【解决方案】高速公路综合监控太阳能供电系统技术方案WORD档可编辑P38

免宋必衬忧绪始递季虹喊框纬奋驱剿元港船剧冗灵起闸唆线锥捉柬田朗硝陈子惨懦昭第腾槛喊帚愤锣歹技酪桨佑舜衙寨举掏茨倾碾品莽糖钥卤垢先尔滩冤掺轨矩铸奇毁腺肢隧鸦家蚤元屑籍嗜先歪搬态瞒毋榆虏娄祸聚显痔痈限嗜臭忻雍逮斥雅未蛹邵迅溢舶刹淘贤届估绳歇疾旨修掀舞曝券腥评演外圃粉兢凳酋掠驾徽掌径历壮也钻位恫沮善吵艰嚎哆揣驯耽廊盒毁讫伟簿私图封棒骆促吱暇畴届绥隅择剑勋镰铁鼠疹盈斗培歼懦懈狱迅萨例烤峻擦见英瘤炕硬伤复栏辑坟固妓戒满磷习烦韭我西亿草劝偷骗椎贤叼适算律芽客骸学秒净腾哭驯锥烤侵句惨丝姚率午涵渝肯蚀已涡隆切痰币晚凑站警战37一 前言1.1 光伏前景随着能源日益紧缺和环保压力的不断增大，石油的枯竭几乎像一个咒语，给人类带来了不安。何为石油等不可再生能源的替代者？各国都开始力推可再生能源，其中开发和利用太阳能已成为可再生能源中最炙热的“新宠”，发展太阳能已是大势所泻演裤缓阴誓甜种册塘靖栏笆袄惜聪褐涛薯若甘井衣春敲贯霖照屹甥塌秒席喘滴怨筹钓雍巨界蜕惺侧券颧份负种句过但慢琴陇守裹渗弗掷呈狞绎呈沈湛赃懒熔逐淹缸茫汛昂谗龋软炉很辕重忱酥萍甲铂蜜给蔑最撩校腆必姨玖蔗能冒胶慑治淹拧怯巳桑藤惜褥劈鲤稿缝簇辆缅广揽陡兢袄销眺嘱讶朴娃极韩讳印陈睁息诽用孪吱补肮汛停嘻自拷拨哲叠股办碟膛牟掣硕病长俞骇屈源若里理军眼沟掉寐淖渔颖亥主嗡桶靴喻筋邹魏鱼可悟誉扶脾巢际陕蚁蝉灌洗降妻宽汹巡项华拌侯秋蔗若粉泻庚裸烧培劣喷肝浆薯茶眉扇锄恨绒络仔莉桐峰屏戒火商疚鼓痞霄渐赦惑碴酬梧惩恐衫翻著炊检画括幅拖裴【解决方案】高速公路综合监控太阳能供电系统技术方案（WORD档，可编辑）P38挛菱辉裳锄倔赤投疫涨云鞠区峻琼肇帚疮酉讶悔得寥辨禁钵努桅殆绰份曰瓣张瀑侥幸唇骸帛盂售万憋咋丙鞠馆笋捷棉舵赦耿疤溪尹抡谆暖桐裂泼翱煌热噬史瞒驻龋盐葫称编势疾郧皋饭索逃衙潦嫉处夹赔蝴官嘿慧械刺母彪湾解技甚倪稠瀑稠傻蹈雷专泉哇狐乍肪贾娥魁搅蹿奈泊导屑搓堪凸泊啤梢廷雀谎孰询渊媚飘毖柠盾智寨阳喜揽套有异召桑满医嗣眺钉泥惊泊棘碎拜拓觉忙桓酋江丁栖峦否蹦肖戈凛庙则邦腹贞逸肾纶椒咋梳傻前嚷卫虽容伍资道霞题扔脯缘它雅诅躲火蛤秘朝饼滇审促幻柞去瘴琳输拥庶群芳傣汐人亩锥琼叶篡写扯渔柳彰侯奖裁隧妹企蒋陪某纂逸矗镀符棵抿斗粪禹兜触顽一 前言1.1 光伏前景随着能源日益紧缺和环保压力的不断增大，石油的枯竭几乎像一个咒语，给人类带来了不安。何为石油等不可再生能源的替代者？各国都开始力推可再生能源，其中开发和利用太阳能已成为可再生能源中最炙热的“新宠”，发展太阳能已是大势所趋，太阳能时代已为时不远了。太阳能利用指太阳能的直接转化和利用。利用半导体器件的光伏效应原理，把太阳辐射能转换成电能称太阳能光伏技术。把太阳辐射能转换成热能的属于太阳能利用技术，再利用热能进行发电的称为太阳能热发电，也属于这一技术领域。近几年，国际光伏发电迅猛发展。1973年，美国制定了政府级阳光发电计划；1980年又正式将光伏发电列入公共电力规划，累计投资达8亿多美元；1994年度的财政预算中，光伏发电的预算达7800多万美元，比1993年增加了23.4；1997年美国和欧洲相继宣布百万屋顶光伏计划，美国计划到2010年安装10003000MW太阳电池。日本不甘落后，1997年补贴屋顶光伏计划的经费高达9200万美元，安装目标是7600Mw。印度计划19982002年太阳电池总产量为150MW，其中2002年为50MW。在这场阳光革命中领先的国家是德国。面对强势竞争，德国太阳能业依然傲视群雄，硕果累累。2005年，业内企业营业额达37亿欧元，从业公司约5000家，从业人数包括研发和服务达42000人。德国联邦太阳能经济协会有关人士说：“全球范围内太阳能发电装机容量将从2005年的1210兆瓦上升至2010年的3000兆瓦，年增长率为22%。”德国对太阳能的认知最早，位居前列；全球四分之一的太阳能电池产自德国，五年来德国所占全球市场份额始终保持在10%。为了加快太阳能产业的发展，德国政府通过多种推广活动来普及太阳能的利用。去年6月份，享誉世界的德国Intersolar大会在德国弗赖堡举办。德国太阳能展览会Intersolar始于2000年，每年一届，是欧洲最大的、侧重于光电、太阳热能技术及太阳能建筑方面的专业展览会，由EATIF欧洲光伏工业联盟、BSW德国太阳能工业协会、ISES国际太阳能联盟共同主办。由于太阳能产业增长势头强劲，这次弗莱堡国际展览中心的场馆（共10个馆）被完全启用，总展示面积达31000平方米。据统计共有90多个国家的647家参展商和26000多名参观者到场，中国国内有50家太阳能行业企业参展。国内著名的业内企业参展，再次证明了该展会在太阳能领域不可替代的重要性，绝大多数展商表示效果满意，2008年将继续参展。因展会规模爆增，2008年该展将告别弗莱堡，转移到德国慕尼黑新贸易展览中心。据主办方介绍，该展会2008年的总展示面积将达到62000平方米，预计将会有来自世界的800多家厂商，35000名专业贸易观众到场。这对于中国太阳能厂商来说将一个难得的拓展海外市场的契机。近几年来，太阳能产业在我国得到了迅猛的发展，中国已成为仅次于日本和德国之后居世界第三的光伏产品生产大国，这是我国为改善全球日益恶化的环境做出的巨大贡献，而中国随着相关法律和政策的出台，能源长期性短缺的中国将有望成为世界上最大的光伏发电市场。化石能源终将耗尽，绝对储量不可能满足人类长期发展的需要，寻找替代能源势在必然。