7.2 50kW并離網儲能系統(tǒng)設計全過程

7.250kW并離網儲能系統(tǒng)設計全過程在一些商業(yè)區(qū)，由于受到變壓器容量的限制，光伏發(fā)電不允許上網賣電，有的地方電網不太穩(wěn)定，還有的地方上網電價很便宜，但用電價格較高，峰谷價差較大，這些地方如果安裝光伏，就比較適合用采用離網儲能系統(tǒng)，其最大的特點是既可以并網發(fā)電，以可以儲能，還可以單獨離網運行。光伏并離網系統(tǒng)主要有四種贏利方式：一是利用光伏給負載供電，還可以設定在電價峰值時輸出，減少電費開支；二是可以電價谷段充電，峰段放電，利用峰谷差價賺錢；三是如果不能上網賣電，可以安裝防逆流系統(tǒng)，當光伏功率大于負載功率時，可以把多余的電能儲能起來，避免浪費；四是當電網停電時，光伏還可以繼續(xù)發(fā)電，不浪費，逆變器可以切換為離網工作模式，系統(tǒng)作為備用電源繼續(xù)工作，光伏和蓄電池可以通過逆變器給負載供電。7.2.1并離網系統(tǒng)技術路線對比并離網光儲系統(tǒng)，包括太陽能組件，控制器，逆變器，蓄電池，負載等設備，技術路線很多，按照能量匯集的方式，目前主要有直流耦合“DCCoupling”和交流耦合“ACCoupling”兩種拓撲結構。（1）直流耦合：如下圖所示，光伏組件發(fā)出來的直流電，通過控制器，存儲到蓄電池組中，電網也可以通過雙向DC-AC變流器向蓄電池充電。能量的匯集點是在直流蓄電池端。直流耦合的工作原理：當光伏系統(tǒng)運行時，通過MPPT控制器來給蓄電池充電；當用電器負載有需求時，蓄電池將釋放電量，電流的大小由負載來定。儲能系統(tǒng)連接在電網上，如果負載較小而蓄電池已充滿，光伏系統(tǒng)可以向電網供電。當負載功率大于光伏發(fā)電功率時，電網和光伏可以同時向負載供電。因為光伏發(fā)電和負載用電都不是穩(wěn)定的，要依賴蓄電池平衡系統(tǒng)能量。（2）交流耦合，如下圖所示，光伏組件發(fā)出來的直流電，通過逆變器變?yōu)榻涣麟?，直接給負載或者送入電網上，電網也可以通過雙向DC-AC雙向變流器向蓄電池充電。能量的匯集點是在交流端。交流耦合的工作原理：包含光伏供電系統(tǒng)和蓄電池供電系統(tǒng)。光伏系統(tǒng)由光伏陣列和并網逆變器組成；蓄電池系統(tǒng)由蓄電池組和雙向逆變器組成。這兩個系統(tǒng)既可以獨立運行，互不干擾，也可以脫離大電網組成一個微網系統(tǒng)。直流耦合和交流耦合都是目前成熟的方案，各有其優(yōu)缺點，根據不同的應用場合，選擇最合適的方案，以下是兩種方案的對比。（1）成本對比：直流耦合包括控制器，雙向逆變器和切換開關，交流耦合包括并網逆變器，雙向逆變器和配電柜，從成本上看，控制器比并網逆變器要便宜一些，切換開關比配電柜也要便宜一些，直流耦合方案還可以做成控制逆變一體機，設備成本和安裝成本都可以節(jié)省，因此直流耦合方案比交流耦合方案的成本要低一點。（2）適用性對比：直流耦合系統(tǒng)，控制器，蓄電池和逆變器是串行的，聯接比較緊密，但靈活性較差。交流耦合系統(tǒng)，并網逆變器，蓄電池和雙向變流器是并行的，聯接不緊密，靈活性較好。如在一個已經安裝好的光伏系統(tǒng)中，需要加裝儲能系統(tǒng)，用交流耦合就比較好，只要加裝蓄電池和雙向變流器就可以了，不影響原來的光伏系統(tǒng)，而且儲能系統(tǒng)的設計原則上和光伏系統(tǒng)沒有直接關系，可以根據需求來定。如果是一個新裝的離網系統(tǒng)，光伏，蓄電池，逆變器都要根據用戶的負載功率和用電量來設計，用直流耦合系統(tǒng)就比較適合。但直流耦合系統(tǒng)功率都比較少，一般在500kW以下，再大的系統(tǒng)用交流耦合比較好控制。（3）效率對比：從光伏的利用效率上看，兩種方案各有特點，如果用戶白天負載比較多，晚上比較少，用交流耦合就比較好，光伏組件通過并網逆變器直接給負載供電，效率可以達到96%以上。如果用戶白天負載比較少，晚上比較多，白天光伏發(fā)電需要儲存起來晚上再用，用直流耦合就比較好，光伏組件通過控制器把電儲存到蓄電池，效率可以達到95%以上，如果是交流耦合，光伏先要通過逆變器變成交流電，再通過雙向變流器變成直流電，效率會降到90%左右。7.2.2系統(tǒng)方案設計（1）客戶的用電需求和光照情況：客戶是廣西北海一家經營冷凍海鮮的加工、銷售、冷藏的小型工廠，主要用電設備是冰柜，加工設備，包裝設備，照明等，其中冰柜功率約10kW，不允許停電超過30分鐘，白天用電量較大，功率每天用電量1重要負載冰柜10kW50度2感性負載加工設備，10kW60度3阻性負載照明，包裝設備20kW40度總計40kW150度廣西北海采用三部電價制，脫硫電價為0.4207元/度。工商業(yè)電價如下：時段8:00-9:009:00-12:0012:00-17:00分區(qū)A區(qū)平時段B區(qū)峰時段C區(qū)平時段間隔1小時3小時5小時電價0.66201.05920.6620時段17:00-22:0022:00-23:0023:00-8:00間隔5小時1小時9小時分區(qū)D區(qū)峰時段E區(qū)平時段F區(qū)谷時段電價1.05920.66200.25912廣西北海光照條件一般，但空氣質量好，年有效利用小時數為1080小時，每天峰值日照為3.75小時，比較適合安裝光伏。（2）系統(tǒng)方案設計并離網儲能有直流耦合和交流耦合兩種方案，根據用戶的特點，光伏自用比例較大，而且白天用電量大，從效率上講用交流耦合的方式比較好，但考慮到客戶對用電的可靠性要求不高，而且預算有限，因此選擇直流耦合的并離網控制逆變一體機。并離網逆變器原理圖和參數表組件功率要根據用戶每天的用電量來確認。用戶每天平均的用電量為150度，當地每天峰值日照為3.75小時，并離網系統(tǒng)的效率約為0.85，因此設計采用360W單晶組件140塊，容量為50.4kW組件，每天能發(fā)190度電，除去損耗給到用戶大約160度，基本能滿足客戶需要。蓄電池容量根據用戶無光照時的用電量來確定，白天光伏發(fā)電可以不經過蓄電電直接給負載使用，估計用戶每天晚上用電量為50度，設計采用500V120AH的鋰電池，總電量為60000VAH，按0.9的放電深度，可為客戶提供54度電。電氣方案設計：組件是140塊，采用20串7并的方式，通過一個7進1出的匯流箱接入逆變器中，選擇帶配電功能的并離網工頻隔離一體機，匯流箱，蓄電池組、負荷、電網分別接入相應的斷路開關中。（3）電氣功能調試：為了適應不同場合，并離網儲能逆變器設計了很多功能，在應