第七章-太阳能光伏系统的设计

海南科技职业学院2020年4月2日12时25分第七章太阳能光伏系统的设计海南科技职业学院2020年4月2日7.1太阳能光伏系统设计的诸多因素7.2太阳能光伏系统的设计步骤7.3太阳能光伏系统的设计方法概要7.4独立型太阳能光伏系统的设计7.5住宅用太阳能光伏系统的设计第七章太阳能光伏系统的设计海南科技职业学院2020年4月2日要建成一个合理、完善的光伏系统，需要进行一系列设计，如考虑不周，可能导致系统无法正常运行。其中最重要的是容量设计，内容包括确定太阳电池方阵和蓄电池的容量，以及方阵的倾角。7.1太阳能光伏系统设计的诸多因素第七章太阳能光伏系统的设计海南科技职业学院2020年4月2日⑴在设计过程中要清楚负载是用来干什么的，是专用负载还是一般负载。⑵要明确负载的特性。负载是直流的还是交流的，是昼间负载还是夜间负载，也就是考虑是否需要逆变器和蓄电池。⑶要明确负载的大小，针对负载的大小来设计光伏系统的容量。⑷还要明确在何处设置太阳能光伏系统，是在地上还是在建筑物的屋顶上。1、首先要明确太阳能光伏系统设置的用途以及负载的情况第七章太阳能光伏系统的设计海南科技职业学院2020年4月2日独立系统专用负载一般负载直流交流直流交流有蓄电池：路灯、交通指示灯、无线电电源无蓄电池：直流水泵、排风扇有蓄电池：照明系统无蓄电池：无应用实例有蓄电池：农村无电地区(小规模)有蓄电池：农村无电地区(大规模)无蓄电池：无应用实例无蓄电池：无应用实例第七章太阳能光伏系统的设计海南科技职业学院2020年4月2日系统的类型、构成取决于系统使用的目的、负载的特点以及是否有备用电源等。对构成系统的各部分设备的容量进行设计时必须事先决定系统的类型，不同的类型有着不同的设计方式和要求。2、要明确太阳能光伏系统的类型以及构成第七章太阳能光伏系统的设计海南科技职业学院2020年4月2日⑴系统类型的确定系统类型根据是独立系统还是并网系统可以有许多种类。第七章太阳能光伏系统的设计海南科技职业学院2020年4月2日独立系统直流负载直接型直流负载蓄电池使用型交流负载蓄电池使用型直、交流负载蓄电池使用型第七章太阳能光伏系统的设计海南科技职业学院2020年4月2日并网系统有逆潮流无逆潮流切换式地域并网式、小规模电源系统有蓄电池：紧急情况下使用无蓄电池：一般住宅、建筑物有蓄电池：紧急情况下使用，一般住宅，小负载用户无蓄电池：无实例应用有蓄电池：紧急情况下使用，大负载用户无蓄电池：太阳能空调，大负载用户第七章太阳能光伏系统的设计海南科技职业学院2020年4月2日根据系统的类型来确定系统所需要的装置，如蓄电池、控制器、功率调节器等。⑵系统装置的选定第七章太阳能光伏系统的设计海南科技职业学院2020年4月2日太阳电池阵列的设置场所、设置方式较多，可分为建筑物上、地面上设置等。目前，一般在杆柱、屋顶、屋顶平台上以及地面上设置太阳电池阵列。3、设置场所和设置方式的选定第七章太阳能光伏系统的设计海南科技职业学院2020年4月2日⑴杆上设置型：这种方式是将太阳能光伏系统设置在金属、混凝土以及木制的杆、塔上，如公园内的照明、交通指示灯等。第七章太阳能光伏系统的设计海南科技职业学院2020年4月2日第七章太阳能光伏系统的设计海南科技职业学院2020年4月2日⑵地面设置型地上设置型分为平地设置以及斜面设置型。平地设置型是在地面上打好基础，然后将台架安装在该基础上。斜面设置型与平地设置型基本相同，只是地面或地基是倾斜的。第七章太阳能光伏系统的设计海南科技职业学院2020年4月2日⑶屋顶设置型屋顶设置型可分为整体型、直接型、架子型以及空隙型4种。整体型为与建筑物相结合进行设置的方式。第七章太阳能光伏系统的设计海南科技职业学院2020年4月2日直接型是指建材一体型以及将太阳能阵列与屋顶紧靠的设置方式第七章太阳能光伏系统的设计海南科技职业学院2020年4月2日架子型是指在屋顶上设置的台架上设置太阳能阵列的方式。