儲能應急電源車太陽能輔助系統(tǒng)的設計

張盛釗

（龍巖市海德馨汽車有限公司，福建 龍巖 364000）

0 前言

在我國社會經濟不斷發(fā)展的過程中，重視供電的連續(xù)性是當前保電工作的重點。在開展保電工作時，為了有效預防電力系統(tǒng)的突發(fā)故障，可以以新能源儲能保供電移動試驗及電源技術為主展開研究；可以在市電斷電的情況下，應用新能源應急電源車，從而達到供電目的。在對新能源應急電源車進行設計和研究時，需要保證電力供應能夠無縫銜接，確保運行設備由市電供電轉化為應急電源供電的穩(wěn)定性與連續(xù)性，防止設備出現(xiàn)間斷運行的情況，這樣就可以最大程度地降低因停電事故帶來的損失。新能源應急電源車在野外作業(yè)的過程中，需要保證其供電的穩(wěn)定性與持續(xù)性，這就對儲能應急電源的儲能電量有更高的要求。充足的儲能電源能夠降低停電事故的不利影響。為了能夠盡可能地提高新能源應急電源車的應用效益，需要加強對它的創(chuàng)新以及對清潔可再生穩(wěn)定輔助電源系統(tǒng)的設計與研究。

1 太陽能輔助系統(tǒng)

在太陽能光伏電源系統(tǒng)的設計過程中，主要包括軟件設計和硬件設計2個部分。一般要先從軟件設計出發(fā)，保證太陽能光伏電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通常在軟件設計的過程中，要準確地計算負載、用電量等；還要完成計算太陽能電池方陣輻射量的作業(yè)，對太陽能電池、蓄電池用量的匹配性進行優(yōu)化設計。一般情況下，在設計太陽能光伏電源系統(tǒng)的軟件時，必須保證計算結果的準確性，特別是太陽能電池方陣安裝傾角的計算結果會在一定程度上影響太陽能光伏電源系統(tǒng)接收的太陽輻射能量。因此，需要對計算結果進行多次核對，保證結果的精準性。在系統(tǒng)運行時，還要對系統(tǒng)的具體狀況進行預測，并分析系統(tǒng)的經濟效益[1]。而在硬件設計的過程中，主要是完成太陽能光伏電源系統(tǒng)的負載選型以及其他設計工作，例如在對太陽能電池蓄電池進行選型時，要充分考慮太陽能電池的支架，提高逆變器選型的合理性。與此同時，還要完成對控制和測量系統(tǒng)的設計工作。

在設計大型太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)時，要加強對方陣場地的設計，提高防雷接地設計的合理性和有效性，并且要開展有效的配電系統(tǒng)輔助電源選型和設計工作。在開展太陽能光伏電源系統(tǒng)整體設計工作時，要注意軟件設計（包括輻射量、安裝傾角以及系統(tǒng)優(yōu)化等）的計算工作量比較大，也比較復雜，一般可以由計算機來完成，這樣就可以保證計算結果的穩(wěn)定性和準確性。如果對結果的要求不嚴格，可以進行估算，從而提高計算的速度。太陽能發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池板、逆變控制器以及蓄電池等組成。在對該部分進行設計時，必須以太陽能電池板的使用環(huán)境為基礎，合理選擇充電模式，市電互補輸出且市電優(yōu)先、逆變優(yōu)先等都是常用模式。定時逆變、定時市電以及定時開關睡眠等功能可以確保應急電源車內空調、風機和電纜卷盤等設備電源的穩(wěn)定性[2]。儲能應急電源車如圖1所示。

