李紅軍

摘要：家用光伏并離網(wǎng)儲能發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池方陣、儲能逆變器、蓄電池組成。光伏并離網(wǎng)儲能發(fā)電系統(tǒng)可以為家庭里提供日常所需的電量，也可以向電網(wǎng)供電，為居民帶來一定的經(jīng)濟(jì)收入。太陽能作為新型清潔能源可以改善生態(tài)環(huán)境、減少居民日常電費(fèi)，降低對電網(wǎng)的依賴度。以下珠海地理環(huán)境及日照條件為例，設(shè)計了一套5KW家用光伏并離網(wǎng)儲能發(fā)電系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：太陽能電池方陣；儲能逆變器；儲能電池；并離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)

前 言

家庭光伏儲能并離網(wǎng)系統(tǒng)是利用太陽能電池組件、蓄電池、儲能逆變器、電池管理系統(tǒng)等器件將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的系統(tǒng)。白天在光照條件下，太陽電池組件產(chǎn)生一定的電動勢，通過組件的串并聯(lián)形成太陽能電池方陣，使得方陣電壓達(dá)到系統(tǒng)輸入電壓的要求，經(jīng)過儲能逆變器對蓄電池進(jìn)行充電，將由太陽能轉(zhuǎn)換而來的電能儲存起來。若電池已充滿，儲能系統(tǒng)將富余的光伏電量經(jīng)過轉(zhuǎn)換返送電網(wǎng)。晚上蓄電池組為逆變器供電，逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電供家用電器使用。蓄電池組的充放電情況由電池管理系統(tǒng)進(jìn)行控制，保證蓄電池的正常使用。

太陽能發(fā)電的利用通常有兩種方式，一種是將太陽能發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的電力輸送到電網(wǎng)中供給其他負(fù)載使用，而在需要用電的時候則從電網(wǎng)中獲取電能，稱謂并網(wǎng)發(fā)電方式。另一種是依靠蓄電池來進(jìn)行能量存儲的所謂獨(dú)立發(fā)電方式，它主要用于因架設(shè)線路困難市電無法到達(dá)的場合，應(yīng)用十分廣泛。

1.項目概況

1.1項目背景及意義

本項目擬設(shè)計一個太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，為居民家里提供生產(chǎn)生活用電，并將多余的電輸送到國家電網(wǎng)。

1.2光伏發(fā)電系統(tǒng)的要求

本系統(tǒng)是一個家用光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，擬建立一個5kWp的小型發(fā)電裝置，平均每天發(fā)電27kWh，可供一個5kW的負(fù)載工作48小時。

2. 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的原理

并網(wǎng)光伏系統(tǒng)就是將太陽能電池方陣產(chǎn)生的直流電，經(jīng)過儲能逆變器轉(zhuǎn)換成交流電供給負(fù)載。同時系統(tǒng)接入電網(wǎng)，當(dāng)電量有剩余時，向電網(wǎng)送電；當(dāng)日照影響太陽能光伏系統(tǒng)供電不能滿足負(fù)載需求時，可以通過電網(wǎng)系統(tǒng)或電池逆變方式得到電能。

并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的原理圖如下：

3.現(xiàn)場資源和環(huán)境條件

珠海位于東經(jīng)113.35°，北緯22.00°。

根據(jù)珠海氣象資料，年平均日照時數(shù)約1393小時，太陽年輻射總量為1414kWh/㎡，年平均峰值日照時數(shù)是3.87小時。

綜上來看，適合安裝太陽能發(fā)電系統(tǒng)。

4.太陽能光伏方陣設(shè)計

4.1確定日平均用電量

名稱 數(shù)量 功率（W） 時間（h） 合計（Wh）

空調(diào) 1 1500 3 4500

洗衣機(jī) 1 2000 0.5 1000

電冰箱 1 100 24 2400

電視機(jī) 1 150 3 750

電腦 2 400 1 800

合計 4550 9.45kWh

由表得出日平均用電量為9.45kWh，為計算方便，使日平均用電量等于9.5kWh，MPPT電壓范圍為120～450V，負(fù)載的日平均消耗量QL為9.5kWh。

Wh/120≈80Ah

4.2太陽能電池的串并聯(lián)設(shè)計

由珠海日輻射總量平均為3.87kWh/㎡，年輻射總量為1414kWh /㎡，得到峰值日照時數(shù)= 3.87小時本系統(tǒng)選用的是天合TSMDD05A單晶硅太陽能電池板，其功率為295W，短路電流9.55A，開路電壓39.7V，最佳工作電流9.08A，最佳工作電壓32.5V。

10串光伏組件的電壓為：

1.2*10*VOC =1.2*10*39.7=476.4

式中符號含義如下：

VOC：光伏組件開路電壓

U：光伏最大輸入電壓=500V

光伏串電壓滿足逆變器MPPT電壓要求。

光伏方陣的串聯(lián)數(shù)Ns=10

光伏方陣的并聯(lián)數(shù)

Np=80/（Imp*Hp*η）=80（9.08*3.87*0.8）≈3

式中符號含義如下：

η：取0.8

所以采用10塊電池方陣串聯(lián)為一單元，一共3只支路并聯(lián)的方式，電池方陣共30塊。那么太陽能光伏方針的總功率為：

P=NsNpPmax=10×3×295=8850W

根據(jù)計算，初步設(shè)計太陽能系統(tǒng)安裝總量為8850W

5.儲能電池的設(shè)計

蓄電池的任務(wù)是儲存太陽能電池發(fā)的電，并在太陽能電池方陣供電不足時，向負(fù)載供電。要求蓄電池中存儲的電量要能保證在2個陰雨天情況下向負(fù)載供電。在該系統(tǒng)中，電池電壓標(biāo)稱為120V范圍為108-138V，連續(xù)陰雨天數(shù)Dt取2，系統(tǒng)安全系數(shù)A取1.1，放電深度DOD為0.8。由此可得出

蓄電池的總?cè)萘繛椋?/p>

C=QLAD*A*Dt/（Ul*DOD）=9500*1.1*2/（108*0.8）=240Ah

系統(tǒng)選用240 Ah，12V的單體蓄電池，則需串聯(lián)120/12=10塊電池

6.儲能逆變器的選擇

逆變器是將太陽能電池產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電的轉(zhuǎn)換裝置，以實現(xiàn)為交流負(fù)荷供電的需求。

本系統(tǒng)采用的是英威騰儲能逆變器，型號為BD5KT

7. 電池方陣支架系統(tǒng)的安裝

家用光伏發(fā)電系統(tǒng)采用固定傾角太陽能電池支架。光伏板方位角正南，傾角為20°。

參考文獻(xiàn)：

[1]《太陽能光伏發(fā)電技術(shù)圖解指南》 作者 馮垛生 王飛 人民郵電出版社