在現(xiàn)代日常生活中，通常我們認(rèn)為用電是理所當(dāng)然的事情，然而，當(dāng)今世界上卻還有超過20億人生活在缺電或者無電地區(qū)。以我們國家為例，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的差異，西部仍有部分偏遠(yuǎn)地區(qū)的人口沒有解決基本用電問題，無法享受現(xiàn)代文明。光伏離網(wǎng)發(fā)電不僅可以解決無電或者少電地區(qū)居民基本用電問題，還可以清潔高效地利用當(dāng)?shù)氐目稍谏茉?，有效解決能源和環(huán)境之間的矛盾。從目前來看，并網(wǎng)系統(tǒng)的研究已獲得足夠的重視，技術(shù)成熟，但離網(wǎng)系統(tǒng)還面臨諸多困難，制約了光伏離網(wǎng)的應(yīng)用和發(fā)展。

光伏離網(wǎng)是剛性消費需求，客戶兩極分化，一種是不差錢的“土豪”，最關(guān)心是系統(tǒng)的可靠性，主要是私人海島業(yè)主、別墅業(yè)主、通信基站、監(jiān)控系統(tǒng)等，另一種是偏遠(yuǎn)地區(qū)的貧困戶，最關(guān)心是產(chǎn)品價格。從項目規(guī)模上看，一種是針對單個客戶的小項目或者單個項目的小工程，另一種是針對特定人群的大項目，如國家無電地區(qū)光伏扶貧項目。離網(wǎng)系統(tǒng)對不同的客戶，要采取不同的設(shè)計方案，盡量滿足客戶的實際需要。

晶福源公司是國內(nèi)最大的光伏離網(wǎng)逆變器廠家，每年出貨的離網(wǎng)逆變器超過5萬多套，占全國總量60%以上，筆者從事光伏離網(wǎng)系統(tǒng)售前技術(shù)支持和售后安裝指導(dǎo)工作，先后設(shè)計過1000多套離網(wǎng)系統(tǒng)，現(xiàn)場調(diào)試過100多套系統(tǒng)，并參觀過100多家離網(wǎng)電站，從中總結(jié)出一些經(jīng)驗，僅各位參考。

光伏離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏組件，支架，控制器，逆變器，蓄電池以及配電系統(tǒng)組成。系統(tǒng)電氣方案設(shè)計，主要考慮組件，逆變器（控制器），蓄電池的選型和計算。設(shè)計之前，前期工作要做好，需要先了解用戶安裝地點的氣候條件，負(fù)載類型和功率；白天和晚上的用電量，當(dāng)然，用戶的預(yù)算和經(jīng)濟(jì)情況也要了解清楚，光伏離網(wǎng)系統(tǒng)，用電是靠天氣，沒有100%的可靠性，這一點一定要和客戶講清楚。知道以上這些情況，就可以開始做設(shè)計了。

光伏離網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計三大原則

1、根據(jù)用戶的負(fù)載類型和功率確認(rèn)離網(wǎng)逆變器的功率，家用負(fù)載一般分為感性負(fù)載和阻性負(fù)載，洗衣機(jī)、空調(diào)、冰箱、水泵、抽油煙機(jī)等帶有電動機(jī)的負(fù)載是感性負(fù)載，電動機(jī)啟動功率是額定功率的5-7倍，在計算逆變器的功率時，要把這些負(fù)載的啟動功率考慮進(jìn)去。逆變器的輸出功率要大于負(fù)載的功率。對于監(jiān)控站，通信站等要求嚴(yán)格的場合，輸出功率是按所以的負(fù)載功率之和。但對于一般貧困家庭而言，考慮到所有的負(fù)載不可能同時開啟，為了節(jié)省成本，可以在負(fù)載功率之和乘以0.7-0.9的系數(shù)。并不是每一個客戶都會對負(fù)載功率很清楚，下面的列表是常用家用電器的功率，供設(shè)計時參考。

2、根據(jù)用戶每天的用電量確認(rèn)組件功率。組件的設(shè)計原則是要滿足平均天氣條件下負(fù)載每日用電量的需求，也就是說太陽能電池組件的全年發(fā)電量要等于負(fù)載全年用電量。因為天氣條件有低于和高于平均值的情況，太陽能電池組件設(shè)計的基本滿足光照最差季節(jié)的需要，就是在光照最差的季節(jié)蓄電池也能夠基本上天天充滿電。但在有些地區(qū)，最差季節(jié)的光照度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于全年平均值，如果還按最差情況設(shè)計太陽能電池組件的功率，那么在一年中的其他時候發(fā)電量就會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過實際所需，造成浪費。這時只能考慮適當(dāng)加大蓄電池的設(shè)計容量，增加電能儲存，使蓄電池處于淺放電狀態(tài)，彌補(bǔ)光照最差季節(jié)發(fā)電量的不足對蓄電濁造成的傷害。組件的發(fā)電量并不能完全轉(zhuǎn)化為用電，還要考慮控制器的效率和機(jī)器的損耗以及蓄電池的損耗，太陽能控制器有PWM和MPPT兩種類型，PWM控制器效率約85%，輸入電壓范圍比較窄，但價格比較低，MPPT控制器效率約95%，價格比較高。蓄電池在充放電過程中，也會有10-15%的損耗。離網(wǎng)系統(tǒng)可用的電量=組件總功率*太陽能發(fā)電平均時數(shù)*控制器效率*蓄電池效率。