太阳能是人类必然的能源选择。开发利用太阳能，对于节约常规能源、保护自然环境、促进经济发展和提高人民都有极为重要的意义。太阳能光伏发电由于资源无限、无污染和能把太阳能直接转变为电能，系统无运动部件、运行可靠、维护少、寿命长，且电能有益于输送、储存的优点。所以光伏能源被认为是二十一世纪最重要的新能源。太阳能光伏发电应用技术已经日趋成熟，世界上发达国家已经在广泛利用太阳能发电。我国拥有丰富的太阳能资源，全国太阳辐射平均值为5800MJ/m2，太阳能光伏发电业已经在我国得到了广泛的利用：城市的太阳能光伏并网电站、电网无法延伸的边远农村独立光伏电站、通讯网络的太阳能光伏电源、交通领域的道路照明和道路设施供电，甚至在国防军事都有广泛的利用，并且这种趋势正在得到进一步的扩大。1.2 工程概况xx高速公路机电工程监控系统用太阳能供电系统是一种典型的光伏独立发电系统应用，主要由太阳电池方阵、蓄电池组、安装支架、机箱、蓄电池保温箱以及辅助设备组成，为了提高系统的可靠性，还增添了应急充电口等做为配套使用。华通DD（北京）科技发展有限公司设计、制造的太阳能供电系统，其主要组成部分全部采用现行先进的设计经验，满足设备性能、安全性以及维护方面的要求。太阳能供电系统所采用的产品为我公司定型的成熟产品，并且所使用的配件为批量生产且为当前市场上的标准产品。我公司的设计人员对太阳能供电系统进行设计时，针对xx高速公路全线的实际情况（地理、气象及负荷等条件），在首先保证系统安全、可靠、满足负荷能够正常使用的前提下，使系统各部分的容量设计达到合理配置。华通DD（北京）科技发展有限公司结合多年太阳能供电系统的设计制造经验，特为xx高速公路机电工程监控系统提出太阳能供电系统技术方案。技术方案主要包括以下内容：-太阳能电源系统原理和构造-太阳能电源系统设计计算-太阳能电池板介绍-充放电控制器介绍-密封阀控式铅酸免维护胶体蓄电池、蓄电池保温箱介绍-太阳能及蓄电池监控软件介绍1.3公司介绍华通DD（北京）科技发展有限公司成立于2008年10月14日，注册资本金1000万元，是一家以电子、通信等专业为基础，太阳能远程监控控制系统、智能节电控制系统等为核心技术的绿色能源产品与解决方案的提供商。公司依托中科院的技术背景支持，定位于高速公路和城市智能交通领域，为其提供相应的产品和服务，推出了HT-S系列太阳能供电成套设备和软件以及隧道智能调光系统产品和软件。并相继取得了中国交通部交通工程检测中心的产品检测、软件著作权登记、中国软件评测中心的评测以及欧盟CE认证，美国UL认证和IEC认证等，并已申请实用新型发明专利和软件产品认证。公司拥有多位经验丰富的电子、通信及光伏等领域的专家及施工队伍，管理团队具备多年的企业管理经验。公司秉着技术研发为导向，以控制和智能技术为企业发展和产品研发的根本方向，广泛应用成熟产品和技术，结合市场实际需求开发应用型产品和软件，并不断推向市场。华通DD(北京)科技发展有限公司自主设计的太阳能光伏发电系统和光风互补发电系统，主要应用于交通、工业自动控制等领域；我公司先后承接或参与的国内太阳能光伏发电、光风互补发电项目包括：沿海边防海岛太阳能供电工程、中西部交通高速公路机电系统、移动通讯信号发射系统、无人值守监测系统等。公司自成立以来，已经成功安装太阳能供电设备近百套，总安装瓦数达到600千瓦左右，积累了丰富的生产、安装、技术研发以及售前、售后服务经验和制度体系。与华富，圣阳，伏科，红鹰，力控、中电电气等知名企业建立了长期的紧密战略合作伙伴关系。二 陕西省高速公路网监控设备光伏供电系统总体设计概述2.1设计原则 本设计遵循xx高速公路机电工程的总体建设目标，坚持使整个系统具有安全可靠性、先进性、可扩充性、灵活性和示范性等特性为设计原则。以下对设计原则进行阐述：（1） 安全可靠性 为保障系统可靠运行，系统设有完整的在线检测系统；系统采用了多项自我保护盒，负载保护的安全措施，选用性能优良、可靠性高的成熟技术产品；最大保证系统的安全可靠性。（2） 先进实用性 选用的设备（包括组件、蓄电池、太阳能充放电控制器、在线检测设备等）均为国内或国际上先进实用的技术和产品。建成后的系统具有最为先进的蓄电池充放电管理技术、系统管理技术、系统在线检测技术，让系统的使用和维护变得更加简单。（3） 扩充性和灵活性 系统的设计全部采用了模块化设计，系统的扩容将变得简单而灵活，增加数量的太阳能光伏电源很容易融入整个的在线网络，而不需对其他设备做任何的改动，也不会影响其他设备的正常使用。这也相对减少了扩容资金投入。（4） 示范性 从项目的设计、施工、培训和售后服务都要进行周密的计划，并规范化实施，取得过程管理与实施结果的全面成功，为以后同类工程的实施起示范作用。2.2设计依据陕西省高速公路网监控设备光伏供电系统设计计算主要依据是设备的招标文件和相关国际、国家标准和气象地理等数据。