2 太陽能輔助系統(tǒng)設計要點

2.1 電池板設計安裝

合理地對太陽能電池板進行選型是太陽能光伏電源系統(tǒng)設計過程中的重要內容。一般情況下，需要對不同類型的太陽能電池板進行研究和分析，并選擇合適的太陽能電池板。目前，在太陽能電池板選型的過程中，半柔性太陽能板的應用比較普遍。在具體使用過程中，該太陽能電池板可以在應急電源車的車頂安裝太陽能電池板組件，共20片，1組串聯(lián)4個，共5組。該太陽能電池板在應用中的機械強度比較高，可以有效保護太陽能電池板在運輸、安裝與應用過程中的穩(wěn)定性，避免因為振動與沖擊等對太陽能電池板產生不利影響，還可以有效抵抗冰雹的沖擊力；太陽能電池板的密封性也比較好，可以達到防風、防水以及隔絕大氣條件的要求，有利于降低太陽能電池板的腐蝕概率；并且太陽能電池板的電絕緣性能也比較穩(wěn)定，可以在一定程度上抵抗紫外線輻射。除此之外，在太陽能電池板的應用過程中，要充分考慮具體的應用要求，根據(jù)要求對工作電壓以及輸出功率進行設計，使其能夠與應急電源車電壓、電流以及功率輸出的要求相適應。在連接時，使用串并聯(lián)方式有利于降低效率損失，提高太陽能電池板的可靠性以及穩(wěn)定性。

安裝半柔性太陽能板有以下5個步驟：1）要在應急電源車的車廂頂棚安裝太陽能電池板支架，并根據(jù)電池板的尺寸保證支架和基板的固定效果。2）需要選擇具有較強耐高溫特性的雙面泡棉膠對太陽能電池板進行粘貼安裝。在粘貼時，需要利用太陽能專用密封硅膠進行粘貼，從而保證粘貼的牢固性。3）在走線時，必須正確連接車廂頂棚的太陽能電池板，然后將總線引入車內，再將用電設備與逆變控制器的負載端口進行連接。4）電池連接作業(yè)完成后，要及時對車廂內部蓄電池與逆變器控制器的電池端口進行連接。5）需要連接逆變控制器，同時正確連接太陽能電池板正負極和逆變控制器的光伏正負端口[3]。安裝效果如圖2所示。

圖1 空調、風機、電纜卷盤和整車電源的輸出

2.2 逆變控制器選擇要點

在設計太陽能輔助系統(tǒng)的過程中，需要保證逆變控制器的安裝質量。在選擇逆變控制器時，主要從以下2個方面進行選擇：1） 確定車廂內部的用電負載。在該光伏儲能應急電源系統(tǒng)研發(fā)設計的過程中，風機為250 W，照明為40 W，卷盤電機為1500 W，最大功率為1790 W。在對逆變控制器進行合理選擇時，需要以車廂內部用電的最大負載為基礎，保證逆變控制器選擇的合理性。2） 選擇控制器。在選擇過程中，必須掌握控制器的功能，使蓄電池充放電與太陽能電池板處于最佳的工作狀態(tài)。一般要保證逆變控制器的輸出功率必須比負載的最大功率更大。對蓄電池進行選擇時，需要準確計算每天消耗的負載。在安裝蓄電池時，可以將4節(jié)電池串聯(lián)成1組蓄電池組；在選擇太陽能板時，必須根據(jù)應急電源車所在地區(qū)的日照時間合理地選擇蓄電池儲能的容量。在完成計算太陽能板的峰值功率后，可以選擇合適的太陽能板，可以將20片太陽能電池安裝在能源車頂部，組成4串以并聯(lián)方式連接的太陽能電池板組件，從而滿足光伏儲能電源車的使用需求。逆變器如圖3所示。

