一种可伸缩移动箱式光伏电站应用研究

唐辉，生绿伟

（上海振华重工（集团）股份有限公司，上海 200125）

习惯了都市生活的人们，已经离不开电力消费，也很难想象断电状况下的艰苦生活。如今在世界上的很多地区，如远离大陆的海岛，偏远的农牧区、野营场地，荒漠高原的工作区，地质勘探、野外施工区等，都严重缺电，生活极其不便。目前，市场上主要移动光伏发电站是在集装箱或集卡车顶面和侧面安装少数太阳能光伏板，发电量少，不能满足现场工地的需求，从而使工期延误，市场效益低。

1 系统机械组成部分

本项目为解决传统移动光伏电站存在各方面的缺陷，利用高科技含量的太阳能监控系统，研发一种全新可伸缩的移动箱式光伏电站。本发明的整体框架图如图1 所示。

整个移动光伏电站由太阳能电池板、40 英尺集装箱、电池板伸缩机构、可升降的支撑机构、蓄电池、数据采集器、工业微处理器、逆变器、汇流箱以及配电箱等组成。把光伏移动光伏电站运输到工地现场，再加固底部，接着打开集装箱长度方向的两侧门，一键全自动展开光伏电池板的组件，从而实现光伏电站的发电储能功能。

1.1 电池板伸缩机构

整个电站的最主要核心机构就是整个系统的所有电池板伸缩机构，主要由电池板框架模块、交流电机、减速器、铰链、导轨和撑杆等组成。其工作流程主要是首先人工搭建撑杆和支撑导轨，以及撑杆的地钉固定，一键启动展开机构，电池板框架模块双向对称方向从集装箱两侧在电机和铰链的作用下，缓慢平稳展开，铺平后终点插销固定；等需要移动或者恶劣环境时，需要回缩时，同样原理，松开端点固定插销，启动电机，电池板框架模块在电机牵引下，缓慢收缩回集装箱，最后拆卸导轨和支架。

图1 系统整体框架图

电池板展开机构，在设计时主要考虑两点，一是电池板的模块化固定，减小铰链直接连接电池板铝合金时，对电池板边框强度的要求，二是电池板展开和收缩时都要确保有电机和手动应急手柄两种操作。展开流程图如图2 所示。

1.2 蓄电池滑槽机构

整个系统的储能蓄电池，由于全部集成在集装箱展开机构下方，同时为了维护方便，蓄电池需要加装一个滑槽式抽屉式机构，采用单节滑槽，双向收缩的方式，可以节约材料和节省空间。同时由于蓄电池不能室外露天，需要密封，但是又要考虑其工作环境的影响，所以需要给蓄电池密封室加装风机和空调。

图2 伸展机构展开流程

2 电气设备

2.1 电气设备选型

因为本系统是离网式储能电站，所以电气设备选型，主要需要考虑设备的高效、体积小巧、重量轻等几个特点。具体设计选型介绍如下：

（1）光伏组件选择高效单晶硅光伏组件，首先电池板组件的串并的数量是由控制器的输入电压电流和其他发电效率综合考虑的，本系统初步核算集装箱内部发电56kW左右，所以控制器选用两个额定输出348V 75A的控制器，基本可以满足系统需求；此类型控制器的输入电压最大可达850V，最大输入电流可达60A；同时72 片电池板组件每片额定功率为360W，额定电压基本是39V，电流是9A 左右；60 片电池板组件每片额定功率为305W，额定电压基本是32V，电流是9A 左右，因此可以算出两种电池板的串联数量为：选用60 片的组件，可以15 ～20 片串联；如选用72 片的组件，可以12 ～15 片串联，而且是必须保证在这个范围内，否则影响发电效率。

（2）电池组件串并后需要接入汇流箱，市场上一般标准的汇流箱是8 输入1 输出，较大的也有16 路输入的；每个汇流箱输入端所接电池组件基本上要求是所用型号规格是一致的，以及每路所串的电池组件数量上要保持一致，同时和控制器连接也是一个汇流箱接一个控制器，当然这个控制器是组串的。本系统采用两种类型电池板的组串方式：72 片的14 串6 并共84 块组件，60 片的17 串5 并组合。

