CN111446737B - 高原用储能式光伏离网发电系统及远程监控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高原用储能式光伏离网发电系统及远程监控方法，其中，所述高原用储能式光伏离网发电系统包括太阳电池组件、太阳能充电控制器、蓄电池组和离网型逆变器；所述太阳电池组件与所述太阳能充电控制器连接，所述太阳能充电控制器与所述蓄电池组连接，所述蓄电池组与所述离网型逆变器连接。本发明提供的高原用储能式光伏离网发电系统解决了对高原高海拔运行环境的降容、性能稳定性、转换高效性等问题，大大提高了发电系统的使用寿命，有效避免了经常维修的问题，从而降低了成本。

Description

高原用储能式光伏离网发电系统及远程监控方法
技术领域
本发明涉及光伏离网发电技术领域，具体是一种高原用储能式光伏离网发电系统及远程监控方法。
背景技术
我国西部高原地区太阳能资源十分丰富，有2/3的地区年日照时间大于2000h，具有利用太阳能的良好条件，为光伏发电系统供电提供了充足的能源。然而传统的光伏发电系统在高原使用时，由于高原地区环境经常会出现光伏发电系统发生故障，可能会导致系统断电，交流负载放电次数偏多和电池放电深度过低会导致蓄电池使用寿命降低，以至于系统使用寿命都降低。并且，高原地区电站运行故障分析很难到位，再加之交通不便利，这样会导致光伏发电系统长时间断电，给用电户带来了极大的用电不便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高原用储能式光伏离网发电系统及远程监控方法，以解决相关技术的不足。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
高原用储能式光伏离网发电系统，包括太阳电池组件、太阳能充电控制器、蓄电池组和离网型逆变器；所述太阳电池组件与所述太阳能充电控制器连接，所述太阳能充电控制器与所述蓄电池组连接，所述蓄电池组与所述离网型逆变器连接。
作为本发明进一步的方案：所述太阳电池组件与所述太阳能充电控制器之间设有光伏汇流箱，所述离网型逆变器连接有交流配电柜，所述交流配电柜连接负载。
作为本发明进一步的方案：所述光伏汇流箱为4进1出的防雷汇流箱，即太阳电池组件每4串使用1台光伏汇流箱。
作为本发明进一步的方案：所述太阳电池组件采用400W A级的太阳能光伏组件。
作为本发明进一步的方案：所述太阳电池组件包括铝边框和电池片，所述电池片的四周边缘处套设有EVA层，所述EVA层通过玻璃层安装于所述铝边框，所述铝边框与所述玻璃层之间设有密封条；所述电池片的功率为400W，所述铝边框为阳极化优质铝合金密封边框，其接线盒密封防水、散热性好、连接牢固，引线极性标记准确、明显，并且其受光面有较好的自洁能力、抗盐雾腐蚀的能力；所述EVA层为抗老化EVA胶膜，其高透光率低铁太阳能专用钢化玻璃，透光率机械强度高，使用寿命25年，功率衰减质保期不低于25年。
作为本发明进一步的方案：所述离网型逆变器采用三相高频离网逆控一体机。
作为本发明进一步的方案：所述离网型逆变器采用单相工频离网逆控一体机。
作为本发明进一步的方案：所述蓄电池组采用铅酸蓄电池或胶体蓄电池。
作为本发明进一步的方案：所述太阳电池组件设有电能采集组件，所述蓄电池组设有容量采集组件，所述电能采集组件和容量采集组件连接有远程监控平台。
一种根据上述所述的高原用储能式光伏离网发电系统的远程监控方法，包括如下步骤：
S1：通过电能采集组件采集所述太阳电池组件的电能信息；
S2：通过容量采集组件采集所述蓄电池组的容量信息；
S3：将所述电能信息和容量信息传送给所述远程监控平台，以便进行远程监控。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的高原用储能式光伏离网发电系统解决了对高原高海拔运行环境的降容、性能稳定性、转换高效性等问题，大大提高了发电系统的使用寿命，有效避免了经常维修的问题，从而降低了成本。
