小型光伏建筑系统的设计.docx

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小型光伏建筑系统的设计

小型建筑光伏系统设计

摘要：

采用独立光伏发电系统，利用蓄电池存储电池组件发出的直流电，直接给直流负载供电，

简单耐用。

关键词：

独立系统蓄电池充电控制器

一、兰州市日照资源

兰州市位于北纬36°，东经103°40’，年日照平均2500多小时，日照资源丰富，特别是在夏、秋两季尤其光辐射充足，非常适合太阳能光伏发电。

二、系统构成

本系统由太阳电池组件，跟踪控制系统，控制器，蓄电池等部分组成。

太阳电池组件在太阳光的照射下产生直流电流；而充电控制器则协调太阳能电池板、蓄电池和负载的工作,具有自动防止太阳能光伏系统的储能蓄电池过充电和过放电的功能。

蓄电池在系统中的作用就是存储能量，还能对系统起着调节电量、稳定输出的作用。

系统总装机容量150W，占用屋顶面积50平方米。

安装16块电池组件。

光伏阵列由太阳能电池组件构成，光伏阵列安装在房屋顶上。

1、光伏组件选型

该屋顶光伏系统选用晶澳光伏科技有限公司生产的JAP6-72/250型多晶硅光伏组件，该组件基本性能参数如1下：

JAP6-72-250电性参数（标准测试条件）

最大功率PMAX（W）

250

开路电压（Vcc/V）

43.60

最大功率点的工作电压（Vmp/V）

35.26

短路电流（Isc/A）

7.8

最大功率点的工作电流（Imp/A）

7.09

组件效率（%）

12.81

图1组件性能参数

组件的IV曲线图如2所示：

图2IV图

组件外观尺寸如示意图3

图3组件尺寸外观示意图

2、光伏组件布置方案

从一年四季尽可能均衡发电考虑，则太阳电池安装角度取30度为宜（图4）。

这种情况下，太阳电池阵列的冬季投影面积与夏季投影面积相差不大，如果太阳辐照量一年四季是均匀分布的，就可达到均衡发电的目的。

但是由于兰州地区冬季太阳辐照量较弱，而夏季太阳辐照量较强，即使冬夏季发电面积相等，发电量仍相差很大。

不如从全年多发电角度考虑，重视2月至10月的发电量，该期间的平均太阳高度约为63度，太阳电池安装角度取25度为宜。

图4太阳电池阵列安装角度取30°的情况

图4.1太阳电池阵列安装角度取25o的情况

综合发电效率和美观性，本工程按照如下方案铺设光伏电板。

图4.2屋顶坡度长度（cm）图4.3屋顶施工面（cm）

3、组件安装

考虑到屋顶斜面不够，则采用VRTD2斜面屋顶安装系统（斜装）

VRTD2系统适用于自身坡度不够大需要增加太阳能组件安装角度的屋顶。

适用于罗马瓦、鱼鳞瓦、石板瓦等各种类型瓦片屋顶，可安装任意规格的太阳能电池板。

采用先进的模块化设计，零部件通用配合性好，安装方便，现场无需二次加工。

产品特点：

☐前、后挂件高度不同，加大了组件安装角度，提高太阳能吸收利用率

☐独特的连接设计，安装方便快速

☐安装工具简单通用

☐采用铝合金及不锈钢零部件，使用寿命20年以上

主支撑结构

电池板的固定

三、蓄电池

四、充电控制器

光伏控制器性能、参数

额定电压（V）

48

额定电流Ip（A）

50

最大太阳能电池组件功率（kWp）

3

太阳能电池组数N

≤6

每路太阳能电池电流Ib（A）

Ib=Ip/N

环境温度

－20℃～＋50℃

电压降落

太阳能电池与蓄电池之间（V）

0.7

蓄电池与负载之间（V）

0.1

机械尺寸

深×宽×高（mm）

421*488*177

防护等级

IP20

海拔高度

≤5500

性能特点：

1）微电脑芯片控制充放电各参数点、温度补尝系数可编程任意设定，可适应不同场合的特殊要求；

2）LCD液晶模块点阵显示，中英文操作菜单，用户可根据需要选择；

3）LED指示灯显示各路光伏充电状态和负载通断状态；

4）9个轻触按键操作；

5）控制电路与主电路完全隔离，具有极高的抗干扰能力；

6）1—18路太阳能电池输入控制；

