太陽能電力系統(tǒng)的混合供電方式

太陽能電力系統(tǒng)的混合供電方式

自1960年成功應(yīng)用于衛(wèi)星上的太陽能電池以來，太陽能電池的主要供電形式逐漸在地面上普及。60年代末,太陽能技術(shù)首先在微波通信的中繼站試用,到80年代初,隨著生產(chǎn)太陽能電池板的技術(shù)成熟和成本下降,在一些受地理條件限制的郵電系統(tǒng)高山微波站采用了全太陽能系統(tǒng)+柴油發(fā)電機(jī)的供電方式。80年代末,在電力系統(tǒng)天—廣微波電路的少數(shù)微波站也設(shè)計、采用了全太陽能系統(tǒng)+柴油發(fā)電機(jī)供電方式。而在清遠(yuǎn)微波站采用的是以太陽能供電為主、交流供電為輔助的混合供電方式。以下是對清遠(yuǎn)微波站混合供電方式的原理、構(gòu)成的簡單介紹。1太陽能組成補(bǔ)救器(1)太陽能供電系統(tǒng)是以太陽能電池板吸收太陽輻射能量而產(chǎn)生電流,用蓄電池組蓄能、供電,這電源是純直流形式,無交流整流電壓脈動干擾。(2)太陽能供電系統(tǒng)在多雷害的高山微波站使用,起一定的防雷作用。(3)太陽能供電系統(tǒng)在初始投資較大,日后運行費用低。(4)太陽能供電系統(tǒng)受天氣、日照時間、連續(xù)陰雨等因素影響較大。(5)采用全太陽能系統(tǒng)供電方式,使一些輔助設(shè)備的使用受影響,需重新考慮,如空調(diào)機(jī)、抽濕機(jī)、站內(nèi)照明用電等。2太陽能板矩陣在南海的應(yīng)用(1)太陽能電池單板的電流、電壓、功率參數(shù):與計算太陽能板矩陣產(chǎn)生的最大電流、最大功率等參數(shù)有關(guān)。(2)維持供電設(shè)備正常運行的極限天數(shù)(簡稱連續(xù)陰雨天數(shù)):指在蓄電池組滿容量后,遇連續(xù)日照強(qiáng)度嚴(yán)重不足(如陰雨、大霧等),太陽能板矩陣無法對蓄電池組補(bǔ)充能量而設(shè)備仍能正常運行的天數(shù)。(3)選用蓄電池組的安時數(shù):與要求維持設(shè)備正常運行的極限天數(shù)有關(guān)。(4)太陽能板矩陣產(chǎn)生的最大電流:指在全太陽能系統(tǒng)供電方式時,要求太陽能板矩陣在理想日照強(qiáng)度下(按8小時計算)所產(chǎn)生的最大電流,能補(bǔ)充供電設(shè)備經(jīng)過連續(xù)陰雨天(極限天數(shù))所損失的安時數(shù)。(5)太陽能板矩陣產(chǎn)生的最大功率:指在全太陽能系統(tǒng)供電方式時,要求太陽能板矩陣在理想日照強(qiáng)度下(按8小時計算),補(bǔ)充供電設(shè)備經(jīng)過連續(xù)陰雨天(極限天數(shù))損失的安時數(shù)所需的太陽能板矩陣總功率。(6)供電設(shè)備的使用電壓、總電流參數(shù)。(7)太陽能板矩陣的最佳傾角、朝陽方向及安裝位置:這與太陽能板矩陣的效率有關(guān)。(8)微波站各季節(jié)的基本氣象資料:主要是陰雨、大霧出現(xiàn)時間的長短,與選擇蓄電池組容量、太陽能板矩陣總功率、是否配置柴油發(fā)電機(jī)等有關(guān)。(9)微波站的經(jīng)、緯度:用于引用該站全年太陽輻射能量數(shù)據(jù),估算平均輻射量。3太陽能供電與交流運營的時間及效果清遠(yuǎn)(筆架山)微波站地處粵北山區(qū),海拔高度880m,經(jīng)度113°01’,緯度23°50’,原供電方式是用約17km的10kV供電線路供電。該微波站經(jīng)常出現(xiàn)因線路故障、雷擊跳閘、線路引雷而擊壞整流器、微波設(shè)備的現(xiàn)象。線路故障修復(fù)時間較長,會造成微波電路中斷。為減少上述原因造成微波電路中斷次數(shù),在資金有限的前提下,把清遠(yuǎn)微波站改造為以太陽能供電為主、交流供電為輔助的混合供電方式,這是我省電力系統(tǒng)微波站應(yīng)用太陽能供電的新嘗試。由于目前太陽能板矩陣的售價約人民幣56元/W(進(jìn)口設(shè)備,CIF廣州價),若該站完全用太陽能供電,其初次投資較大,需投入大量的太陽能板矩陣組件和大容量蓄電池組,大量支架、電纜,特別是當(dāng)要求增加維持設(shè)備正常運行的極限天數(shù)時,投資將成倍增加。