5KW家用光伏并离网储能发电系统

李红军

摘要：家用光伏并离网储能发电系统主要由太阳能电池方阵、储能逆变器、蓄电池组成。光伏并离网储能发电系统可以为家庭里提供日常所需的电量，也可以向电网供电，为居民带来一定的经济收入。太阳能作为新型清洁能源可以改善生态环境、减少居民日常电费，降低对电网的依赖度。以下珠海地理环境及日照条件为例，设计了一套5KW家用光伏并离网储能发电系统。

关键词：太阳能电池方阵；储能逆变器；储能电池；并离网发电系统

前 言

家庭光伏储能并离网系统是利用太阳能电池组件、蓄电池、储能逆变器、电池管理系统等器件将太阳能转换成电能的系统。白天在光照条件下，太阳电池组件产生一定的电动势，通过组件的串并联形成太阳能电池方阵，使得方阵电压达到系统输入电压的要求，经过储能逆变器对蓄电池进行充电，将由太阳能转换而来的电能储存起来。若电池已充满，储能系统将富余的光伏电量经过转换返送电网。晚上蓄电池组为逆变器供电，逆变器将直流电转换成交流电供家用电器使用。蓄电池组的充放电情况由电池管理系统进行控制，保证蓄电池的正常使用。

太阳能发电的利用通常有两种方式，一种是将太阳能发电系统所发出的电力输送到电网中供给其他负载使用，而在需要用电的时候则从电网中获取电能，称谓并网发电方式。另一种是依靠蓄电池来进行能量存储的所谓独立发电方式，它主要用于因架设线路困难市电无法到达的场合，应用十分广泛。

1.项目概况

1.1项目背景及意义

本项目拟设计一个太阳能光伏并网发电系统，为居民家里提供生产生活用电，并将多余的电输送到国家电网。

1.2光伏发电系统的要求

本系统是一个家用光伏并网系统，拟建立一个5kWp的小型发电装置，平均每天发电27kWh，可供一个5kW的负载工作48小时。

2. 并网光伏系统的原理

并网光伏系统就是将太阳能电池方阵产生的直流电，经过储能逆变器转换成交流电供给负载。同时系统接入电网，当电量有剩余时，向电网送电；当日照影响太阳能光伏系统供电不能满足负载需求时，可以通过电网系统或电池逆变方式得到电能。

并网光伏系统的原理图如下：

3.现场资源和环境条件

珠海位于东经113.35°，北纬22.00°。

根据珠海气象资料，年平均日照时数约1393小时，太阳年辐射总量为1414kWh/㎡，年平均峰值日照时数是3.87小时。

综上来看，适合安装太阳能发电系统。

4.太阳能光伏方阵设计

4.1确定日平均用电量

名称 数量 功率（W） 时间（h） 合计（Wh）

空调 1 1500 3 4500

洗衣机 1 2000 0.5 1000

电冰箱 1 100 24 2400

电视机 1 150 3 750

电脑 2 400 1 800

合计 4550 9.45kWh

由表得出日平均用电量为9.45kWh，为计算方便，使日平均用电量等于9.5kWh，MPPT电压范围为120～450V，负载的日平均消耗量QL为9.5kWh。

Wh/120≈80Ah

4.2太阳能电池的串并联设计

由珠海日辐射总量平均为3.87kWh/㎡，年辐射总量为1414kWh /㎡，得到峰值日照时数= 3.87小时本系统选用的是天合TSMDD05A单晶硅太阳能电池板，其功率为295W，短路电流9.55A，开路电压39.7V，最佳工作电流9.08A，最佳工作电压32.5V。

10串光伏组件的电压为：

1.2*10*VOC =1.2*10*39.7=476.4

式中符号含义如下：

VOC：光伏组件开路电压

U：光伏最大输入电压=500V

光伏串电压满足逆变器MPPT电压要求。

光伏方阵的串联数Ns=10

光伏方阵的并联数

Np=80/（Imp*Hp*η）=80（9.08*3.87*0.8）≈3

式中符號含义如下：

η：取0.8

所以采用10块电池方阵串联为一单元，一共3只支路并联的方式，电池方阵共30块。那么太阳能光伏方针的总功率为：

P=NsNpPmax=10×3×295=8850W

根据计算，初步设计太阳能系统安装总量为8850W

5.储能电池的设计

蓄电池的任务是储存太阳能电池发的电，并在太阳能电池方阵供电不足时，向负载供电。要求蓄电池中存储的电量要能保证在2个阴雨天情况下向负载供电。在该系统中，电池电压标称为120V范围为108-138V，连续阴雨天数Dt取2，系统安全系数A取1.1，放电深度DOD为0.8。由此可得出

蓄电池的总容量为：

C=QLAD*A*Dt/（Ul*DOD）=9500*1.1*2/（108*0.8）=240Ah

系统选用240 Ah，12V的单体蓄电池，则需串联120/12=10块电池

6.储能逆变器的选择

逆变器是将太阳能电池产生的直流电转换为交流电的转换装置，以实现为交流负荷供电的需求。

本系统采用的是英威腾储能逆变器，型号为BD5KT

7. 电池方阵支架系统的安装

家用光伏发电系统采用固定倾角太阳能电池支架。光伏板方位角正南，倾角为20°。

参考文献：

[1]《太阳能光伏发电技术图解指南》 作者 冯垛生 王飞 人民邮电出版社