太阳能光伏发电系统设备选型设计方案.docx

1、太阳能光伏发电系统设备选型设计方案太阳能光伏发电系统设备选型设计方案太阳能电池方阵的基本计算一、基本数据1、负载基本数据：3.5米庭院灯,光源配备2*5wLED灯,每晚全功率持续照明8小时后,转为半功率照明,工作至天亮后环境照度10lux,自动停止供电。2、单晶硅太阳能电池板特性数据：设计拟采用KLY200-72型单晶硅太阳电池组件。技术参数组件由72片125125的单晶硅太阳电池串联组成。阳极氧化铝合金边框构成实用的方形结构,允许单个使用或阵列使用, 配有标准支架系统,安装孔保证25年使用寿命。防尘接线盒,保证接线的安全可靠。银白色铝合金边框、高透光率绒面钢化玻璃、白色TPT衬底。典型参数：

2、标准测试条件： AM1.5辐照度=1000W/m2 ,电池温度=25电池正常工作温度50峰值功率Wp200W短路电流温度系数0.4mA/开路电压32.8V开路电压温度系数60mV/最大功率电压26.6V填充因子70短路电流8.1A边框接地电阻1ohm最大功率电流7.63A迎风压强2400Pa重量16.5Kg绝缘电压1000V外型尺寸1482*992安装孔径8安装孔尺寸3、使用地区基本条件：地区处于亚洲大陆东岸,地处暖温带半温润地区,气候受蒙古高压的影响,属大陆性季风气候。最冷月平均气温：3.7最热月平均气温：26.2极端最低气温 ：-18.3极端最高气温：39.5最大日较差：16.8降水量：年

3、平均降水量650750毫米湿度：最大月平均湿度77八月,最低月平均湿度44一月冻土深度：850毫米 100年重现期的基本风压值为： 0.50 kN/m2 地面粗糙度为： C类100年重现期的基本雪压值为：0.45 kN/m2连续工作时间：全年每天夜晚连续工作；二、负荷确定灯具类型负载功率W平均工作时间H数量盏总功率W负载日消耗电量一区庭院灯101098011760二区庭院灯1010175957140三区庭院灯101080280033600四区庭院灯101080280033600八区庭院灯101025375045000三、蓄电池容量的设计蓄电池在光伏发电系统中处于浮充状态,充电电流远小于蓄电池所

4、需的正常充电电流。尤其是冬天,日照少,蓄电池常处在欠充状态,长期深放电后影响蓄电池的寿命,故必须留有一定余量,通常以放电深度表示：d=/C=70%d放电深度C蓄电池额定容量CR蓄电池储备容量据我公司经验数据,放电深度最大为70%,这样确定了蓄电池储备容量CR和放电深度d后,可选定蓄电池额定容量 C=1020Q/d=1145.51200Ah Q负载每天总耗电量四、确定方阵倾角为使方阵全年接受太阳辐射量均匀,通常可将方阵倾斜放置,方阵表面与地平面的夹角为方阵倾角。固定式平板方阵的表面总是朝向赤道。北方地区倾角应比当地纬度增加510,地区纬度:北纬395427,因此地区太阳能电池方阵倾角设定为45。

5、五、太阳能电池方阵电流的计算方阵应输出的最小电流为：Imin=Q/Tm*1*213AQ负载每天总耗电量1-蓄电池充电效率,一般取90%2-方阵表面灰尘遮蔽损失一般取90%Tm-地区每天峰值日照数地区的太阳能资源情况如下：基本要求：最长连续阴雨天3天,两个阴雨天之间的间隔最短30天；使用地点：以为例,平均每日有效光照：5.06小时；气象数据：纬度116.410,经度75.90 ,每日有效光辐射时间为5.06小时。平均各月光辐射资源: 单位：KWh/m2/day月份123456789101112平均平面 2.683.454.365.576.146.195.315.014.513.612.742.3