第七章太阳能光伏系统的设计海南科技职业学院2020年4月2日空隙型是指与屋顶的倾斜面一致，但在太阳能阵列与屋顶之间留有一定空隙的设置方式。第七章太阳能光伏系统的设计海南科技职业学院2020年4月2日⑷墙壁设置型墙壁设置型分为建材一体型、壁面设置型以及窗上设置型。建材一体型是指利用太阳电池阵列具有发电与壁材的功能，二者兼顾的设置方式。尚德电力总部办公大楼第七章太阳能光伏系统的设计海南科技职业学院2020年4月2日壁面设置型是指在墙壁的壁面上设置太阳电池阵列的方式。第七章太阳能光伏系统的设计海南科技职业学院2020年4月2日窗上设置型是指太阳电池阵列除了具有发电的功能外，还作为窗材使用的方式。第七章太阳能光伏系统的设计海南科技职业学院2020年4月2日太阳电池阵列如何布置，其方位角和倾斜角的选定是太阳能光伏系统设计时最重要的因素之一。目的就是让太阳电池组件吸收更多的太阳辐射，以使太阳电池单位容量的发电量最大。4、太阳电池的方位角和倾斜角的选定第七章太阳能光伏系统的设计海南科技职业学院2020年4月2日⑴太阳电池方位角的选择太阳电池方阵的方位角是方阵的垂直面与正南方向的夹角(向东偏设定为负角度，向西偏设定为正角度)。一般情况下，方阵朝向正南(即方阵垂直面与正南的夹角为0°)时，太阳电池发电量是最大的。第七章太阳能光伏系统的设计海南科技职业学院2020年4月2日一般情况下，在偏离正南(北半球)30°度时，方阵的发电量将减少约10%-15%，在偏离正南(北半球)60°时，方阵的发电量将减少约20%-30%。但是，在晴朗的夏天，太阳辐射能量的最大时刻是在中午稍后，因此方阵的方位稍微向西偏一些时，在午后时刻可获得最大发电功率。在不同的季节，太阳电池方阵的方位稍微向东或西一些都有获得发电量最大的时候。第七章太阳能光伏系统的设计海南科技职业学院2020年4月2日一般情况下，我们在计算发电量时，是在方阵面完全没有阴影的前提下得到的。如果受太阳电池设置场所的限制，如屋顶、土地、山、建筑物的阴影等，应极力避免，以适当的方位角进行设置。如考虑与屋顶、土地、建筑物等的方位角一致，以避开山、建筑物等的阴影的影响。总之，要使阴影对发电量的影响降低到最低程度。第七章太阳能光伏系统的设计海南科技职业学院2020年4月2日⑵太阳电池倾斜角的选择倾斜角是太阳电池方阵平面与水平地面的夹角，并希一望此夹角是方阵一年中发电量为最大时的最佳倾斜角度。一年中的最佳倾斜角与当地的地理纬度有关，当纬度较高时，相应的倾斜角也大。第七章太阳能光伏系统的设计海南科技职业学院2020年4月2日在确定方阵倾角时，一般采用较近似的方法来确定，一般在我国南方地区，方阵倾角可比当地纬度增加10°-15°；在北方地区倾角可比当地纬度增加5°-10°。如果当地纬度较大时，倾角增加的角度可小一些，如青藏高原，倾角不宜过大，可大致等于当地纬度。同时，为方阵支架的设计、安装方便，方阵倾角常取整数。海口的纬度是20.03°，方阵倾角应如何选择？第七章太阳能光伏系统的设计海南科技职业学院2020年4月2日和方位角一样，在设计中也要考虑到屋顶的倾斜角及积雪滑落的倾斜角等方面的限制条件。在已建好的屋顶设置时则可与屋顶的倾斜角相同。在有积雪的地区，为了使积雪能自动滑落，倾斜角一般选择50°-60°。第七章太阳能光伏系统的设计海南科技职业学院2020年4月2日设置太阳电池阵列时，要根据设置的规模、构造、设施方式等决定可设置的面积。如果受到当地的条件限制时，要考虑地点的形状、所需的发电容量以及周围的环境等，对太阳电池阵列进行设计，既要使太阳能光伏系统的出力最大，又要使太阳电池阵列美观。5、确定太阳电池可设置的面积第七章太阳能光伏系统的设计海南科技职业学院2020年4月2日⑴太阳电池组件的选定太阳电池组件的选定一般应根据太阳能光伏系统的规模、用途，外观等而定。太阳电池组件的种类较多，现在比较常用的是单晶硅、多晶硅以及非晶质硅太阳电池。还要计算出太阳电池阵列容量。