3kW光伏离网系统设计全过程

离网型光伏发电系统广泛应用于偏僻山区、无电区、海岛、通讯基站和路灯等应用场所。系统一般由太阳电池组件组成的光伏方阵、太阳能控制逆变一体机、蓄电池组、负载等构成。光伏方阵在有光照的情况下将太阳能转换为电能，通过太阳能控制逆变一体机给负载供电，同时给蓄电池组充电；在无光照时，由蓄电池给太阳能控制逆变一体机供电，再给交流负载供电。

离网系统主要部件介绍

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光伏组件

太阳能供电系统中的主要部分，也是太阳能供电系统中价值最高的部件，光伏组件是将太阳光能直接转变为直流电能的阳光发电装置。根据用户对功率和电压的不同要求，数个光伏组件经过串联（以满足电压要求）和并联（以满足电流要求），形成供电阵列提供更大的电功率。太阳电池的发电量随着日照强度的增加按比例增加。随着组件表面的温度升高而略有下降。随着温度的变化，电池组件的电流、电压、功率也将发生变化，组件串联设计时必须考虑电压负温度系数。

光伏组件有单晶硅组件、多晶硅组件、薄膜组件三种，目前单晶组件占据主流，效率较高，相同面积采用单晶组件总功率较大，但如果是相同功率，三种组件的发电量相差不多。三种组件各有其优缺点，可根据项目的特点选择，单晶效率高，但单价也高，可用于安装面积有限的场合，多晶效率稍低，但价格稍便宜，可用于经费有限的场合，薄膜组件形式多样，有柔情的、透光的，彩色的等多种，可用于BIPV等场合。

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太阳能控制器和逆变器

主要功能分为两部分，太阳能控制器和逆变器，其作用是对太阳能电池组件所发的电能进行调节和控制，最大限度地对蓄电池进行充电，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用，同时把组件和蓄电池的直流电逆变成交流电，给交流负载使用。

控制器的作用是把光伏组件发出来的电，经过追踪和变换，存于蓄电池之中，除此之外，还有保护蓄电池，防止蓄电池过充过放等功能。控制器常用于离网系统、直流耦合的储能系统中。控制器输出是电流电，也可以单独给直流负载使用。

离网逆变器形式多样化，按输出波形分为修正波逆变器和正弦波逆变器；按电气隔离方式又分为高频正弦波逆变器和工频正弦波逆变器；把控制器和逆变器分开设计，各自单独接线，叫分体式，把控制器和逆变器合在一起，叫一体机，也叫逆控制一体机。

▲离网逆变器系列

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蓄电池组

其主要任务是储能，以便在没有光伏时间段保证负载用电。蓄电池是离网系统中的一个重要组成部分，它的优劣直接关系到整个系统的可靠程度，然而蓄电池却又是整个系统中平均无故障时间（MTBF）最短的一种器件。如果用户能够正常使用和维护，就能够延长其使用寿命，反之其使用寿命会显著缩短，目前光伏储能系统通常的蓄电池都是电化学储能，它是利用化学元素做储能介质，充放电过程伴随储能介质的化学反应或者变化。主要包括铅酸电池、液流电池、钠硫电池、锂离子电池等，目前应用以锂电池和铅蓄电池为主等，它们各自的特点如下表所示。

不同种类蓄电池的优缺点比较

考虑到负载条件、使用环境、使用寿命及成本因素，有成本限制的地方一般选择胶体铅酸免维护电池或者锂电池。用户千万不要因贪图便宜而选择劣质电池，因为这样做会影响整个系统的可靠性，并可能造成更大的损失。

离网系统设计

例

客户的用电需求和光照情况

照明200瓦每天工作6小时，冰箱50瓦每天工作24小时，电视机50瓦每天工作10小时。还有洗衣机200W，台式电脑200W，电饭锅600W，电风扇150W等家电不定时工作，每天用电量估计如下，客户安装地点在西藏林芝。

西藏林芝光照很好，没有污染，年有效利用小时数为1536小时，每天峰值日照为5.4小时，非常适合安装光伏。

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系统方案设计

离网逆变器的功率要根据用户的负载类型和功率来确认，用户最大的负载是小电饭锅600W，感性负载总共为400W，最大是150W电风扇，按照感性负载5倍的峰值，因此用户所有负载加起来峰值功率为3kW，考虑到设计裕量，所有负载不也会同时启动，因此逆变器选用3kW的高频离网逆变器，电气参数如下：

组件功率要根据用户每天的用电量来确认。用户每天平均的用电量为12度，当地每天峰值日照为5.3小时，离网系统的效率约为0.8，因此设计采用340W单晶组件9块，容量为3.06kW组件，每用能发16.5度电，除去损耗给到用户大约13度，基本能满足客户需要。

蓄电池容量根据用户无光照时的用电量来确定，白天光伏发电可以不经过蓄电电直接给负载使用，估计用户每天晚上用电量为10度，设计采用10度电的锂电池。

电气方案设计，根据逆变器输入电压最高是150V的限制，组件的开路电压是41.55V，9块组件设计采用3串3并的方式接入逆变器中，逆变器的蓄电池接口电压是48V，10度锂电池接入逆变器中，光伏电缆采用4mm，蓄电池最大充电电流是70A，采用16mm的电缆。为了安全和方便，可以在光伏输入端、蓄电池端，输入端加一个开关，光伏输入端最大电流32A，设计采用40A的直流开关，蓄电池最大电流是70A，设计采用80A的直流开关，交流最大输出电流是13.6A,设计采用16A的交流开关。电气原理图如下：

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参数调整

光伏系统各部件安装之后，在逆变器开机运行之前，先要检查各个部件是否安装正确，连接是否牢固，有没有错接、漏接等情况，确认无误后才开机。还可根据用户的要求做一些参数和优先级的调整，如通过调节蓄电池的保护电压，可以调节蓄电池的放电深度。负载用电有市电、电池优先、光伏三种模式；蓄电池充电模式也有四种模式，市电充电，光伏充电，市电和光伏充电，光伏独充等等，这些模式要在逆变器运行之前设置。如果是是带燃料发电机的微网系统，还需设置离网逆变器的干接点信号，当蓄电池电量不足时，启动外部发电机。