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太阳能光伏电站项目方案书离网
5KWp太阳能光伏离网电站
系统设计方案
北京昌日新能源科技有限公司
2015年09月
系统设计方案
一、工程概况
1.工程名称：
5KWp太阳能光伏离网电站
2.太阳能直流额定发电功率：
5KW。
3.太阳能电池：
多晶硅电池组件
4.系统形式：
离网
5.简要说明：
光伏系统总直流额定发电功率5KW,共计采用20块250Wp多晶硅电池板，光伏系统能安全、稳定可靠的运行，并通过先进的显示与监控系统实时监测光伏系统运行状况及数据。
总负载为1000W，日工作时间为7小时。
二.系统设计遵循的相关标准
GB/T9535地面用晶体硅光伏组件设计鉴和与定型（GB/T9535-1998，eqvIEC1215:
1993）
GB/T19064家用太阳能光伏电源系统技术条件和试验方法（GB/T19064-2003）
GB/T19638.2固定型阀控密封式铅酸蓄电池（GB/T19638.2-2005）
GB/T19639.1小型阀控密封式铅酸蓄电池技术条件（GB/T19639.1-2005）
三.系统主要设备
1太阳能电池板：
250Wp20块
2光伏电站智能控制器：
48V60A2台（含配电柜）
3离网式逆变器：
220V5KVA1台
4密封免维护阀控式胶体蓄电池：
2V800Ah4只
56路阵列接线箱：
2台
⑥交流配电箱：
1台
四．系统工作原理概述
太阳能系统独立供电并以电网供电为备用电源系统
系统将白天太阳电池产生的电能通过控制器将能量储存于蓄电池中，夜晚蓄电池的电能通过控制器和逆变器将电能输送给用电设备；
原理见下图：
其主要部件为：
a.太阳能电池阵列：
用于吸收太阳能量，将光能转化为直流电。
阵列是将电池板通过串联的方式达到系统设计所要求的电压。
b．阵列接线箱：
将串联后的多组太阳能电池组并联汇流。
箱内设有隔离二极管及防雷装置。
c、控制器：
控制蓄电池的充电和放电，有蓄电池的电池阵列进行有效的保护。
在不同类型的光伏发电系统中控制器各不相同，其功能的多少及复杂程度差别很大，需根据发电系统的要求确定。
一般系统采用PWM和开关串联充电方式，要求有防过充、过放、过载、短路保护、防反接等电子保护等功能。
d、逆变器：
其功能是将直流转换成交流电供负载使用。
逆变器的交流输出电源为标准正弦波，具有可靠性高，波形失真小，保护功能全等特点。
逆变器输出端的交流旁路，可实现光伏系统供电和电网供电的自动切换。
e、蓄电池：
用于贮存电池阵列产生的电能，在负载需要供电时，向负载提供电能。
目前我国常用于太阳能发电系统的蓄电池有：
阀控式铅酸免维护蓄电池和胶体电池。
五．方案设计
5.1设计原则
1）安全原则
系统设计防雷击等各种保护；外部接线保证无金属裸露；系统维修安装或拆除零部件时，保证有不同的开关切断所有电源，避免带电操作，太阳能支架及其它附属相关设备材料：
太阳能电池支架风力系数32m/s。
2）可靠性原则
系统设计和分部件采用成熟的技术和国际先进的产品，设备容量安全系数最小值120%。
包括控制器、逆变器、接线箱和电缆导线等。
3）高效原则
考虑到光伏发电系统组成的特点和用户的具体情况，在系统设计和设备选型时，充分考虑系统工作时的效率，特别要提高系统轻载的效率。
4）美观性原则
由于本项目的公众影响力，美观与否十分重要。
太阳能电池组件安装时布局设计与安装方式应与现场环境密切配合，保持现场整体的风格和美观。
5）无遮挡原则
为了增加光伏阵列的能量输出，所有的太阳能电池组件均应普照在阳光下，并获得尽可能大的太阳辐射。
太阳能电池组件应避免互相遮光，以及被数目及屋顶四角阴影遮挡，保证所有电池组件全天得到光照。
太阳能光伏发电系统应在可能条件下，通过对太阳光伏阵列的安排，获得最大的能量输出。
6）线损原则
为了实现尽可能多的获得发电量，从太阳能电池组件到控制器以及从逆变器到用电负荷的电力电缆应尽可能保持在最短距离：
减小线路的压降损失，同时严格控制线缆的电流密度，提高系统的输出能量；由于连接电缆的长度较长，应尽可能按最短距离布置电缆。
5.2电站设计说明
太阳能光伏电站最基本的三大部分是发电单元（太阳电池方阵）、贮能单元（蓄电池组）和逆变器，三者相互联系又彼此独立，依据各自的约束条件来确定容量。