6、44.32斜面3.825.075.245.735.625.414.754.865.034.834.583.425.06平均各月份充放电Ah数,见下表。六、太阳能电池方阵容量计算太阳能电池方阵容量P=VpI365*24-TFc/bTVp+aNmVp-太阳能电池组件在标准测试条件下取得的工作点电压vI-负荷电流Ab-蓄电池充电效率,铅酸电池为0.84T-当地年日照时数hVo-每只蓄电池浮充电压vNb-每组蓄电池只数V1-串入太阳电池至蓄电池供电回路中的元器件和导线在浮充供电时引起的压降vt2-太阳能电池组件工作温度t1-太阳能电池标准测试温度Nm-太阳能电池组件中单体太阳能电池串联只数按上式,太阳

7、能电池方阵的总容量P=5645w6000w七、系统部件设计选型1系统电压确定为保证安全的系统电压和高性价比设备选型,选择适当的系统电压,尽量减少系统损耗,降低系统运行故障率,确保系统操作安全稳定,按独立光伏系统-设计验证IEC62124-2004,IDT中相关规定,我公司充分考虑相关产品的性能和运行状况,本项目6000w系统系统电压设定为DC48v,采用KLY200-72型太阳能集电板30块,每2块串联后分成15组并联接出,形成系统标准电压48v的充电模式。2蓄电池充电控制器设计选型我公司采用的自动充电控制器SD4055型设备,参数如下：系统电压48V最大充电电流55A最大负载电流55A最大自

8、消耗电流14mA最终充电电压浮充可编程围 54.8V快速充电电压57.6V均衡充电电压58.8V重新接通 SOC/LVR 50%/50.4V操作环境温度-10 + 60 导线直径细 / 单股线50 mm 2 / 70 mm 2保护等级IP65重量10Kg尺寸 mm LWH L330157 充电系统采用2块24v组件串联成48v系统,每5组接入1台SD4055型控制器,整套系统接入3台,三套充电系统并联接入储能部分。分组充电的设计形式既能保证单台控制器分担较小充电电流,降低充电设备故障率,又能可靠保障充电能量,即使充电系统中有某一路系统出现故障时,也能保证储能系统每天2/3的电能补充,在系统发出

9、故障警报后,维修人员不能及时赶到的情况下,当天的照明工作可以得到保障。3蓄电池放电控制器选型蓄电池组放电时通过放电控制器,放电控制器主要功能是防止蓄电池深度放电造成循环寿命减少,我公司采用的放电控制器具备电压检测功能,当放电电压低于设计电压时,自动切断直流输出系统,并发送控制信号,由市电系统对蓄电池组进行补充充电,当蓄电池组端电压高于50.4v时重新接通放电系统。系统电压48V最大负载电流55A最大自消耗电流14mA重新接通 SOC/LVR 50%/50.4V过放保护 SOC/LVD 30%/44.4V监测反应时间5s控制信号输出工频12v2v操作环境温度-10 + 60 导线直径细 / 单股

10、线50 mm 2 / 70 mm 2保护等级IP65重量10Kg尺寸 mm LWH L330157 4蓄电池选型蓄电池组储能容量按设计要求保证3个连续阴雨天正常工作,按以上计算数据,选定单只容量200Ah的铅酸免维护蓄电池,每4块串联组成系统电压48v,6组并联后接出,共计采用24只6FM-200型阀控式密封免维护铅酸蓄电池。HUANYU阀控式密封免维护铅酸蓄电池是环宇公司历尽四十余年不断创新的结晶。优良的品质、卓越的性能受到用户的广泛赞誉。其高能密度、全密封结构、使用寿命长、高可靠性及良好的服务为客户提供了更大的便利。产品特点：应用领域：免维护无须补液警报系统适应环境温度广-30到45应急照