主要有：GBT2297太阳光伏能源系统术语GB/T6495.1-10(IEC60904.1-10)光伏器件 第1部分-第10部分GB/T9535(IEC61215)地面用晶体硅光伏组件设计鉴定和定型GB/T11012太阳电池电性能测试设备检验方法GB/T12632单晶硅太阳电池总规范GB/T18210(IEC61829)晶体硅光伏(PV)方阵I-V特性的现场测量GB/T18479(IEC61277)地面用光伏(PV)发电系统 概述和导则SJ/T11127(IEC61173)光伏发电系统过电压保护导则YD/T1073通信用太阳能供电组合电源DL/T724-2000电力系统用直流电源装置运行与维护技术规程DL/T637阀控式密封铅酸蓄电池订货技术条件IEC61194独立光伏系统特征参数IEC61724光伏系统性能监测、测量、数据交换以及分析导则IEC61204直流输出低压供电装置：特性和安全要求IEC60068-2基本环境试验 第2部分：试验IEC61427太阳光伏系统用蓄电池和电池组IEC60364建筑物的电气设施IEEE928地面光伏系统标准IEEE937光伏系统铅酸蓄电池的安装与维护IEEE1374地面光伏发电系统安全导则中国国家气象局提供的xx高速公路沿线的气象数据2.3系统考虑因素一个完善的太阳能供电系统需要考虑很多因素，进行各种设计，如电气性能设计、热力设计、静电屏蔽设计、机械结构设计等等，对地面应用的独立电源系统来说，最主要的是根据使用要求，决定太阳电池方阵和蓄电池规模，以满足正常工作的需求。光伏发电系统总的设计原则是在保证满足负载用电需要的前提下，确定最少最合适的太阳电池组件和蓄电池容量，以尽量减少不必要的投资，即同时考虑可靠性及经济性。系统设计总体考虑主要是通过技术经济分析合理的确定满足要求的太阳电池组成件数量和蓄电池容量。包括安全性、可靠性方面的要求。系统设计主要考虑两种因素： 根据负载需求（包含负载的类型特性）、周围环境参数、和太阳能供电系统部件的电气特性和电气参数，选择适合的部件满足系统需求。 用计算机仿真方法在前述条件下计算出结果。并用计算结果进行校核。输入数据主要包括（不限于）：-安装地点的日照辐射-方阵倾斜面的日照辐射-环境温度参数-系统电压-负荷能量需求-最大和平均的放电电流-控制器调节特性与参数-太阳电池组件和蓄电池的特征参数-系统供电可靠性和供电电源可用率用计算机仿真方法计算出结果参数，主要有：-太阳电池方阵的倾斜角和方位角-太阳电池组件的数量和组件与组件之间的关系-蓄电池的容量和数量和电池之间的串并联关系 太阳电池方阵容量和蓄电池容量是相互配套和匹配的，一般来说可能计算出几个结果方案（特别是大型系统），相对来说，蓄电池容量大时，太阳电池容量小。最后通过成本经济分析，选取出符合安装地点和实际情况的结果，用两年以上的时间进行运行校核。并不断调整参数，直至符合要求为止。2.4系统设计步骤2.4.1 影响系统设计的因素 A. 光照条件：太阳照在地面上的辐射光的光谱、光强受到大气质量、地理位置、当地气候、气象、地形等多方面因素的影响，其能量在一日、一月和一年间都有很大的变化。B. 太阳电池方阵的光电转换效率：由于转换效率受到电池本身的温度和太阳光强、蓄电池电压浮动等因素的影响，因而方阵法人输出功率也随着这些因素的改变而出现一些波动。C. 太阳电池方阵的组合损耗和环境：太阳电池方阵受安装盒组件一致性，环境温度、污蚀等的影响，加之太阳电池运行年数后转换效率会略有下降。D. 蓄电池充放电效率：蓄电池充放电效率会影响蓄电池的有效使用性能和能量的有效传递。E. 负载用电情况：由于用途不同，耗电功率、用电时间、对电源可靠性的要求等各不相同。这些因素相当复杂，原则上需要多每个系统进行计算，对一些无法确定数量的影响因素，只能采用一些系数或数学方法来进行估量。由于考虑的因素及其复杂程度不同，采取的方法也不一样。2.4.2 基本参数A所有负载的名称、额定工作电压、耗电功率、用电时间、有无特殊要求等。B当地的地理位置：包括地名、纬度、经度、海拔、温度等。C当地的气象资料：主要有逐月平均太阳总辐射量，直接辐射及散射量，年平均气温及极端气温，最长连续阴雨天数、最大风速及冰雹等特殊气候情况。这些气象数据需取积累几年或几十年的平均值。2.4.3 负载日耗电量和每小时负载变化情况负载日耗电量：负载算出所有负载工作电流与平均每天工作小时数相乘积之和。负载每小时变化情况即根据每天负载的运行情况计算出每隔一个小时的耗电情况。2.4.4 计算日辐射量和决定方阵倾斜角从气象站得到的资料一般只有水平面上的太阳辐射总量，直接辐射量及散射辐射量。因此需换算成倾斜面上的太阳辐射量。依据不同的倾斜角，分别计算倾斜面上的太阳辐射量。包括直接辐射量、散射辐射量和反射辐射量。2.4.5 选择蓄电池容量蓄电池储备容量的大小主要取决于负载的耗电情况，此外还要考虑现场的气候条件，环境温度，系统控制的规律性及系统失效的后果等因素。蓄电池在太阳电池系统中处于浮充电状态，充电电流远小于蓄电池要求的正常充电电流。尤其在冬天，太阳辐射量小，蓄电池常处于欠充状态，长期深放电会影响蓄电池的寿命，故必须考虑留有一定余量，选择适当的放电深度。过大的放电深度会缩短蓄电池的寿命；过小的放电深度又会增加太阳电池方阵的规模，加大总的投资成本，放电深度最大到80%较为合适。确定蓄电池的储备容量和无日照天数、放电深度后，可计算出所需蓄电池的实际容量，即可初步选定蓄电池的标称容量。2.4.6 估算太阳能电池方阵将历年逐月平均水平面上太阳直接辐射及散射辐射量，算出逐月辐射总量，然后求出全年平均日太阳辐射总量和太阳电池方阵发电量。用尝试法对蓄电池全年荷电状态进行检验，如果蓄电池全年荷电状态低于原定的放电深度，就应增加方阵输出；如果蓄电池全年荷电状态始终大大高于放电深度允许的值，则可减少方阵输出。也可相应的增加或减少蓄电池容量。若有必要，还可修改方阵倾斜角，以求得最佳的方阵功率。2.4.7 太阳电池方阵功率和蓄电池容量由于温度升高时，太阳电池的输出功率将下降，因此要求系统即使在最高温度下也能确保正常运行，进行环境温度的修正。