離網式光伏儲能發電系統設計

                                          圖怪獸_58abde356f094b5fa101292b07fe3a2b_63665.jpg

                                          概要:離網式光伏儲能發電系統,在不具備電網接入條件的情況下,可以提供很好的用電解決方案。本文針對某辦公樓離網式光伏儲能發電系統,從項目特點、系統構成、裝機容量計算、主要設備選型、設備布置安裝、需注意的相關問題、工程量及項目效益等方面進行了論述,給出了較完善的解決方案,并對離網式光伏儲能發電系統的發展進行了展望。

                                          光伏發電技術以能源的清潔性、建設的便利性,目前,得到了廣泛的發展與應用。在光伏發電技術中,多數以并入電網的形式運行,包括大型光伏電站,利用建筑物屋頂或外立面的光伏發電。根據光伏發電容量,以不同的電壓等級并入電網,提高了用電的可靠性。

                                          在部分偏遠地區,電網的接入較困難。光伏發電多以離網方式(不并入電網)運行,對可靠性有較高要求的用戶,多采用光伏+ 儲能形式運行。

                                          1 工程背景

                                          某辦公樓位于上海市松江區,建筑物尺寸為38.5m×15.6m×18.5m,為6 層辦公建筑。本次做屋頂花園改造,規劃在屋頂塔樓設置具有示范作用的光伏發電系統,為屋頂花園用電設備供電。

                                          該辦公樓(編號為B 樓),配電間位于于1 樓,電源為380V/50Hz,引自同園區A 樓,與電網結算電量的電能計量表計設在A 樓。

                                          因B 樓供電系統與其他建筑連接,且沒有獨立的電能計量表戶號,按照目前規定,不能辦理設置并網式光伏發電系統。因此,設置離網式光伏儲能發電系統是比較好的選擇。

                                          2 離網式光伏儲能發電系統

                                          2.1 系統構成

                                          如圖1 所示,離網式光伏儲能發電系統由光伏發電組件、控制器、蓄電池、逆變器和交流負載組成。

                                          光伏組件吸收太陽能,轉變為直流電能,經逆變器轉換為交流電,供交流用電負荷使用。蓄電池作為儲能元件,在光照良好時,儲存電能;在光照不足時,放電供負載使用,提高了供電可靠性??刂破鞅O測并調整系統運行工況。



                                          圖1 離網式光伏發電系統原理圖

                                          2.2 用電負荷

                                          本項目用電負荷為屋頂花園觀光走廊內空調。多聯機空調,設備功率為2.7kW/ 臺,共2 臺??傆秒姽β蕿?.4kW。

                                          2.3 系統設計

                                          (1)裝機容量計算。根據各地太陽能資源條件和建設成本,我國分為三類太陽能資源區,如表1 所示。根據表1可知,上海為III 類資源區,年等效利用小時數按照1200小時考慮。

                                          表1 太陽能資源區劃分表



                                          按照用電負荷每天工作8 小時考慮, 每天需要用電5.4×8=43.2kWh,則與用電負荷配套的光伏系統裝機容量為:

                                          選用高效單晶硅340wp 光伏組件, 需39 塊光伏板,39×340=13.26kW 裝機容量Pz=13.26kWp。如圖2 所示,光伏組件布置于東側塔樓頂部。



                                          圖2 光伏組件布置圖

                                          (2)蓄電池選型。目前,在光伏儲能系統中,多使用鉛酸蓄電池,具有較高的性價比。本項目選用12V/200AH 膠體鉛酸蓄電池30 臺。充滿后可放電:12×200÷1000×30×0.714=51.408kWh,可以滿足用電負荷的使用。

                                          (3)控制器及逆變器選型。最大功率點跟蹤控制器MPPT(Maximum Power Point Tracking)太陽能控制器,能夠實時監測太陽能板的發電電壓,并追蹤最高電壓電流值,使系統以最大功率輸出對蓄電池充電。

                                          本項目控制器選用DC120V/120A,最大太陽能輸入功率14.4kW 的MPPT 太陽能控制器。

                                          逆變器選用離網型光伏逆變器, 功率15kW,380V/50Hz,效率為93%。

                                          如圖3 所示,蓄電池、控制器、逆變器放置于6 層的蓄電池室。12V/200AH 鉛酸蓄電池尺寸約522×240×216mm(L×W×H),放置于電池架上。電池架每層放置10 塊蓄電池,共布置3 層,尺寸約1450×1150×900mm(L×W×H)??刂破?、逆變器和配電箱掛墻布置。