11、明系统使用寿命长,NP为3-5年,GM可达15年电子仪器、电子系统安全防爆铁路、船舶无游离电解液,侧倒90度仍可使用邮电通信阻小,在电流放电特性好太阳能、风能发电系统自放电小大型UPS及计算机备用电源荷电出厂,使用方便消防备用电源独特配方,深放电恢复性能好 峰值负载补偿储能装置电池结构电池端子：为高硬度铅基合金或铜镀银端子,耐腐蚀性能好、导电性能优良、强度高。外壳：采用ABS外壳,分粘接和热封两种,后者尤其适合于振动大,环境温度变化大。要求电池使用寿命特别长的场合。密封胶：采用三次密封技术,第一层为铅套焊接密封,试压后用堵微孔密封胶密封,最后采用红黑胶密封,确保电池使用期间不会出现渗酸缺陷。安

12、全阀：采用耐酸耐热性能优异的三元乙丙橡胶制成,确保电池使用期间的安全性、可靠性。极板：其板栅采用耐腐性优良的铅钙锡基多元合金。隔板：采用耐酸耐热性能良好的超细玻璃纤维制成,防止正负极短路,保持电解液,紧压迫极板表面,防止活性物质脱落。 电池性能 大电流放电性能：GM系列电池采用薄型极板,正极板厚度在2.4-2.9mm之间,同时采用高孔率活性物质配方,极板比表面积大,其适合于大电流放电。寿命：因GM系列电池采用薄型极板,正极栅耐腐蚀性能相对较差,电池使用寿命相对较短,在环境温度为255时,为5-8年。密封反应效率：GM系列电池极板薄、片数多,比表面积大,便于密封反应。同时该类电池气室较小,一般密

13、封反应效率98%。 技术参数型号额定电压额定容量 25AH尺寸mm重量20Hour1.75V/cell10Hour1.75V/cell长1宽1高1总高1AhAhmmmmmmmm6FM-100121009333017021524331.506FM-1201212011040517521024037.006FM-1501216015048017024024048.006FM-1801220018652424021624460.506FM-2001221820052424021624465.005逆变器选型本系统中负载采用单相交流35w节能灯光源,发电系统电压DC48V,采用SN482KS正弦波逆变

14、器,逆变器详细参数如下：技术指标SN482KS直流输入输入额定电压 48输入额定电流48输入直流电压允许围4264交流输出额定容量2.0输出额定功率1.6输出额定电压及频率220VAC, 50HZ输出额定电流4.5输出电压精度220VAC3%输出频率精度500.05波形失真率线性负载5%动态响应负载0100%5%功率因数0.8过载能力150%,10秒峰值系数3:1逆变效率86%工作环境绝缘强度1500VAC,1分钟噪音45dB使用环境温度-25+55湿度090%,不结露使用海拔6000尺寸立式深、宽、高mm395205365机架式深、宽、高4404821774U重量Kg30保护功能输入接反保护

15、、输入欠压保护、输入过压保护、输出过载保护、输出短路保护、过热保护。逆变器的输出波形精确程度将决定光源的工作状态,按照我公司以往工程经验,LED、节能灯等电感触发类光源,必须采用纯正正弦波逆变器,如采用精度稍差的逆变器将导致负载工作频闪或触发失效,进而使逆变器直流触发系统受到较大冲击,影响逆变器的使用寿命。6市电转换控制器选型市电转换控制器主要由待机触发器、继电器,平时处于市电待机状态,待机功率不大于2w,当触发器接收到放电控制器传来信号时,即时触发接通继电器,接通市电电路进行充电,市电通过专用充电器设备变压整流后,对蓄电池组进行充电过程。型 号 电 压电 流 外 型 尺 寸 型 号电 压电

16、流 外 型 尺 寸CD06Q036V0.6A 38 62 95CD12Q06F12V1.2A 72 82 168CD06Q03F6V0.6A 38 62 95CD30Q0612V3.0A 72 82 168CD08Q036V0.8A 58 62 110CD30Q06F12V3.0A 72 82 168CD2106Q6V0.8A 58 62 110CD6112QD12V/6V3.0A 72 82 168CD20Q036V2.0A 72 82 168CD02Q1224V0.2A 38 62 95CD20Q03F6V2.0A 72 82 168CD02Q12F24V0.2A 38 62 95CD04