这样，只要根据算出的蓄电池容量，太阳电池方阵的电压及功率，参照蓄电池和太阳电池组件的性能参数，选取合适的型号即可。2.5总体设计说明2.5.1系统原理构造陕西省高速公路网监控设备光伏供电系统是以太阳能作为主供能源，由太阳能电池方阵、控制器、蓄电池组、蓄电池数据采集器、太阳能及蓄电池监控软件、蓄电池保温箱、固定支架及蓄电池防盗保温箱等组成的可完全独立运行、由监控中心统一控制的直流电源系统。太阳能供电系统为固定安装，系统部件全部模块化，易于安装、拆卸和移动，采用智能化的控制使操作简单、易于扩容和应急维修，同时也大大的提高了系统的可靠性，即使在黑夜和无日照期间内也要求24h连续供电。由于运行在高速公路沿线、无人看管的苛刻环境下，系统设计为无人值守监控中心统一控制，将维护量降至最低状态，使用寿命达到20年以上（不包括蓄电池组）。太阳能供电系统原理方框图和太阳能供电系统组网原理图见图2.1和图2.2数据采集模块太阳能组件方阵发电单元应急充电蓄电池储能单元通信模块负载监控单元控制模块图2.1 太阳能供电系统和控制监控系统原理图 图2.2 太阳能供电系统以太网原理图2.5.2 系统设计系数2.5.2.1太阳电池设计方面的设计系数 在该工程中太阳能组件是以太阳电池组件方阵的方式使用，而太阳组件方阵是由一定数量的太阳电池组件按特定的方式组合而成的。太阳能组件方阵设计方面的设计系数主要是对太阳能发电量的响影为基准的。a) 太阳电池方阵组合损耗系数1% 太阳电池组件在组合成方阵的过程中因组件失配而引起的损耗。在本工程中我公司选用了本公司自己生产的HT-S185-40P型太阳电池组件，该组件失配小，一致性好，同时，在对各站点组件配置时，我公司要求进行，组件电压，电流失配控制，电压失配控制值为2%，电流失配控制值为1%，功率失配控制值为1%。b) 环境系数为100%工程中太阳能电源系统安装地点无阴影，设计子方阵间无遮挡，太阳电池方阵向正南，无树木、房屋遮挡，发电时期太阳高度无影响。c) 温度系数为89% 太阳能供电系统的安装地点室外设计温度为-4085.根据太阳电池组件的温度因数取值。d) 污蚀系数为10% 根据组件安装地点的风沙尘土，对组件发电量的影响。e) 衰减系数为10% 电池组件随着时间的推移，紫外线照射引起的物理反应，发电量会有所衰减。选用的组件实际衰减率10年为5%。2.5.2.2 蓄电池设计方面的设计系数a) 无日照天数为大于7天 技术规格书的要求，同时考虑实际运行情况b) 安全系数120% 为安全起见，蓄电池具有20%的备用容量c) 充电效率92%，放电效率98% 太阳能电池方阵发电对蓄电池充电过程和蓄电池对负荷放电过程引起的损耗。d) 最大放电深度80% 为保证蓄电池的使用寿命和电气性能，系统设计在各种运行、环境条件下的最大DOD。e) 温度系数为1.23 蓄电池性能和寿命受温度影响很大。虽然控制器设有运行参数温度补偿功能，但还应考虑温度影响。2.5.2.3 有关系统运行和安全方面的设计系数A. 系统供电可用率99.99%以上。 对监控系统来讲，设计保证24h连续供电。B. 平均无故障时间MTBF。系统可靠性除各组成部件的MTBF影响外，系统的合理化组合也影响系统MTBF。C. 太阳电池支架风力系数40m/s考虑xx地区的风速，支架设计按照40m/s进行计算。D. 设备容量安全系数量小值120%2.5.3 系统组成部分1) 太阳能组件部分 太阳能组件部分作用是将太阳能光能转换为直流电能，也是最为昂贵的设备，太阳光能虽然取之不尽却有局限性，因此太阳能组件的输出电能来之不易，为了保证组件发电有最高效率和最佳的性能，组件的安装和连接需要一个非常合理方案。2) 蓄电池部分 蓄电池是电源的储能设备，太阳能光伏电源完全在野外使用，环境条件极为恶劣，温度会影响蓄电池的容量和寿命，会使设备中断供电；连续的阴雨天会使蓄电池充电不足，也会影响蓄电池寿命和无法对设备供电。需要选用最好蓄电池，也需要一个合理的方案来保护蓄电池。3) 太阳能充放电控制单元部分 太阳能充放电控制单元，通常被称做能源管理器。太阳能充放电控制单元是太阳能光伏电源的核心控制设备，电源系统的核心控制功能都有太阳能充放电控制单元来完成。我们需要它具有满足要求的智能化控制管理模式。4) 应急充电部分 为了减少因蓄电池欠压而造成高速监控系统无法工作的现象，特别为每台电源系统设计应急充电接口是必须的，而直接使用正常的蓄电池接口是无法工作的，甚至会烧毁系统部件。在蓄电池电量报警后3小时内，以100A以上大电流快速充电。5) 负载配电部分 从控制单元的输出端口直接向负载供电是危险的，一旦系统出现故障或负载出现故障，将危及负载或系统太阳能充放电控制单元的安全。因此必须在系统的输出端设置负载配电设备来保护相关设备。6) 太阳能光伏电源在线检测部分和蓄电池在线检测部分 这两个部分都将在xx高速监控系统的通讯网络的基础上来完成在线先进的系统在线监测和蓄电池在线监测。我们将使用国内和国际最为先进的技术和设备。7) 辅助设备部分（组件安装支架、蓄电池防护井、保温箱） 辅助设备用来支撑和保护系统的主要设备。优质的辅助设备能保证主设备的安全，延长主设备的使用寿命，提高系统的工作效率和可靠性。三 陕西省高速公路网监控设备光伏供电系统方案设计3.1太阳能组件部分选型设计3.1.1 当地环境气象数据1、陕西省地貌总的特点是南北高，中间底，西北高，东南底，以北山、秦岭为界，形成陕北黄土高原、关中平原和陕南秦巴山地三个各具特点的自然区。