在进行独立光伏系统设计的过程中,必不可少的一环就是蓄电池的设计.包括蓄电池的容量设计和蓄电池组的串并联设计.本文详细介绍了独立系统的蓄电池设计过程,并举实例进行计算,希望大家可以通过本文学会独立光伏系统的蓄电池设计方法.
首先,我们需要引入一个不可缺少的参数:自给天数,即系统在没有任何外来能源的情况下负载仍能正常工作的天数.这个参数让系统设计者能够选择所需使用的蓄电池容量大小.
一般来讲,自给天数的确定与两个因素有关:负载对电源的要求程度;光伏系统安装地点的气象条件即最大连续阴雨天数.通常可以将光伏系统安装地点的最大连续阴雨天数作为系统设计中使用的自给天数,但还要综合考虑负载对电源的要求.对于负载对电源要求不是很严格的光伏应用,我们在设计中通常取自给天数为3～5天.对于负载要求很严格的光伏应用系统,我们在设计中通常取自给天数为7～14天.所谓负载要求不严格的系统通常是指用户可以稍微调节一下负载需求从而适应恶劣天气带来的不便,而严格系统指的是用电负载比较重要,例如常用于通信,导航或者重要的健康设施如医院、诊所等.此外还要考虑光伏系统的安装地点,如果在很偏远的地区,必须设计较大的蓄电池容量,因为维护人员要到达现场需要花费很长时间.
光伏系统中使用的蓄电池有镍氢、镍镉电池和铅酸蓄电池.在较大的系统中考虑到技术成熟性和成本等因素,通常使用铅酸蓄电池.在下面内容中涉及到的蓄电池没有特别说明指的都是铅酸蓄电池.
蓄电池的设计包括蓄电池容量的设计和蓄电池组的串并联设计.下页将开始详细介绍.
一、基本公式
1、计算蓄电池容量的基本方法.
I.第一步,将每天负载需要的用电量乘以根据实际情况确定的自给天数就可以得到初步的蓄电池容量.
II.第二步,将第一步得到的蓄电池容量除以蓄电池的允许最大放电深度.因为不能让蓄电池在自给天数中完全放电,所以需要除以最大放电深度,得到所需要的蓄电池容量.最大放电深度的选择需要参考光伏系统中选择使用的蓄电池的性能参数,可以从蓄电池供应商得到详细的有关该蓄电池最大放电深度的资料.通常情况下,如果使用的是深循环型蓄电池,推荐使用80%放电深度(DOD);如果使用的是浅循环蓄电池,推荐选用使用50%(DOD).设计蓄电池容量的基本公式见下:
2、确定蓄电池串并联的基本方法.
每个蓄电池都有它的标称电压.为了达到负载工作的标称电压,我们将蓄电池串联起来给负载供电,需要串联的蓄电池的个数等于负载的标称电压除以蓄电池的标称电压.
为了说明上述基本公式的应用,我们用一个小型的交流光伏应用系统作为范例.假设该光伏系统交流负载的耗电量为10KWh/天,如果在该光伏系统中,我们选择使用的逆变器的效率为90%,输入电压为24V,那么可得所需的直流负载需求为462.96Ah/天.(10000 Wh ÷ 0.9 ÷ 24 V = 462.96 Ah).我们假设这是一个负载对电源要求并不是很严格的系统,使用者可以比较灵活的根据天气情况调整用电.我们选择5天的自给天数,并使用深循环电池,放电深度为80%.那么:
蓄电池容量=5天×462.96Ah/0.8=2893.51Ah.
如果选用2V/400Ah的单体蓄电池,那么需要串连的电池数=24V/2V=12(个)
需要并联的蓄电池数=2893.51/400=7.23
我们取整数为8.所以该系统需要使用2V/400Ah的蓄电池个数为:12串联×8并联 = 96(个).
下面是一个纯直流系统的例子:乡村小屋的光伏供电系统.该小屋只是在周末使用,可以使用低成本的浅循环蓄电池以降低系统成本.该乡村小屋的负载为90 Ah/天,系统电压为24V.我们选择自给天数为2天,蓄电池允许的最大放电深度为50%,那么:
蓄电池容量=2天×90Ah/0.5=360Ah.
如果选用12V/100Ah的蓄电池,那么需要该蓄电池2串联×4并联 = 8个.