另外完全用太陽能供電時,整個站的空調(diào)機(jī)、抽濕機(jī)等電源還需重新考慮。因此,我們針對實際情況制定了這樣的方案:在正常的情況下,用太陽能系統(tǒng)維持微波設(shè)備運行,交流供電系統(tǒng)由太陽能系統(tǒng)控制器控制處于斷開狀態(tài)。遇到連續(xù)陰雨天,蓄電池組電壓低于一定門限時,太陽能系統(tǒng)控制器自動將交流系統(tǒng)投入,對蓄電池組進(jìn)行充電。充電完畢后,又自動將交流系統(tǒng)退出,開始新的循環(huán)。這樣,交流系統(tǒng)與微波系統(tǒng)可保持一段時間的脫離,從而減少供電線路引雷、過電壓而損壞設(shè)備的機(jī)會。同時,也達(dá)到了降低成本的效果。該站太陽能供電方式的有關(guān)參數(shù)和原理、結(jié)構(gòu)分別介紹如下:選用的太陽能電池單板是德國西門子公司生產(chǎn)的硅太陽能電池單板PC4JF,其主要參數(shù)是最大電流4.41A,最大電壓17.0V,最大功率74.97WP/塊。設(shè)備負(fù)載使用-48V直流電源,因而需將4塊硅太陽能電池單板串聯(lián)成一組,以符合設(shè)備電壓等級。清遠(yuǎn)微波站現(xiàn)有通信設(shè)備為4個方向的微波設(shè)備,及相應(yīng)的跳群復(fù)用設(shè)備。使用-48V直流電源,設(shè)備總電流15A。負(fù)載每天平均所需電量是15(A)根據(jù)上述有關(guān)參數(shù),如采用全太陽能供電和現(xiàn)方案的估算參數(shù)如表1和表2所示。從現(xiàn)方案來看,清遠(yuǎn)站微波設(shè)備每晚所需安時數(shù)為16(H)×15(A)=240(AH)。考慮太陽能板矩陣系統(tǒng)、防反充二極管和電纜的損耗,按效率為90%計算,太陽能板矩陣應(yīng)能產(chǎn)生最大電流47.7A,則補(bǔ)充到蓄電池組的安時為(47.7-15)(A)×8(H)=261.6(AH),可將晚上損耗的安時數(shù)基本補(bǔ)回,維持直流供電的循環(huán)周期。在雷雨季節(jié),連續(xù)三天的陰雨天的機(jī)會不多,直流供電的循環(huán)周期還可延長一些。由此可得,太陽能系統(tǒng)供電與交流供電系統(tǒng)供電的時間比例至少為65∶15(小時)。因此,清遠(yuǎn)站微波設(shè)備使用交流供電系統(tǒng)供電的時間可減少,由供電線路受雷擊或其它因素引起的過電壓而損壞整流器、微波設(shè)備的機(jī)會也相應(yīng)減少,對設(shè)備的安全運行起一定的保障作用。該方案的供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和系統(tǒng)控制簡圖如圖1、2所示。4微波供電線路故障該系統(tǒng)自1994年5月投入使用后,微波設(shè)備、整流器故障的次數(shù)明顯減少。例如在1995年6月,該站微波監(jiān)控出故障,在微波總站值班人員無法掌握是供電線路出現(xiàn)了故障還是交流電系統(tǒng)沒有投入的情況下,該站微波設(shè)備靠太陽能供電系統(tǒng)維持運行6～7天(事后到現(xiàn)場向有關(guān)人員了解到),直到蓄電池的容量不足而使微波電路中斷(凌晨5時左右)。到上午8點多,隨著陽光的出現(xiàn),微波系統(tǒng)又開始恢復(fù)正常,沒有因線路的搶修工作未完成而繼續(xù)中斷,起到縮短微波電路中斷時間的作用。5增加整流器容量(1)選用高質(zhì)量的控制器件:由于該系統(tǒng)的控制器幾個控制參數(shù)出現(xiàn)變動和交流控制開關(guān)質(zhì)量問題、電源線線徑不夠等因素,曾造成交流供電系統(tǒng)無法投入,需進(jìn)一步改進(jìn)。(2)增加該站所配套的整流器容量:目前的整流器容量是60A,充滿1000AH蓄電池組需要15小時,如整流器容量能增加到120A,可減少交流電系統(tǒng)投入時間。(3)增大該太