其中，太阳电池方阵决定了系统可能的发电量，逆变器的容量依据负荷的总功率来确定，蓄电池组的容量由平均每天的充放电量和需要保证的无日照连续供电天数，最大允许放电深度等参数确定。
为了保证以上三大部分的正常工作，特别是保护蓄电池避免因过充电或过放电造成损坏，控制器也是太阳能光伏电站必须配置的设备。
直流配电柜能控制阵列的通断及实现阵列输入的二级防雷保护，交流配电柜主要是起到分配对外负载的供电，计量各用电回路的用电量和安全保护等作用，以上六种设备构成了太阳能光伏电站的基本设备。
在本设计中，根据我公司多年的设计施工的实际经验，又增加了一些必要的安全防护设备，包括限荷设备、监控系统等，从而使整个系统的可靠性和可观性大大提高。
5.3电池板角度选择
太阳能电池组件表面应垂直朝向太阳，以减少电池组件表面阳光的损失，可以提高电池组件的输出效率，因此电池组件应有一定的倾角。
太阳能电池阵列倾角既要满足尽可能多地接受到太阳辐射,又要满足全年每月接受到的太阳辐射量均匀平衡,还要满足太阳辐射最小月的负荷用电，根据哈萨克斯坦的纬度，电池板倾角取整后应为40±5度，方向正南。
5.4电站系统工作电压的确定
系统的直流额定工作电压是系统各部分相互配合的重要参数。
一般来说，此值选的太低将使直流损失增大，选的太高会对采用辅助电源（如市电旁路）充电造成一些困难，也会对安全性带来一些负面的影响。
对于5千瓦级的光伏发电站,选取48V的电压等级比较合适。
5.5主要设备选型原则
近年来，光伏发电系统已在我国得到了越来越广泛的应用，其中许多装置是用来提供生活用电。
实践证明，此技术已经非常成熟。
光伏电站的技术性能和技术指标的实现是依靠高质量的硬件设备所支持的。
本设计是按照高可靠性，少操作、少维护并能满足项目技术要求的原则进行的。
5.6太阳电池阵列及支架设计
光伏系统根据其额定功率的大小，由光伏电池组件以串并联的方式组成光伏电池阵列。
在计算每一子方阵组件串联数时要做到与系统的工作电压相配，以保证方阵在对蓄电池组充电时尽量工作在方阵的最大功率点附近，才能保证系统得到最大的发电量。
在计算时还应特别注意组件的负温度系数。
根据项目面积尺寸情况，本电站为两个方阵，每个方阵长约5米米，宽度约3.3米，倾角40±5度，方阵可铺1650*992的250Wp多晶硅太阳电池组件10块（2×5），总功率2.5KWp，采用2串6并，串联电压48V，通过组件串联的方式组成的子方阵可以满足48V的系统额定工作电压。
光伏阵列布置实景效果图如下：
支架用于太阳电池组件的固定，使太阳电池组件具有一定的倾角和相对太阳的方向，以保证其最大限度地接受阳光。
对支架的要求是防腐蚀，牢固，抗大风，便于太阳电池组件的安装、维护。
方阵支架采用专门设计的固定安装的支架，该支架牢固可靠，能抗32m／s的大风。
支架和紧固件表面做镀锌处理，此方阵支架安装更换太阳电池组件方便，有利于维修、维护。
同时在设计时要考虑光伏阵列之间的间距，以免阴影遮挡影响电池组件的发电效率。
对于大型光伏发电系统，为了减少光伏组件与逆变器之间连接线，方便维护，提高可靠性，一般需要在光伏组件与逆变器之间增加直流汇流装置。
本光伏阵列设计中，采用2块组件串联构成48V电压等级，再将6个串列接入光伏阵列防雷汇流箱进行汇流，通过防雷器与断路器后输出，方便了后级控制器的接入，防雷汇流箱的结构（光伏阵列中选择6路输入），通过2个控制器为蓄电池充电，控制器设有1路直流输入端口。
5.7蓄电池组选型设计
蓄电池组是供电系统中使用寿命最短的部件，到一定时间后要进行更新，所以，选型时寿命指标是很重要的参数。
蓄电池的种类和类型很多，目前在独立光伏电站中常用的蓄电池主要为铅酸蓄电池和胶体蓄电池。
出于对系统性能和可靠性的高要求，本设计选用胶体蓄电池，其主要特点为：
1、比较好的深循环能力，有着很好的过充和过放能力。
2、长寿命，特殊的工艺设计和胶体电解质保证此类电池的长寿命。
3、适用于不同的环境，在高海拔，高温，低温等不同的条件下都能正常使用。
系统直流侧额定电压设计为48V，由24节2伏/节的蓄电池组成蓄电池阵列单元。
按通常设计要求，发电量应略大于每天负荷用电量，考虑用电负荷中存在感性及容性负载，每天负荷用电量取实际发电量的80%，蓄电池容量应至少满足负载3天用电的储备，，且蓄电池最大放电深度80%，遇到阴雨天充电不足时。
