2016-06-17 12:31:04

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太阳能是大自然赐予的一种取之不尽、用之不竭、无污染的绿色能源,但它具有随机性、间歇性的特点。据估计,地球一年从太阳获得的能量约为7×1017 kWh,我国陆地一年所获得的太阳能在1.3×1016 kWh左右。由于各地区在地球上所处经纬度不同,我国各地平均日照射量和日照时间有很大差别,我国平均日照射量在2.6 kWh/m2d~6.4 kWh/m2d范围,年日照数在1 000~3 300 h。

太阳能供电系统由太阳能电池组件太阳能控制器蓄电池(组)组成。按实际需要还可以配置逆变器太阳能是一种干净的可再生的新能源,在人们生活、工作中有广泛的作用, 其中之一就是将太阳能转换为电能太阳能发电分为光热发电光伏发电。通常说的太阳能发电指的是太阳能光伏发电,具有无动部件、无噪声、无污染、可靠性高等特点,在偏远地区的通信供电系统中有极好的应用前景。

基本信息

  • 中文名

    太阳能供电系统

  • 输出电源

    交流220V或110V

  • 能    源

    太阳能

  • 类    别

    供电系统

折叠 编辑本段 ​结构与功能

各部分的作用为:

(1)太阳能电池组件:太阳能电池组件是太阳能供电系统中的核心部分,也是太阳能供电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能量转换为电能,或送往蓄电池中存储起来,或推动负载工作。太阳能电池组件的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。

(2)太阳能控制器:太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态,并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方,合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项。

(3)蓄电池:一般为铅酸电池,小微型系统中,也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池组件所供出的电能储存起来,到需要的时候再释放出来。

结构示意图如下图(图1)所示。

图1 太阳能供电示意图图1 太阳能供电示意图

折叠 编辑本段 系统分类

太阳能供电系统分为离网太阳能供电系统、并网太阳能供电系统及分布式太阳能供电系统:

1、离网太阳能供电系统主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成,如输出电源为交流220V或110V,还需要配置逆变器。

2、并网太阳能供电系统就是太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电这后直接接入公共电网。并网发电系统有集中式大型并网电站一般都是国家级电站,主要特点是将所发电能直接输送到电网,由电网统一调配向用户供电。但这种电站投资大、建设周期长、占地面积大,还没有太大发展。而分散式小型并网发电系统,特别是光伏建筑一体化发电系统,由于投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大等优点,是并网发电的主流。

3、分布式太阳能供电系统,又称分布式光伏发电系统,是指在用户现场或靠近用电现场配置较小的光伏发电供电系统,以满足特定用户的需求,支持现存配电网的经济运行,或者同时满足这两个方面的要求。

分布式太阳能供电系统的基本设备包括光伏电池组件、光伏方阵支架、直流汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、交流配电柜等设备,另外还有供电系统监控装置和环境监测装置。其运行模式是在有太阳辐射的条件下,光伏发电系统的太阳能电池组件阵列将太阳能转换输出的电能,经过直流汇流箱集中送入直流配电柜,由并网逆变器逆变成交流电供给建筑自身负载,多余或不足的电力通过联接电网来调节。

折叠 编辑本段 特点

1) 长寿命:晶体硅太阳能电池组件的质量保证期是15-20年;

2) 高性能:晶体硅太阳能电池发电系统具有抗台风、抗冰雹、抗潮湿、抗紫外辐照等特点,组件系统可以在零下40度到零上70度环境下正常工作;

3) 无需职守:运行中无需人员职守,像常规能源一样能向负载供电;

4) 无间断供电:系统设计时考虑到当地的阴雨天气情况,将平时多余的电能存储在蓄电池内,可确保用户在阴雨天仍有足够的电能可供使用;

5) 直流无干扰电源:太阳能电池发电设备,无噪声、电源无高次谐波干扰,特别适用于通信电源;

6) 不受地理环境影响:平原、河道、海洋、高山、雪原、海岛、森林地区,任何需电的地方都可以使用晶体硅太阳能电池发电系统。

折叠 编辑本段 设计原则

(1) 根据安装地点太阳能资源具体情况和负载耗电量,确定太阳能发电容量。

(2) 保证所有设备供电。

(3) 环保、经济、实用、安全、可靠。

折叠 编辑本段 供电设计

(1)监控设备功率及日耗电量的确定

外场监控摄像采用高速云台一体化枪式摄像机,输入电压为220VAC,最大功耗为100 W;光电转换器的输入电压为24VAC,最大功耗10 W;根据监控系统对摄像机的操作要求,确定整套摄像机系统的运营平均总功耗为80W,共计日耗电量为:80w╳24h=1920wh=1.92kWh(度)电。