⑵台架设计台架设计时应考虑设置地点的状况、环境等因素。要考虑风压的作用力、固定载荷、积雪载荷(北方地区)以及地震载荷等。6、太阳电池阵列的设计第七章太阳能光伏系统的设计海南科技职业学院2020年4月2日⑴首先我们要对场所的状况、方位、周围的情况进行调查，选定设置的场所，并确定可设置太阳电池组件的面积。⑵根据负载的状况来确定必要的太阳电池容量，还要确定选择什么样的太阳电池组件，以及组件的枚数，并算出所需太阳电池的面积。⑶根据调查的结果选定太阳电池阵列的设置方式，并判断设置太阳电池组件的可能性。7.2太阳能光伏系统的设计步骤第七章太阳能光伏系统的设计海南科技职业学院2020年4月2日⑷其它设备的选定，如蓄电池、逆变器、接线盒等，并确定设置场所。⑸设计施工方案。⑹根据设计结果购买太阳电池组件以及其它设备，安装太阳电池组件并对其配线。⑺安装工事结束后对各个部分进行检查，如不存在问题则可开始发电。第七章太阳能光伏系统的设计海南科技职业学院2020年4月2日由于太阳光能量变化的无规律性、负载功率的不确定性以及太阳电池特性的不稳定性等因素的影响，因此，太阳能光伏系统的设计比较复杂。太阳能光伏系统的设计方法一般可分为解析法和计算机仿真法两种。解析法又分为参数分析法以及LOLP法。本章主要介绍参数分析法。7.3太阳能光伏系统设计方法概要第七章太阳能光伏系统的设计海南科技职业学院2020年4月2日参数分析法是一种将复杂的非线性太阳能光伏系统当做简单的线性系统来处理的方法。设计时可从负载与太阳光的入射量着手进行设计，也可以从太阳电池组件的设置可能面积着手进行设计。此方法不仅使用价值高，而且设计方法简单。第七章太阳能光伏系统的设计海南科技职业学院2020年4月2日PAS:标准状态时太阳电池阵列的容量(KW)；EL:某期间负载的消费量(KW·h/期间)；D:负载对太阳光伏系统的依存率(1-备用电源的依存率)；R:设计余量系数，通常在1.1-1.2的范围；HA:某期间得到的阵列面积的日射量(KW·h/m2·期间)；GS:标准状态下的日射强度(1KW/m2)；K:综合设计系数(包括太阳电池组件出力波动的修正、电路损失、机器损失等).1、阵列容量的计算⑴负载已决定时)K/G(HDREPSALAS第七章太阳能光伏系统的设计海南科技职业学院2020年4月2日对于住宅用太阳能光伏系统而言，某期间负载总消费量可用两种方法加以概算：第一种方法是根据电表的消费量进行推算；另一种方法是根据使用的电气设备以及使用时间夹计算，一般采用如下公式计算：nnLTETETEE2211其中：Ek(k=1,2,…n)为各电器设备单位时间的消费电量；Tk(k=1,2,…n)为各电器设备的使用时间。第七章太阳能光伏系统的设计海南科技职业学院2020年4月2日设置太阳能光伏系统时，有时会受到设置场所的限制，即太阳电池阵列的设置面积会受到限制。系统设计时需要根据设置面积算出太阳电池的容量。如果已知设置地点的日射量HA，标准太阳电池阵列的出力PAS以及综合设计系数K，则太阳光伏系统的日发电量是：⑵阵列面积已决定时ASApKPHE标准状态下太阳电池阵列的转换效率为:100%AGPSASS第七章太阳能光伏系统的设计海南科技职业学院2020年4月2日组件的总枚数可以由必要的太阳电池容量计算得到，串联枚数可以根据必要的电压(V)算出。2、太阳电池组件的总枚数串联枚数=必要的电压÷每枚组件的最大输出电压(V)组件的总枚数=必要的太阳电池容量(W)÷每枚组件的最大出力(W)并联枚数=组件的总枚数÷串联枚数第七章太阳能光伏系统的设计海南科技职业学院2020年4月2日例1：已知某一直流电机的额定功率为120W,工作电压为24V,如果用功率为30W，动作电压为12V的太阳电池组件供电，则至少需要多少块该太阳电池组件，如何搭配。解：组件总枚数n总=120W÷30W=4组件串联枚数n串=24V÷12V=2组件并联枚数n并=n总÷n串=4÷2=2第七章太阳能光伏系统的设计海南科技职业