有一些離網(wǎng)用戶，沒有裝過電表，對自己的用電情況不是十分清楚，還有一些離網(wǎng)系統(tǒng)，是新建的，這時就需要去估算每天的用電量，對于燈泡、電風(fēng)扇、電吹風(fēng)這樣的負(fù)載，用電量等于功率乘以時間；但空調(diào)，冰箱這樣的負(fù)載，是間隙性工作的，電視，電腦，音響這樣的負(fù)載，工作時很少在滿功率狀態(tài)，計算電量時，就要綜合考慮了。

空調(diào)是家用電器耗電量最大的負(fù)載，1匹空調(diào)的電功率是735W，也就是說1小時滿負(fù)荷運(yùn)行消耗0.735度電，空調(diào)還有一個指標(biāo)“制冷量”，單位也是W，1匹空調(diào)制冷量約2300W，空調(diào)的耗電和室內(nèi)外溫度差，房間面積，空調(diào)的能效率有很大關(guān)系，1臺1P的空調(diào)，晚上用8小時，耗電1-5度不等。

3、根據(jù)用戶晚上用電量或者期望待機(jī)時間確定蓄電池容量。蓄電池的任務(wù)是在太陽能輻射量不足時，保證系統(tǒng)負(fù)載的正常用電。對于重要的負(fù)載，要能在幾天內(nèi)保證系統(tǒng)的正常工作，要考慮連續(xù)陰雨天數(shù)。對于一般的負(fù)載如太陽能路燈等可根據(jù)經(jīng)驗或需要在2～3天內(nèi)選取。重要的負(fù)載如通信、導(dǎo)航、醫(yī)院救治等則在3～7天內(nèi)選取。另外還要考慮光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝地點，如果在偏遠(yuǎn)的地方，蓄電池容量要設(shè)計得較大，因為維護(hù)人員到達(dá)現(xiàn)場就需要很長時間。實際應(yīng)用中，有的移動通信基站由于山高路遠(yuǎn)，去一次很不方便，除了配置正常蓄電池組外，還要配備一組備用蓄電池組，對于一般貧困家庭而言，主要考慮價格，則不用考慮陰雨天，太陽好的時候多用。太陽不好的時候少用，沒有太陽則不用。選擇負(fù)載時，盡量使用節(jié)能設(shè)備，如LED燈，變頻空調(diào)。蓄電池的設(shè)計主要包括蓄電池容量的設(shè)計計算和蓄電池組串并聯(lián)組合的設(shè)計。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，大部分使用的都是鉛酸蓄電池，考慮到電池的壽命，一般取放電深度為0.5-0.7之間。蓄電池設(shè)計容量=（負(fù)載日均用電量*連續(xù)陰雨天數(shù)）/蓄電池放電深度。

離網(wǎng)用戶的需求是多種多樣的，根據(jù)用戶的要求設(shè)計光伏系統(tǒng)。這時候就要靈活處理，不一定要按上述的原則去設(shè)計，例如有一個客戶，家里有6塊260W的組件，要做一套光伏離網(wǎng)系統(tǒng)，客戶家里有市電，但經(jīng)常會停電，總負(fù)載是10KW，一天的用電量是20-30度，如果只有這1.56KW組件，根本沒有辦法滿足客戶的用電量要求，這時候就可以考慮滿足客戶一部分負(fù)載的需求，經(jīng)計算組件一天能發(fā)5度電，采用3.0KVA的離網(wǎng)逆變器，4塊12V150Ah的蓄電池，輸出接一個插板，平時接家里的照明燈泡，電腦，洗衣機(jī)之類的負(fù)載，晚上如果還有電，也可以單獨接一臺空調(diào)。

