光伏离网发电系统设计及选型

前言：光伏离网发电系统不依赖电网而独立运行，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，利用光伏发电解决无电，缺电及电力不稳定地区的居民，学校或小型工厂的生活用电和工作用电需求，光伏发电凭借经济、清洁、环保、无噪音的优势可以部分替代或完全替代柴油发电机的发电功能。

1 光伏离网发电系统分类和构成

       光伏离网发电系统一般分为小型直流系统、中小型离网发电系统、大型离网发电系统。小型直流系统主要是解决无电地区最基础的照明需求；中小型离网系统主要是解决家庭、学校、小型工厂的用电需求；大型离网发电系统主要是解决整个村庄，整个岛屿的用电需求，该系统现在也是微网系统范畴。

 小型直流照明系统中小型离网系统

        光伏离网发电系统一般由太阳能电池组件组成的光伏方阵、太阳能控制器、逆变器、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，通过太阳能控制器，逆变器（或逆控一体机）给负载供电，同时给蓄电池组充电；在无光照时，由蓄电池通过逆变器给交流负载供电。

2 、光伏离网发电系统主要设备

01、太阳能电池板

       太阳能电池板是离网光伏发电系统的重要组成部分，其作用是将太阳的辐射能量转换为直流电能。辐照特性和温度特性是影响组件性能的两大要素。

02、逆变器

 逆变器是将直流电（DC）转换为交流电（AC）的设备，从而满足交流负载的用电需求。 

 按照输出波形，逆变器可分为方波逆变器、阶梯波逆变器、正弦波逆变器。正弦波逆变器的特点是效率高，低谐波，可适用于所有类型负载，对感性或容性负载有较强的带载能力。 

按拓扑结构，可分为高频逆变器和工频逆变器（区别在于是否带工频变压器）

03、控制器

       光伏控制器的主要功能是对光伏组件发出的直流电能进行调节和控制，对蓄电池进行充电、放电智能管理。离网系统需根据系统的直流电压等级和系统功率容量配置合适规格的光伏控制器。光伏控制器分为PWM型和MPPT型，常见的有DC12V、24V、48V不同电压等级。 

04、免维护电池

 电池是发电系统的贮能装置，其作用是将光伏组件发出的电能贮存起来，在用电期间为负载供电。 

3 、系统设计及选型详解

设计原则 ：在保证满足负载用电需要的前提下，用最少的光伏组件和电池容量，以尽量减少投资。

01、光伏组件设计

        参考公式： P0=(P×t×Q)/(η1×T) ： P0——太阳电池组件的峰值功率，单位Wp； P——负载的功率，单位W； t——负载每天的用电小时数，单位H； η1——为系统的效率； T——当地的日平均峰值日照时数，单位HQ——连续阴雨期富余系数（一般为1.2～2）

02、光伏控制器设计

 参考公式： I=P0/V 

        式中： I——光伏控制器的控制电流，单位A； P0——太阳电池组件的峰值功率，单位Wp； V——蓄电池组的额定电压，单位V。 ★注：在高海拔地区，光伏控制器需要放大一定的裕量，降容使用。 

03、离网逆变器

         参考公式： Pn=(P*Q)/Cosθ ： Pn——逆变器的容量，单位VA； P——负载的功率，单位W； Cosθ——逆变器的功率因数（一般为0.8）； Q——逆变器所需的裕量系数（一般选1～5）。 ★注：a、不同的负载（阻性、感性、容性），启动冲击电流不一样，选择的裕量系数也 不同。 b、在高海拔地区，逆变器需要放大一定的裕量，降容使用。 

04、铅酸蓄电池

         参考公式：C=P×t×T /(V×K×η2) ： C——蓄电池组的容量，单位Ah； P——负载的功率，单位W； t——负载每天的用电小时数，单位H； V——蓄电池组的额定电压，单位V； K——蓄电池的放电系数,考虑蓄电池效率、放电深度、环境温度、影响因素 而定，一般取值为0.4～0.7； η2——逆变器的效率； T——连续阴雨天数。 

05、锂离子电池

        参考公式：C=P×t×T /(K×η2) ： C——电池组的容量，单位kWh； P——负载的功率，单位W； t——负载每天的用电小时数，单位H； K——电池的放电系数,考虑电池效率、放电深度、环境温度、影响因素 而定，一般取值为0.8～0.9； η2——逆变器的效率； T——连续阴雨天数。