                                          圖3 蓄電池室布置圖

                                          (4)匯流箱和配電箱。光伏組件13 個一串,共3 串,以光伏專用直流電纜,接入匯流箱,經匯流箱再接入逆變器整流為380V、50HZ 交流電。然后,經交流電力電纜,接入配電箱,為用電負荷提供電力。匯流箱布置于光伏組件下方,配電箱在蓄電池室內掛墻布置。

                                          (5)電纜及線槽。本項目直流電纜采用光伏專用PV1-F4mm2 直流電纜;逆變器到配電箱的交流電纜采用ZR-YJV-0.6/1kV-4×16mm2, 配電箱饋線采用ZR-YJV-0.6/1kV-4×4mm2。屋面電纜敷設采用100×100mm 熱鍍鋅線槽。

                                          (6)防雷接地。本項目防雷接地利用建筑物原有防雷。接地系統,并在陣列周邊敷設一圈25×4mm 熱鍍鋅扁鋼作為防雷接地網,與建筑原有防雷接地系統可靠焊接。光伏組件之間采用6mm2 BVR 導線連接后,采用螺栓與接地扁鋼可靠連接。橋架、匯流箱外殼、光伏組件支架均與防雷接地網可靠連接。

                                          蓄電池室內設40×4mm 熱鍍鋅扁鋼作為接地干線,與建筑物接地系統連接??刂破?、逆變器、蓄電池支架、配電箱外殼均可靠連接于室內接地干線。匯流箱、逆變器、控制器、配電箱內設置浪涌保護器。

                                          (7)支架安裝。本項目光伏組件支架,采用底部整體連接方案。在支架底部設置通長連接桿,使單排支架成為整體,并在通長連接桿的兩側,采用化學錨固螺栓,固定與兩側的女兒墻上,增加支架的穩固性。

                                          (8) 其他需說明的問題。

                                          ①12V/200AH 鉛酸蓄電池每塊重量約55kg,蓄電池架安放處的樓面荷載約為:55×30×9.8/1.45×1.15=9.7kN/m2,根據GB50009-2001《建筑結構荷載規范》表4.1.1 規定,民用建筑樓面均布活荷載標準值為2.0kN/m2。蓄電池架安放處的樓面荷載超標,因此,需采取蓄電池架安放處局部樓面結構的加固措施,如補充鋼梁支撐。

                                          ②蓄電池室應通風防火措施??膳渲门棚L扇、火警探測器及干粉滅火器。蓄電池室應進行例行巡視。

                                          ③鉛酸蓄電池壽命一般為3~5 年,使用中若發現蓄電池性能明顯衰耗,需要進行更換。

                                          3 工程量清單

                                          本項目工程量清單如表2。

                                          表2 工程量清單

                                          4 經濟效益分析

                                          本項目全年可發電:13.26×(1200 ~ 1600)=15912 ~21216kWh,按照上海市非居民用戶電價0.636 元/kWh 計算,每年可節約的電費為:0.636×(15912 ~ 21216)=10120~ 13493 元。

                                          5 總結

                                          本文闡述了某辦公樓離網式光伏儲能發電系統的工程設計內容。從項目特點、系統構成、裝機容量計算、主要設備選型、設備布置安裝、需注意的相關問題、工程量及項目效益等方面進行了論述,給出了較完善的解決方案,希望能對遇到類似工程設計的同仁提供參考。

                                          光伏發電當前應用比較廣泛。工程應用主要集中于幾個方面:

                                          (1)大型光伏發電站,在太陽能資源豐富地區,建設大規模光伏發電,并結合特高壓電網傳輸電能,逐漸成為當今電力系統重要組成部分;

                                          (2)居民用戶屋頂光伏發電,滿足居民自家用電的基礎上,余電上網,還能發電經濟收益,也成為越來越多居民的選擇;

                                          (3)離網型光伏儲能發電系統,在電網引入不便的偏遠地區及并網政策不允許的條件下,離網型光伏儲能發電系統,可以為用戶的電力使用需求提供很好的選擇。隨著蓄電池技術及光伏組件技術的發展,離網型光伏儲能發電系統的可靠性、效率和經濟性,必將得到進一步的提高。


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