(2)太阳能及蓄电池组配置方案

1)主要指标要求

太阳能电池组件保证使用寿命长,设计在10年以上;蓄电池容量能满足设备负载72h(3d)连续阴雨天供电。

2)根据系统运算确定参数

太阳能电池方阵倾角为38;太阳能电池方阵面获得的辐射量为平面值的1.1倍;南宁地区平均每日峰值日照时数(方阵面上)为3.54h;设定两个连续阴雨天之间最短间隔数为15d。

3)蓄电池组容量设计

蓄电池的容量对保证连续供电是很重要的。因为设备所需的电量都是由蓄电池提供的,太阳能方阵每日所发电量都要存储到蓄电池内以供设备消耗,但每天太阳能方阵需要多发出一部分电量存储到蓄电池内以备阴雨天使用。

因此,蓄电池的容量Bc计算公式为:

Bc=A╳ QL╳ NL ╳ T0 / Cc Ah

= 1 .4╳160╳3╳1.2/0.7 Ah

= 1152 Ah

≈ 1200 Ah

式中:

A为安全系数,取1. 1~1.4之间;

QL为负载日平均耗电量,为工作电流乘以日工作小时数;

NL为最长连续阴雨天数;

T。为温度修正系数,一般在0℃以上取1,−10℃以上取1. 1,−10℃以下取1.2;

Cc为蓄电池放电深度,一般铅酸蓄电池取0.70。

所以,蓄电池的选择为12V/1200AH,选用单体为12V/200AH, 2串3并,形成24 V/600AH,共计6块。

4)太阳能电池方阵设计

①太阳能电池方阵基本单元拟选定单组为12V,75 Wp太阳能电池板。

②需要太阳能板的数量

单块太阳能板日发电量:

功率╳充电时间╳综合充电效率╳损耗

= 75Wp╳4.44h╳0.7 ╳0.9 = 209. 79 Wh ≈ 210Wh

日耗电量:负载日耗电量/逆变器效率=1.92kWh/0. 9=2. 133kWh

需要太阳能电池板数量:

日耗电量/单块太阳能板日发电量=2133Wh/210Wh=10.15≈10块

③太阳能电池组件功率

共需要10块75Wp太阳能电池板,2块串5块并,计24V/750 W 。

5)逆变电源

因为一体化枪式摄像机的输人电压为220VAC,光端机的输人电压24VAC,需配置逆变电源,将24V DC转变为220VAC然后给负载供电。

6)智能型太阳能控制器

工业级芯片,过充、过放、过载保护、短路反接;微电脑时间控制器,交直流输出.

7)采用保温防潮湿埋地措施,即采用胶体电池等。

折叠 编辑本段 系统运行

在太阳能供电系统中,晴朗天气有日照时太阳电池向负荷直接供电,同时补充无日照时由蓄电池向负荷供电所放电量;无日照、阴雨天由蓄电池放电供通信设备用电。

太阳能供电系统与由市电、高频开关电源、蓄电池组成的供电系统不同。后者蓄电池组大部分时间处于恒压浮充状态,且高频开关电源具有较高的自动化功能和完善的蓄电池管理功能。当蓄电池放电后,整流器对蓄电池进行限流充电,还可根据需要定期对蓄电池组进行补充充电。随着当地环境温度的变化,一般整流器还可进行蓄电池浮充电压自动补偿,因此可以保证蓄电池组经常工作在充满电状态,有利于延长蓄电池的使用寿命。

太阳能供电系统则不同,太阳电池的发电量是无法控制的,不是按需发电。在蓄电池处于满容量或基本满容量状态时,为保证蓄电池组不过充电和系统输出电压不超出允许电压范围,部分太阳电池将会被从系统中切除;而在蓄电池深度放电后,太阳电池也不会因蓄电池需要充电而多发电。因此,该系统中蓄电池的运行方式既不是浮充运行方式,也不是完全的充放电方式。蓄电池的充电既不是恒压充电,也不是恒流充电。蓄电池的充电电流随着日照强度的变化和太阳电池方阵的投入与切除而变化,电压也随之变化。

