獨(dú)立光伏電站集中供電及用戶(hù)光伏系統(tǒng)分散供電的設(shè)計(jì)安裝及維修方案

PAGE1PAGE38獨(dú)立光伏電站集中供電及用戶(hù)光伏系統(tǒng)分散供電的設(shè)計(jì)安裝及維修方案獨(dú)立光伏電站是獨(dú)立光伏系統(tǒng)中規(guī)模較大的應(yīng)用。它的主要特點(diǎn)就是集中供電，如在一個(gè)十幾戶(hù)的村莊就可建立光伏電站來(lái)利用太陽(yáng)能，當(dāng)然這是在該村莊地理位置較偏遠(yuǎn)，無(wú)法直接利用電力公司電能的情況下，所能用到的方法。用這種方式供電便于統(tǒng)一管理和維護(hù)。而戶(hù)用系統(tǒng)是采用分散供電的方式提供電能，如果要在該村莊安裝戶(hù)用光伏系統(tǒng)，這樣每一戶(hù)都得需這么一套光伏系統(tǒng)，它比起獨(dú)立光伏電站來(lái)，所需的元器件規(guī)格要小，控制器、逆變器和蓄電池及負(fù)載都比較小，但是獨(dú)立光伏電站和戶(hù)用光伏系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)是完全一致的，我們將它們統(tǒng)稱(chēng)為獨(dú)立光伏系統(tǒng)，下面我們就介紹這種獨(dú)立光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，安裝和維修。獨(dú)立光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)如圖8.27，所示，系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作從收集太陽(yáng)能數(shù)據(jù)和計(jì)算負(fù)載大小開(kāi)始，然后確定系統(tǒng)各部分規(guī)格，（蓄電池、控制器、逆變器），然后選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)線(xiàn)進(jìn)行安裝，這才是整個(gè)的設(shè)計(jì)過(guò)程，當(dāng)然一個(gè)完整的系統(tǒng)設(shè)計(jì)還應(yīng)包括操作和維修的計(jì)劃。操作和維修操作和維修計(jì)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)規(guī)格負(fù)載計(jì)算太陽(yáng)能數(shù)據(jù)圖8.27系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖在系統(tǒng)設(shè)計(jì)正式開(kāi)始之前，設(shè)計(jì)者應(yīng)盡量做到：（1）設(shè)計(jì)盡量簡(jiǎn)單化，這樣可以提高系統(tǒng)的可靠性。（2）了解系統(tǒng)的效率，適當(dāng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)效率，若不合實(shí)際地把效率定在99%以上，其成本是昂貴的。（3）在估算負(fù)載時(shí)要考慮周到，并要有一定的裕度。（4）反復(fù)計(jì)算核查當(dāng)?shù)氐奶鞖赓Y源，獲得該地區(qū)的太陽(yáng)輻射能資源，對(duì)太陽(yáng)輻射的錯(cuò)誤估計(jì)將會(huì)大大影響系統(tǒng)的作用。（5）在設(shè)計(jì)系統(tǒng)前了解安裝地點(diǎn)，去當(dāng)?shù)乜疾煲幌?，這樣對(duì)設(shè)備安置走線(xiàn)，保護(hù)和地帶特性都有所了解。此外還要做到：仔細(xì)安裝系統(tǒng)，安全第一，定期維修。系統(tǒng)設(shè)計(jì)者知道在設(shè)計(jì)光伏系統(tǒng)中，每一個(gè)決定都將影響到它的成本。如果由于不現(xiàn)實(shí)的要求而使系統(tǒng)過(guò)大，將使系統(tǒng)首期成本有不必要的增長(zhǎng)。若使用不耐用的部分，則維修和替換成本將增加。