2023离网光伏储能系统技术方案.docx

离网型光伏储能系统技术方案光伏储能系统技术方案1%项目基本信息：1）项目名称：浙江中烟工业有限责任公司杭州卷烟厂光伏储能系统项目2）项目地址：杭州上城区中ft南路77号杭州卷烟厂内；3）项目内容：科技楼屋顶钢梁结构，面积约160平方米，75楼屋顶空地，其中面积约250平方米，用于安装光伏组件发电，并配置适当储能容量；4）项目功能：两座楼屋顶各自安装光伏组件发电并储能，用于大楼内部楼道灯的照明，光伏发电及储能不并网，是自发自用的离网系统，不需要供电局审批；5）光伏额定峰值总功率：科技楼20kWp,75楼30kWp;6）工作状态：白天光伏正常发电时，将电力储存到蓄电池，同时也给有需要的楼道灯供电；晚上光伏不能发电，则由蓄电池供电，经过逆变给楼道灯供电；若有连续阴雨天发电量不足，则自动切换到由市电给楼道灯供电；当光伏又能发电，蓄电池储能足够时，自动切换到由蓄电池给楼道灯供电。供电为AC三相380V50HZo2、光伏储能系统成组方案:根据上述基本信息，确定以下设计选型:D科技楼选用250Wp的多晶硅光伏组件80块，共20kWp,以10串8并的方式通过汇流箱接入光伏控制器；75楼选用250WP的多晶硅光伏组件120块，共30kWp,以10串12并的方式通过汇流箱接入光伏控制器。光伏组件的性能参数如下：电池材料：多晶硅；电池组件尺寸：1650X992×50mm；电池组件重量：22.5Kg；电池组成：60片多晶硅电池式串联而成，标称功率：250W；开路电压：37.6V；短路电流：8.75A；最佳工作电压：31.4V；最佳工作电流：7.98A；工作环境温度：一40°C+85；正常使用25年后组件输出功率损耗不超过初始值的20%2汇流箱规格为2进1出，科技楼共4台，分别接入光伏控制器的4个通道;75楼共6台，分别接入光伏控制器的6个通道。汇流箱的主要性能特点如下： 防护等级IP65,满足室外安装的要求； 可接入2路光伏组串； 每路接入光伏组串的最大开路电压值可达DC500V； 每路最大电流为15A； 尺寸（深*宽*图）：96*200*224Iiin 电气原理图如下：太阳输入1 +太阳输入2+太阳输入1-太阳输入2-3科技楼的光伏控制器选择SD220100/P型，最大光伏组件33kWp,4路输入,每路25A,额定电压DC220V,可在DC240V下使用。75楼的光伏控制器选择SD220150/P型，最大光伏组件仍33kWp,但有6路输入，每路25A,额定电压DC220V,可在DC240V下使用。光伏控制器用于将波动的光伏发电转换为稳定的电压输出，给蓄电池充电。控制器具有光伏阵列防反接功能，夜间防反充电功能；具有电池充放电控制和多种告警与保护功能，RS485/RS422通信接口等。控制器具体技术参数分别如下：型号SD220100/PSD220150/P额定电压（V）DC220DC220额定电流（八）100150最大光伏组件功率（KwP）2233光伏阵列输入控制路数46每路光伏阵列最大电流（八）2525蓄电池过放保护点（可设置V）198198蓄电池过放恢友点（可设置V）226226蓄电池过充保护点（可设置V）264264负载过压保护点（可设置V）320320负载过压恢复点（可设置V）280280空载电流（InA）<50<50电压降落光伏阵列与蓄电池（Y）1.351.35蓄电池与负载（V）0.10.1温度补偿系数（mvC）05（可设置）05（可设置）使用环境温度（）-20+50-20+50使用海拔高度（m）5000（海拔超过1000米需按照GB/T3859.2规定降额使用。）5000（海拔超过1000米需按照GB/T3859.2规定降额使用。）防护等级IP20IP20尺寸（宽X高X深）（mm）482×177×400(4U)482×266×455(6U)机架式安装,可装在600X1200×600mm的机柜中。光伏控制器模块及机柜4电池选型蓄电池是离网光伏储能系统的关键部件，选型需考虑多方面因素。科技楼的光伏组件装机峰值总功率为20kWp,75楼的光伏组件装机峰值总功率为30kWpo但因为要求是水平安装，没有按杭州地区的最佳倾角与正南面25°角度安装，光伏发电会降低约15%的效率，所以科技楼实际光伏峰值总功率为17kWp,75楼的实际光伏峰值总功率为25.5kWp0光伏发电量估算。