對于針對特定人群的大項目，由于每個用戶情況不一樣，無法滿足所有的需求，這時候就要綜合考慮。一般情況下，是取一個平均值，如解決我國西部無電地區(qū)用電問題的光伏工程，一般牧民家庭，采用2塊250W的組件，一個500VA的離網(wǎng)逆變一體機(jī)，2個12V150AH的蓄電池，每天能發(fā)2.5度電，原材料成本價約6000元左右，可滿足電視機(jī)、小型電冰箱、DVD機(jī)、節(jié)能燈等電器的用電需求。重量比較輕，方便移動。在四川甘孜州某光伏扶貧項目中，采用中功率離網(wǎng)系統(tǒng)，8塊250W的組件，3KVA的離網(wǎng)逆變一體機(jī)，4節(jié)12V200AH的蓄電池，每天可以發(fā)8-10度電，可滿足電視機(jī)、電冰箱、DVD機(jī)、電腦、1P空調(diào)，節(jié)能燈等電器的用電需求。由于系統(tǒng)總體發(fā)電量高，可以支持更多的家用電器設(shè)備，生活質(zhì)量得到提高。

光伏離網(wǎng)系統(tǒng)常見問題：

設(shè)計光伏離網(wǎng)系統(tǒng)時，要靈活處理，不要拘泥于某一個固定公式。光伏離網(wǎng)系統(tǒng)不能解決所有的用電問題，遇到多個連續(xù)陰雨天，只能省著用電。離網(wǎng)逆變器沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，也不需要強(qiáng)制認(rèn)證，市面上的產(chǎn)品良莠不齊，產(chǎn)品質(zhì)量和價格相差很大，大家在選購離網(wǎng)逆變器時，請認(rèn)準(zhǔn)：“晶福源”或者“JFY”商標(biāo)。碰到假貨或者劣質(zhì)產(chǎn)品要及時投訴或者報警。

1、組件，逆變器，蓄電池設(shè)計時要匹配，任何一個都不能過大或者過小，新手設(shè)計時，經(jīng)常會把用電量計算過大，如1P空調(diào)運(yùn)行12小時，算成10度電，300W的冰箱運(yùn)行24小時，算成7.2度電，造成蓄電池容量過大，系統(tǒng)成本過高。設(shè)計蓄電池容量時，最好2天時間就給能充滿。

2、光伏離網(wǎng)系統(tǒng)輸出連接負(fù)載，每個逆變器輸出端電壓和電流相位和幅值都不一樣，逆變器不支持輸出端并聯(lián)。不要把逆變器輸出端接在一起。

3、負(fù)載是電梯之類的負(fù)載不能直接和逆變器輸出端相連接，因為電梯在下降時，電動機(jī)反轉(zhuǎn)，會產(chǎn)生一個反電動勢，進(jìn)入逆變器時，對逆變器有損壞。如果必須要用離網(wǎng)系統(tǒng)，建議在逆變器和電梯電動機(jī)之間加一個變頻器。

4、帶市電互補(bǔ)輸入的光伏微網(wǎng)系統(tǒng)，組件的絕緣要做好，如果組件對地有漏電流，會傳到市電，引起市電的漏電開關(guān)跳閘。

5、組件的電壓和蓄電池的電壓要匹配，PWM型控制器太陽能組件和蓄電池之間通過一個電子開關(guān)相連接，中間沒有電感等裝置，組件的電壓是蓄電池的電壓1.2-2.0倍之間，如果是24V的蓄電池，組件輸入電壓在30-50V之間，MPPT控制器，中間有一個功率開關(guān)管和電感等電路，組件的電壓是蓄電池的電壓1.2-3.5倍之間，如果是24V的蓄電池，組件輸入電壓在30-90V之間。

6、組件的輸出功率和控制器的功率要相近，如一個48V30A的控制器，輸出功率為1440VA，組件的功率應(yīng)該在1500W左右。選擇控制器時，先看蓄電池的電壓，再用組件功率除以蓄電池的電壓，就是控制器的輸出電流。

7、蓄電池的充電電流一般為0.1C-0.2C，最大不超過0.3C，例如1節(jié)鉛酸蓄電池12V200AH，充電電流一般在20A到40A之間，最大不能超過60A；蓄電池的放電電流一般為0.2C-0.5C，最大不超過1C，1節(jié)12V200AH鉛酸蓄電池，輸出最大功率不超過2400W，不同的廠家，不同的型號，具體的數(shù)值也不一樣，設(shè)計時要向廠家索取說明書。

以上方法只是我在長期的工作中極小的一部分經(jīng)驗，歡迎各位同行和我聯(lián)系，如有轉(zhuǎn)載，請注明出處。

作者簡介：劉繼茂，深圳晶福源市場部業(yè)務(wù)員，哈爾濱工業(yè)大學(xué)電力電子研究生。1994年開始從事設(shè)備維修和設(shè)計工作，2008年開始從事逆變器研發(fā)和光伏系統(tǒng)設(shè)計工作。長期跟蹤國內(nèi)外100多個光伏電站運(yùn)行情況，設(shè)計過1000多個并網(wǎng)和離網(wǎng)系統(tǒng)，對光伏逆變器的發(fā)展、光伏系統(tǒng)設(shè)備的選型，可靠性設(shè)計，運(yùn)行維護(hù)有獨到的理解。