（3）目前初步选的离网逆变器型号是FR-UK3350-SPO-A，60KVA 容量，380V 三相交流电输出，输入电压范围304 ～417V，基本是电池的工作电压范围，负载在70%～80%容量即是40 ～50kW 以内最佳工作负载。

（4）电池初步筛选用2V 800Ah 的铅碳电池，因为每天按4 小时有效的光照，每天最大可以发电200 度电，加上铅碳电池充放电深度不能太大，影响电池寿命，所以初步设计174 块电池串联，满电压在348V，基本上和逆变器的输入电压以及控制器输出电压匹配。

（5）监控系统主要是首先用数据采集器利用485 通讯协议采集逆变器、电池、控制器等各种信息，可以加装4G 模块，传输到网络上，在云服务器上读取数据，远程分析。

（6）如果加装风机发电接口，需要再加装风能控制器，整流成直流，然后再直流母线上预留接口。柴油发电机接口在逆变器那里有旁路开关，柴发时直接交流供电。

2.2 电气设备接线图（图3）

图3 系统电气接线图

3 光伏电站管理系统

光伏电站管理系统包括监控功能和大数据分析功能两部分，监控功能是集成逆变器、控制器、汇流箱等数据，然后单个蓄电池使用传感器传输电池电压、电流、内阻、温度等数据，一起处理后部署在Web 服务器上，可以本地监控，也可以本地远程中控室监控；如果需要远程监控，本地需要连接wifi 或者4G 网络，可以通过云服务器进行实时远程监控。监控界面如图4、图5 所示。

通过监控功能将采集到的数据进行数据挖掘，利用这些大数据实现性能分析、故障诊断等功能，降低光伏电站的运维成本，增强光伏电站的运维能力，缩短分析软件的大数据处理时间，提升整个电站的发电效率，加强监测与诊断电站的光伏设备，保证光伏电的发电能力，减少电站的电能损耗，尽可能地增加企业电能收益。基于大数据处理的监控平台主要有三大功能：

图4 系统电池组监控界面图

图5 系统整体监控界面图

（1）数据挖掘。光伏设备性能监督：对电站设备的关键性能进行实时监督，包括效率分析、损失分析等全自动分析，然后展示这些性能参数；效率分析包括：有效快速分析逆变器转换效率、系统效率、发电日效率和发电月效率；故障诊断与处理：实时监督光伏电站问题设备，精准定位故障组件、故障逆变器等，掌握设备的各种运行状态；故障诊断包括：设备产生的通讯故障、逆变器产生的故障、组串电流电压不正常、效率低下、温湿度传感器故障等；负荷预测：准确预测未来一天或一段时间的光伏发电量；阵列的清洗监督：根据光伏电站系统发电效率的变化曲线、智能分析光伏组件最佳的清洗节点，有效地监督清洗光伏组件的工作情况。

（2）数据存储。超长数据保存时间，随时调取，随时查看。用户的数据可以自主选择数据存储时间，中国移动物联网云平台数据存储，安全稳定。

（3）精准数据强化算法，精准无延迟地解析数据。

4 结语

经初步估算，本项目实施后，降低非电网用电的成本（以柴油机发电为例），由于只要有太阳的地方就能发电，同时配备了最大容量的储能蓄电池，可以更好地满足离网现场的长期用电需求，和传统的大功率柴油发电机相比，以太阳能电池板10 ～20 年的寿命周期核算，发电、维护等成本都有所降低（以40 尺移动电站，10 年平均发电成本和柴油机发电成本相比较，相同用电负载的前提下，可每度电成本可以节约4 ～5 成）。所以在针对一些特殊适用场合，本移动光伏电站在经济性上和传统柴发有着很大的优势，在便捷性上和传统的分布式光伏电站也有着很大的优势。