本发明通过采集太阳电池组件的电能和蓄电池当前容量，可以有效对高原用储能式光伏离网发电系统进行远程监控，以及计算光伏离网发电系统的发电量。
附图说明
图1为高原用储能式光伏离网发电系统的结构示意图；
图2为太阳电池组件的结构示意图。
图中：1-太阳电池组件；2-光伏汇流箱；3-太阳能充电控制器；4-蓄电池组；5-离网型逆变器；6-交流配电柜；7-负载；11-铝边框；12-密封条；13-玻璃层；14-EVA层；15-电池片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明适用于高原和高海拔地区，负载为照明灯、电气设备、水泵等电器。光伏阵列容量设计以高原和高海拔地区的太阳能辐照统计数据为依据，储能蓄电池组可保障系统续阴雨天的气象条件下正常使用，综合考虑光伏阵列抗风要求及发电效率等因素，光伏阵列采用地面固定倾斜角安装方式。
请参阅图1所示，本发明实施例中，高原用储能式光伏离网发电系统，包括太阳电池组件1、太阳能充电控制器3、蓄电池组4和离网型逆变器5；所述太阳电池组件1与所述太阳能充电控制器3连接，所述太阳能充电控制器3与所述蓄电池组4连接，所述蓄电池组4与所述离网型逆变器5连接；所述太阳电池组件1与所述太阳能充电控制器3之间设有光伏汇流箱2，所述离网型逆变器5连接有交流配电柜6，所述交流配电柜6连接负载7。
太阳电池组件方阵1在有光照的情况下将太阳能转换为电能，通过太阳能充电控制器3为蓄电池组4充电；同时，本系统通过蓄电池组4给离网型逆变器5及交流负载7供电。并具有防过充电功能，采用PWM方式进行充电；离网型逆变器5(带交流旁路功能)具有蓄电池组4过放电保护供能。
具体工作描述：白天在日照情况下，太阳电池组件1将太阳能转换成直流电，多个太阳电池组件1通过汇流箱2汇集后，由光伏控制器(太阳能充电控制器3)为蓄电池组4充电并实现充电管理，因负载7为交流设备，所以需通过离网逆变器5将太阳电池组件1或蓄电池4的直流通过逆变器5逆变成交流电为负载供电。
在一些实施例中，所述光伏汇流箱2为4进1出的防雷汇流箱，即太阳电池组件每4串使用1台光伏汇流箱2。建设容量3.2KWP离网系统，需配备防雷汇流箱1台。
在一些实施例中，所述太阳电池组件1采用400W A级的太阳能光伏组件。太阳电池组件1构成光伏阵列的主要部件，通过光电效应将太阳辐射能转换为直流电能。选用高效率、长寿命太阳电池组件1可降低电站的初始建设成本、同等面积条件下提高系统的电能输出能力，增加电站的使用年限，提高系统的经济效益。太阳电池组件1的使用寿命为25年，具备抗紫外老化、抗盐雾侵蚀能力。
太阳电池组件1选用8块，其中，采用2块一串，建设规模3.2KWp为一个光伏方阵列。不同的光伏功率采用相同的3.2KWP的光伏方阵列组合而成。按照日照时间6.2小时计算，日发电量为15kWh。
太阳电池组件的气性能规格：
400峰值功率：400Wp峰值；功率电压：40.45V峰值功率电；电流：10.50A；开路电压：48.60V；短路电压：9.9V；工作温度：-40℃～+90℃；正面最大静载荷(雪载荷)：5400Pa；背面最大静载荷(风载荷)：2400Pa；接线盒(防护等级)≥IP65。
在一些实施例中，如图2所示，太阳电池组件1包括铝边框11和电池片15，所述电池片15的四周边缘处套设有EVA层14，所述EVA层14通过玻璃层13安装于所述铝边框11，所述铝边框11与所述玻璃层13之间设有密封条12；所述电池片15的功率为400W，所述铝边框11为阳极化优质铝合金密封边框，其接线盒密封防水、散热性好、连接牢固，引线极性标记准确、明显，并且其受光面有较好的自洁能力、抗盐雾腐蚀的能力；所述EVA层14为抗老化EVA胶膜，其高透光率低铁太阳能专用钢化玻璃，透光率机械强度高，使用寿命25年，功率衰减质保期不低于25年。