根据光伏电场场址周围的地形图，经对光伏电场周围环境、地面遮光障碍物情况进行考察，建立的本工程太阳能光伏发电场上网电量的计算模型,并确定最终的上网电量。光伏发电站年平均上网电量Ep计算如下：Ep=H×Paz×K(KWh)其中：HA为平均年太阳能辐射量Ha1186kWhm2PAZ组件安装容量，kWpoK为综合效率系数，受多种因素影响，包括：光伏组件安装倾角、方位角、太阳能发电系统年利用率、电池组件转换效率、周围障碍物遮光、逆变损失以及光伏电场线损、变压器铁损等。实际上网电量受较多因素影响，估算难度较大。a.考虑电池组件安装倾角、方位角的修正系数：根据不同的电池组件阵列的安装方式，结合杭州气象站太阳辐射度资料统计及当地纬度、经度，计算出安装倾角、方位角的修正系数。b.太阳能发电系统年利用率：太阳能光伏发电系统较为简单，设备可靠率高，维护方便，可用率高，故可利用率可按99%选取。c.光伏组件转换效率修正系数：考虑到光伏组件在25年经济寿命会发生约20%转换效率的衰减，故经济寿命期内的平均转换效率约为初始值的90%o加上运行过程中板面温度变化；输出电压偏离峰值工作点以及板面污染等原因会使其转换效率达不到标准值等因素综合考虑后，对在整个运行经济寿命内光伏组件平均转换效率进行修正,结果见表2.U表2.1电池组件转换效率修正系数序号修正系数名称系数备注I组件衰减平均折减系数0.9002温度修正系数0.914按加权平均温度修正3板面污染系数0.9704输出功率偏离峰值系数0.9905组件转换效率修正系数(1×2×3×4)0.790d.障碍物遮光的影响系数：根据场址周围建筑物布置位置，根据对各场址日照情况分析计算，得出周围障碍物遮光的影响情况。e.逆变器转换效率：根据逆变器厂家提供的加权转换效率选取。f.光伏电场线损、变压器铁损系数：从光伏组件至逆变器的直流电缆长度一般都较长，为降低输电线路损耗，在导线截面选择时，遵循将线损控制在1%的原则。由于受外部光照条件的变化使得大容量光伏发电系统中变压器负载波动较大,因此变压器损耗是不同荷载时损耗的加权平均值加上空载损耗。电缆线损、变压器铁损系数按计算结果取值。总的综合效率系数包括组件阵列倾角、方位角系数；太阳能发电系统可用率；电池组件转换效率修正系数；障碍物遮光的影响系数；逆变器平均效率；电缆线损、变压器铁损系数。各种因素影响大小初步估算详见表2.2o表2.2综合效率系数序号修正系数名称综合系数1组件阵列安装倾角、方位角系数K11.0352太阳能发电系统可用率K299.00%3光伏组件转换效率修正系数K30.7904光照有效系数K40.9955逆变器平均效率K593%6电缆线损、变压器铁损系数0.987综合效率系数加权平均0.734根据以上各项的估算修正，得出本工程的理论年发电量总的综合效率系数。据此估算出光伏电场的年上网电量及标准功率年利用小时，详见表2.3：表2.3年平均上网电量序号项目数据1综合效率系数K0.7342多年平均年太阳能辐射量(KWh/m2)1186I安装容量(KWp)20+305平均年上网电量(KWh)43,526以每年300天估算，科技楼每天发电58kWh,75楼每天发电87kWho大楼的电气图纸上，楼道灯的设计总功率分别达到20kW和30kW,这样的话，光伏发电量只能供亮灯约3ho若要光伏平均日发电量供亮灯IOh,则要么增加光伏组件安装数量，要么楼道灯实际的使用功率降低。增加光伏组件受屋顶安装面积限制,因此这里暂且估算楼道灯实际使用功率分别为6kW和IOkW。具体还需与电气设计进一步沟通后，再做修正。仍以现有数据估算，选择120只400Ah的REX型或最新型REX-C型阀控铅酸免维护蓄电池，用于科技楼的储能系统；选择120只600Ah的REX型或最新型REX-C型阀控铅酸免维护蓄电池，用于75楼的储能系统。则两个大楼储能系统电压均为240V,匹配光伏控制器，每天系统放电电流为C10,放电深度为60.4%o先进铅炭电池技术介绍储能系统的寿命、安全性和可靠性取决于所使用的电池性能。南都作为储能领域的技术领导者，为新能源储能系统提供解决方案，开发了铅炭电池。