1、针对西藏地区光伏储能蓄电池组容量计算作者 11，作者 22，作者 31，(单位名称，省份 城市 邮编)摘要：在光伏发电系统独立运行模式中，光伏系统光储容量配置作用在于维持储能系统的能量平衡，提高光伏组件的能源有效利用率。由于光伏系统负荷缺电率、能量溢出比与光伏系统储能系统具有密不可分的联系，因此需要合理配置光伏系统光储容量配置，达到提升光伏系统供电稳定性及经济效益的目的。本文针对西藏地区设计 1 套办公楼离网供电系统，根据西藏地区的日照资源，结合办公楼的用电器负荷用电规律设计一套磷酸铁锂蓄电池储能系统。关键词：光伏储能；蓄电池组；离网供电1 引言随着西藏经济社会的高速发展，电能需求也随之加剧，
2、而薄弱的输配电网络和电能保障供应体系已经成为制约经济发展和群众生活水平提高的主要问题。光伏发电系统以其产量值高、电能质量好、可再生的优势，逐渐取得人们的青睐，在世界范围内得到了广泛的应用。由于光伏发电系统易受太阳辐射及周围环境温度的影响，使得光伏发电系统的供电能力具有不稳定性，因此需要构建储能系统。当前储能系统大多采用并网风电场、微网系统及离网型微电网，其中针对离网型微网储能系统通常考虑符合缺点率的问题，导致能源利用率低下，下面提出独立光伏系统光储容量优化配置的方法。本系统构建一套 50kW/300kWh 磷酸铁锂蓄电池组，设计满负荷连续运行时间为 6 小时；配置 50KW屋顶分布式光伏系统作
3、为清洁能源来源，为办公楼用电设备提供不间断电源供电。2 系统设计2.1 办公楼用电负荷情况负荷的功率和用电量是蓄电池组容量的主要决定参数，因此，详细的调查用电负荷工作情况对蓄电池组容量设计至关重要，此项目蓄电池组主要为办公楼负荷用电，办公楼主要用电器有照明、电脑、空调等设备，其中还有 24 小时运行的网络服务器及监控设备，还有其他的短期负荷，办公楼负荷情况如下表所示：表 1 办公楼负荷用电参数表负 载 计 算交流负载 额定功率 （kW） 数量 额定功率小 计（kW） 白天用电时 数（h） 夜间用电时 数（h）白天用电量小计（kWh）夜间用电量小计（kWh）照明 5 1 5 3 3 15 15电
4、脑办公 10 1 10 6 1 60 10其他用电器 5 1 5 1 0 5 024 小时负载 0.5 1 0.5 12 12 6 6负载白天用电平均同时率 0.5 负载总额定功率（kW） 20.5负载夜间用电平均同时率 0.8 白天总用电量（kWh） 86负载用电最大同时率 0.88 夜间总用电量（kWh） 31 负载功率因数 1 每天总用电量（kWh） 1172.2 当地太阳能资源光伏离网发电系统设计受到使用地区负载情况（容量、类型、重要等级分类） ，气候条件（辐射资源、极端气象条件等） ，地址条件等约束条件限制，太阳能资源的丰富程度直接影响光伏发电容量与蓄电池组容量的配置，西藏地区光照资
5、源非常丰富，因此与内地相比，蓄电池储存相同的电量可以配置更少的电池组件。西藏自治区由于海拔高、纬度低、大气洁净、空气干燥，所以太阳总辐射量大，是我国太阳能最丰富的地区。全自治区多数地区年日照时数在 3000 小时左右，日照百分率在65%77%之间，太阳年总辐射量在 60008000MJ/m2 之间，呈自东向西递增型分布。拉萨气象站 1993-2010 年太阳总辐射年总量的平均值为 7508.61MJ/m2。太阳能总辐射年总量统计见表 2.2，太阳能总辐射年总量直方图见图 2.3，从图中可看出， 19932010年拉萨太阳辐射量分布年际变化较大，19932000 年辐射值总体呈逐年下降趋势（ 1
6、994 年突然下降后骤升继续下降） ，20022010 年数据整体呈上升趋势。太阳能辐射年总量最高出现在 1993 年，为 7855.12 MJ/m2；太阳能辐射年总量最低出现在 2000 年，为7134.17MJ/m2，拉萨气象站 1993-2010 年太阳辐射量的月际变化较大，其数值在461.58MJ/m2799.93MJ/m2 之间，月总辐射从 1 月开始急剧增加，5 月达最高值，以后开始下降，冬季 12 月达最小值。2.3 电池板容量及储能容量估算本方案负荷功率 20.5kW，考虑后期可能扩容选用 50kVA 离网电源， 50kVA 电源可为用电负荷提供可靠的供电保障，依据每日用电量需
