独立光伏电站集中供电及用户光伏系统分散供电的设计安装及维修方案.doc

独立光伏电站集中供电及用户光伏系统分散供电的设计安装及维修方案 独立光伏电站是独立光伏系统中规模较大的应用。它的主要特点就是集中供电，如在一个十几户的村庄就可建立光伏电站来利用太阳能，当然这是在该村庄地理位置较偏远，无法直接利用电力公司电能的情况下，所能用到的方法。用这种方式供电便于统一管理和维护。而户用系统是采用分散供电的方式提供电能，如果要在该村庄安装户用光伏系统，这样每一户都得需这么一套光伏系统，它比起独立光伏电站来，所需的元器件规格要小，控制器、逆变器和蓄电池及负载都比较小，但是独立光伏电站和户用光伏系统基本结构是完全一致的，我们将它们统称为独立光伏系统，下面我们就介绍这种独立光伏系统的设计，安装和维修。独立光伏系统的设计 如图8.27，所示，系统设计工作从收集太阳能数据和计算负载大小开始，然后确定系统各部分规格，（蓄电池、控制器、逆变器），然后选择适当的导线进行安装，这才是整个的设计过程，当然一个完整的系统设计还应包括操作和维修的计划。操作和维修 计划系统设计系统规格负载计算太阳能数据 图8.27 系统设计框图 在系统设计正式开始之前，设计者应尽量做到：（1）设计尽量简单化，这样可以提高系统的可靠性。（2）了解系统的效率，适当设计系统效率，若不合实际地把效率定在99%以上，其成本是昂贵的。（3）在估算负载时要考虑周到，并要有一定的裕度。（4）反复计算核查当地的天气资源，获得该地区的太阳辐射能资源，对太阳辐射的错误估计将会大大影响系统的作用。（5）在设计系统前了解安装地点，去当地考察一下，这样对设备安置走线，保护和地带特性都有所了解。此外还要做到：仔细安装系统，安全第一，定期维修。 系统设计者知道在设计光伏系统中，每一个决定都将影响到它的成本。如果由于不现实的要求而使系统过大，将使系统首期成本有不必要的增长。若使用不耐用的部分，则维修和替换成本将增加。如果在系统设计过程中选择不正确则很容易使整个系统寿命周期成本翻一番。在设计您的光伏系统时要符合实际、灵活的原则。 对太阳辐照前面已经讲过这里就不再重复了。 任何一个光伏系统设计者的第一项工作是确定系统的负载。这些负载估算是设计及独立光伏系统成本的重要因素之一。一个电器所需的功率可以测量出来或由制造商提供。然后把电器每日，每周，每月所用的时间估算出来。对户用系统（和其它许多系统）负载所用的时间是可以控制的。实际上，每个电器所估算使用时间须再加裕量（如10%等），不过这将增加光伏系统的规格和成本。对于经常使用的物品的替代（或考虑大的或可变负载决定他们是否可省去由其它来源的能量供电），如用荧光灯替代白炽灯，它们在提供同样的光强时荧光灯与白炽灯相比耗电很少。由于使用了逆变器，增加了系统复杂性，在直流变交流过程中产生1015%的损失，这样在估算负载时需考虑这一项。如果使用直流负载如直流节能灯等，就可以避免直流变交流的这部分损失，直流灯和电器通常较贵，但效率高，使用寿命长，而交流电器种类繁多，但效率通常较低。 对独立光做系统的工作电压的选择决定于负载所需的电压和总的电流。 如果系统电压设置成为与最大负载电压相等，则这些负载可直接到系统的输出端。然而，对于限制电流为100A的系统的任何部分，在任何电源电路中电流应在20A以下，使电流低于推荐值就可使用标准的、普通的电气设备和导线。当负载需要交流电源时，直流系统电压应根据逆变器的特性而定。 一些基本的规则有：（1）直流负载电压通常是12V或12V的倍数，如24V、36V，48V等，对直流系统，系统电压应为最大负载所需的电压。大多数直流光伏系统在12V下小于1千瓦。此时最大电流应为1000/12=83。3A。、（2）如果负载需不同的直流电压，选择具有最大电流的电压作为系统电压，对于负载所需电压与系统电压不一致时可用直流直流转换器来提供所需的电压。（3）独立光伏系统的绝大多数交流负载在120V下工作。研究逆变器的有关说明，会得到关于总的或瞬时所需交流功率的说明。选择一个能满足负载和保持直流电流小于100A的逆变器。在忽略功率因子和损耗的情况下，下列等式成立： 交流功率=（交流电压）（交流电流） 直流功率=（直流电压）（直流电流） 例如：如果交流负载是2400瓦，交流电压是120V，则交流电流需20A。（不包括逆变器损耗）直流功率也为2400瓦，如果是12V逆变器则应为200A，这是不可行的。用24V或48V逆变器使电流输入为100A或50A。切记，当电流值升高时，导线和开关的成本亦会升高。 选择逆变器是相当重要的，它影响系统的特性和成本。通常，效率和功率调整能力在较高直流电压下更好，如一个48V的系统通常比一个12V的系统更有效。在确定系统电压时，应从各方面收集关于逆变器，可用性，成本和容量信息等。 另一个需要考虑的因素是当电压增加时，在阵列和存储子系统中基本结构单元也变大了。例如，一个48V系统有4块光伏组件串联而形成了基本的结构单元。给系统增加一点电流意味着要买4块附加的光伏组件。然而高的电压具有只需小的电流就可以达到同样功率的优点。因为大的电流意味着大的导线尺寸，昂贵和较难找到保险、开关和接触器等。