圖2 車頂太陽能板安裝完畢示意圖

2.3 逆變控制器功能設計

完成選擇逆變控制器的工作后，需要充分了解逆變器的主要應用功能，保證逆變器功能的完善性。一般逆變控制器的主要功能包括以下3個方面：1）要根據(jù)逆變控制器的主要充電模式對充電功能進行合理設計。通常，逆變控制器的充電功能主要包括光伏（PV）充電、市電不充電和PV與市電同時充電2種模式。在第一種模式運行的過程中，可以同時連接光伏（PV）與市電，但是在陽光充足的情況下只有PV在充電。而在第二種模式中，如果同時連接PV與市電對蓄電池進行充電，PV與市電可以同時進行充電，能夠提高充電的速度，具體情況如圖4所示。2） 市電互補功能。該種互補模式主要包括市電優(yōu)先模式（該模式下蓄電池逆變供電為備用回路）和DC逆變優(yōu)先模式（該模式下市電為備用回路）。在第一種模式運行的過程中，要同時連接蓄電池與市電，并將市電作為優(yōu)先供電，如果遇到市電停止運行，可以自動轉化為蓄電池逆變供電。在具體的操作過程中，主要是市電經過交流電壓調整器或交流電源穩(wěn)壓器（AVR）穩(wěn)壓后輸出，同時能夠對蓄電池進行充電。如果市電停電，在5 ms內，系統(tǒng)可以自動切換為逆變供電模式，保證供電的穩(wěn)定性與持續(xù)性。市電恢復后，系統(tǒng)可以轉化為市電供電模式，并為蓄電池充電。而在第二種模式DC逆變優(yōu)先中，市電備用不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）功能模式在運行過程中，將蓄電池直流電作為有限用電，并對其進行轉化，轉化成交流電后進行負載供給。如果蓄電池容量不足，能夠根據(jù)預先設定的轉化步驟為市電供電。具體的運行步驟為蓄電池有電時，直接由逆變器完成負載供電；如果蓄電池電量不足，可以在5 ms內轉化為市電供電模式，蓄電池電量充足后，再自動轉換為逆變供電[4]，具體情況如圖5所示。3） 其他功能。在逆變控制器的應用與安裝過程中，需要設置定時功能以及記錄查詢功能。對定時功能進行設計時，需要設計定時開關和睡眠2種模式。需要提前設定好具體的時間，確保蓄電池可以正常地輸出電量。設置時間關閉逆變器的交流輸出功能就可以進入睡眠模式（防止電池過度放電），從而保證蓄電池的穩(wěn)定性。除此之外，利用定時功能還可以實現(xiàn)逆變與市電之間的切換，根據(jù)蓄電池實際可以給負載供電的理論時間，在實際操作中設置系統(tǒng)的切換時間，切換前使用逆變輸出供電，切換后使用市電供電。該模式一般適合在分段收費的區(qū)域進行應用。記錄查詢功能主要包括故障模式查詢以及放電時間查詢等；故障模式查詢可以了解光伏儲能應急電源系統(tǒng)在運行過程中的故障信息；放電時間查詢能夠充分了解蓄電池上次的用電時間，有利于全面了解光伏儲能系統(tǒng)的具體應用狀態(tài)。

圖3 逆變器智能控制屏示意圖

圖4 逆變器充電功能原理方框圖

圖5 市電互補功能原理方框圖

3 結語

綜上所述，在對儲能應急電源車太陽能輔助系統(tǒng)進行設計的過程中，需要充分發(fā)揮太陽能電池板的積極作用。這是當前太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展和應用的主要趨勢。太陽能板的儲能發(fā)電應用與當前的用電實際需求相貼近；并且在該次儲能應急電源車太陽能輔助系統(tǒng)的設計過程中，整體設計方案比較合理，基本可以滿足電力企業(yè)對配電網(wǎng)應用的實際要求。對儲能應急電源車上的太陽能輔助系統(tǒng)進行安裝，可以防止在野外作業(yè)時出現(xiàn)電能儲量流失的情況，進一步保證了儲能應急電源車供電的穩(wěn)定性。在設計太陽儲能應急電源車時，需要充分利用膠體電池太陽能，從而保證能量存儲的穩(wěn)定性和合理性，同時要與柴油發(fā)電機進行有效配合，這樣才能夠實現(xiàn)無縫切換，保證供電的穩(wěn)定性與持續(xù)性。在對一些海島、駐守部隊以及無電無人區(qū)進行保供電時，電池儲能應急電源車太陽能輔助系統(tǒng)可以發(fā)揮重要作用，并且有利于鞏固我國的國防建設工作。需要注意的是，在設計儲能應急電源車太陽能輔助系統(tǒng)時，需要遵循環(huán)保生態(tài)的理念，從而真正地推動太陽能系統(tǒng)在應急產業(yè)中的創(chuàng)新應用，提高我國太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應用與創(chuàng)新水平。