经计算得出800Ah/48V，采用4只12V800Ah串联的连接方式。
蓄电池组容量可以满足连续3天阴雨天。
5.9控制器的选型设计
控制器是光伏发电系统的重要设备之一，它最重要的作用是可以保护蓄电池，以避免过早损坏。
在不同类型的光伏发电系统中控制器各不相同，其功能的多少及复杂程度差别很大，需根据发电系统的要求及重要程度来确定。
控制器通过对蓄电池的充放电电压、充放电电流的监测，控制太阳电池阵列的输入及系统输出，负责系统的电能监控、管理。
系统要求有完善的保护功能。
为使充电更加充分，尽量减少光伏子方阵进入控制器之前的并接组数，本系统选用：
太阳能充放电控制器48V60A2台
本项目中应用的太阳能控制器采用模块化和分级控制的设计方法,对蓄电池组进行充、放电管理太阳能光伏阵列发出的直流电力，经过智能控制器对蓄电池充电，在蓄电池未充满时，控制器的作用是最大限度地对蓄电池充电，当蓄电池被充满时，控制太阳能发出的电力，使蓄电池处于浮充状态，当蓄电池放电至接近蓄电池过放点电压时，控制器将发出蓄电池电量不足告警并切断蓄电池的放电回路，以保护蓄电池。
控制器采用的是阶梯式逐级限流控制方式，该模式能根据蓄电池的电量自动调整充电电流的大小，既满足了蓄电池的充电电流-电压规律，又控制蓄电池不过充和过放，具有可靠性高，无纹波，适合任何控制对象等优点。
5.10逆变器选型设计
逆变器也是光伏发电系统关键设备之一。
逆变器是将蓄电池的直流电转换成380V、50Hz交流电的设备，也是发电系统中最容易受到因外部输电线路短路，过载，雷电波侵入等原因造成损坏的设备。
合理的选型，采用高质量、高可靠性、保护功能完善的设备，可以使整个发电系统的可靠性大大提高，本设计中采用的是输出为正弦波的逆变器，其输出功率与光伏装机容量相当，电路原理图如下：
系统运行时设置为交流市电和逆变电源输出的交流电互为备用，即一旦直流断电或逆变器自身出现故障，则自动切换至交流市电给负载供电，当故障排除即逆变器可正常供电时，逆变器将自动切换由蓄电池组逆变供电，这种互为热备份供电方式大大提高了供电的可靠性。
为避免在使用过程中，逆变输出的三相中接入负载差异较大引起的设备损坏，针对本项目特制了可三相不平衡输出的特殊逆变器，选择功率为：
1台48V5kVA逆变器
5.11避雷及接地保护
防雷设计包括建筑物或露天设备防雷和室内电器设备安全防护两大部分，设计中考虑了防直击雷、防止雷电感应、防止雷电波侵入的三种防雷措施。
本设计采用多重多级防护以确保光伏电站的安全。
防止直击雷措施
直击雷对电站的危害主要表现在对光伏阵列和机房的破坏，防护措施为：
设立独立或借用附近的避雷针，保护包括所有光伏阵列和机房。
按GB50057—1997采取“滚球法”计算其保护半径。
·光伏阵列支架可靠接地。
防止雷电感应措施
·将机房内的全部金属物，包括设备金属外壳、机架、金属管道、电缆金属外皮等可靠接地。
·每台（件）金属物用专用接地线单独接入接地干线。
防止雷电波侵入措施
雷电波入侵的主要途径是光伏阵列引入线。
设计时应采取多级防护措施进行保护。
·在方阵接线箱内安装防雷模块，作为一级防护。
·在直流输入线进入室内后加装避雷隔离箱作为二级防护（位于直流配电柜内）。
隔离箱的位置尽量远离室内其它设备。
·在逆变器输出线路中设有防雷模块作为三级防护（位于交流配电柜内）。
接地网
防雷接地和系统安全接地单独设置，太阳能金属支架应接进防雷地，系统设备的接地端与建筑地相连，接地电阻值分别小于等于4Ω和10Ω。
5.12系统报价
日工作10小时，连续3个阴雨天，采用铅酸蓄电池。
序号
名称
规格
单位
数量
备注
1
电池组件
36.6V/250Wp
块
20
多晶硅
2
蓄电池
12V/800AH
块
4
免维护铅酸
3
控制器
48V/60A
台
2
4
逆变器
5KW
台
1
5
电池板支架
配套
套
0
当地配套制作
6
控制柜
配套
套
2
7
配件
配套
套
1
8
单套材料报价
￥96700.00
9
备注
1、本报价为我公司出厂价格，含税不含运费，不包含整套系统的安装和施工费用；
2、报价为50套以上的价格，50套以下，增加10%；
3、报价有效期为即日起60个日历日内；
4、报价日期：
2015年09月28日；报价单位：
人民币元
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