这是国内超级电池领域的率先突破，国内首创、国际先进水平，专为储能系统部分荷电态（PSOC）模式循环使用专业开发。公司于2010年开始进行先进储能铅炭蓄电池技术研究，与中国人民解放军防化研究院（军用化学电源研究与发展中心）、哈尔滨工业大学进行产学研合作。获得多项专利及部省级奖励： 申请发明专利六项 申请实用新型专利一项 获得2011年浙江省重大科技创新专项项目 通过浙江省重点创新项目产品鉴定 通过国家能源局铅炭电池鉴定（鉴定结论：该成果大幅提高了铅酸电池循环寿命及高倍率充放电等特性，拥有多项自主知识产权，实现了铅酸电池技术的重大突破，填补了国内空白，达到国际先进水平。） 被列为ALABC研发项目（该技术是中国在超级电池领域的率先突破，现已列入ALABC（国际铅酸电池先进联合会）资助项目，南都为唯一获批的中国企业。）国旅ta帧源鞘学技术成果量定证书Ail南晶电源动力股份“跟公司:特发此证id管理要求.现认为省级I：业新产丛I业务尸事中债缶案H料.«*W. Wftffl> MELUMt*H K ->& MLUmMMUkf MtF(HMMWM."MMBaWrtUP 3 VMMH，MttMfK MM*aM1M M <, IftVW. MrAO%，5 14IU. MfM4M*ICMMl -ICT<. W>?. MM. « >Xt*X*l.,MJfMftl* f.- Mr *jm.K a*MM7*>. ff<<*. t<flHf<. MZKtfAWI.NX9 KBCMH34 WPW. f<<M.国家级能源科学与技术成果鉴定证书与浙江省新产品鉴定证书铅炭电池是将具有电容特性或高导电特性的炭材料加入到负极，结合铅酸电池和超级电容器的优势，既保持了电池高能量密度，又具有超级电容器高功率、快速充放电、循环寿命长的特点。铅炭电池原理示意图兼具铅酸电池和超级电容器的特性适合于部分荷电态(PSOC)模式循环使用高比功率，可快速充放电负极硫酸盐化少，循环寿命长充电接受能力较普通电池提升40%,循环寿命达5倍以上性能参数南都REX-C系列先进储能铅炭蓄电池普通铅酸蓄电池管式胶体电池储能应用场景下循环寿命耐久能力按GB/T224732008标准测试大于15次大循环（大于2250次小循环）4次大循环（600次小循环）7大循环（1050次小循环）PSOC模式循环寿命高温浮充寿命按GB/T19638-2005标准测试20次5次8次充电接收能力按GB/T22473-2008标准测试2.8大于1.8大于2低温容量按GB/T224732008标准测试大于90%大于80%大于85%密封反应效率大于98%大于98%大于95%内阻（100oAh为例）0.14m0.18m0.24m短路电流（lOAh为例）13746A10696A8785A安装可以极板水平卧放安装可以极板水平卧放安装只能立放安装3储能逆变器选型根据光伏组件装机容量及负载大小，两个大楼都选择SC30型储能逆变器，具备一定的抗负载开机冲击的能力。具体参数如下：型号SC30直流侧最大直流功率33kW工作电压范围195450V最大直流电流169A交流侧额定功率30KW最大交流侧功率33kVA（长时间运行）最大交流电流48A最大总谐波失真<3%（额定功率时）额定电网电压400V允许电网电压范围310450V额定电网频率50Hz允许电网频率范围4752Hz额定功率下的功率因数>0.99隔离变压器具备直流电流分量<0.5%额定输出电流功率因数可调范围0.9（超前）0.9（滞后）独立逆变电压设置范围370"410V独立逆变输出电压失真度<3%（线性负载）带不平衡负载能力100%独立逆变电压过渡变动范围10%以内（电阻负载0%-100%）独立逆变峰值系数（CF）3:1效率最大效率95.0%保护直流侧断路设备断路器交流侧断路设备断路器直流过压保护具备交流过压保护具备极性反接保护具备模块温度保护具备常规数据体积（宽/高/厚）806X1884X636mm重量710kg运行温度范围-30+55°C停机自耗电<40W冷却方式温控强制风冷防护等级IP21相对湿度（无冷凝）0'95%,无冷凝最高海拔600Om（超过4000m需降额）显示屏触摸屏调度通讯方式以太网、RS485BMS通讯方式RS485、CAN通信协议ModbusSC30储能逆变器外观如下:电池管理系统设计综合上述的主要设备部件选型，得出整体光伏储能系统结构图如下:光伏阵列10串8光伏控制器科技楼光伏储能系统结构图整个储能系统两组电池单元累计总容量为96kWh+144kWh=240kWh,储能逆变器的常见效率在92%95%,所以整个储能的实际容量为240kWh×0.92=221kWh,对应电池管理系统的架构如下图: 一 I储能系统BMS结构示意图科技楼和75楼分别采用了120只2V4（X）Ah及2V600Ah的蓄电池，一个电池监测单元（BMU）管理12只电池，则每组各需10只BMU,每组各有1只BCU与后台服务器进行数据交互。