一種可伸縮移動箱式光伏電站應用研究

唐輝，生綠偉

（上海振華重工（集團）股份有限公司，上海 200125）

習慣了都市生活的人們，已經離不開電力消費，也很難想象斷電狀況下的艱苦生活。如今在世界上的很多地區，如遠離大陸的海島，偏遠的農牧區、野營場地，荒漠高原的工作區，地質勘探、野外施工區等，都嚴重缺電，生活極其不便。目前，市場上主要移動光伏發電站是在集裝箱或集卡車頂面和側面安裝少數太陽能光伏板，發電量少，不能滿足現場工地的需求，從而使工期延誤，市場效益低。

1 系統機械組成部分

本項目為解決傳統移動光伏電站存在各方面的缺陷，利用高科技含量的太陽能監控系統，研發一種全新可伸縮的移動箱式光伏電站。本發明的整體框架圖如圖1 所示。

整個移動光伏電站由太陽能電池板、40 英尺集裝箱、電池板伸縮機構、可升降的支撐機構、蓄電池、數據采集器、工業微處理器、逆變器、匯流箱以及配電箱等組成。把光伏移動光伏電站運輸到工地現場，再加固底部，接著打開集裝箱長度方向的兩側門，一鍵全自動展開光伏電池板的組件，從而實現光伏電站的發電儲能功能。

1.1 電池板伸縮機構

整個電站的最主要核心機構就是整個系統的所有電池板伸縮機構，主要由電池板框架模塊、交流電機、減速器、鉸鏈、導軌和撐桿等組成。其工作流程主要是首先人工搭建撐桿和支撐導軌，以及撐桿的地釘固定，一鍵啟動展開機構，電池板框架模塊雙向對稱方向從集裝箱兩側在電機和鉸鏈的作用下，緩慢平穩展開，鋪平后終點插銷固定；等需要移動或者惡劣環境時，需要回縮時，同樣原理，松開端點固定插銷，啟動電機，電池板框架模塊在電機牽引下，緩慢收縮回集裝箱，最后拆卸導軌和支架。

圖1 系統整體框架圖

電池板展開機構，在設計時主要考慮兩點，一是電池板的模塊化固定，減小鉸鏈直接連接電池板鋁合金時，對電池板邊框強度的要求，二是電池板展開和收縮時都要確保有電機和手動應急手柄兩種操作。展開流程圖如圖2 所示。

1.2 蓄電池滑槽機構

整個系統的儲能蓄電池，由于全部集成在集裝箱展開機構下方，同時為了維護方便，蓄電池需要加裝一個滑槽式抽屜式機構，采用單節滑槽，雙向收縮的方式，可以節約材料和節省空間。同時由于蓄電池不能室外露天，需要密封，但是又要考慮其工作環境的影響，所以需要給蓄電池密封室加裝風機和空調。

圖2 伸展機構展開流程

2 電氣設備

2.1 電氣設備選型

因為本系統是離網式儲能電站，所以電氣設備選型，主要需要考慮設備的高效、體積小巧、重量輕等幾個特點。具體設計選型介紹如下：

（1）光伏組件選擇高效單晶硅光伏組件，首先電池板組件的串并的數量是由控制器的輸入電壓電流和其他發電效率綜合考慮的，本系統初步核算集裝箱內部發電56kW左右，所以控制器選用兩個額定輸出348V 75A的控制器，基本可以滿足系統需求；此類型控制器的輸入電壓最大可達850V，最大輸入電流可達60A；同時72 片電池板組件每片額定功率為360W，額定電壓基本是39V，電流是9A 左右；60 片電池板組件每片額定功率為305W，額定電壓基本是32V，電流是9A 左右，因此可以算出兩種電池板的串聯數量為：選用60 片的組件，可以15 ～20 片串聯；如選用72 片的組件，可以12 ～15 片串聯，而且是必須保證在這個范圍內，否則影響發電效率。

（2）電池組件串并后需要接入匯流箱，市場上一般標準的匯流箱是8 輸入1 輸出，較大的也有16 路輸入的；每個匯流箱輸入端所接電池組件基本上要求是所用型號規格是一致的，以及每路所串的電池組件數量上要保持一致，同時和控制器連接也是一個匯流箱接一個控制器，當然這個控制器是組串的。本系統采用兩種類型電池板的組串方式：72 片的14 串6 并共84 塊組件，60 片的17 串5 并組合。

