太阳能电力系统的混合供电方式

太阳能电力系统的混合供电方式

自1960年成功应用于卫星上的太阳能电池以来，太阳能电池的主要供电形式逐渐在地面上普及。60年代末,太阳能技术首先在微波通信的中继站试用,到80年代初,随着生产太阳能电池板的技术成熟和成本下降,在一些受地理条件限制的邮电系统高山微波站采用了全太阳能系统+柴油发电机的供电方式。80年代末,在电力系统天—广微波电路的少数微波站也设计、采用了全太阳能系统+柴油发电机供电方式。而在清远微波站采用的是以太阳能供电为主、交流供电为辅助的混合供电方式。以下是对清远微波站混合供电方式的原理、构成的简单介绍。1太阳能组成补救器(1)太阳能供电系统是以太阳能电池板吸收太阳辐射能量而产生电流,用蓄电池组蓄能、供电,这电源是纯直流形式,无交流整流电压脉动干扰。(2)太阳能供电系统在多雷害的高山微波站使用,起一定的防雷作用。(3)太阳能供电系统在初始投资较大,日后运行费用低。(4)太阳能供电系统受天气、日照时间、连续阴雨等因素影响较大。(5)采用全太阳能系统供电方式,使一些辅助设备的使用受影响,需重新考虑,如空调机、抽湿机、站内照明用电等。2太阳能板矩阵在南海的应用(1)太阳能电池单板的电流、电压、功率参数:与计算太阳能板矩阵产生的最大电流、最大功率等参数有关。(2)维持供电设备正常运行的极限天数(简称连续阴雨天数):指在蓄电池组满容量后,遇连续日照强度严重不足(如阴雨、大雾等),太阳能板矩阵无法对蓄电池组补充能量而设备仍能正常运行的天数。(3)选用蓄电池组的安时数:与要求维持设备正常运行的极限天数有关。(4)太阳能板矩阵产生的最大电流:指在全太阳能系统供电方式时,要求太阳能板矩阵在理想日照强度下(按8小时计算)所产生的最大电流,能补充供电设备经过连续阴雨天(极限天数)所损失的安时数。(5)太阳能板矩阵产生的最大功率:指在全太阳能系统供电方式时,要求太阳能板矩阵在理想日照强度下(按8小时计算),补充供电设备经过连续阴雨天(极限天数)损失的安时数所需的太阳能板矩阵总功率。(6)供电设备的使用电压、总电流参数。(7)太阳能板矩阵的最佳倾角、朝阳方向及安装位置:这与太阳能板矩阵的效率有关。(8)微波站各季节的基本气象资料:主要是阴雨、大雾出现时间的长短,与选择蓄电池组容量、太阳能板矩阵总功率、是否配置柴油发电机等有关。(9)微波站的经、纬度:用于引用该站全年太阳辐射能量数据,估算平均辐射量。3太阳能供电与交流运营的时间及效果清远(笔架山)微波站地处粤北山区,海拔高度880m,经度113°01’,纬度23°50’,原供电方式是用约17km的10kV供电线路供电。该微波站经常出现因线路故障、雷击跳闸、线路引雷而击坏整流器、微波设备的现象。线路故障修复时间较长,会造成微波电路中断。为减少上述原因造成微波电路中断次数,在资金有限的前提下,把清远微波站改造为以太阳能供电为主、交流供电为辅助的混合供电方式,这是我省电力系统微波站应用太阳能供电的新尝试。由于目前太阳能板矩阵的售价约人民币56元/W(进口设备,CIF广州价),若该站完全用太阳能供电,其初次投资较大,需投入大量的太阳能板矩阵组件和大容量蓄电池组,大量支架、电缆,特别是当要求增加维持设备正常运行的极限天数时,投资将成倍增加。另外完全用太阳能供电时,整个站的空调机、抽湿机等电源还需重新考虑。因此,我们针对实际情况制定了这样的方案:在正常的情况下,用太阳能系统维持微波设备运行,交流供电系统由太阳能系统控制器控制处于断开状态。遇到连续阴雨天,蓄电池组电压低于一定门限时,太阳能系统控制器自动将交流系统投入,对蓄电池组进行充电。充电完毕后,又自动将交流系统退出,开始新的循环。这样,交流系统与微波系统可保持一段时间的脱离,从而减少供电线路引雷、过电压而损坏设备的机会。同时,也达到了降低成本的效果。该站太阳能供电方式的有关参数和原理、结构分别介绍如下:选用的太阳能电池单板是德国西门子公司生产的硅太阳能电池单板PC4JF,其主要参数是最大电流4.41A,最大电压17.0V,最大功率74.97WP/块。设备负载使用-48V直流电源,因而需将4块硅太阳能电池单板串联成一组,以符合设备电压等级。清远微波站现有通信设备为4个方向的微波设备,及相应的跳群复用设备。使用-48V直流电源,设备总电流15A。负载每天平均所需电量是15(A)根据上述有关参数,如采用全太阳能供电和现方案的估算参数如表1和表2所示。从现方案来看,清远站微波设备每晚所需安时数为16(H)×15(A)=240(AH)。考虑太阳能板矩阵系统、防反充二极管和电缆的损耗,按效率为90%计算,太阳能板矩阵应能产生最大电流47.7A,则补充到蓄电池组的安时为(47.7-15)(A)×8(H)=261.6(AH),可将晚上损耗的安时数基本补回,维持直流供电的循环周期。在雷雨季节,连续三天的阴雨天的机会不多,直流供电的循环周期还可延长一些。由此可得,太阳能系统供电与交流供电系统供电的时间比例至少为65∶15(小时)。因此,清远站微波设备使用交流供电系统供电的时间可减少,由供电线路受雷击或其它因素引起的过电压而损坏整流器、微波设备的机会也相应减少,对设备的安全运行起一定的保障作用。该方案的供电系统结构图和系统控制简图如图1、2所示。4微波供电线路故障该系统自1994年5月投入使用后,微波设备、整流器故障的次数明显减少。例如在1995年6月,该站微波监控出故障,在微波总站值班人员无法掌握是供电线路出现了故障还是交流电系统没有投入的情况下,该站微波设备靠太阳能供电系统维持运行6～7天(事后到现场向有关人员了解到),直到蓄电池的容量不足而使微波电路中断(凌晨5时左右)。到上午8点多,随着阳光的出现,微波系统又开始恢复正常,没有因线路的抢修工作未完成而继续中断,起到缩短微波电路中断时间的作用。5增加整流器容量(1)选用高质量的控制器件:由于该系统的控制器几个控制参数出现变动和交流控制开关质量问题、电源线线径不够等因素,曾造成交流供电系统无法投入,需进一步改进。(2)增加该站所配套的整流器容量:目前的整流器容量是60A,充满1000AH蓄电池组需要15小时,如整流器容量能增加到120A,可减少交流电系统投入时间。(3)增大该太