在一些实施例中，所述蓄电池组4采用铅酸蓄电池或胶体蓄电池。在本发明中优先使用高海拔专用胶体蓄电池，规格HT-OO1-200，适用于海拔4000米以上地区的太阳能离网电站、通信基站、移动式储能系统、太阳能建筑系统等。执行标准：GB/T22473-2008《储能用铅酸蓄电池》、IEC61427-2005《光伏能源系统用蓄电池一般要求和试验方法》。其电池性能：根据高海拔地区使用环境，专业技术工艺进行常规设计，使其可在4500米以上高海拔高原地区正常运行并保持性能的优良稳定性；采用多元高分子点解决的技术设计，可适用于-50℃--60℃低温环境正常运行；采用高海拔耐压设计，电池内部组件在气压极低环境下仍良好运行。
高海拔专用胶体蓄电池的技术参数：额定电压：12V；额定容量：200AH；最大充电电流：50A；适用温度范围：-50℃～60℃；毛重：55KG。
在一些实施例中，所述离网型逆变器5采用三相高频离网逆控一体机。优选的，本三相高频离网逆控一体机采用HT10K-ET三相高频离网逆变器。
优点：三相运行，电机启动运行更平稳，电机与水泵驱动技术应用经验，轻便。
产品特点：1、灵活；2、兼容IEC标准三相异步电机；3、兼容主流的光伏组件；4、可切换到市电工作；5、智能；6、自适应最大功率点追踪技术，效率高达99％；7、自适应电机功率；8、性价比高；9、即开即用系统设计；10、内置电机水泵保护功能；11、无蓄电池设计，适用于各种应用场合；12、易于维护；13、可靠；14、领先的电机与水泵驱动技术，数年市场应用经验；15、软启动功能阻止水锤效应，延长系统寿命；16、内置智能IGBT模块，简化系统设计，提高系统可靠性；17、内置过压、过载、过热及干转保护；18、远程监控；19、标准RS-485接口；20、输出带隔离变压器；21、数字化DSP控制技术；22、功能强大的中英文LCD显示界面；23、灵活的组网监控；24、可靠的电磁兼容特性；25、智能风扇控制；26、市电备用功能可选，可设置市电优先或太阳能优先；27、可选装大功率充电功能；28、允许输出三相100％不平衡运行。
在一些实施例中，所述离网型逆变器5采用单相工频离网逆控一体机；优点：(1)高海拔地区专用、节能、环保，(2)控制效率高、响应速度快、抗冲击能力强，可远程控制，(3)适宜市电互补的光伏离网水泵驱动技术应用，市电异常时能自动转换为逆变输出；(4)性价比相对较高。
在一些实施例中，单相工频离网逆控一体机选用HT3500-12K的容量单相工频离网逆控一体机，内置工频正弦波逆变器和MPPT太阳能控制器，太阳能控制器效率可达95％及以上，可设置184-253VAC(或155-275VAC)市电输入范围，50HZ/60HZ输出频率，从0-100％的充电电流，高达300％的输出抗冲击能力，具有电池过载、欠压保护、输出过流、短路保护、过温保护。市电异常时能自动转换为逆变输出。
HT3500系列工频逆变器，高过荷能力，使它能够启动较大的电机负载。一旦启动，所有逆变功能是完全自动的，其产品特性：1、高效率的单相正弦波逆变输出；2、内置太阳能控制器和具有待机省电模式，使产品更加节能、环保；3、三段式市电充电模式及充电电压、电流可设置；4、采用高速高性能的DSP控制，提高了系统的响应速度；5、逆变输出抗冲击能力强；6、LED-LCD双显示；7、具有远程开关机功能。
在一些实施例中，单相工频离网逆控一体机选用一般单相工频离网逆控一体机，如HT3600-12K的单相工频离网逆控一体机，其优势：智能充电、市电优先。