7）实时显示蓄电池电压、负载电流、总光伏电流、每路光伏电流、蓄电池温度、累计光伏发电安时数、累计负载用电安时数等十几个参数；

8）历史数据统计显示：

过充电次数、过放电次数、过载次数、短路次数；

9）可编程设定发电机启停电压、次要负载通断电压、风机卸载和恢复电压、路灯光敏切换电压等参数；

10）用户可分别设置蓄电池过充电保护和过放电保护时负载的通断状态；

11）具有二次下电控制能力，即对主要负载和次要负载在不同蓄电池电压点的下电控制能力；

12）各路充电电压检测具有“回差”控制功能，可防止开关进入振荡状态；

13）保护功能：

具有蓄电池过充电、过放电、输出过载、短路、浪涌、太阳能电池接反或短路、蓄电池接反、夜间防反充等一系列报警和保护功能；

14）可配RS232/485接口，便于远程遥信、遥控；PC监控软件可测实时数据、报警信息显示、修改控制参数，读取30天的每天蓄电池最高电压、蓄电池最低电压、每天光伏发电量累计和每天负载用电量累计等历史数据；

15）参数设置具有密码保护功能且用户可修改密码；

16）告警：

过压、欠压、过载、短路等保护报警；

17）多路无源输出报警或控制接点：

蓄电池过充电、蓄电池过放电、柴油机启动控制、负载断开、控制器故障；其它备用报警接点用户可选择，如水淹报警等；

18）工作模式有阶梯式逐级限流模式、PWM工作模式、一点式工作模式、光开光断模式、光开时断模式、时钟控制模式、光开时断凌晨亮模式，其中前三种模式是针对通用负载场合的，后四种模式是针对路灯负载场合的，所有的延时长度和定时时钟都可以设置；

19）用户可设置参数还包括：

均充电压、浮充电压、吸收电压、启动电压、动态稳压系数、静态稳压系数、均充状态时间和吸收状态时间等。

20）不掉电实时时钟功能，显示与设置时钟；

21）防雷:

根据系统要求，可安装不同等级的防雷装置；

22）具有温度补偿功能。

五、防直击雷设计

太阳能光伏阵列的结构件通过接地体接地防止直击雷，即太阳能光伏阵列的金属支架及其它金属构件均应与屋面避雷带或防雷引下线可靠连接。

一般情况下防雷接地电阻应小于30Ω。

光伏系统对接地电阻值比较严格，需要根据该屋顶的具体避雷条件进行修改。

六、防感应雷设计

为防止感应雷对光伏发电系统的设备器件造成损坏，需在光伏阵列的直流输出端安装光伏专用高压防雷模块，模块安装在直流汇线盒内。

系统绝缘应满足以下要求：

（1）绝缘电阻：

各带电回路与地之间的绝缘电阻应不小于10MΩ；

（2）绝缘强度：

带电回路两导体之间及任一导体与机壳（或地）之间，按照其额定绝缘电压分级，应能承受规定的50Hz正弦试验电压1min．不出现击穿和飞弧现象，漏电流不大于10mA。

七、光伏项目投资预算

项目

明细

价格

光伏阵列

太阳能电池组件

9.6元/W

蓄电设备

蓄电池

950元

接线电缆及支架

2元/w

充电控制器

7000元

场地基础及土建工程

防雷及接地装置

300元

混凝土与柏油

500元

安装调试设计费

安装调试费用

1000元

总投资

约15000元

八、投资项目损益计算

首年发电量为4500W，按每年千分之八的衰减率计算，20年的生命周期内总发电量为70kWh。

按照现行上网电价，8年收回成本。

九、该系统优势

1）使用寿命长,无需专人维护.其中太阳能电池寿命长达25年以上.

2）自给自足，蓄电池作为蓄能装置，把白天太阳能电池收集的电能储存起来，方便业主使用，阴雨天气,可按用户要求连续供电（3-10天）;

3）一次投资,终身受益,太阳能清洁无辐射,无污染.

4）绿色能源,安全环保.间接地减少对大气二氧化碳等温室气体的排放。

5）安全可靠、无噪声、无污染、能量随处可得，不受地域限制

6）无须消耗燃料，无机械转动部件,无须另外架输电线路，可以按照业主的要求，方便地与任意地面或建筑物相接合.

7）建造的周期很短，实际建造时间按规模大小来算。

8）不破坏建筑的外观。

太阳能电池板一般安装在屋顶或倾斜面，不会破坏原有建筑外观，甚至有时会增加其建筑的美感。