（3）目前初步選的離網逆變器型號是FR-UK3350-SPO-A，60KVA 容量，380V 三相交流電輸出，輸入電壓范圍304 ～417V，基本是電池的工作電壓范圍，負載在70%～80%容量即是40 ～50kW 以內最佳工作負載。

（4）電池初步篩選用2V 800Ah 的鉛碳電池，因為每天按4 小時有效的光照，每天最大可以發電200 度電，加上鉛碳電池充放電深度不能太大，影響電池壽命，所以初步設計174 塊電池串聯，滿電壓在348V，基本上和逆變器的輸入電壓以及控制器輸出電壓匹配。

（5）監控系統主要是首先用數據采集器利用485 通訊協議采集逆變器、電池、控制器等各種信息，可以加裝4G 模塊，傳輸到網絡上，在云服務器上讀取數據，遠程分析。

（6）如果加裝風機發電接口，需要再加裝風能控制器，整流成直流，然后再直流母線上預留接口。柴油發電機接口在逆變器那里有旁路開關，柴發時直接交流供電。

2.2 電氣設備接線圖（圖3）

圖3 系統電氣接線圖

3 光伏電站管理系統

光伏電站管理系統包括監控功能和大數據分析功能兩部分，監控功能是集成逆變器、控制器、匯流箱等數據，然后單個蓄電池使用傳感器傳輸電池電壓、電流、內阻、溫度等數據，一起處理后部署在Web 服務器上，可以本地監控，也可以本地遠程中控室監控；如果需要遠程監控，本地需要連接wifi 或者4G 網絡，可以通過云服務器進行實時遠程監控。監控界面如圖4、圖5 所示。

通過監控功能將采集到的數據進行數據挖掘，利用這些大數據實現性能分析、故障診斷等功能，降低光伏電站的運維成本，增強光伏電站的運維能力，縮短分析軟件的大數據處理時間，提升整個電站的發電效率，加強監測與診斷電站的光伏設備，保證光伏電的發電能力，減少電站的電能損耗，盡可能地增加企業電能收益。基于大數據處理的監控平臺主要有三大功能：

圖4 系統電池組監控界面圖

圖5 系統整體監控界面圖

（1）數據挖掘。光伏設備性能監督：對電站設備的關鍵性能進行實時監督，包括效率分析、損失分析等全自動分析，然后展示這些性能參數；效率分析包括：有效快速分析逆變器轉換效率、系統效率、發電日效率和發電月效率；故障診斷與處理：實時監督光伏電站問題設備，精準定位故障組件、故障逆變器等，掌握設備的各種運行狀態；故障診斷包括：設備產生的通訊故障、逆變器產生的故障、組串電流電壓不正常、效率低下、溫濕度傳感器故障等；負荷預測：準確預測未來一天或一段時間的光伏發電量；陣列的清洗監督：根據光伏電站系統發電效率的變化曲線、智能分析光伏組件最佳的清洗節點，有效地監督清洗光伏組件的工作情況。

（2）數據存儲。超長數據保存時間，隨時調取，隨時查看。用戶的數據可以自主選擇數據存儲時間，中國移動物聯網云平臺數據存儲，安全穩定。

（3）精準數據強化算法，精準無延遲地解析數據。

4 結語

經初步估算，本項目實施后，降低非電網用電的成本（以柴油機發電為例），由于只要有太陽的地方就能發電，同時配備了最大容量的儲能蓄電池，可以更好地滿足離網現場的長期用電需求，和傳統的大功率柴油發電機相比，以太陽能電池板10 ～20 年的壽命周期核算，發電、維護等成本都有所降低（以40 尺移動電站，10 年平均發電成本和柴油機發電成本相比較，相同用電負載的前提下，可每度電成本可以節約4 ～5 成）。所以在針對一些特殊適用場合，本移動光伏電站在經濟性上和傳統柴發有著很大的優勢，在便捷性上和傳統的分布式光伏電站也有著很大的優勢。