产品特点：1、纯正弦波输出：失真率低于3％。可满足绝大部分电器用电需求，转换效率高，噪音小；2、高性能线路板：采用电子组装行业流行的SMT贴片工艺，体积小，重量轻；3、超宽输入电压：超宽输入电压范围、高精度输出、全自动稳压；4、种工作模式：市电优先，电池优先可选配，智能充电；5、LCD+LED实时显示：简洁直观的LED搭配全面智能的数字化LCD显示，支持RS232通讯接口，方便实时观察机器状态；6、大保护功能：内置过载、短路、电池高低压、过温、反接保护功能，系统故障时蜂鸣，器发出警报声，可靠性高。
太阳电池组件1方阵安装在室外，当雷电发生时太阳电池组件方阵有可能会受到雷击的侵入。为了保证本设备光伏离网发电系统安全可靠，防止因雷击、浪涌等外在因素导致系统器件的损坏等情况发生，系统的防雷接地装置必不可少。本太阳能电池组件防雷措施主要有：
1)太阳能电池组件1支架采用铝合金材料，太阳能电池组件1支架阵列之间通40*4mm热镀锌扁铁连接，40*4mm热镀锌扁铁将光伏组件围成闭合系统，形成光伏避雷网；
2)离网逆变器5直流输入段和交流输出端配置相应的防雷模块；
3)防雷接地系统，接地电阻小于4Ω；
4)太阳能电池组件支架、汇流箱、室外电源线路屏蔽层及SPD接地须做好等电位连接接地。
在一些实施例中，所述太阳电池组件1设有电能采集组件，所述蓄电池组4设有容量采集组件，所述电能采集组件和容量采集组件连接有远程监控平台。
根据上述所述的高原用储能式光伏离网发电系统的远程监控方法，包括如下步骤：
1、通过电能采集组件采集所述太阳电池组件1的电能信息；
2、通过容量采集组件采集所述蓄电池组4的容量信息；
3、将所述电能信息和容量信息传送给所述远程监控平台，以便进行远程监控。
本发明通过采集太阳电池组件1的电能和蓄电池组4当前的容量，可以有效对高原用储能式光伏离网发电系统进行远程监控，以及计算光伏离网发电系统的发电量。
以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.高原用储能式光伏离网发电系统，其特征在于：所述发电系统包括太阳电池组件、太阳能充电控制器、蓄电池组和离网型逆变器；所述太阳电池组件与所述太阳能充电控制器连接，所述太阳能充电控制器与所述蓄电池组连接，所述蓄电池组与所述离网型逆变器连接；所述太阳电池组件与所述太阳能充电控制器之间设有光伏汇流箱，所述离网型逆变器连接有交流配电柜，所述交流配电柜连接负载；所述光伏汇流箱为4进1出的防雷汇流箱，即太阳电池组件每4串使用1台光伏汇流箱；所述太阳电池组件选用8块，其中，采用2块一串，建设规模3.2KWp为一个光伏方阵列；
太阳电池组件的气性能规格：400峰值功率；
功率电压：40.45V峰值功率电压；
电流：10.50A；
开路电压：48.60V ；
短路电压：9.9V ；
工作温度：-40℃～+90℃；
正面最大静载荷：5400Pa；
背面最大静载荷：2400Pa；
接线盒防护等级≥IP65；
所述太阳电池组件采用400W A级的太阳能光伏组件；所述太阳电池组件包括铝边框和电池片，所述电池片的四周边缘处套设有EVA层，所述EVA层通过玻璃层安装于所述铝边框，所述铝边框与所述玻璃层之间设有密封条；所述蓄电池组采用铅酸蓄电池或胶体蓄电池；所述太阳电池组件设有电能采集组件，所述蓄电池组设有容量采集组件，所述电能采集组件和容量采集组件连接有远程监控平台；所述离网型逆变器采用三相高频离网逆控一体机，本三相高频离网逆控一体机采用HT10K-ET 三相高频离网逆变器；或者所述离网型逆变器采用单相工频离网逆控一体机；
所述远程监控方法包括如下步骤：
S1：通过电能采集组件采集所述太阳电池组件的电能信息；
S2：通过容量采集组件采集所述蓄电池组的容量信息；
S3：将所述电能信息和容量信息传送给所述远程监控平台，以便进行远程监控。
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