7、求并结合日间及夜间用电同时率因素，日累计用电量 117kWh。光伏组件及蓄电池数量估算需要综合考虑当地太阳辐射资源， 最好月份、最差月份辐照度差异，系统效率，最大连续阴雨天数，蓄电池放空后充满所需天数等多个因素影响， 而且各因素的影响权重较大。蓄电池的容量对保证连续供电是很重要的。在一年内,方阵发电量各月份有很大差别。方阵的发电量在不能满足用电需要的月份,要靠蓄电池的电能给以补足；在超过用电需要的月份,是靠蓄电池将多余的电能储存起来。所以方阵发电量的不足和过剩值,是确定蓄电池容量的依据之一。同样,连续阴雨天期间的负载用电也必须从蓄电池取得。所以,这期间的耗电量也是确定蓄电池容量的因素之一。因此
8、，蓄电池的容量 BC 计算公式为:BC=AQLNLTO/CCA 为安全系数,取 1.11.4 之间；QL 为负载日平均耗电量,为工作电流乘以日工作小时数；NL 为最长连续阴雨天数；TO 为修正系数,详见表 3 和表 4；CC 为蓄电池放电深度,一般铅酸蓄电池取 0.70,锂电池组取 0.80。太阳能电池容量在两组连续阴雨天之间的最短间隔天数内所发电量，不仅供负载使用，还需补足蓄电池在最长连续阴雨天内所亏损电量，计算太阳能电池容量时同样考虑充电控制器的效率、电池组件的效率因素，详见表 3 和表 4。太阳能电池容量计算公式为：W=Q1/S1+Q2/S2Q1 为负荷每天用电量Q2 为蓄电池每天需要充
9、电量S1、S2 为修正系数（详见表 3 和表 4）本次设计蓄电池容量满足连续两个阴雨天负荷用电，蓄电池放空后可在 4 天后充满，根据经验选择设计参数如表 2-4。设计结果如表 5 所示，设计结果选择依据年平均辐照量获得的设计概览。 表 2：气象数据气 象 数 据全年辐照量 最差月份辐照量 最好月份辐照量水平面年辐照总量（MJ/M2/年）7508 水平面辐照总量（MJ/M2/月） 461水平面辐照总量（MJ/M2/月） 799水平面峰值日照时数（h） 5.7139水平面峰值日照时数（h） 4.268519水平面峰值日照时数（h） 7.3981折合到倾角面峰值日照时数（h） 5.9995折合到倾角
10、面峰值日照时数（h） 4.481944折合到倾角面峰值日照时数（h）7.7681表 3：系统效率影响因素和参数设计参 数 设 定参数名称 修正值直流线路损耗 0.97白天电能直接通过控制器的损耗 0.99控制器充电控制效率 0.97控制器放电控制效率 1蓄电池充电效率 0.8蓄电池放电效率 1蓄电池放电深度 0.8逆变器效率 1交流线路损耗 0.98表 4：连续阴雨天及其他参数设定其 他 设 定连续阴雨天蓄电池自主天数 2系统设计安全冗余系数 1蓄电池放空后充满所要求的天数 4蓄电池放空后每天充入电量(kWh) 59.69387755太阳能方阵输出端每天需发电量（kWh） 212.711696
11、2表 5：系统设计结果系统设计结果太阳能电池方阵容量（kWp） 13蓄电池标称容量(kWh) 110控制器容量（kW） 13逆变器容量（kVA） 20本次设计 50kVA 系统所需安装组件容量约为 41kWp，蓄电池容量 298kWh。结合光伏组件功率等级及蓄电池可供货型号，设计结果如下：光伏组件： 多晶硅 255Wp 组件，180 块， 连接方式采用 18 块串联，10 串并联（组件累计容量 45.9kWp） ；蓄电池：磷酸铁锂蓄电池组， 330V/ 300kWh，蓄电池组输出功率 50kW。3 结语离网光伏发电系统设计结果受多种因素影响， 达到最优设计需要获取准确的负载需求、太阳能辐射资源
12、及气候情况。在离网系统中，光伏组件与蓄电池是系统成本的主要构成因素（约占系统成本 70%） ，也是最容易受到负载需求和环境资源影响的系统部件。本次设计的结果依据以往经验以及对负载需求的估计，与实际结果可能有偏差，但本设计的设计思路与实际项目应用完全一致，而且此方案的应用案例已经正常运行 4 个月，为西藏地区光伏储能设计提供了样板参考，对本方案进行简单修正后即可获得实际可用的系统方案。4 参考文献1 王长贵,王斯成.太阳能光伏发电实用技术.北京:化学工业出版社, 2009.265-2712 沈辉,曾祖勤.太阳能光伏发电技术.北京:化学工业出版社, 2005.85-993 杨金焕,于化丛，葛亮.太阳能光伏发电应用技术.北京:电子工业出版社, 2009.130-1604张兴，曹仁贤 太阳能光伏并网发电及其逆变控制M 北京: 机械工业出版社，20105 曾杰 可再生能源发电与微网中储能系统的构建与控制研究 D 武汉: 华中科技大学图书馆，20096王志群，朱守真，周双喜. 分布式发电对配电网电压分布的影响J. 电力系统自动化，2004,28(16):56-60. 7李蓓, 李兴源. 分布式发电及其对配电网的影响 J . 国际电力，2005, 9( 3) : 45-49. 8王波.储能系统的优化建模与控制策略研究D.合肥工业大学,2013.
