光伏太阳能发电在云南高原地带的应用

1、云南地理位置、气候、太阳能资源概况

云南省是一个多名族共存，地理条件较为恶劣、经济欠发达边疆省份。在边远山区分散居住着许多居民，有的地方只有一两户人家居住。随着国家农村电网改造升级和无电地区电力建设工程的逐步推进，电网工程仅为为一两户人家架设一条几十公里的线路供电显然是不现实的。自2005年起，在楚雄试点采用离网型户用光伏系统为无电人口供电，既解决了无电人口的供电问题，又节约了成本，取得了良好的效果。

云南地处高原，空气稀薄、清新，大气层密度小，阳光透过率高，全年太阳高角度大，日照射数长，太阳能资源仅次于、内蒙、青海等省区，为中国最丰富的省份之一。全省年太阳总辐射量3620-6682兆焦耳/平方米，年日照时数960-2840小时。太阳能资源地区分布特点是西多东少（正好与风能分布形成互补），丰富区在楚雄州、大理州、丽江地区、红河州的中北部、德宏州、保山地区等地，年太阳辐射量在5800兆焦耳/平方米以上。欠丰富区在昭通地区北部、怒江州北部、滇东南边境地区，年太阳总辐射量在4600兆焦耳/平方米以下。

昭通地区北部、怒江州北部地区，年太阳总辐射量低于4600MJ/㎡。

2、光伏太阳能发电方案选取指导思想及依据

（1）指导思想

光伏电源系统，是针对偏远地区的分户离散型用户而设计开发的，故系统既要能满足分户离散型用户最基本的日常生活用电，供电系统要技术成熟、节能环保，且性价比高、维护简单方便，还要有利于农村电力事业的长远发展。系统容量的配置应满足项目地日照最差时间段的农户用电需求。

（2）设计标准

根据云南省日照条件，太阳能光伏发电系统应在3个连续的阴雨天气内仍能满足农户每天的生活照明和收看電视的用电。用电负载功率以每户≤200W，日用电量<1000Wh考虑。基本负荷：3盏节能灯、一台电视机、一个卫星信号接收机等。蓄电池放空后15天需充满（边充电边正常供电的情况下）。符合国家及行业相关标准①。

3、高海拔设备降容说明

高海拔及高原地区具有较恶劣的自然气候条件。空气压力或空气密度降低的影响主要为以下几方面：（1）对绝缘介质强度的影响。（2）对电气间隙击穿电压的影响。（3）对电晕及放电电压的影响。（4）对开关电器灭弧性能的影响。

4、光伏太阳能发电及组件设计安装

4.1最佳倾角及斜面日照小时数

对于某一倾角固定安装的光伏阵列，所接受的太阳辐射能与倾角有关，太阳电池发电的能量来源于太阳，因此太阳电池方阵面上所获得的辐射量决定了其发电量。综合考虑安装安全要求，选择云南省各地均衡的最佳安装倾角为23°、方位朝正南。

4.2太阳电池组件容量设计

太阳能光伏系统的系统效率由光伏阵列效率1、蓄电池充放电效率η2、逆变器效率η3决定。光伏阵列效率η1：指光伏阵列在1000W/m2的太阳辐射强度下，实际的直流输出功率与标称功率之比，根据测算及经验数据：光伏阵列效率η1=95%。蓄电池充放电效率η2：指的是蓄电池输出电能与充电器输入电能之比。根据测算及经验数据：蓄电池充放电效率η2=%。逆变器效率η3：即逆变器交流输出功率与直流输入功率之比，对于系统逆变器，根据以往经验及设备性能数据取η3=80%。系统的总效率等于上述各部分效率的乘积：η=η1xη2xη3=93%x86%x80%=67.6%。故为使每套分户离散型用户光伏发电系统满足≥1000Wh/电能的输出，计算公式：W=P*H*η，P=W÷（H*η）

4.3蓄电池组容量设计

根据云南省日照条件，太阳能光伏发电系统应在3个连续的阴雨天气内仍能满足农户每天的生活照明和收看电视的用电。基本负荷：3盏节能灯、一台电视机、一个卫星信号接收机等。蓄电池放空后15天需充满（边充电边正常供电的情况下）。考虑地理及环境气候因素，蓄电池选用12V的胶体蓄电池，蓄电池放电深度设为0.8。且仅满足农户照明及收视用电，蓄电池的放电小时约为6h/天。考虑蓄电池放电效率修正系数1.05，逆变器的逆变效率90%

