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                                         太陽能供電系統設計

    太陽能供電系統由太陽能電池組件、太陽能控制器、蓄電池（組）組成。按實際需要還可以配置逆變器。太陽能是一種干凈的可再生的新能源，在人們生活、工作中有廣泛的作用， 其中之一就是將太陽能轉換為電能，太陽能發電分為光熱發電和光伏發電。通常說的太陽能發電指的是太陽能光伏發電，具有無動部件、無噪聲、無污染、可靠性高等特點，在偏遠地區的通信供電系統中有極好的應用前景。

結構與功能

各部分的作用為：

（1）太陽能電池組件：太陽能電池組件是太陽能供電系統中的核心部分，也是太陽能供電系統中價值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能量轉換為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負載工作。太陽能電池組件的質量和成本將直接決定整個系統的質量和成本。

（2）太陽能控制器：太陽能控制器的作用是控制整個系統的工作狀態，并對蓄電池起到過充電保護、過放電保護的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應具備溫度補償的功能。其他附加功能如光控開關、時控開關都應當是控制器的可選項。

（3）蓄電池：一般為鉛酸電池，小微型系統中，也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。其作用是在有光照時將太陽能電池組件所供出的電能儲存起來，到需要的時候再釋放出來。

系統分類

太陽能供電系統分為離網太陽能供電系統、并網太陽能供電系統及分布式太陽能供電系統：

1、離網太陽能供電系統主要由太陽能電池組件、控制器、蓄電池組成，如輸出電源為交流220V或110V，還需要配置逆變器。

2、并網太陽能供電系統就是太陽能組件產生的直流電經過并網逆變器轉換成符合市電電網要求的交流電這后直接接入公共電網。并網發電系統有集中式大型并網電站一般都是國家級電站，主要特點是將所發電能直接輸送到電網，由電網統一調配向用戶供電。但這種電站投資大、建設周期長、占地面積大，還沒有太大發展。而分散式小型并網發電系統，特別是光伏建筑一體化發電系統，由于投資小、建設快、占地面積小、政策支持力度大等優點，是并網發電的主流。

3、分布式太陽能供電系統，又稱分布式光伏發電系統，是指在用戶現場或靠近用電現場配置較小的光伏發電供電系統，以滿足特定用戶的需求，支持現存配電網的經濟運行，或者同時滿足這兩個方面的要求。
　　分布式太陽能供電系統的基本設備包括光伏電池組件、光伏方陣支架、直流匯流箱、直流配電柜、并網逆變器、交流配電柜等設備，另外還有供電系統監控裝置和環境監測裝置。其運行模式是在有太陽輻射的條件下，光伏發電系統的太陽能電池組件陣列將太陽能轉換輸出的電能，經過直流匯流箱集中送入直流配電柜，由并網逆變器逆變成交流電供給建筑自身負載，多余或不足的電力通過聯接電網來調節。

特點

1) 長壽命：晶體硅太陽能電池組件的質量保證期是15-20年；

2) 高性能：晶體硅太陽能電池發電系統具有抗臺風、抗冰雹、抗潮濕、抗紫外輻照等特點，組件系統可以在零下40度到零上70度環境下正常工作；

3) 無需職守：運行中無需人員職守，像常規能源一樣能向負載供電；

4) 無間斷供電：系統設計時考慮到當地的陰雨天氣情況，將平時多余的電能存儲在蓄電池內，可確保用戶在陰雨天仍有足夠的電能可供使用；

5) 直流無干擾電源：太陽能電池發電設備，無噪聲、電源無高次諧波干擾，特別適用于通信電源；

6) 不受地理環境影響：平原、河道、海洋、高山、雪原、海島、森林地區，任何需電的地方都可以使用晶體硅太陽能電池發電系統。

設計原則

（1） 根據安裝地點太陽能資源具體情況和負載耗電量，確定太陽能發電容量。

（2） 保證所有設備供電。

（3） 環保、經濟、實用、安全、可靠。

供電設計

（1）監控設備功率及日耗電量的確定

外場監控攝像采用高速云臺一體化槍式攝像機，輸入電壓為220VAC，最大功耗為100 W；無線網橋的輸入電壓為12VAC，最大功耗8 W；根據監控系統對攝像機的操作要求，確定整套攝像機系統的運營平均總功耗為80W，共計日耗電量為：80w╳24h=1920wh=1.92kWh(度)電。

（2）太陽能及蓄電池組配置方案

1)主要指標要求

太陽能電池組件保證使用壽命長，設計在10年以上;蓄電池容量能滿足設備負載72h(3d)連續陰雨天供電。

2)根據系統運算確定參數

太陽能電池方陣傾角為38；太陽能電池方陣面獲得的輻射量為平面值的1.1倍;山東地區平均每日峰值日照時數(方陣面上)為4.44h；設定兩個連續陰雨天之間最短間隔數為15d。

3)蓄電池組容量設計

蓄電池的容量對保證連續供電是很重要的。因為設備所需的電量都是由蓄電池提供的，太陽能方陣每日所發電量都要存儲到蓄電池內以供設備消耗，但每天太陽能方陣需要多發出一部分電量存儲到蓄電池內以備陰雨天使用。

因此，蓄電池的容量Bc計算公式為:

Bc=A╳ QL╳ NL ╳ T0 / Cc Ah

= 1 .2╳160╳3╳1.1/0.8 Ah

= 792 Ah

≈ 800 Ah

式中：

A為安全系數，取1. 1~1.4之間;

QL為負載日平均耗電量，為工作電流乘以日工作小時數;

NL為最長連續陰雨天數;

T。為溫度修正系數，一般在0℃以上取1，?10℃以上取1. 1，?10℃以下取1.2;

