——青海玉树牧民定居点离网供电项目

一、项目背景

青海玉树某牧民定居点海拔4200米，距离最近电网35公里，拉网成本过高。当地年均日照时数约2600小时，太阳能资源丰富（年均辐射量5800MJ/m2）。需为1户牧民（5人家庭）提供24小时离网电力，满足基础生活、照明及小型生产设备用电需求。

二、负载需求分析

关键参数：

• 负载总功率 ：≈1.1kW（峰值）

• 日均耗电 ：1.7kWh

• 系统电压 ：DC 48V（提高传输效率，降低线损）

三、光伏系统设计

1. 光伏阵列配置

• 组件选型 ：单晶硅光伏板（325W/块）

• 开路电压（Voc）：40.5V

• 工作电压（Vmp）：32.6V

• 效率：≥19.5%

• 组件数量计算 ：

• 当地日均峰值日照时数：4.08小时（依据NASA气象数据）

• 系统总发电需求 = 日耗电量 / 系统效率 = 1700Wh / 0.85 ≈ 2000Wh

• 组件总功率 = 2000Wh ÷ 4.08h ≈  490W

• 实际配置 ：2块 × 325W =  650W （冗余25%应对灰尘、衰减及阴雨天）

• 阵列布局 ：2块组件串联（2S），工作电压65.2V（匹配48V系统）

2. 蓄电池配置

• 选型 ：深循环铅碳电池（寿命长、耐低温，适合高原）

• 容量计算 ：

• 需支撑连续3个阴雨天（无光照）

• 总放电量 = 日耗电 × 无日照天数 × 放电深度系数 = 1700Wh × 3 ÷ 0.5 = 10,200Wh

• 蓄电池总容量（48V系统）= 10,200Wh ÷ 48V ≈  212.5Ah

• 实际配置 ：4节12V/200Ah铅碳电池（串联为48V/200Ah）

• 实际可用容量：48V × 200Ah × 0.5（DOD）=  4.8kWh

3. 逆变器选型

• 功率需求 ：最大负载为电饭煲（500W）+ 水泵（300W） = 800W（感性负载需2倍裕量）

• 选型 ：工频纯正弦波逆变器（耐冲击）

• 额定功率：2kW

• 峰值功率：4kW

• 输入电压：DC 48V

• 输出电压：AC 220V ±3%

4. 控制器选型

• 类型 ：MPPT控制器（高原低温环境下效率＞95%）

• 电流计算 ：

• 光伏阵列最大电流 = 650W ÷ 48V ≈ 13.5A

• 选型 ：MPPT控制器 48V/20A（留有余量）

四、系统结构图

五、关键设计保障措施

1. 防逆流保护 ：控制器内置防反充二极管，防止夜间蓄电池反向放电

2. 低温适应 ：

3. 蓄电池保温箱（内置温度传感器，低于-10℃启动加热）

4. 光伏板倾角60°（冬季高角度增强积雪滑落）

5. 防雷设计 ：

6. 光伏阵列接地电阻 ≤4Ω

7. 直流侧安装二级防雷器（40kA）

8. 过载保护 ：逆变器内置过流/短路/过温保护

六、发电量与经济性分析

1. 发电量估算

3. 经济效益

• 替代方案成本 ：柴油发电机（年油耗≈600L × 8元/L = 4,800元/年）

• 光伏系统年维护费 ：约300元（蓄电池检测/组件清洁）

• 静态回收期 ：

七、运维管理建议

1. 用户培训 ：

2. 避免同时使用大功率电器（如电饭煲+水泵）

3. 每月清洁光伏板表面沙尘

4. 远程监控 ：加装4G数据采集模块（监测发电量/电池SOC）

5. 定期维护 ：

6. 每季度检查电池液位（开口式铅碳电池）

7. 每年检测接地电阻及线缆绝缘

八、设计总结

本系统以 650W光伏阵列+4.8kWh储能 为核心，满足高原地区1户家庭全天候离网用电需求，初始投资1.5万元，3.3年可收回柴油机替代成本。设计特点包括：

• MPPT控制器 提升低温环境发电效率10%以上

• 铅碳电池 支持-30℃运行，适合高寒地区

• 工频逆变器 保障电机类负载可靠启动

• 3天储能冗余 应对连续阴雨

注：实际部署需结合现场阴影分析（避免冬季遮挡），并预留20%功率扩容接口（如未来增加洗衣机等设备）。

案例适用性扩展 ：该配置可推广至无电牧区、边防哨所、通讯基站等小型离网场景，功率每增加1kW需扩充光伏1.3kW+蓄电池4kWh（48V系统）。