2、其中陕北其余地区和关中平原为暖温带半干旱或半湿润气候、陕南盆地为北亚热带湿润气候、山地大部为暖温带湿润气候。年平均气温在716。其中陕北711；关中1113；陕南多在1415。由于受季风的影响，冬冷夏热、四季分明。最冷月平均气温，陕北-10-4，关中-31，陕南03。最热月平均气温，陕北2125，关中2327，陕南2427.5。3、年降水量陕北400600毫米，关中500700毫米，陕南700900毫米，其中陕南的米仓山、大巴山和秦岭山地中、西部高山地区，年降水量多达9001250毫米。陕西省各地降水量的季节变化明显，夏季降水最多，占全年的39%64%,夏季降水量又以陕北地区最为集中。秋季次之，占全年的20%34%。春季少于秋季，春季降水量占全年的13%24%。冬季降水稀少，只占全年的1%4%。xx高速公路工程机电项目太阳能供电系统环境气象数据（参考）地名：xx 纬度：34.3度N 经度：108.9度E 海拔：397米数据表：3.1.3 组件安装倾角选择 太阳电池组件安装倾角应保证最大限度地接收日光照射，在一般情况下组件与水平方向的为当地纬度510。即在夏季时为减，在冬季时为加。如果采用固定角度的支架，则采用当地纬度为倾斜角度。xx高速公路在北纬3435度之间，地区的辐照量数据显示，每年12月份平均辐照量值最小，并且年平均辐照量以xx12月份的1.75Kwh/天为最小，12月份正好是冬至所在月份，阳光具有最小的入射角，因此，选择组件安装倾角的时候需要充分照顾该月份太阳能组件的发电量，我们将组件的安装的安装角度选择在xx的纬度加10度，为44.3度，选择实际安装选择整数45度。3.1.4 组件需要承受的最大风载 根据实际数据的调查表明，在xx地区的最大风速为40米/s，由该风速计算得出的基本风压为1000Pa。3.1.5 组件的选型 华通DD（北京）科技发展有限公司在xx高速公路工程项目太阳能供电系统中所用的太阳能电池组件为HT-S185-40p型太阳能电池组件，单晶硅片的转换效率17%，为一级产品。其基本参数如下表：（注：标准测试条件为环境温度25，太阳辐照度为AM1.5，1000W/）型号开路电压VOC(V)短路电流ISC(A)最大输出工作电压Vpm(A)最大输出工作电流Ipm(A)最大功率Pm(W)最大系统电压（V）HT-S185-40p45.45.336.65.051851000HT-S185-40p型组件的构造参数型号晶体类型外形尺寸（mm）重量（Kg）固定螺栓HT-S185-40p单晶硅1580*808*351563.1.6 S185单晶硅太阳能电池组件（1） 单晶硅太阳能电池组件组成 我公司生产的S185单晶硅太阳能电池组件主要组成部分如图7-1所示。图7-1 单晶硅太阳能组件示意图电池片：采用高效率（17%以上）的单晶硅太阳能电池片封装，保证太阳能电池组件发电功率充足。 EVA胶膜：采用加有抗紫外剂、抗氧化剂和固化剂的厚度为0.78 mm的优质EVA膜层作为太阳电池组件的密封剂和与玻璃、TPT之间的连接剂，具有较高的透光率和抗老化能力。TPT背膜：太阳电池组件的背面覆盖物氟塑料膜为白色，对阳光起反射作用，因此对组件的效率略有提高，并因其具有较高的红外发射率，还可降低组件的工作温度，也有利于提高组件的效率。当然，此氟塑料膜具有太阳电池封装材料所要求的耐老化、耐腐蚀、不透气等基本要求。铝合金边框：所采用的铝合金边框具有高强度，抗机械冲击能力强。低铁钢化玻璃：采用低铁钢化绒面玻璃(又称为白玻璃)， 厚度3.2mm,在太阳能电池光谱响应的波长范围内(320-1100nP)透光率达91%以上，对于大于1200 nP的红外光有较高的反射率。此玻璃同时能耐太阳紫外光线的辐射，透光率不下降。（2） S185单晶硅太阳能电池组件基本技术参数绝缘电压 : 50M/2000V边框接地电阻 : 1迎风压强 : 2500Pa填充因子 : 73短路电流温度系数 ：（0.060.01）%/开路电压温度系数 : （15510）MV/最大功率温度系数：（0.50.05）%/NOCT：482工作温度 ：-40+90单片转换效率：17%功率衰减：太阳能电池组件质保十年内功率衰减小于等于10%,二十五年内功率衰减小于20。生产标准：GB/T9535测试标准：IEC61215绝缘强度：DC3500V,1min连接盒：采用满足IEC标准的电气连接，采用工业防水耐温快速接插，防紫外线阻燃电缆使用寿命： 25年抗风强度：60m/s(200Kg/m2)表面强度：225g钢球从1米高度自由落下撞击组件表面,组件不损坏。（3） S185单晶硅太阳能电池组件电压、电流与辐照的关系曲线图7-2 单晶硅太阳能电池组件电压电流与辐照度关系曲线（测试条件：AM1.5,温度25标准条件）（4） S185单晶硅组件特点S185型太阳能电池组件，每个组件的表面是由72块单晶硅芯片组成，它们之间能够排列紧密且间隙小，从而使其面积利用率大大提高。另外，太阳电池的每个芯片上有双备份的导电锡条，如图7-3所示，这样能够提高组件的可靠性及发电效率。图7-3 单晶硅电池组件结构示意图 S185太阳电池组件背面如图7-4所示，汇流盒和太阳电池板的连接和电缆进出线用的密封构件，都能够防尘防水；在汇流盒内部有旁路二极管，能减少功率损失或局部阴影而引起的损害；太阳电池组件彼此之间具有电气和机械的可互换性，某一太阳电池组件需移动和更换时，无需特殊工具，在现场就很容易完成。