17、Q0612V0.4A 38 62 95CD05Q1224V0.5A 58 62 110CD04Q06F12V0.4A 38 62 95CD2124QD24V/12V0.6A 72 82 168CD08Q0612V0.8A 58 62 110CD20Q1224V2.0A 72 82 168CD2112Q12V0.8A 58 62 110CD20Q12F24V2.0A 72 82 168CD2112QD12V/6V0.8A 72 82 168CD6124QD24V/12V2.0A 72 82 168CD12Q0612V1.2A 72 82 168CD15Q18F36V1.5A 72 82 1687

18、空开及漏电保护器选型空开及漏电保护器的采用主要用来保护输出电路,当负载端或负载输电线路出现短路、断接、误接、偷电等状况发生时,能确保电路即时断开,确保供电系统无危险事故发生。pcb6c11010a 6ka c类 单极小型断路器prcbe30/210 10a 4.5ka30ma 双极电子式漏电断路器8接线端子配件的选型我公司所有电子元器件,均采用DeLixi专用电子器件,确保产品品质和系统稳定。八、太阳能电池方阵设计上述四中已确定方阵倾角45,这个角度既保证了电池方阵良好的降雨自清洗效果,清洗后在太阳能电池组件玻璃面下部和铝合金边框周围不会残存污渍,又能保证冬季降雪厚度20-30cm使积雪靠自重

19、滑落,不会因为不设挡雪板积雪直落时对行人造成危害。方位角的确定,按日照规律和太阳能辐射能量的测定,以正午起延时2小时为每日最强能量时刻,方位角为正向南偏转95为最佳。支架材质按强度设计要求选用刚质结构,支架强度应最低限度能承受太阳能电池方阵自重和风压相加的最大荷重,因工作环境较恶劣,支架表面处理应采取热浸镀锌后喷塑烤制的处理工艺,支架在屋顶安装应考虑防水层的情况,根据实地情况尽量采取混凝土埋入L型地脚螺栓或化工铆接件固定支架,1假想荷重太阳能电池方阵的假想荷重包括持久作用的固定荷重和自然界外力的风压荷重、积雪荷重及地震荷重等,本设计也充分考虑了因温度变化产生的温度荷重,但因地区环境温度和最大温

20、差数值较小,温度荷重与其它荷重相比可忽略不计。2固定荷重固定荷重是指太阳能电池方阵组件质量和支撑物等质量的总和。3风压荷重风压荷重是假想荷重中最大的荷重,太阳能电池方阵因风引起的损坏多数在强风时发生,因此本设计中的风压荷重只适用于防止因强风导致的破坏为目的。风压荷重W=CwxqxAw 式中Cw风力系数 方阵逆风时系数取1.43,支架采用槽钢时系数取2.1 q速度压N/m2 Aw受风面积m2速度压q=q0xaxIxJ q0基准速度压a高度补偿系数a=h/h01/n方阵的地面以上高度,h0=10,n=5I用途系数 普通太阳能发电系统取1J环境系数 中层建筑物分布区域取0.7对于设计速度压,在我国建

21、筑地基基础工程施工质量验收规GB 50202、钢结构工程施工质量验收规GB 50205中相关规定,建筑物高度16m以下的部分用q=60xh 计算,超过16m的部分用q=120x4h 计算,充分考虑太阳能电池方阵的结构更近于钢结构,因此基准速度压由下式算出：q0=1/2xxV02空气密度风速NS2/m4从安全角度考虑,取冬天较大的值：1.274 NS2/m4V0设计用基准m/s取地区近50年出现的最大实时风速,50m/s由上所述,风压荷重取值W=4积雪荷重积雪荷重是考虑冬季较大降雪时,积雪不能及时滑落对支架受力负荷,S=CsxPxZsxAsCs坡度系数,45面上坡度系数取0.5P雪的平均单位质量