我们使用的阀控型密封铅酸蓄电池,为保证蓄电池的使用寿命,单只蓄电池的长期充电电压应控制在2.40V以下。

折叠 太阳能供电系统运行维护注意事项

(1)当连续阴雨天气,蓄电池放出电量较大时,不管蓄电池组是否到达放电终止电压,都应及时用移动发电装置对蓄电池进行补充充电。预防在蓄电池容量未达到基本充满状态时再遇阴雨天气,造成供电中断和由于蓄电池放电后充电不及时影响蓄电池的使用寿命。

(2)由于蓄电池的运行方式不是完全的浮充运行方式,蓄电池组的使用寿命较常规供电系统中的蓄电池使用寿命短。应掌握蓄电池的容量情况,特别是在使用几年后,应在每年的连续阴雨天气季节来临前,对蓄电池组进行一次容量试验,若容量不能满足要求,要及时采取措施。

(3)太阳电池方阵到太阳能供电组合电源的连接电缆有部分位于室外,应定期检查电缆是否老化、连接是否完好。

(4)为更好发挥太阳电池的效力,可根据一年中的季节变化,调整太阳电池方阵平面倾斜角。

(5)应保持太阳电池方阵表面整洁,否则会影响太阳电池方阵的发电量。

(6)电池室适宜温度为5℃~30℃、湿度≤85%RH。采用太阳能供电系统的局(站),设计机房时应注意保暖、通风。机房环境温度也是不容忽视的因素,可采取适当的措施,如采用太阳电池逆变器,把直流电逆变为220V交流电,解决机房空调的用电。

折叠 编辑本段 应用领域

一、用户太阳能电源:(1)小型电源10-100W不等,用于边远无电地区如高原、海岛、牧区、边防哨所等军民生活用电,如照明、电视、收录机等;(2)3-5KW家庭屋顶并网发电系统;(3)光伏水泵:解决无电地区的深水井饮用、灌溉。

二、交通领域如航标灯、交通/铁路信号灯、交通警示/标志灯、宇翔路灯、高空障碍灯、高速公路/铁路无线电话亭、无人值守道班供电等。

三、通讯/通信领域:太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、广播/通讯/寻呼电源系统;农村载波电话光伏系统、小型通信机、士兵GPS供电等。

四、石油、海洋、气象领域:石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系统、石油钻井平台生活及应急电源、海洋检测设备、气象/水文观测设备等。

五、家庭灯具电源:如庭院灯、路灯、手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、黑光灯、割胶灯、节能灯等。

六、光伏电站:10KW-50MW独立光伏电站、风光(柴)互补电站、各种大型停车厂充电站等。

七、太阳能建筑将太阳能发电与建筑材料相结合,使得未来的大型建筑实现电力自给,是未来一大发展方向。

八、其他领域包括:(1)与汽车配套:太阳能汽车/电动车、电池充电设备、汽车空调、换气扇、冷饮箱等;(2)太阳能制氢加燃料电池的再生发电系统;(3)海水淡化设备供电;(4)卫星、航天器、空间太阳能电站等。

折叠 编辑本段 政策支持

财政部预拨可再生能源电价附加补助太阳能发电补贴超24亿元,风力发电93.14亿元,占总额的63%,生物质能发电30.55亿元,太阳能发电24.33亿元,其他可再生能源900万元。从2012年至今,财政部公布了四批可再生能源电价附加资金补助目录,共列入1704个发电项目、412个发电接网工程项目。在本次预拨的附加补助金中,太阳能补贴排名前五的地区分别为青海(14.93亿元)、江苏(3.25亿元)、宁夏(2.34亿元)、西藏(1.56亿元)和甘肃(8830万元)财政部要求,上述资金要及时拨付给省级电网企业、地方独立电网企业,并专项用于收购本级电网覆盖范围内列入已公布的四批次可再生能源电价附加资金补助目录内的可再生能源发电上网电量等相关支出。

国家能源局于2013年11月26日发布有效期为3年的《光伏发电运营监管暂行办法》,规定电网企业应当全额收购其电网覆盖范围内并网光伏电站项目和分布式光伏发电项目的上网电量,明确了能源主管部门及其派出机构对于光伏发电并网运营的各项监管责任,光伏发电项目运营主体和电网企业应当承担的责任,从而推进光伏发电并网有序进行。正文如下:

《光伏发电运营监管暂行办法》

第一章 总则

第一条 为加强监管,切实保障光伏发电系统有效运行,优化能源供应方式,促进节能减排,根据《中华人民共和国可再生能源法》、《电力监管条例》等法律法规和国家有关规定,制定本办法。

第二条 本办法适用于并网光伏电站项目和分布式光伏发电项目。

第三条 国务院能源主管部门及其派出机构依照本办法对光伏发电项目的并网、运行、交易、信息披露等进行监管。

任何单位和个人发现违反本办法和国家有关规定的行为,可以向国务院能源主管部门及其派出机构投诉和举报,国务院能源主管部门及其派出机构应依法处理。

第四条 光伏发电项目运营主体和电网企业应当遵守电力业务许可制度,依法开展光伏发电相关业务,并接受国务院能源主管部门及其派出机构的监管。

第二章 监管内容

第五条 国务院能源主管部门及其派出机构对光伏发电项目运营主体和电网企业电力许可制度执行情况实施监管。

除按规定实施电力业务许可豁免的光伏发电项目外,其他并网光伏发电项目运营主体应当申领电力业务许可证。持证经营主体应当保持许可条件,许可事项或登记事项发生变化的,应当按规定办理变更手续。

第六条 国务院能源主管部门及其派出机构按照有关规定对光伏发电电能质量情况实施监管。

光伏发电并网点的电能质量应符合国家标准,确保电网可靠运行。

第七条 国务院能源主管部门及其派出机构对光伏发电配套电网建设情况实施监管。

接入公共电网的光伏发电项目,接入系统工程以及接入引起的公共电网改造部分由电网企业投资建设。接入用户侧的光伏发电项目,接入系统工程由项目运营主体投资建设,接入引起的公共电网改造部分由电网企业投资建设。

第八条 国务院能源主管部门及其派出机构对光伏发电并网服务情况实施监管。

电网企业应当按照积极服务、简洁高效的原则,建立和完善光伏电站项目接网服务流程,并提供并网办理流程说明、相关政策解释、并网工作进度查询以及配合并网调试和验收等服务。

电网企业应当为分布式光伏发电接入提供便利条件,在并网申请受理、接入系统方案制订、合同和协议签署、并网验收和并网调试全过程服务中,按照"一口对外"的原则,简化办理程序。

电网企业对分布式光伏发电项目免收系统备用容量费和相关服务费用。

第九条 国务院能源主管部门及其派出机构对光伏发电并网环节的时限情况实施监管。

光伏电站项目并网环节时限按照国家能源局有关规定执行。

分布式光伏发电项目,电网企业自受理并网申请之日起25个工作日内向项目业主提供接入系统方案;自项目业主确认接入系统方案起5个工作日内,提供接入电网意见函,项目业主据此开展项目备案和工程设计等后续工作;自受理并网验收及并网调试申请起10个工作日内完成关口电能计量装置安装服务,并与项目业主按照要求签署购售电合同和并网协议;自关口电能计量装置安装完成后10个工作日内组织并网验收及并网调试,向项目业主提供验收意见,调试通过后直接转入并网运行,验收标准按国家有关规定执行。若验收不合格,电网企业应向项目业主提出解决方案。

第十条 国务院能源主管部门及其派出机构对光伏发电项目购售电合同和并网协议签订、执行和备案情况实施监管。

电网企业应与光伏电站项目运营主体签订购售电合同和并网调度协议,合同和协议签订应当符合国家有关规定,并在合同和协议签订10个工作日内向国务院能源主管部门派出机构备案。光伏电站购售电合同和并网调度协议范本,国务院能源主管部门将会同国家工商行政管理部门另行制定。

电网企业应按照有关规定及时与分布式光伏发电项目运营主体签订并网协议和购售电合同。

第十一条 国务院能源主管部门及其派出机构对电力调度机构优先调度光伏发电的情况实施监管。

电力调度机构应当按照国家有关可再生能源发电上网规定,编制发电调度计划并组织实施。电力调度机构除因不可抗力或者有危及电网安全稳定的情形外,不得限制光伏发电出力。

本办法所称危及电网安全稳定的情形,应由国务院能源主管部门及其派出机构组织认定。

光伏发电项目运营主体应当遵守发电厂并网运行管理有关规定,服从调度指挥、执行调度命令。

第十二条 国务院能源主管部门及其派出机构对电网企业收购光伏发电电量的情况实施监管。

电网企业应当全额收购其电网覆盖范围内光伏发电项目的上网电量。因不可抗力或者有危及电网安全稳定的情形,未能全额收购的,电网企业应当及时将未能全额上网的时间、原因等信息书面告知光伏发电项目运营主体,并报国务院能源主管部门派出机构备案。

