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基于户用光储应用下的系统设计思考

发布时间:2023-03-16浏览次数: 123

别家光储系统很好,可以照搬吗?答案是No。即使同样的房子,不同家庭用电需求不一样,也会导致系统设计的差异。如果是不同城市,不同气候和环境,不同房屋设计,那系统设计的差异会更大。那么在户用光储系统设计上,我们需要考虑哪些方面呢?本期我们就来谈谈户用光储系统实际中的设计思路和注意要点。

户用光储:系统设计考量

01/系统用电量考量

户用光储系统设计,首先要考虑系统用电量需求,通常需要考虑如下几个参数:

* 系统负荷容量计算:

如某套系统负载类型如下:照明功率200W,用电时长6h,洗衣机功率400W,用电时长3h,电冰箱功率135W,用电时长24h,电饭锅功率400W,用电时长3h,热水器3200W。

* 常规负载用电量计算

照明:200W*6=1.2kW·h

电饭锅:400W*3=1.2kW·h

 洗衣机及其它厨房负荷日用电量预留3kW·h

→计算得出5.4kW·h

* 非常规负载用电量计算

电冰箱、电热水器属于间歇性负载,影响其日用电量的因素较多,如存储食物、启停次数、机器材料的保温性能都影响其日用电量。

此类负载的用电量计算可参考其能效标识。如功率135W电冰箱的能效标识铭牌显示 0.69kW·h/24hm

【注】额定耗电量是指在25度环境中,冰箱/冰柜在稳定运行状态下,不开门空箱插电运行24h的所得出的耗电量因此实际耗电量一定高于此值。

根据使用经验,实际用电大概是标识的1倍,也就是一天2kW·h,考虑损耗一天3kW·h。

功率3200W电热水器用电量分析,根据厂家了解的信息大概1000W/1h耗电1kW·h,大概1h可以烧好,3200w*1=3.2kW.h。根据节能标识,待机保温状态0.6kW·h/24h,总用电量3.8kW·h,取4kW·h。

* 负载日总用电量

5.4kW·h+7kW·h=12.4kW·h,以上便是负荷用电量的计算,需要注意的是针对常规负载和非常规负载,计算的思路略有差异。

 02/负载类型考量

生活中常见的负载类型以阻性和感性为主,下面就负载类型做一个概述:

  阻性负载      在电路中,如果有电阻电感和电容,但电感和电容配比合适,可以做到电压与电流同相位,即视为“可以等效为纯电阻”,如负载为白炽灯、电炉、热得快、热水器、电烤炉。通俗一点讲,仅是通过电阻类的元件进行工作的纯阻性负载称为阻性负载。

  感性负载      一般把带有电感参数的负载称之为感性负载。确切讲,应该是负载电流滞后负载电压一个相位差特性的为感性负载,如变压器,电动机、风扇、洗衣机、空调等负载,称为感性负载。是指有些设备在消耗有功功率时还需要无功功率建立磁场。有线圈负载的电路,叫感性负载。

  容性负载      一般是指带电容参数的负载,如电容器、功率补偿柜,即符合电压滞后电流特性的负载。容性负载充放电时,电压不能突变,其对应的功率因数为负值,对应的感性负载的功率因数为正值。

 户用光储-系统设计配置

 01/离网光伏容量配置 

可根据日用电量,结合当地的太阳能资源反推需要光伏系统安装容量,考虑连续阴雨天数。

需要注意的是,离网光伏系统的设计在这里并不能按照并网光伏系统设计的根据全年太阳能辐照度的设计思路来进行。一年之中由于太阳方位角和高度角的变化,导致到达光伏组件阵列的斜面辐照也不同。

建议:离网光伏安装功率利用冬季的辐照情况进行系统的设计,既能满足光照条件最差季节的需要,还能弥补光照条件好的季节的能量损耗,虽然可能造成系统成本上的增加,但是能提高整套系统的可靠性。

由PVSYST软件模拟仿真得到:并网系统最佳倾角为18°,此角度组件下采光面的年总辐照度为1423kw/h,。离网系统下选择冬季作为设计依据该地区最佳倾角37°,此角度光伏阵列斜面上10月到次年5月采光面的总辐照度为688kW/h,得出两者基本相差二倍以上。最佳倾角37°下10月到次年5月峰值日照小时数约为2.83h.