22、相当于积雪厚度1cm面积为1m2的质量,N/m2一般为19.6Zs地上垂直最深积雪量cm,地区可尽量取小值As积雪面积方阵面积m2由上所述,积雪荷重取值S=5地震荷重地震荷重主要与系统固定荷重有关,计算式如下：K=C1xGC1地震层抗剪系数C1=ZxRtxAixC0Z地震地域系数,查地区地震地域系数为0.3Rt震动特性系数,查地区震动特性系数为0.5Ai层抗剪分布系数,查地区层抗剪分布系数为0.5C0标准抗剪系数由上所述,地震荷重取值K=1.056支架材料及其允许应力按照地面用晶体硅光伏组件设计鉴定和定型GB/T 9535-1998等同IEC61215、家用太阳能光伏电源系统技术条件和试验方法

23、GB/T 19064-2003、地面用光伏PV发电系统概述和导则GB/T18479中相关规定,太阳能电池方阵支架主筋采用5#热轧轻型槽钢10Q,主筋指方阵主要框架结构,接地四边、方阵所有立杆、方阵上面边框等主要部位均采用槽钢结构,其余非主要部位如斜拉筋、框间、杆间架加强筋采用GB/T9787-1988热轧等边角钢,所有连接部位均采用GB/T5780-2000六角头螺栓,每处连接副间均采用平垫片和弹簧垫片相结合的结构,在接地等主要部位还应设置双螺母的保险措施。结构主筋钢材允许应力指标如下：1、允许拉伸力：r/1.52、允许压缩应力：r/1.53、允许弯曲应力：r/1.54、允许剪切应力：r/1.

24、535、允许支撑应力：1.1xrr为钢材的屈服点应力N/cm2螺栓的允许应力同上；焊接部位焊缝的截面允许应力应满足如下标准：1、对焊接头的允许应力,应符合与被结合母材的允许拉伸力；2、角焊接头的允许应力,应符合与被结合母材的允许剪切应力；3、焊接不同钢材的场合,允许应力取被结合母材的允许应力中最小值；4、铝合金焊接时应考虑焊弧引起的高温将导致退火强度降低。相关应力数值参照下表：钢材长期161701617016170931026950SS400短期2450024500245001372040180螺栓长期-11760-882029400SS400短期-17640-1323044100铝合金长期7

25、15471547154411698006063-t5短期1078010780107806272147007太阳能电池方阵支架强度计算本项目中电站共计采用200w电池板30块,结合我公司以往施工经验,在10m以下楼顶采用2-3层方阵布置,在10m以上楼顶采用1-2层方阵布置。电站相关部件详列如下：序号部件名称数量材质处理工艺备注1太阳能电池组件30热浸镀锌1600x1065x552方阵框架GB/T9787-1988热轧等边角钢热浸镀锌50x50x53斜拉臂GB/T9787-1988热轧等边角钢热浸镀锌4立柱5#热轧轻型槽钢10Q热浸镀锌5框架安装螺栓GB/T5780-2000热浸镀锌六角头螺栓6斜拉臂安装螺栓GB/T5780-2000热浸镀锌六角头螺栓7基础安装螺栓GB/T5780-2000热浸镀锌六角头螺栓本系统中采用太阳能电池板长边横放,每列设计2块,每横排设计15块,在整个方阵的中间加装加强横撑,连接部位均采用满焊后镀锌处理,方阵上平面与斜拉臂采用螺栓铰接方式,所有主要部位交接螺栓均采用M16GB级六角头螺栓,电池板与上平面间连接采用M8级六角头螺栓,斜拉臂与底边框也采用螺栓铰接方式,以便于在一定围角度调整。底边框与楼顶间采用膨胀螺栓直接连接,膨胀螺栓涨紧后螺栓周围用防水材料处理完好。按照前述方阵角度45,本方案总高度约在2米左右,按前述计算方式,采用固定荷重G和因暴风雨产