最大功率时电流 Uf 蓄电池均充电压 Ud二极管压降 Uc其他因素引起的压降 f为组件的工作温度 fe为任意的环境温度 S为倾斜面辐照度 K0.025/W Vmp(f)任意温度及辐照度时组件最大功率时电压(此处
17、取冬季温度)Vmp标准测试条件下的最大功率时电压 离网系统设计 T标准测试条件(tiojin)下组件工作温度 25 T(f)任意(rny)组件工作温度(此处取冬季(dngj)温度)S标准测试(csh)条件下的辐照度 1000W/S(f)冬季温度下相应辐照度 开路电压温度系数 e常数 0.5 ImpSTC 下组件最大功率时电流 组件的工作温度影响组件的电性能参数，为使设计更加缜密，计算过程中运用组件夏季或冬季工作温度下的电性能参数，而不是标准测试条件下的电性能参数。光伏组件在标准测试条件下的电性能参数(辐照度 1000W/AM=1.5 电池板温度 25)不能代表该光伏组件在工作时的实际数据。6.
18、1 组件选择 组件选用 110W 型号组件，具体参数如下表：组件参数 最大额定功率 Wp 110 功率公差%3 最大功率时电压 V 17.2 组件转化效率%12.51 最大功率时电流 A 6.40 开路电压温度系数%/-0.35 开路电压 V 21.2 功率温度系数%/-0.5 短路电流 A 6.92 短路电流温度系数%/0.04 系统最大电压 V 1000 标准组件发电条件 472 长*宽*厚 mm 1088*808*35 离网系统设计 附图(f t)IV 曲线 附图(f t)：PV 曲线 6.2 设计(shj)结论 离网系统设计 共用(n yn)110W型号(xngho)组件2块，1串2并
19、，接入到控制器。蓄电池充电(chng din)电压为 14.04V 阵列输出(shch)电压(60)为 14.34V 满足设计要求 最佳工作电流为 11.6026A 阵列输出电流(STC)为 12.8A 满足设计要求 七、控制器设计 原则 1、控制器光伏支路应能承受 1.21.3倍的光伏阵列短路电流 原则 2、蓄电池组支路应能承受 1.21.3倍的蓄电池组充电电流 原则 3、输出回路应能承受 1.31.5倍的系统最大负载电流 原则 4、同时控制器应能承受 152 倍的系统额定直流电压 控制器光伏支路应能承受 1.21.3 倍的光伏阵列短路电流，蓄电池组支路应能承受 1.21.3 倍的蓄电池组充
20、电电流，输出回路应能承受 1.31.5 倍的系统最大负载电流；同时控制器应能承受 152 倍的系统额定直流电压。7.1 控制器选择 控制器选用 20A-12V 型号控制器，该控制器产品主要参数如下：控制器参数 组件输入侧 负载输出侧 额定电压 V 12 额定电压 V 12 额定充电电流 A 20 额定放电电流 A 20 阵列输入控制器路数 1 控制负载路数 1 离网系统设计 每路阵列最大电流 A 20 每路放电电流 A 20 过高保护电压 V 17 过放保护电压 V 11.1 过高恢复电压 V 15 过放恢复电压 V 13.1 其它 均衡电压 V 14.4 电压降落(光伏阵列与蓄电池)0.26
21、 提升电压 V 14.6 电压降落(蓄电池与负载)0.15 浮充电压 V 13.6 温度补偿 4mv/2V 7.2 设计(shj)结论 共用(n yn)20A-12V 型号(xngho)控制器 1 台。蓄电池组电压(diny)为 12V 控制器额定电压为 12V 满足设计要求 光伏阵列每路短路电流为 13.84A 控制器每路充电电流为 20A 满足设计要求 八、设备及材料清单 所有设备及材料清单如下表所示：设备及材料名称 型号 数量 单位 一、发电设备 光伏组件 110W 2 块 组件支架 定制 220 W 控制器 LSL20A-12V 1 台 蓄电池 DGM12180 4 块 离网系统设计
