通过一实例,叙述了如何低成本安装一套实用的大功率家用太阳能发电系统,可以满足家用空调、水泵、照明等家用电器的需要。用户还可根据自己实际的用电量情况来缩小或扩大功率。一言以蔽之,成本低廉。
一、太阳能发电系统原理。设备选型概述。
构成:1.太阳能面板;2.太阳能控制器;3.电池组件;4.逆变器。
其原理:太阳能电池板发出电能,用太阳能控制器调节充电,储存在电池中的电能可通过逆变器输出交流电源输出220V,以满足家电的需要。日间可在将太阳能电池充电的同时通过逆变器输出220V交流电。夜间通过电池向逆变器供电,输出220V交流电。
一、电力需求的确定:1.水泵300W;2.4HP空调;2.4HP空调3000W;3.700W照明;4.其他家电约7000W。整个电力系统的用电量为110000W左右。所采用的并用系数为0.7,所以实际使用功率为11000W*0.7=7700W。
二.逆变选择。
1.确定变频功率。按电器总功率计算,单电机最大功率*7倍。这种情况下,实际使用的功率是7700W,单机电动机的最大功率是空调,大约700*7=4900W。这些项目合计约13Kw(本文全部按概算计算,不作具体计算)。所以需要选择15Kw以上的反相器。
2.变频器的种类。变频分频器和高频电源。由于工频逆变电源具有较大的缓冲输出,所以可供选择的电流为额定功率2倍,对电机启动有帮助,相对寿命较长,因此本例中10-12KW的工频逆变电源。对高频逆变器,由于没有大型变压器作为缓冲,只能选择15KW以上的逆变器。
反相器的输入电压一般分为(1)12-120V;(2)192V以上。一种常用MOS管,价格低廉。另一种通常使用IGBT管,成本稍高。
从整体上看,这个例子实际使用了192V,20KW的高频逆变器。
3.目前市场上的光伏逆变器,大部分都是具有无人值班功能的工频逆变器,它采用电池优先方式,在电压低于保护电压时自动切换至市电供电。蓄电池充电到一定的电压后,自动转换到电池供电。
需要注意的是,要选择正弦波逆变,不可选择方波逆变器。不然会损坏部分用电设备,这里不再进行讲解。
三.电池的选择。
1.选择电池类型。现在主要有三种储能电池:(1)蓄电池(最好是胶体电池)(2)磷酸铁锂电池(3)三元锂电池。电瓶的循环寿命大约为500次,维修方便;磷酸铁锂电池循环寿命约为2000次,安全性好,但维护不便,需增加专门的平衡装置。三元锂电池的循环寿命约为800-2000次,不安全,维修不便,需增加专门的平衡器。从整体上考虑,实际选用了磷酸铁锂电池。
2.电池容量。在这个例子中,因为空调是耗电大户,考虑到3个空调器可以开一夜,同时考虑到照明和其它电力消耗,考虑到需要18KWh(18度电)的电池容量。从整体上看,实际选用24.3KWh容量电池,按0.7kWh容量计算。
3.电池电压。电池的总电压取决于逆变器的输入电压。这个例子,逆变器的输入电压为192V。一个电池的电压为12V,需要16节电池组成192V。一个电压3.2V的单一磷酸铁锂电池需要60节构成192V的电池。一个单独的三元锂电池为3.7V,需要52节构成192V的电池。
4.平衡装置。对磷酸铁锂电池的选用,需增加专用平衡器。一个电压3.2V的单一磷酸铁锂电池需要60串电池,以形成192V的直流电,用于逆变电源。当前平衡器超过60串,价格昂贵。从成本角度,这个例子实际上选择了Watema均衡设备。
注意事项,平衡装置需要动手能力较强的人来考虑,否则或选用胶体电池,省去了许多麻烦,而且装配速度快,缺点是寿命短,请自己选。
太阳能控制器的选型。
太阳控制器分降压式和升压式。表面上看,提升式控制器效率较高,但仅适用小功率,小电流的方案。这个例子选择了低电压型高功率太阳能控制器。
首选MPPT太阳能控制器,使太阳能电池板的效率最大化。
太阳电池控制器是由充电电压和充电电流确定的。这种情况下,因为选择了192V的电压,太阳能控制器还需要匹配192V的电压。当今市场上超过120V电压的太阳能控制器价格昂贵。所以在这个例子中,采用两个96V太阳能控制器串联地为电池充电,以降低成本。
通过太阳电池板总功率来确定充电电流。在这种情况下,单个电池板的最大电流是10A。平行双组,最大电流为20A。所以选择太阳能控制器,最大电流超过20A即可。这个例子选择了96V,28A太阳能控制器。
五.太阳能电池板。
太阳电池板分为单晶和多晶型。晶体的效率会稍微提高。在阴雨天,多晶日的效率会更高。自行观察需求使用。这个例子选择的是单晶太阳能面板。也有软薄膜,由于成本较高,这里就不做介绍。
太阳面板规格及参数。说明.参数种类太多,不一一介绍。尽可能选择性价比高的就可以。这个例子选择了规格为1000X2000X40、45V、10A的太阳电池板。
结合方法。相同规格.参数的电池板可根据需要自由串,并联。当参数不一致时,尽可能地串联参数相等或接近,因为出力是以最小哪个电流为限。该方案用三块串联再两组并联的方式分别向两个太阳能控制器供电。
单一组合式电池板参数:电压=45V×3=135V,电流为10A。2组并联后电压:135V,电流20A。
因为在这种情况下,选择的面板参数是不一致的,实际的太阳能控制器最大输出参数是108V,17A。
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