 02/并离网下光伏容量配置 

并离网机型可以根据光伏安装的可利用面积进行光伏安装容量的设计。综合考虑成本和安装面积,结合客户意愿进行容量设计,光伏发电量不足情况下,可以使用市电或者柴发供电。对于柴发的配置:一般柴油发电机的额定功率范围为80%-120% *(光储逆变器额定功率),如某三相光储逆变器额定功率12kW,则柴油发电机的额定功率可在 0.8 * 12kW = 9.6 kW ~ 14.4kW之间进行选择。

 03/光伏逆变器配置 

 *  纯离网逆变器的选择

工频离网光伏逆变器:隔离变压器位于交流输出端,具有结构简单、抗冲击能力强,体积大,重量大。工频离网光伏逆变器的过载能力一般为其额定功率的3倍。

高频离网光伏逆变器:隔离变压器位于直流升压端,具有适应性强,适合综合性负载,成本和带载能力适中。高频离网光伏逆变器的过载能力一般为其额定功率的2倍。

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负载是单相的负载,选择单相离网光伏逆变器,不要单相负载选择三相离网逆变器,虽然逆变器的功率很大,但大部分离网光伏逆变器没有三相平衡输出,因此单相负载可能带不动。

* 离网光伏逆变器选型-额定容量经验取值系数

对于像电热丝,灯泡,太阳灯之类纯电阻性家用电气,就用它的功率除以0.9。 

电视机,以液晶为例,只要比电视标的功率大2倍的逆变器可以。

电脑,按选购液晶电视点加上90W功率选取(电脑主机功率)。

空调,非变频的按7倍峰值算,变频的按4倍峰值算。

对于家庭中一些小功率电器,可以忽略不计。

 *  建议离网光伏逆变器选型计算

 离网逆变器额定功率=负载功率*逆变器裕量系数/逆变器功率因数

逆变器最大冲击功率P=阻性负载功率÷0.9+容性负载功率×3+感性负载功率×(5~7)

考虑负荷冲击,考虑逆变器的过载能力能达额定功率的1.5-2倍(100mS瞬时),逆变器至少应承受最大冲击功率Pmax,即峰值功率:Pmax=P÷1.5

逆变器额定容量Sn’= Pmax/cosθ(逆变器功率因素)

由上述公式可得:

200+400+135+400+3200=4,335*1.5/0.8=8,128.125

(200+3200)/0.9+(400+135)*7=3,777.77+3,745=

7,522.77/1.5=5015.18/0.8=6268.975VA

组件和逆变器匹配,根据”光伏电站设计规范”—GB50797,组串计算公式计算组串串联数量:

公式一:考虑项目地极低温度后,组件串联后电压在此范围内,并尽量接近逆变器额定输入电压

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公式二:考虑项目地极低温度后,组件串联后电压必须小于逆变器的最大直流输入电压。

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  04/电池配置 

 * 电池容量配置

根据负载的功率、用电量、备用天数来配置储能电池的容量,重点关注一下放电深度和逆变器的电池充放电效率:电池的放电深度,表示电池已放电量相对于电池总容量的百分比。数字越小,就意味着放电越浅。过度放电会导致电池加速老化,在我们选择电池的时候,电池参数上标出的电池电量其实是电池的理论电量,在实际应用中,特别是逆变器并机使用的时侯,一般都会设定一个DOD参数,保证系统能够正常运行。通常用终止电压值来对放电深度进行控制。具体原理为,随着电池的放电,电池电压也会随着小幅度降低,当电池电压低于所设置的终止电压时,放电保护功能被激活,放电截止,从而完成对电池放电深度的控制。磷酸铁锂电池的放电深度一般控制在在80%左右,铅酸电池一般控制在60%左右。

电池充放电效率指的是从储能机的电池端子经过升压、逆变到负载端的效率也就是说,负载的供电量是小于电池放电量的。所以在设计电池容量的时候,如果不考虑这个效率值,很可能造成电池供电不足的现象,特别是离网备电电源情况下,电池供电能力=电池有效电量*系统效率%。

 * 电池选型配置

 本案例电池容量的配置,对于铅酸电池和锂电池的配置由于两者放电深度对光伏系统安装的容量影响是不一样的:

铅酸电池选型配置

选择铅酸电池,12V/120AH ,负载日用电量12.4kW.h,铅酸电池按照60%放电深度设计,因此需要备电20.66kW.h。光伏约安装12kW,日均发电量约为23.77kW.h,使用5kW离网光伏逆变器并机2台,每台离网逆变器接入6kW光伏,日发电量11.88kW.h,接入8块单体蓄电池,采用二串一并存电11.52kW.h,接入离网逆变器下端电池接口,组成48V电池供电系统。整个离网系统安装光伏功率12kW,电池存电量约为23.04kW.h。电池供电能力,23.04*0.93=21.42kW.h>12.4kW.h,满足用电需求。

磷酸铁锂电池选型配置

选择磷酸铁锂电池,3.2V/280AH,日用电量12.4kW.h,磷酸铁锂电池按照80%放电深度,因此需要备电15.5kW.h,则光伏安装容量8kW,使用8kW离网光伏逆变器,锂电池以15.5kW.h成型一个PACK模组,配置电池BMS与电池保护板。BMS与离网逆变器对接通信协议。电池供电能力,15.5*0.93=14.41kW.h>12.4kW.h,满足用电需求。

在应用光储并离网一体机机型这块,设计较为简单,根据光伏安装的可利用面积进行光伏安装容量的设计,根据发电量,配置合理的电池容量,设置较优的工作模式。