蓄电池容量：≈186Ah

胶体蓄电池深放电性能好，工作范围宽广，性能稳定，使用寿命长。

4.4电源控制设备的选择

分户离散型用户光伏发电系统一般情况可选择的光伏电源控制器和逆变器实现。由于分户离散型用户分布广、分布散，为方便农户的使用和后期的维护，选用控制逆变一体机来实现光伏电源对蓄电池的充放电功能、以及将直流电能转变为交流电能的逆变功能。用户的用电负载功率每户≤200W，基本负荷：3盏节能灯、一台电视机、一个卫星信号接收机等。系统配置的太阳能电池组件功率为370Wp-460Wp，光伏充电电流约：460W÷36V≈12.8A，考虑高太阳辐照因数可取最大充电电流为15A。

结合云南省各地海拔高度约，考虑高海拔设备降容的原则及因数，选取满足要求的逆变器。控制逆变一体机具备蓄电池的充电温度补偿功能，可依据蓄电池的温度，及时调整充电电流及电压，可有保证蓄电池的使用性能和寿命。控制逆变一体机可显示系统蓄电池电压、输出电压、工作状态等指示功能；同时具备相应的保护功能。

4.5光伏配电机柜一体化设计

为满足用户使用方便灵活、安全可靠、经济实用的原则，设计分户离散型用户光伏发电系统的蓄电池和控制逆变一体机统一安装于一个标准机柜内，作为光伏配电机柜。机柜采用框架结构，蓄电池组分两列两层稳固的安装于机柜下部，控制逆变一体机稳固的安装于机柜上部。

控制逆变一体机操作面板外置，可方便用户灵活操作。机柜两侧盖板设置百叶窗以便柜体散热，右侧盖板中上端设置一漏电保护开关和电能输出用86型五孔插座（2孔1只，3孔1只），漏电保护开关可有效的保证农户用电安全。光伏电能通过线缆从机柜背部引入。并在机柜背部设置防雷接地连接点，通过BV1*4型专用接引下线接至防雷接地体上。

光伏配电机柜可完成光伏电能的储存、系统智能管理、蓄电池充放电控制、电能逆变输出、继电保护、防雷接地等一系列功能。

4.6系统电气设计

系统电气原理图如下：

4.7系统结构设计

太阳能电池组件及光阵列以23°倾角、朝正南安装于室外无阳光遮挡处，以最大的利用太阳能，提高系统发电量。

光伏组件支架采用角钢和螺栓连接的桁架结构形式，便于运输、安装，基础安装采用角钢击入地面安装，安装方便简单、稳当，使用锤子击入即可，无需混凝土即可安装，以此缩短施工周期。杆件均采用热浸锌处理，防腐能力好，使用寿命长。

安装示意

4.8系统原理说明

太阳能电池组件以23°倾角、朝正南安装于室外无阳光遮挡处，以便更佳的利用太阳辐射。白天光伏组件吸收光能并即时转化为36V的直流电能通过导线输出至控制机柜的控制逆变一体机的太阳能输入端，控制逆变一体机控制蓄电池的充电并使得蓄电池得到有效充电，将白天光伏输出电能有效、即时的储存在蓄电池组中。控制逆变一体机采用PWM脉宽调制方式进行蓄电池的充电控制，不会使蓄电池组过充而降低使用寿命。

在夜间或日常需要用电时，控制逆变一体机有效的控制蓄电池的进行放电，并将蓄电池组中储存的低压直流电能通过逆变模块转换为AC220V交流电能进行输出，供用户使用。同时控制逆变一体机不会使蓄电池组过度放电而降低使用寿命。系统充满电后可保证用户连续3个阴雨天的正常用电需求。控制逆变一体机具备蓄电池反接、短接、过充、过放，输出空载、过载、短路等保护等功能。

系统交流输出设置漏电保护开关，并设置防雷接地，确保用户的用电安全。

①标准引用

GB/T95.1-1996光伏器件第1部分：光伏电流-电压特性的测量

GB/T95.2-1996光伏器件第2部分：标准太阳能电池的要求

GB/T95.3-1996光伏器件第3部分：地面用光伏器件的测量原理及标准光谱辐照度数据