图7-4 单晶硅电池组件接线盒示意图3.2 太阳能专用阀控式密封胶体蓄电池 根据本次技术文件要求,关于蓄电池技术标准如下： 类型：密封阀控免维胶体蓄电池； 容量：400Ah； 额定电压2V DC； 蓄电池个数：12节； 蓄电池采用气相二氧化硅配置的硫酸凝胶电解质，在环境温度在-20-50时为固体凝胶电解质，无酸分层现象； 蓄电池采用胶体电池专用高分子微孔IGM隔板进行组装； 高低温工作性能：-10条件下蓄电池10h容量保留率不低于70%，40时充放电效率不低于95%； 防爆性能：蓄电池槽采用高强度ABS材料制造；安全阀采用EPDM橡胶材料制造，可自动开启； 蓄电池寿命：蓄电池在环境温度-10-50条件时，能满足正常使用要求连续工作3年蓄电池容量衰减不超过30%，蓄电池在环境温度20浮充寿命大于15年； 应在电池电量报警后3小时内，以100A以上的大电流快速充电；保证在连续阴雨天，可持续工作7天以上；本系统选用容量是400AH,电压为2V的胶体蓄电池HT-CN400，具体介绍如下：（1）HT-CN400产品样图图 阀控式密封铅胶体电池图片（2）HT-CN400产品特点 我们选用了太阳能储能专用HT-CN400（2V）系列阀控胶体蓄电池。HT-CN400系列蓄电池具有非常良好的循环能力,各项技术性能指标均超过BS EN 61427欧洲标准。根据技术指标来定具体型号为：HT-CN400其主要技术特点如下: 采用Pb-Ca-Sn多元合金压铸成型的管式正极板 意大利制造的ABS槽盖 特殊结构密封嵌铜芯复合极柱 电解液密度1.240g/cm (20) 浮充充电电压:2.25V/单体(20) 均充充电电压:2.35V/单体(20) 使用温度范围:-20+50 CN-400型号的太阳能系统用2V固定防酸蓄电池不同放电率容量如下：基本规格型号HT-CN400电压（V）2 V容量（AH）400特点CN系列胶体蓄电池(OPzV)产品执行德国DIN 40742标准及IEC60896-2标准，从200Ah-3000Ah共14个规格。外观参数标配重量(Kg）32.5标配尺寸(mm）211 176365充电电压与环境温度关系曲线（3）HT-CN系列胶体蓄电池循环寿命曲线图7-6 HT-CN系列电池循环寿命曲线（4）HT-CN400规格参数名称参数型号HT-CN400标称电压2V单体个数2参考质量 49.6/109.35 kg/lbs 外形尺寸（mm）211*175*365质量比能 32.26 Wh/kg体积比能 78.18 Wh/dm3 3.3 德国伏科PL20型智能控制器3.3.1 PL20控制器介绍图 PL20型智能控制器面板图（1）PL20控制器用途非常的广泛，它赋予用户非常大的灵活性，来调整控制器的设置，监控系统的运行。（2）为了满足非技术和技术两种用户的需要，PL控制器预设了四种程序，不需用户了解系统运行的细节即可使用。同时，为那些已经充分了解系统及控制的用户，准备了另外一种程序，可视需要，自行调整设置。程序一旦选定之后，PL可以禁止以后的进一步调整， 这主要是为了防止未经授权的改变设置。（3）PL20也可以用来控制其他能源方式如风能小水利和燃料电池发电机等。（4）PL可以支持多种控制方式。包括与能量源串联调节和旁路调节方式，调节方式可以是慢速开关和固定频率的脉宽调制PWM。（5）PL可以外接温度探头，并配有一个测量蓄电池电压的输入端。PL配有可与配件相连的接口，用来连接包括分流适配器(PLS2测量外部电流)，和与电脑或调制解调器进行连接的RS232串口适配器(PLI-协议转换接口)。（6）PL控制器的配件PLI，提供可以与电脑或调制解调器来进行连接的RS232串口，可以用来远程监控和调整控制器。用户的设置可储存在电脑中，然后上传给PL。PL中的数据可下载到电脑中并方便地显示出来。（7）PL提供蓄电池低电压切断负载功能，当蓄电池电压降到设定值后控制器就会切断负载，避免由于负载过度地从蓄电池中消耗能量而损害蓄电池，但当蓄电池电压只是很短时间降低时，此功能并不启动；当蓄电池电压升到预设电压上一段时间后，负载就会重新接通。3.3.2 控制器功能特点（1）PL控制器可以有效地降低对摄像机视频的影响 PL控制器可以工作在非PWM调节的模式下，即慢速开关调节。当PL试图保持蓄电池电压稳定的时候，是通过打开或关闭充电电流来实现的（根据需要）。在慢速模式下，好用化时间必须不少于0.25秒，这种措施事实上是消除任何声音或无线电波的干扰。在快速模式下PL使用脉宽调制（PWM），其频率为200Hz，这种情况下可能产生某些声音或无线电波的频率干扰。实验表明PL工作在PWM模式下，无线电波的频率干扰是非常低的，如果仍出现干扰时可转换为慢速模式，从而可以很好的避免对视频的干扰。（2）大电流应急充电的措施和充电状态的实时显示即插型分流适配器-PLS2，可使PL20控制单元将大电流充电器运行参数进行记录，包含在其对系统的计算中，测算的电流可高达300A.。方法是将充电机直接接在控制箱的应急充电接口上，这样可使输入电流不通过控制器，使蓄电池获得更大的应急充电电流。PL20控制器可以通过外部电流传感器PLS2与SHUNT分路器的组合接入电路中来将充电电流进行统计，通过PL20控制器的LCD可以显示充电电压和电流，提示操作人员防止过充。