第十三条 国务院能源主管部门及其派出机构对光伏发电并网运行维护情况实施监管。

并网光伏电站项目运营主体负责光伏电站场址内集电线路和升压站的运行、维护和管理,电网企业负责光伏电站配套电力送出工程和公共电网的运行、维护和管理。电网企业安排电网设备检修应尽量不影响并网光伏电站送出能力,并提前三个月书面通知并网光伏电站项目运营主体。

分布式光伏发电项目运营主体可以在电网企业的指导下,负责光伏发电设备的运行、维护和项目管理。

第十四条 国务院能源主管部门及其派出机构按照有关规定对光伏发电电量和上网电量计量情况实施监管。

光伏电站项目上网电量计量点原则上设置在产权分界点处,对项目上网电量进行计量。电网企业负责定期进行检测校表,装置配置和检测应满足国家和行业有关电量计量技术标准和规定。

电网企业对分布式光伏发电项目应安装两套计量装置,对全部发电量、上网电量分别计量。

第十五条 国务院能源主管部门及其派出机构对光伏发电电费结算情况实施监管。

光伏发电项目电费结算按照有关规定执行。以自然人为运营主体的,电网企业应尽量简化程序,提供便捷的结算服务。

第十六条 国务院能源主管部门及其派出机构对光伏发电补贴发放情况实施监管。

电网企业应按照国家核定的补贴标准,及时、足额转付补贴资金。

第三章 监管措施

第十七条 国务院能源主管部门派出机构与省级能源主管部门应当加强光伏发电项目管理和监管信息共享,形成有机协作、分工负责的工作机制。

第十八条 电网企业应向所在地区的国务院能源主管部门派出机构按季度报送以下信息:

1.光伏发电项目并网接入情况,包括接入电压等级、接入容量、并网接入时间等。

2.光伏发电项目并网交易情况,包括发电量、自用电量、上网电量、网购电量等。

3.光伏电站项目并网运行过程中遇到的重要问题等。

并网光伏电站运营主体应根据产业监测和质量监督等相关规定,定期将运行信息上报,并对发生的事故及重要问题及时向所在省(市)的国务院能源主管部门派出机构报告。

国务院能源主管部门及其派出机构根据履行监管职责的需要,可以要求光伏发电运营主体和电网企业报送与监管事项相关的其他文件、资料。

第十九条 国务院能源主管部门及其派出机构可采取下列措施进行现场检查:

1.进入并网光伏电站和电网企业进行检查;

2.询问光伏发电项目和调度机构工作人员,要求其对有关检查事项作出说明;

3.查阅、复制与检查事项有关的文件、资料,对可能被转移、隐匿、损毁的文件、资料予以封存;

4.对检查中发现的违法行为,有权当场予以纠正或者要求限期改正。

第二十条 光伏发电项目运营主体与电网企业就并网无法达成协议,影响电力交易正常进行的,国务院能源主管部门及其派出机构应当进行协调;经协调仍不能达成协议的,由国务院能源主管部门及其派出机构按照有关规定予以裁决。

电网企业和光伏发电项目运营主体因履行合同等发生争议,可以向国务院能源主管部门及其派出机构申请调解。

第二十一条 国务院能源主管部门及其派出机构可以向社会公开全国光伏发电运营情况、电力企业对国家有关可再生能源政策、规定的执行情况等。

第二十二条 电网企业和光伏发电项目运营主体违反本办法规定,国务院能源主管部门及其派出机构可依照《中华人民共和国可再生能源法》和《电力监管条例》等追究其相关责任。

电网企业未按照规定完成收购可再生能源电量,造成光伏发电项目运营主体经济损失的,应当按照《中华人民共和国可再生能源法》的规定承担赔偿责任。

第四章 附则

第二十三条 本办法由国家能源局负责解释,各派出机构可根据本地实际情况拟定监管实施细则。

第二十四条 本办法自发布之日起施行,有效期为3年。

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