如果在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中選擇不正確則很容易使整個(gè)系統(tǒng)壽命周期成本翻一番。在設(shè)計(jì)您的光伏系統(tǒng)時(shí)要符合實(shí)際、靈活的原則。對(duì)太陽(yáng)輻照前面已經(jīng)講過(guò)這里就不再重復(fù)了。任何一個(gè)光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的第一項(xiàng)工作是確定系統(tǒng)的負(fù)載。這些負(fù)載估算是設(shè)計(jì)及獨(dú)立光伏系統(tǒng)成本的重要因素之一。一個(gè)電器所需的功率可以測(cè)量出來(lái)或由制造商提供。然后把電器每日，每周，每月所用的時(shí)間估算出來(lái)。對(duì)戶(hù)用系統(tǒng)（和其它許多系統(tǒng)）負(fù)載所用的時(shí)間是可以控制的。實(shí)際上，每個(gè)電器所估算使用時(shí)間須再加裕量（如10%等），不過(guò)這將增加光伏系統(tǒng)的規(guī)格和成本。對(duì)于經(jīng)常使用的物品的替代（或考慮大的或可變負(fù)載決定他們是否可省去由其它來(lái)源的能量供電），如用熒光燈替代白熾燈，它們?cè)谔峁┩瑯拥墓鈴?qiáng)時(shí)熒光燈與白熾燈相比耗電很少。由于使用了逆變器，增加了系統(tǒng)復(fù)雜性，在直流變交流過(guò)程中產(chǎn)生10~15%的損失，這樣在估算負(fù)載時(shí)需考慮這一項(xiàng)。如果使用直流負(fù)載如直流節(jié)能燈等，就可以避免直流變交流的這部分損失，直流燈和電器通常較貴，但效率高，使用壽命長(zhǎng)，而交流電器種類(lèi)繁多，但效率通常較低。對(duì)獨(dú)立光做系統(tǒng)的工作電壓的選擇決定于負(fù)載所需的電壓和總的電流。如果系統(tǒng)電壓設(shè)置成為與最大負(fù)載電壓相等，則這些負(fù)載可直接到系統(tǒng)的輸出端。然而，對(duì)于限制電流為100A的系統(tǒng)的任何部分，在任何電源電路中電流應(yīng)在20A以下，使電流低于推薦值就可使用標(biāo)準(zhǔn)的、普通的電氣設(shè)備和導(dǎo)線(xiàn)。當(dāng)負(fù)載需要交流電源時(shí)，直流系統(tǒng)電壓應(yīng)根據(jù)逆變器的特性而定。一些基本的規(guī)則有：（1）直流負(fù)載電壓通常是12V或12V的倍數(shù)，如24V、36V，48V等，對(duì)直流系統(tǒng)，系統(tǒng)電壓應(yīng)為最大負(fù)載所需的電壓。大多數(shù)直流光伏系統(tǒng)在12V下小于1千瓦。此時(shí)最大電流應(yīng)為1000/12=83。3A。、（2）如果負(fù)載需不同的直流電壓，選擇具有最大電流的電壓作為系統(tǒng)電壓，對(duì)于負(fù)載所需電壓與系統(tǒng)電壓不一致時(shí)可用直流—直流轉(zhuǎn)換器來(lái)提供所需的電壓。（3）獨(dú)立光伏系統(tǒng)的絕大多數(shù)交流負(fù)載在120V下工作。研究逆變器的有關(guān)說(shuō)明，會(huì)得到關(guān)于總的或瞬時(shí)所需交流功率的說(shuō)明。選擇一個(gè)能滿(mǎn)足負(fù)載和保持直流電流小于100A的逆變器。在忽略功率因子和損耗的情況下，下列等式成立：交流功率=（交流電壓）（交流電流）直流功率=（直流電壓）（直流電流）例如：如果交流負(fù)載是2400瓦，交流電壓是120V，則交流電流需20A。（不包括逆變器損耗）直流功率也為2400瓦，如果是12V逆變器則應(yīng)為200A，這是不可行的。用24V或48V逆變器使電流輸入為100A或50A。切記，當(dāng)電流值升高時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)和開(kāi)關(guān)的成本亦會(huì)升高。