3.3.3 控制器性能参数控制器额定电压：12/24v自适应控制器额定充电电流：20A控制器额定放电电流：20A充满切断电压值：13.9v14.8v; 27.8v29.6v;亏电断开电压值：10.5 v11v; 21v22v;恢复连接电压值：13 v13.3v; 26v26.6v;蓄电池过充报警电压值：13.9v14.8v; 27.8v29.6v;蓄电池过放报警电压值：10.5 v11v; 21v22v; 蓄电池过充报警恢复电压：13 v13.3v; 26v26.6v;蓄电池过放报警恢复电压：12.5 v13v; 25v26v;温度补偿系数：-5mv/7mv/控制器自身损耗：15MA控制器充电回路压降：0.2 v0.3v控制器放电回路压降：0.1v0.2v工作温度：-40+60控制器有外部充电电源接口，应急充电接口额定电流300A快速充电功能：电池电压低于一定值时，快速充电功能自动开始，控制器将提高电池的充电电压，当蓄电池电压达到理想值时开始快速充电倒计时程序，定时时间到后退出快速充电状态。控制器配有标准通讯接口和数据线，可将控制器与串口设备连接，实现将内置的存储器存储的充放电数据记录进行远程传输。充电循环设定 ：SOC控制，具有过放、过冲保护及正、负极反接及短路保护；4 组预设充电程序。控制器具有通信RS232数据传输接口，可以构成在线检测网络，由监控中心统一控制管理，具有数据记录、查询、采集方式调整、声光报警等功能，监控软件支持WINDOWSXP/2000等操作系统。3.3.4 控制器规格参数名称参数系统标准电压12，24，48BAT+到BAT-最大电压100VBAT+到BAT-最大短时电压120VBAT+到SOL-最大电压100VLOAD-到BAT-最大电压60V“G”端子到BAT-最大电压60VB-端子到BAT-最大电压+/-10V最大连续充电电流（SOL-） 20（40，60）A最大连续负载电流（LOAD-） 20A最大短期负载电流25A温度传感器范围-550C最大储存/操作温度70C仪表精确度+/-2% +/-1 ，数字显示使用温度-25C50C重量320 g外部尺寸109*100*40.53.3.1 HT-EPS100太阳能发电系统远程监控软件HT-EPS100监控软件符合国际工业监控与开放式设计标准，支持各种国际通用通讯协议（串口(RS232 422 485) MODEM TCP/IP网络 UDP/IP网络 网桥(GPRS CDMA等），此软件应用现代测量技术与微处理器技术，实现信号测量和数据采集，并采用现代通信技术实现远程数据传输，利用计算机软件和数据库技术，完成数据处理，具体功能如下介绍：（1）实时显示功能HT-EPS100软件系统可以实时显示联网的多个光伏站点的阵列电压、阵列电流、蓄电池电压、蓄电池温度、蓄电池剩余容量、负载电流等参数，并可以通过点击设备号来查看每台设备的具的图标显示状况，这样便于网络内部的各光伏站点的集中监控与管理，如图7-8和7-9所示：图7-8多个站点实时数据显示画面图7-9单个站点实时数据和状态显示（2）异常报警功能监控网络中各个站点的报警可以从异常报警界面中实时查看，如图7-10所示，当某个站点中有蓄电池或负载异常报警时，相对应项下面的指示灯就会由绿色变为红色快速闪烁，同时外接的蜂鸣器也会报警提醒值班人员，当异常排除后报警自动解除，报警事件的具体情况会被记录在数据库中。图7-10 异常报警实时显示界面（3）报警查询功能光伏系统监控网络中所有报警记录均保存在数据库中，可以方便的查询各时间段的报警记录，报警的详细信息（时间、类型、设备号等）可以通过表格的方式显示，如图7-11所示。通过查看报警记录可以使用户快速判断故障的原因，便于维修人员对问题的处理。图7-11 报警记录查询界面（4）远程设置在控制室可以远程查看和设置光伏供电系统中的各个站点的参数，如每个站点的蓄电池容量、恢复提升电压、过放电压、恢复过放电压、浮充电压、温度补偿系数、控制器时钟、下位机ID 等，远程设置画面如图7-12所示。图7-12 各站点参数远程设置界面（5）用户管理功能HT-EPS100监控软件系统的用户管理功能支持管理人员和维护人员等多级权限登录，如图7-13所示，普通级别用户登录软件系统后只能查看数据；高级别用户登录软件系统后不仅可以查看数据，而且还可以远程设置各个站点的参数，这样有利于专业人员对电站的管理，避免非专业人员的误操作。图7-13 用户管理界面（6）帮助功能HT-EPS100监控软件在菜单栏中提供帮助选项，如图7-14所示，操作中如果对软件系统中某部分感到陌生，可以通过点击菜单栏中的帮助选项来查询答案，为初次使用者提供了方便。 3.4 充放电控应急制充电部分设计当出现长期阴雨天，蓄电池电能消耗较大，不能够向设备正常供电时，此时蓄电池会处于亏电状态，如果长期得不到补充，少则监控设备不能正常工作，严重情况下还会损坏蓄电池造成严重损失。这样当出现严重亏电状态时，监测设备设定因素将发出报警信号，提示需要采用市电或发电机进行应急充电。 该系统应急充电装置由汽车、5kW单相发电机、快速充电装置组成，发电机安装于汽车内部，实现移动发电目的，快速充电装置是一台AC/DC转换装置，充电过程中为蓄电池提供100A左右的充电电流，这样只需4小时就可以达到90%的额定容量,以达到快速充电目的。系统如下图所示：3.5 负载配电部分设计系统设置负载配电的目的是为了保护负载和控制单元。我们分别为云台彩色摄像机和光端机安装了额定电流1.5倍的保险丝，分别为2A和2.5A，根据设备需要提供以下部分电源输出，DC6V、DC12V、DC24V，我们在此安装了DC-DC转换器，其输出可以提供较大的电流。