成本，元件效率和开关对于一个好的系统设计是至关重要的。独立光伏系统的安装 在主要部件都已选择好，那就应该把各个部件连起来成为一个工作系统。选择正确的导线，连接器和保护元件（如开关，保险等）是非常重要的，它们可以保证一个系统工作20年以上。用合适的工具工作以维持长久连接，记住，整个系统的性能及可靠性依赖于每一个连接。 如果能正确地使用、良好地设计和认真地安装，那么独立光伏系统将会成为20年以上的可靠的能量来源。 阵列的安装：独立光伏系统的阵列的安装有许多独特和创新的方法。但在安装中总有一些共同的问题，如阵列是固定式的还是跟踪式的？是安装在地上，杆上或是建筑物上？在阵列小系统中必须安装一个开关或断路器，这样在维修阵列时能断开阵列。阵列回路中的保险和电缆应可承受最大电流，即由短期“云聚焦”形成的在1000W/m2照度下短路电流的1.5倍。为了使光伏阵列安装的牢固，并且可长年承受各种天气的考验。无论是买还是自己安装框架都要保证它的稳定和组件的牢靠。如果阵列是跟踪式的，建议使用单轴跟踪系统，它只需要很少的控制和能量。跟踪系统可使阵列准确地跟踪太阳。在有大风的地区，应该使用电力驱动的跟踪。如果需要在屋顶安装，那么要保证阵列下面允许新鲜的空气通过，如果阵列离开屋顶至少3英寸时，阵列上组件的温度就不会升高。 蓄电池的安装。电池是必须保护的部件。如果会出现结冰温度，那么电池必须安装在水密性的盒子内并埋于地下霜冻线以下或者是将电池置于能保持温度高于0度的建筑物中。如果要埋电池，应选择一个排水性良好的地点，且为电池挖一个排水孔。电池不应直接放在水泥面上，因为这样会增加自放电，这种情况在表面潮湿的水泥面上更为严重。如果用开放式电池则必须提供放气，以免引起爆炸。任何电池均应放在那些非专业人员接触不到的地方，尤其是不要让小孩靠近电池。 控制器和逆变器通常会与开关、保险等安装在控制中心内。控制器必须安装在接线盒中，且能把其他元件如二极管等固定在其上。过热会缩短电池寿命，故接线盒应安置在荫凉通风的地方。控制器不要与电池安装在一起，因为电池产生的腐蚀气体可能引起电子元件失效。逆变器应安装在可控制环境中，因为过高的温度和大量的灰尘会减少逆变器的寿命且可能引起故障。逆变器也不应同电池安装在同一盒内，因为腐蚀性气体破坏电子元件而逆变器开关动作时产生的火花可能会引起爆炸。但是为了减少导线的阻抗损失，逆变器应安装在尽可能靠近电池的地方。在逆变为交流电时，因为交流电压通常比直流电压高，所以逆变器的输出端的导线尺寸可以缩小一些。逆变器的输入输出回路应有保险或断路器。这些保险器件应安装在醒目的位置上，且其上标注清晰。在大多数地区建议在逆变器的输入端使用浪涌保护器以防止闪电引起的冲击电流。用像促动器这类部件可把浪涌电流旁路入地，这样，闪电可能会损坏促动器，却保护了昂贵的逆变器。 最后还要强调的一点是在安装时不要忽视接地的工作它是关系到人和设备的安全问题，应认真对待。维修 预防性维修是最好的维修，所以应该定期对独立光伏系统定期检查。这样，可以在小问题变成大问题之前就发现并处理之。即使系统是刚安装不久,感觉系统工作正常也应该开始检修了。大部分的检查用电压表，电流表和某些常识就能进行。定期检查可使系统故障前其隐患就能得以清除，应该作以下检查：（1）检查系统中所有连接的紧密度、牢固性。电池的连接应清洁，用抗腐蚀剂密封。（2）检查电解液水平，如果需要就加入纯净（蒸馏）水，但不要加得太满。应每年检测一次每个电池的标称比重。标称比重是电池充电状态（SOC）的反映，但如果电解液分层了，测量就有会误差。应检查电池中不同层的标称重量确定电解液是否分层。如果电解液分层了，就要对电池充分充电以混合电解液。如果电解液的标称比重比别的电池差0.05，就意味着这个电池不行了。需要进一步监测这个电池的性能看是否需要更换。（3）在有负载的情况下，检查每一个电池电压，把这些电压与所有电池电压的平均值相对比。如果一个电池与其它和差0.05V，可能就会有问题了。监测该电池的性能看是否需要替换。（4）检查系统走线。如果有导线露出来，就查找裂处，检查绝缘性，检查所有接线盒的接入和接出点，检查绝缘处有否破裂。如果需要就更换导线而不能依靠用黑胶布来起长期绝缘的作用。（5）检查所有导线盒是否关上（封上），看看有无水的破坏和腐蚀。如果电子元件是安装在接线盒中，检查盒中通风状况,更换或清理空气过滤器。（6）检查阵列安装框架或跟踪机械，保养各种系紧的支架。（7）检查开关的工作，确定开关的动作是否正确。查看接点附近有无腐蚀和炭化。用电压表检查保险，若电压为0则保险正常。 按照这些维护方面去做可以增加系统的利用率，延长系统的寿命。 故障检修。如果知道已经出了问题，通过测试和分析结果就可确定其位置的一些基本的测试，用电压表电流表，比重计，钳子、螺丝刀和可调板手来完成。在检修时建议带上手套，防护镜和胶鞋。在检测电路前要保证两个人都知道电源开关在何处，怎样操作。记住，安全第一，只要有太阳，阵列就会产生电力，而且两个以上的组件在最坏的天气状况下所产生的电能就能死一个人。应经常测量将要触摸的导线的和接触器的电压，在知道导线电压、电流之前不要断开连接。 11