選擇逆變器是相當(dāng)重要的，它影響系統(tǒng)的特性和成本。通常，效率和功率調(diào)整能力在較高直流電壓下更好，如一個(gè)48V的系統(tǒng)通常比一個(gè)12V的系統(tǒng)更有效。在確定系統(tǒng)電壓時(shí)，應(yīng)從各方面收集關(guān)于逆變器，可用性，成本和容量信息等。另一個(gè)需要考慮的因素是當(dāng)電壓增加時(shí)，在陣列和存儲(chǔ)子系統(tǒng)中基本結(jié)構(gòu)單元也變大了。例如，一個(gè)48V系統(tǒng)有4塊光伏組件串聯(lián)而形成了基本的結(jié)構(gòu)單元。給系統(tǒng)增加一點(diǎn)電流意味著要買(mǎi)4塊附加的光伏組件。然而高的電壓具有只需小的電流就可以達(dá)到同樣功率的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)榇蟮碾娏饕馕吨蟮膶?dǎo)線(xiàn)尺寸，昂貴和較難找到保險(xiǎn)、開(kāi)關(guān)和接觸器等。成本，元件效率和開(kāi)關(guān)對(duì)于一個(gè)好的系統(tǒng)設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的。獨(dú)立光伏系統(tǒng)的安裝在主要部件都已選擇好，那就應(yīng)該把各個(gè)部件連起來(lái)成為一個(gè)工作系統(tǒng)。選擇正確的導(dǎo)線(xiàn)，連接器和保護(hù)元件（如開(kāi)關(guān)，保險(xiǎn)等）是非常重要的，它們可以保證一個(gè)系統(tǒng)工作20年以上。用合適的工具工作以維持長(zhǎng)久連接，記住，整個(gè)系統(tǒng)的性能及可靠性依賴(lài)于每一個(gè)連接。如果能正確地使用、良好地設(shè)計(jì)和認(rèn)真地安裝，那么獨(dú)立光伏系統(tǒng)將會(huì)成為20年以上的可靠的能量來(lái)源。陣列的安裝：獨(dú)立光伏系統(tǒng)的陣列的安裝有許多獨(dú)特和創(chuàng)新的方法。但在安裝中總有一些共同的問(wèn)題，如陣列是固定式的還是跟蹤式的？是安裝在地上，桿上或是建筑物上？在陣列小系統(tǒng)中必須安裝一個(gè)開(kāi)關(guān)或斷路器，這樣在維修陣列時(shí)能斷開(kāi)陣列。陣列回路中的保險(xiǎn)和電纜應(yīng)可承受最大電流，即由短期“云聚焦”形成的在1000W/m2照度下短路電流的1.5倍。為了使光伏陣列安裝的牢固，并且可長(zhǎng)年承受各種天氣的考驗(yàn)。無(wú)論是買(mǎi)還是自己安裝框架都要保證它的穩(wěn)定和組件的牢靠。如果陣列是跟蹤式的，建議使用單軸跟蹤系統(tǒng)，它只需要很少的控制和能量。跟蹤系統(tǒng)可使陣列準(zhǔn)確地跟蹤太陽(yáng)。在有大風(fēng)的地區(qū)，應(yīng)該使用電力驅(qū)動(dòng)的跟蹤。如果需要在屋頂安裝，那么要保證陣列下面允許新鮮的空氣通過(guò)，如果陣列離開(kāi)屋頂至少3英寸時(shí)，陣列上組件的溫度就不會(huì)升高。蓄電池的安裝。電池是必須保護(hù)的部件。如果會(huì)出現(xiàn)結(jié)冰溫度，那么電池必須安裝在水密性的盒子內(nèi)并埋于地下霜凍線(xiàn)以下或者是將電池置于能保持溫度高于0度的建筑物中。如果要埋電池，應(yīng)選擇一個(gè)排水性良好的地點(diǎn)，且為電池挖一個(gè)排水孔。電池不應(yīng)直接放在水泥面上，因?yàn)檫@樣會(huì)增加自放電，這種情況在表面潮濕的水泥面上更為嚴(yán)重。如果用開(kāi)放式電池則必須提供放氣，以免引起爆炸。任何電池均應(yīng)放在那些非專(zhuān)業(yè)人員接觸不到的地方，尤其是不要讓小孩靠近電池?？刂破骱湍孀兤魍ǔ?huì)與開(kāi)關(guān)、保險(xiǎn)等安裝在控制中心內(nèi)?？刂破鞅仨毎惭b在接線(xiàn)盒中，且能把其他元件如二極管等固定在其上。過(guò)熱會(huì)縮短電池壽命，故接線(xiàn)盒應(yīng)安置在蔭涼通風(fēng)的地方?？