离网光伏发电系统设计应注意的关键因素

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1、离网光伏发电系统设计应注意的关键因素林金水漳州科华技术有限责任公司  摘要：本文对影响离网光伏发电系统运行寿命几大关键部件以及设计选型需考虑的主要问题进行分析，可供光伏应用方案设计时参考。关键词：光伏离网系统、太阳能控制器、太阳能电池板1  引言近年来来，随着太阳能电池板的成本不断下降以及节能减排的需要，光伏离网系统在大量的通信基站、路灯照明等系统大量应用，但是因为设计选型不当，经常造成系统的运行寿命达不到设计要求。为此对光伏离网系统中几大关键部件的设计选型进行分析。最典型的光伏离网应用系统如下图：光伏离网系统基本由光伏板、光伏控制器、蓄电池组、逆变器组成。

2、2  光伏板设计应考虑的因素光伏板种类：目前光伏板可以采用主要有单/多晶硅板、薄膜电池板、高倍率聚光组件。单/多晶硅电池板：也称第一代光伏板，目前占主流市场（85%以上），也是离网工程的主选光伏板。薄膜电池板也称第二代太阳能电池板，最主要的优势的成本低，弱光发电效果好，高温发电效果好。聚光电池（CPV）也称第三代电池，目前商业化运行的可以达到1000倍聚光，最大的优势是高效率。以上几种电池的特点如下表：光伏板容量选择：在离网工程中，一般选用单晶/多晶硅电池板，在容量选择上要注意：1、  系统组件的效率比单个组件要低2-3%。2、  必须考虑运行几年后的光伏板

3、转换效率衰退问题，一般取98%为有效值3、  考虑灰尘对光伏板发电效率的影响，尤其是在西北多灰尘地区，可以根据当地情况取5-10%的发电损失4、  厂家标称光伏板功率都是指实验室理想光照下的峰值发电功率，在实际使用中，根本无法达到，一般实际发电功率取标称功率70-80%。5、  对于选用不带MPPT功能的控制器，因为光伏板不能工作在最大工作点，发电效率也要损失5%左右。综合以上几点，取损失的低端，累加损失在34%左右，以上几点在设计时若不加于考虑，往往会造成所选择太阳能电池板功率不足，造成蓄电池长期充电不足，非常容易导致蓄电池寿命大大缩短。光伏板电压选择：目

4、前工程一般选择单晶/多晶硅太阳能电池板，对光伏板的电压选择应考虑：光伏控制器的类型：这点对光伏板系统电压的选择影响很大。现在市场上可供选择的光伏控制器有带MPPT控制功能和不带MPPT控制功能的。以48V直流系统为例，选用带MPPT功能控制器时，其最大光伏开路电压允许到150VDC，而若是选择不带MPPT功能的控制器，则对光伏板电压有严格的限制。12V蓄电池的充电电压：不考虑温度补偿一般均充电压在14.4V左右（不同蓄电池厂家有所不同），现在常规是选择36片串联开路电压标称21.5V最大功率电压17.5V的组件来对应12V蓄电池，主要是考虑到夏季南方温度较高

5、地区，单晶/多晶硅光伏板的电压-温度曲线如下图：开路电压温度大约每升高1°C每片电池的电压减少5mV                      太阳能电池板开路电压与温度关系图在夏季，光伏板温度可以达到60°C以上，光伏板的开路电压也就只有15V左右，刚好只能满足均充要求，开路电压若选择低于21.5V，则在夏季不能满足蓄电池的均充要求，若选择高于21.5V，则平时光伏板不能工作在最大工作点，发电功率损失过大。3       蓄电池离网光伏系统中，最容易失效的主要部分应该就是电池，而电池的投资一般和PV板差不多，一旦电池达不到设计寿命，损失就非常大。目前比较适

6、合在光伏离网系统应用的电池，一般是免维护铅酸电池，具有较高的综合性价比，常规的免维护铅酸电池设计寿命为3-5年，但是在实际应用中往往达不到设计寿命，主要因素有以下几点：循环寿命：所有的铅酸蓄电池厂家所给的电池寿命一般有循环寿命和浮充寿命，以下是汤浅电池NP系列的循环使用寿命和浮充使用寿命曲线图。                        汤浅NP系列循环寿命曲线                  汤浅NP系列浮充寿命曲线光伏离网应用系统，一般需要在白天利用光伏板对电池进行充电，晚上则靠蓄电池储存的能量对负载进行放电，这样的应用显然不适合浮充使用寿命曲线，

7、而是要采用循环使用寿命曲线来分析。从循环使用寿命曲线图可以看出，在环境温度理想的情况下，当放电深度50%是，循环次数可以达到400次以上，而100%深度放电，则只有不足200次，为降低系统造价，电池的放电深度不可能取的太小，否则蓄电池的容量要非常大，经济上不划算，根据应用场合不同，是否配置备用发电机或者采用风力发电补充等，对放电深度的取值往往不同！常规取50-70%左右的放电深度，可以在容量投入和使用寿命之间折中。当取放电深度为70%时，循环寿命为300次左右，50%深度则有400多次。这还是理想的状况，以下情况不考虑好会再缩短使用寿命：环境温度：光伏离网应

8、用，有相当多是在户外，或者无空调的场合，温度范围很大