22、蓄电池地埋箱 180AH-12 4 台 控制箱 110-17.5 1 台 二、其他 离网系统设计 九、能量平衡(pnghng)模拟 各月盈亏量 月份 盈亏量 Q(Ah)月份 盈亏量 Q(Ah)一月 258.1 七月 153.27 二月 354.44 八月 166.37 三月 520.18 九月 297.33 四月 478.03 十月 336.72 五月 359.65 十一月 230.75 六月 214.9 十二月 163.09 附图(f t)：能量平衡(pnghng)模拟图 从能量平衡模拟图中可以形象(xngxing)的看到各月的发电量和耗电量，当发电量小于耗电量的时候进入亏欠期，亏欠期内亏欠
23、的电量需蓄电池来离网系统设计 补充。从各月亏欠量表中可以直观的看到各月的盈亏量，结合放电深度模拟，可以详细的了解系统工作时各个月份的工作状态。十、放电深度(shnd)模拟 各月荷电态 充电/放电(%)月份 荷电态 充电/放电 月份 荷电态 充电/放电 一月 100/92.9 七月 100/92.9 二月 100/92.9 八月 100/92.9 三月 100/92.9 九月 100/92.9 四月 100/92.9 十月 100/92.9 五月 100/92.9 十一月 100/92.9 六月 100/92.9 十二月 100/92.9 附图(f t)：放电深度(shnd)模拟图 离网系统设计
24、 从荷电态图中可以(ky)形象的看到各月蓄电池内的剩余容量，与其相对应的是蓄电池的放电深度，在蓄电池使用过程(guchng)中，电池放出的容量占其额定容量(rngling)的百分比称为放电(fng din)深度。通常普通太阳能蓄电池放电深度在 50%80%，若放电深度超过标定值，蓄电池性能和寿命将受到很大影响。从荷电态图可以直观的了解系统的优化程度。十一、节能减排 二氧化碳是造成全球变暖的祸首，引发了一系列环境问题，为此，我国签署京东议定书，并根据联合国报告减少 20%的碳排放。太阳能光伏发电能够实现近乎为零的碳排放量，能够有效控制我国在生产生活中的二氧化碳排放。公式 1、Es=(P*n)公式
25、 2、Scoal=Es*Ci，Sco2=Scoal*Ci，Sso2=Scoal*Ci，Sno=Scoal*Ci，St=Scoal*Ci Es每年节约电量 Ci相应转化系数及节能参数 Scoal每年节约标准煤 Sco2每年减排 CO2 Sso2每年减排 SO2 Sno每年减排氮氧化物 St每年减排粉尘 P负载功率 n负载全年工作时间 根据以上公式计算此工程的节能减排效应如下：每年节约电量：210.24 KWh 每年节约标准煤：0.07 t 每年减排 CO2：0.182 t 每年减排 SO2：0.00168 t 每年减排氮氧化物：0.000651 t 离网系统设计 每年(minin)减排粉尘：7E
26、-05 t 离网系统设计 十二、财务(ciw)分析 项目费用名称 数量 单位 单价(元)总价(万元)光伏组件 2 块 660 0.13 组件支架 220 W 1.5 0.03 控制器 1 台 480 0.05 蓄电池 4 块 2160 0.86 控制箱 1 台 500 0.05 线缆、线缆敷设及其它 1 项 800 0.08 场地处理 1 项 200 0.02 总计 1.22 备注(bizh)：1，含税、出厂价格(ch chn ji)；货物可集中后送至贵公司(n s)北京(bi jn)单位，进行包装及物流处理；2，地埋储能部分基础图纸请参阅附件，根据高寒地区需加强保温深度处理，保证在冬季土地冻层以下。不像我们城市架设在杆体上面。根据以上蓄电池配置，地埋储能保温箱费用约等于 2650元。3，现场安装工程费用：300 元/天/人；此工程需 2 人。4，内容摘要 5，6，（1）离网系统方案 离网系统设计 7，项目基本信息 8，9，离网系统设计 10，二、现场信息 11，工程位于内蒙古 乌兰察布市/化德内，北纬 41.9，东经114，海拔 1484m 12，（2）根据上述公式计算及综合考虑，阵列倾角为 51，阵列方位为 0 13，（3）十一、节能减排 14，二氧化碳是造成全球变暖的祸首，引发了一系列环境问题，为此，我国签署京东议定书，并根据联合国报告减少20%的碳排放 15，