Cc為蓄電池放電深度，一般鉛酸蓄電池取0.70。

所以，蓄電池的選擇為12V/800AH，選用單體為12V/200AH, 2串2并，形成24 V/400AH，共計4塊。

4)太陽能電池方陣設計

①太陽能電池方陣基本單元擬選定單組為12V,100Wp太陽能電池板。

②需要太陽能板的數量

單塊太陽能板日發電量:

功率╳充電時間╳綜合充電效率╳損耗

= 100Wp╳4.44h╳0.7 ╳0.9 = 279. 72 Wh ≈ 280Wh

日耗電量:負載日耗電量/逆變器效率=1.92kWh/0. 9=2. 133kWh

需要太陽能電池板數量:

日耗電量/單塊太陽能板日發電量=2133Wh/280Wh=7.61≈8塊

③太陽能電池組件功率

共需要8塊100Wp太陽能電池板，2塊串4塊并，計24V/800 W 。

5)逆變電源

因為一體化槍式攝像機的輸人電壓為220VAC，無線網橋的輸人電壓12VAC，需配置逆變電源，將24V DC轉變為220VAC然后給負載供電。

6)智能型太陽能控制器

工業級芯片,過充、過放、過載保護、短路反接；微電腦時間控制器,交直流輸出.

7)采用保溫防潮濕埋地措施，即采用膠體電池等。

太陽能供電系統的運行

在太陽能供電系統中，晴朗天氣有日照時太陽電池向負荷直接供電，同時補充無日照時由蓄電池向負荷供電所放電量；無日照、陰雨天由蓄電池放電供通信設備用電。

太陽能供電系統與由市電、高頻開關電源、蓄電池組成的供電系統不同。后者蓄電池組大部分時間處于恒壓浮充狀態，且高頻開關電源具有較高的自動化功能和完善的蓄電池管理功能。當蓄電池放電后，整流器對蓄電池進行限流充電，還可根據需要定期對蓄電池組進行補充充電。隨著當地環境溫度的變化，一般整流器還可進行蓄電池浮充電壓自動補償，因此可以保證蓄電池組經常工作在充滿電狀態，有利于延長蓄電池的使用壽命。

太陽能供電系統則不同，太陽電池的發電量是無法控制的，不是按需發電。在蓄電池處于滿容量或基本滿容量狀態時，為保證蓄電池組不過充電和系統輸出電壓不超出允許電壓范圍，部分太陽電池將會被從系統中切除；而在蓄電池深度放電后，太陽電池也不會因蓄電池需要充電而多發電。因此，該系統中蓄電池的運行方式既不是浮充運行方式，也不是完全的充放電方式。蓄電池的充電既不是恒壓充電，也不是恒流充電。蓄電池的充電電流隨著日照強度的變化和太陽電池方陣的投入與切除而變化，電壓也隨之變化。

我們使用的閥控型密封鉛酸蓄電池，為保證蓄電池的使用壽命，單只蓄電池的長期充電電壓應控制在2.40V以下。

太陽能供電系統運行維護注意事項

（1）當連續陰雨天氣，蓄電池放出電量較大時，不管蓄電池組是否到達放電終止電壓，都應及時用移動發電裝置對蓄電池進行補充充電。預防在蓄電池容量未達到基本充滿狀態時再遇陰雨天氣，造成供電中斷和由于蓄電池放電后充電不及時影響蓄電池的使用壽命。

（2）由于蓄電池的運行方式不是完全的浮充運行方式，蓄電池組的使用壽命較常規供電系統中的蓄電池使用壽命短。應掌握蓄電池的容量情況，特別是在使用幾年后，應在每年的連續陰雨天氣季節來臨前，對蓄電池組進行一次容量試驗，若容量不能滿足要求，要及時采取措施。

（3）太陽電池方陣到太陽能供電組合電源的連接電纜有部分位于室外，應定期檢查電纜是否老化、連接是否完好。

（4）為更好發揮太陽電池的效力，可根據一年中的季節變化，調整太陽電池方陣平面傾斜角。

（5）應保持太陽電池方陣表面整潔，否則會影響太陽電池方陣的發電量。

（6）電池室適宜溫度為5℃～30℃、濕度≤85%RH。采用太陽能供電系統的局（站），設計機房時應注意保暖、通風。機房環境溫度也是不容忽視的因素，可采取適當的措施，如采用太陽電池逆變器，把直流電逆變為220V交流電，解決機房空調的用電。

應用領域

一、用戶太陽能電源：（1）小型電源10-100W不等，用于邊遠無電地區如高原、海島、牧區、邊防哨所等軍民生活用電，如照明、電視、收錄機等；（2）3-5KW家庭屋頂并網發電系統；（3）光伏水泵：解決無電地區的深水井飲用、灌溉。

二、交通領域如航標燈、交通/鐵路信號燈、交通警示/標志燈、宇翔路燈、高空障礙燈、高速公路/鐵路無線電話亭、無人值守道班供電等。

三、通訊/通信領域：太陽能無人值守微波中繼站、光纜維護站、廣播/通訊/尋呼電源系統；農村載波電話光伏系統、小型通信機、士兵GPS供電等。

四、石油、海洋、氣象領域：石油管道和水庫閘門陰極保護太陽能電源系統、石油鉆井平臺生活及應急電源、海洋檢測設備、氣象/水文觀測設備等。

五、家庭燈具電源：如庭院燈、路燈、手提燈、野營燈、登山燈、垂釣燈、黑光燈、割膠燈、節能燈等。

六、光伏電站：10KW-50MW獨立光伏電站、風光（柴）互補電站、各種大型停車廠充電站等。

七、太陽能建筑將太陽能發電與建筑材料相結合，使得未來的大型建筑實現電力自給，是未來一大發展方向。