刂破鞑灰c電池安裝在一起，因?yàn)殡姵禺a(chǎn)生的腐蝕氣體可能引起電子元件失效。逆變器應(yīng)安裝在可控制環(huán)境中，因?yàn)檫^(guò)高的溫度和大量的灰塵會(huì)減少逆變器的壽命且可能引起故障。逆變器也不應(yīng)同電池安裝在同一盒內(nèi)，因?yàn)楦g性氣體破壞電子元件而逆變器開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的火花可能會(huì)引起爆炸。但是為了減少導(dǎo)線(xiàn)的阻抗損失，逆變器應(yīng)安裝在盡可能靠近電池的地方。在逆變?yōu)榻涣麟姇r(shí)，因?yàn)榻涣麟妷和ǔ１戎绷麟妷焊?，所以逆變器的輸出端的?dǎo)線(xiàn)尺寸可以縮小一些。逆變器的輸入輸出回路應(yīng)有保險(xiǎn)或斷路器。這些保險(xiǎn)器件應(yīng)安裝在醒目的位置上，且其上標(biāo)注清晰。在大多數(shù)地區(qū)建議在逆變器的輸入端使用浪涌保護(hù)器以防止閃電引起的沖擊電流。用像促動(dòng)器這類(lèi)部件可把浪涌電流旁路入地，這樣，閃電可能會(huì)損壞促動(dòng)器，卻保護(hù)了昂貴的逆變器。最后還要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是在安裝時(shí)不要忽視接地的工作它是關(guān)系到人和設(shè)備的安全問(wèn)題，應(yīng)認(rèn)真對(duì)待。維修預(yù)防性維修是最好的維修，所以應(yīng)該定期對(duì)獨(dú)立光伏系統(tǒng)定期檢查。這樣，可以在小問(wèn)題變成大問(wèn)題之前就發(fā)現(xiàn)并處理之。即使系統(tǒng)是剛安裝不久,感覺(jué)系統(tǒng)工作正常也應(yīng)該開(kāi)始檢修了。大部分的檢查用電壓表，電流表和某些常識(shí)就能進(jìn)行。定期檢查可使系統(tǒng)故障前其隱患就能得以清除，應(yīng)該作以下檢查：（1）檢查系統(tǒng)中所有連接的緊密度、牢固性。電池的連接應(yīng)清潔，用抗腐蝕劑密封。（2）檢查電解液水平，如果需要就加入純凈（蒸餾）水，但不要加得太滿(mǎn)。應(yīng)每年檢測(cè)一次每個(gè)電池的標(biāo)稱(chēng)比重。標(biāo)稱(chēng)比重是電池充電狀態(tài)（SOC）的反映，但如果電解液分層了，測(cè)量就有會(huì)誤差。應(yīng)檢查電池中不同層的標(biāo)稱(chēng)重量確定電解液是否分層。如果電解液分層了，就要對(duì)電池充分充電以混合電解液。如果電解液的標(biāo)稱(chēng)比重比別的電池差0.05，就意味著這個(gè)電池不行了。需要進(jìn)一步監(jiān)測(cè)這個(gè)電池的性能看是否需要更換。（3）在有負(fù)載的情況下，檢查每一個(gè)電池電壓，把這些電壓與所有電池電壓的平均值相對(duì)比。如果一個(gè)電池與其它和差0.05V，可能就會(huì)有問(wèn)題了。監(jiān)測(cè)該電池的性能看是否需要替換。（4）檢查系統(tǒng)走線(xiàn)。如果有導(dǎo)線(xiàn)露出來(lái)，就查找裂處，檢查絕緣性，檢查所有接線(xiàn)盒的接入和接出點(diǎn)，檢查絕緣處有否破裂。如果需要就更換導(dǎo)線(xiàn)而不能依靠用黑膠布來(lái)起長(zhǎng)期絕緣的作用。（5）檢查所有導(dǎo)線(xiàn)盒是否關(guān)上（封上），看看有無(wú)水的破壞和腐蝕。如果電子元件是安裝在接線(xiàn)盒中，檢查盒中通風(fēng)狀況,更換或清理空氣過(guò)濾器。（6）檢查陣列安裝框架或跟蹤機(jī)械，保養(yǎng)各種系緊的支架。（7）檢查開(kāi)關(guān)的工作，確定開(kāi)關(guān)的動(dòng)作是否正確。查看接點(diǎn)附近有無(wú)腐蝕和炭化。用電壓表檢查保險(xiǎn)，若電壓為0則保險(xiǎn)正常。按照這些維護(hù)方面去做可以增加系統(tǒng)的利用率，延長(zhǎng)系統(tǒng)的