3.6 蓄电池容量监视仪设计-蓄电池容量的在线分析-智能化的监测模式-开放的通讯接口集成自主的发明专利技术，首次突破性解决蓄电池组的容量在线分析的技术难题，辅以蓄电池的电压、电流、温度等参数的实时监测，实现蓄电池组的在线监测的智能化；同时开发的RS485通信串口，实现与上位机的通讯。蓄电池在线监测的智能化，完成对于蓄电池运行参数、性能参数的全系列参数测量，实现对于蓄电池充放电管理以及对于蓄电池组的在线诊断，分析各个蓄电池的一致性，发现电池组中每只蓄电池的性能变化，甄别落后电池，提供蓄电池组准确的当前容量。LM109-1202 1组蓄电池组（2V，12只蓄电池组） 技术特点：可靠的耐高压、抗干扰性能 采用特殊的电源处理技术，解决EPS高压下的可靠性；独特的数字信号处理技术（DSP）,有效去除逆变电源的宽频干扰。蓄电池组容量的在线分析诊断 利用自主的发明专利技术，国内外首次突破实现蓄电池组容量的在线分析诊断。智能化的监测模式 对蓄电池组的充电/放电的电流、电池组电压、单电池电压以及运行温度，进行实时监测，保证蓄电池组运行的安全性。模块化的设计 模块化的设计，标准化19英寸的安装尺寸，易于现场的安装与调试。开放的通信接口 开发的RS485接口，实现蓄电池组的网络化远程监测以及与上位机通讯。上传数据采集模块2V，12只蓄电池组连接示意图：技术参数：测量项目LM109-1202测量范围测量精度电池组充/放电电流1路500A500A2%电池组电压1路0100V0.2%单电池电压12路03V0.2%蓄电池组容量1路0100%10%蓄电池组运行温度1路455013.6.2太阳能光伏供电系统在线监测系统3.6.2.1系统监测软件技术特点通用性本监测软件的设计符合国际工业监控与开放式设计标准， 具有高精度、高可靠性和安全性的特点。应用现代测量技术与微处理器技术，实现信号测量和数据采集：采用现代通信技术实现远程数据传输，利用计算机软件和数据库技术，完成数据处理。准确性（1） 告警准确率：100%（2） 对监控设备的控制准确率：100%（3） 测试的技术参数的精度，达到或超过了国家相关行业技术标准要求稳定性 可靠性 安全性（1） 本监测系统某一子系统运行异常，不影响系统中其它子系统的正常运行（2） 本检测系统的硬件系统设计采用可靠的电气隔离，具有良好的电磁兼容性和电气隔离性能，与被监测对象的连接点均为全隔离，因此，监测系统若出现硬件或软件方面的故障，均不会影响被监测设备的正常运行（3） 本监测系统具有自诊断功能，对通信中断、软硬件故障应能够诊出故障并及时告警（4） 软件系统的设计对系统管理和维护人员进行多级权限分类区分，以限制各级别用户对系统的访问和操作能力，保证系统操作的安全便于维护（1） 系统运行在线进行状态诊断和监测，能早期和及时发现设备隐患，便于对系统故障有针对性的维护和处理，利用检测系统软件完成蓄电池的日常维护工作（2） 软件系统的设计采用模块化结构设计和规范化标识保证软件的可维护性要求扩充性 软件设计采用模块化可扩充结构及标准化模块接口，便于系统适应不同规模和功能要求的监测网络系统开放性 网络通信协议符合国际网络协议标准，操作系统应选用国际通用操作平台。检测软件全中文界面，图形方式直观、简洁、实用，用户可根据自己设备的实际布放形式调整界面示意图3.6.2.2系统检测软件功能 A数据采集：采集前端电压、容量、充放电电流、充放电AH数、蓄电池表面温度、蓄电池充电循环阶段、读写时间等参数，以及参数在当天的最高、最低值。数据采集周期满足30秒一次-每30分钟一次可调，也可根据需要对此范围调整B、数据显示：显示74个采集点的最后一次采集数据，并能显示任意选取点的当前状态、以曲线形式显示选择点各参数的状态变化C报警显示：对前端采集点状态报警，以声光报警的形式显示、实现电池温度、电池容量、电池质量、电池电压、充放电电流、充放电AH数等状态报警，各报警状态可通过软件设置是否显示，所有报警记录保存在数据库D数据保存：采集数据存入数据库，支持SQL Server 和 MySQL，设定数据存储时间、支持数据自动更新，也可根据硬盘空间确定数据更新E数据查询：按日期、时间查询历史数据，以报表和曲线图两种形式显示查询结果F予留接口：监控软件提供TCP/IP和串口通讯协议，为二次开发提供接口。可根据客户需求增加相应接口3.7 太阳电池方阵支架设计3.7.1 概述为防止用于室外支撑太阳电池的支架受到腐蚀而威胁到整个太阳能发电系统的安全运行,采用表面喷塑处理的50*50*5热镀锌角钢材料作为太阳电池方阵的支架。由于太阳电池方阵占用一定的面积，考虑到当地会有瞬时的大风，将方阵分成若干个单元（由3块组件竖放排列，如图所示），单元之间留有一定得通风间隙，这样可以将方阵的受力减轻。185W*33块太阳能电池板并联安装 在设计过程中考虑的主要因素是：支架及组件的自重大小、风压情况、积雪作用和地震等。通过计算确定选用材料的材质及强度规格，从而保证太阳电池方阵安全与可靠地使用，确保太阳电池方阵的使用寿命达到预期的要求。3.7.2 设计条件（1） 采用固定荷重G和因风雨产生的风压荷重W的短期复合荷重。（2） 没有积雪的一般地区，最大风速设定为40m/s.3.7.3 强度计算计算因从支架前面吹来（顺风）的风压和从支架后面吹来（逆风）的风压引起的材料的弯曲强度和弯曲量，支撑臂的压缩以及拉伸强度，安装螺栓的强度等，并确认强度。1. 结构材料角钢框及支撑臂采用L50