离网系统,顾名思义,是完全独立于公共电网运行的发电和供电系统。它通常应用于无电地区(如偏远山区、牧场、海岛)、对供电可靠性要求极高的场合,或者用户希望实现完全能源独立的场景。一套完整的离网光伏储能系统方案通常包括以下几个核心部分:
1. 光伏组件(太阳能电池板)
*作用:系统的能量来源,将太阳能转换为直流电。
*选择:根据安装空间和预算,可选择单晶硅(效率高、常用)或多晶硅。功率和数量根据总能耗决定。
2. 储能蓄电池(电池组)
*作用:储存光伏组件发出的多余电能,在夜间或阴雨天为负载供电。这是离网系统的“能量仓库”。
*选择:
*铅酸电池:主要是铅炭电池,技术成熟、成本低,但深度循环寿命较短,需维护。
*锂离子电池:主要是磷酸铁锂电池,能量密度高、寿命长(循环次数可达3000-6000次)、效率高、免维护,是当前的主流选择,尽管初始成本较高。
3. 离网逆变器/充电逆变一体机
*作用:这是系统的大脑和心脏。
*逆变功能:将蓄电池的直流电转换成交流电(如220V/50Hz),供家用电器使用。
*充电功能:管理光伏组件为蓄电池充电,具备MPPT(最大功率点跟踪)功能,能最大化提升发电效率。
*控制功能:管理整个系统的运行,包括市电/发电机备份接入、负载控制等。
4. 太阳能控制器(MPPT控制器)
*作用:如果逆变器不带充电功能或功率不够,需要独立的控制器。它优化光伏板的工作点,以最高效率为蓄电池充电,并防止电池过充过放。
*注意:很多离网逆变器已内置高质量的MPPT控制器,无需单独购买。
5. 备用能源(可选,但强烈推荐)
*柴油/汽油发电机:在连续阴雨天、蓄电池电量耗尽时,可自动或手动启动,为负载供电并为蓄电池充电,极大提升系统的可靠性和自持天数。
6. 配电系统及监控
*作用:包括直流/交流断路器、防雷器、电表、监控系统等,保证系统安全、可靠运行,并让用户直观看到发电、用电和储能情况。
第1步:计算负载——明确你的用电需求
列出所有需要供电的电器,计算其功率和每日使用时间。
*示例:一个基础家庭负载清单
电器名称 | 功率 (W) | 数量 | 每日使用时间 (小时) | 日耗电量 (Wh) |
LED 照明 | 10 | 5 | 4 | 200 |
冰箱 (节能) | 100 | 1 | (压缩机间歇工作) | 1000 |
风扇 | 50 | 2 | 6 | 600 |
电视机 | 80 | 1 | 4 | 320 |
笔记本电脑 | 60 | 1 | 4 | 240 |
水泵 | 200 | 1 | 0.5 | 100 |
每日总耗电量 | ≈ 2460 Wh (2.46 kWh) |
*注意:空调、电热水器、电暖气等大功率电器是“电老虎”,在离网系统中应尽量避免或谨慎使用,否则系统成本会急剧上升。
第2步:确定蓄电池容量——决定你能用多久
蓄电池容量需满足无日照时的用电需求。
*公式:`蓄电池容量 (Ah) = [日耗电量 (Wh) × 自持天数 (天)] / [系统电压 (V) × 放电深度 (DoD)]`
*参数选择:
*自持天数:通常设计为2-3天(即连续阴雨天也能供电)。
*系统电压:常见离网系统电压为24V或48V(大系统)。
*放电深度:磷酸铁锂电池可达80%-90%,铅酸电池约为50%。
*计算示例:
* 日耗电 2460Wh,自持2天,系统电压48V,使用锂电池(DoD=90%)。
* `所需容量 = (2460 × 2) / (48 × 0.9) ≈ 113.9 Ah`
*结论:建议选择一套48V 120Ah 的磷酸铁锂电池系统。
第3步:计算光伏板功率——决定你充多快
光伏板的总发电量需能补足每日耗电,并为电池充满电。
*公式:`光伏板总功率 (W) = [日耗电量 (Wh) × 能量补偿系数] / [峰值日照时数 (h) × 系统效率]`
*参数选择:
*峰值日照时数:查询当地平均值(中国大部分地区在3.5-4.5小时之间,取4)。
*系统效率:考虑线损、灰尘、控制器逆变器效率等,通常取0.8。
*能量补偿系数:考虑到还要给电池充电,通常取1.2-1.5。
*计算示例:
* 日耗电 2460Wh,峰值日照4h,系统效率0.8,补偿系数1.3。
* `总功率 = (2460 × 1.3) / (4 × 0.8) ≈ 999 W`
*结论:建议安装1000W(即1kW)的光伏组件。可以选择5块200W的板子,或4块250W的板子。
第4步:选择逆变器
逆变器的功率必须大于所有同时使用的电器的总功率之和,并考虑感性负载(如电机、水泵)的启动冲击电流(可能是额定功率的3-7倍)。
*计算示例:上述负载中,可能同时工作的有冰箱(100W)+电视(80W)+2风扇(100W)+水泵(200W) = 约480W。
*结论:选择一个48V 额定功率3000W左右的纯正弦波离网逆变器或一体机足以满足需求,并能应对水泵的启动电流。
1. 能效优先:离网系统的每一度电都来之不易。务必使用高能效的电器(如直流冰箱、LED灯)。
2. 专业安装:系统涉及高压电和复杂的电气知识,强烈建议由专业团队设计、安装和调试,确保安全和性能。
3. 定期维护:特别是检查线路连接、组件清洁和蓄电池状态(尤其是铅酸电池)。
4. 地理位置:系统的设计严重依赖当地的日照条件,设计前务必查询当地的气象数据。
5. 未来扩展:在设计时考虑未来可能增加的负载,为逆变器和蓄电池留出一定的扩容空间。
希望这份详细的方案能帮助您全面了解离网光伏储能系统。如果您有更具体的应用场景和负载需求,可以进行更精确的设计。
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