混合能源系统方案设计实例

1.已知用户方信息

负载7.5kW，柴油发电机组每天计划工作时间为6h。当地日照峰值时间（Peak Sunshine Hours）为4.5h。方案应满足以下几个条件：

1）柴油发电机组每天计划工作时间为6h，其余时间由蓄电池组放电和光伏系统供电。

2）为保持蓄电池组工作寿命，使用时应浅充浅放，蓄电池组每天单次放电深度不应大于30%额定容量，放电电流不应大于0.1C₁₀，充电电流不应大于0.15C₁₀。

3）当地日照峰值时间（Peak Sunshine Hours）为4.5h。

4）柴油发电机组工作时，功率必须满足带载并对蓄电池组以0.15C₁₀电流充电的要求。

5）光伏系统的额定功率需满足带载并对蓄电池组以不大于充电电流0.15C₁₀充电的需要，工作方式为光伏系统带载优先，在以额定功率输出日照峰值时间内充满30%蓄电池组额定容量。

6）初步计算时各系统效率暂以1即100%计算，容量选取时适当修正。

2.各系统容量计算

设柴油发电机组计划工作时间为T₁，蓄电池组累计放电时间为T₂，光伏发电系统供电每天以额定功率输出日照峰值时间为T₃。柴油发电机组功率为P_G，负载功率为P_L，光伏发电系统的额定功率为P_s，蓄电池组容量为C₁₀。设24h中初始状态时蓄电池组是充满电状态，由蓄电池组先放电供电，放电到30%额定容量。

则24h内负载所消耗电量（kW·h）如下：

P_L×24=[50×30%C₁₀×0.001+（P_L×T₁+50×0.15C₁₀×T₁×0.001）+（P_L×T₃+50×30%C₁₀×0.001）]

上式说明：

P_L×24为负载24h内所消耗电量（kW·h）；

50×30%C₁₀×0.001为蓄电池组放电到30%额定容量所产生的电量（kW·h）；

P_L×T₁+50×0.15C₁₀×T₁×0.001为柴油发电机组在工作时间T₁内供给负载功率P_L用电及同时以0.15C₁₀电流对蓄电池组循环充电产生电量（kW·h），此循环充电产生电量在循环工作过程中放出对负载供电；(www.xing528.com)

P_L×T₃+50×30%C₁₀×0.001为光伏系统在工作时间T₃内供给负载功率P_L用电及同时在整个T₃时间段内对蓄电池组补充充电30%额定容量产生电量（kW·h），此电量使蓄电池组最终达到充满电状态。

以P_L=7.5kW，T₁=6h，T₃=6h代入上式可得：

蓄电池组容量C₁₀=1200Ah

由上可得0.1C₁₀=120A，因负载电流为7.5kW/50V=150A，负载电流为150A已大于0.1C₁₀即120A，为保持蓄电池组的工作寿命，放电电流不应大于0.1C₁₀，所以蓄电池组容量至少应为1500Ah。

柴油发电机组功率为：

P_G=P_L+50×0.15C₁₀×0.001=7.5+50×0.15×1500×0.001=7.5+11.25=18.75kW

光伏系统的额定功率P_s=P_L+（50×30%C₁₀×0.001）/T3=7.5+3.75=11.25kW

3.各系统容量配置

考虑效率等因素，可选取以下配置：

柴油发电机组额定功率约为20kW；蓄电池组额定容量：约48V 1500Ah；光伏发电系统额定功率约为12kW。

4.运行时间

1）实际运行时间分配为蓄电池组放电3h，柴油发电机组第1次启动工作2h后停机，蓄电池组放电3h，柴油发电机组第2次启动工作2h后停机，蓄电池组放电3h，柴油发电机组第3次启动工作2h后停机，蓄电池组放电3h，光伏发电系统累计工作6h并对蓄电池组充电保持在最终充满电状态。

2）如当地日照条件良好时，各系统容量配置、工作时间等可进一步优化调整。

注：C₁₀：指环境温度为25℃，电池（单只额定电压2V）以10h放电率的恒定电流放电到终止电压1.8V所能放出的能量。