BCU与各BMU之间采用OPENCAN通信协议，BCU与后台服务器之间采用TCP通信协议。计量点设置在储能逆变器的交流侧。BMS系统功能有： 具备系统上电自检功能，主要包括所有传感器、绝缘电阻、执行器、系统状态等； 具备充电、放电、温度、电流等多重保护功能； 具备管理整个充放电过程功能； 具备绝缘电阻检测及预警功能； 具备电池组总电压、总电流、温度、单体电池电压等测量功能； 具备电池组及各单体电池Se）C、SOH等功能； 具备对单体电池的主动无损均衡功能及先进的均衡规则策略； 具备电池系统相关运行信息存储记录功能； 具备全系统RS485或CAN总线通讯功能； 具备高压电的通断管理功能； 系统供电电源监测和保护功能。BMS主要指标有： 工作电压：AC220V； 单体电压采集范围：0.53V； 单体电压采集精度：±0.1%; 组端电压采集范围：OIoOoV； 组端电压采集精度：±0.2%; 电流采集（传感器）范围：±2000A（最大）； 电流采集（传感器）精度：±0.5%; 温度采集范围：-40120； 绝缘电阻分辨率：IKQ； 绝缘电阻测量精度：5%; 单体电池均衡电流：25A; Se)C估算精度：8%; 数据采集周期：20ms； 输出触点：1A/30VDC； 通讯接口：100M以太网、RS485或CAN2.0。3、光伏成组及安装实施方案D光伏支架采用固定式安装，平铺于槽钢支架上。2）科技楼光伏组件排布按照2*3的方式，共13个区块，再另在转角处安装两块光伏组件，共80块。75楼共安装120块光伏组件。科技楼总尺寸约为（W）3000mm*（L）46000mm（具体见建筑设计单位的科技楼及75楼光伏布局图）。光伏组件支架载重量13.75kgm2,提供数据供建筑设计参考，用于复核载重量是否符合承重设计，另外还需考虑风阻负荷是否足够。D电池组采用架式安装方式，与光伏控制器、储能逆变器一起放置在屋内。科技楼：采用GFM-400R的电池，总电压为240VO电池组尺寸为(W)4005mm×（三）610mm×(D)980mm,总重约为4170Kgo机架底部均设置有地脚螺丝安装孔。由此组成一个牢固、安全、整齐、美观的机架柜。安装示意图如下：1rtE丑丑3Loooel卜。午午£=oee4，。中。中T1rt!卜干。中。之卜干。Toij4o4oXolLoo=UoLoooc!o4ooJL WiLTOO575楼：采用GFM-600R的电池，总电压为240Vo电池组尺寸为(W)4050mm×（三）820mm×(D)1020mm,总重约为5220Kgo机架底部均设置有地脚螺丝安装孔。由此组成一个牢固、安全、整齐、美观的机架柜。安装示意图如下:8202电池采用卧式安装，电池与电池的电气连接采用软连接条连接。电池组正负极输出端安装断路器，与光伏控制器之间用的铜芯带护套的软电缆连接。3按功率较大的75楼计算光伏控制器和储能逆变器核算重量和占地尺寸。光伏控制器尺寸为(W)482mmX（三）266mmX(D)455mm,重量50Kgo储能逆变器尺寸为(W)806mmX（三）1884mmX(D)636mm,重量710Kg°需考虑电池机房的承重。电池组安装示意图：布局图4) BMS的采样模块(BMU)安装在电池架的顶部和底部，每个模块可以采样12个电池单体。5) BMS的控制柜安装在电池组机柜方阵的顶端，并靠近相应控制器一侧，控制柜内设备包括BCU、BAU,接触器、熔断器、空气开关等，控制柜尺寸为:600mm×600mm×12(X)mm(WDH)o6)电池机房需设置通风设施和必要的消防设施，有条件可安装空调，保证电池室恒温、干燥，确保电池在最佳条件下运行。