太阳能供电系统设计

    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和光伏发电。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。

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。

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。

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。

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。

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；无线网桥的输入电压为12VAC，最大功耗8 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;山东地区平均每日峰值日照时数(方阵面上)为4.44h；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 .2╳160╳3╳1.1/0.8 Ah

= 792 Ah

≈ 800 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/800AH，选用单体为12V/200AH, 2串2并，形成24 V/400AH，共计4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,100Wp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

= 100Wp╳4.44h╳0.7 ╳0.9 = 279. 72 Wh ≈ 280Wh

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/280Wh=7.61≈8块

③太阳能电池组件功率

共需要8块100Wp太阳能电池板，2块串4块并，计24V/800 W 。

5)逆变电源

因为一体化枪式摄像机的输人电压为220VAC，无线网桥的输人电压12VAC，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。

太阳能供电系统的运行

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。

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。

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。