8.光伏系统的设计解读

第八讲光伏供电系统的设计设计的基本数据在间，温度升高，开路电压下降而光电流略有上升，020100C303.510/C温度对太阳电池的影响辐照度在400～1000w/㎡间，开路电压不变，光电流与太阳光辐照度成正比,峰值功率与太阳光辐照度成正比。单体太阳电池，输出电压0.45～0.5v，工作电流20～25mA/c㎡.太阳电池组件，标准组件36片，输出电压17.5v，配12v蓄电池。辐照度对太阳电池的影响功率下降，功率的温度系数为.（参考数值）。1.适合不同用户要求（需求、环境、使用者水平）2.可靠性、安全、经济3.便于操作和安装4.适用性强，选用部件最好用标准件在满足需求条件下，尽量减小太阳电池和蓄电池的容量。联网供电系统只需考虑多发电.独立供电系统还要考虑供需平衡.对独立供电系统的设计要求设计的基本原则独立供电系统设计的基本思路用户用电量分析确定供电模式（交、直流）当地辐射资料使用环境及使用者水平容量计算（设计）逆变器功率太阳电池组件容量蓄电池容量系统设计系统配置安装设计步骤1.确定供电模式同时确定对电源的要求：电压、电流、功率、功率因子、频率、波型等。太阳光伏独立供电模式太阳电池方阵控制器蓄电池组12v直流负载9v直流负载DCDC太阳电池方阵控制器蓄电池组12v直流负载9v直流负载DCDC逆变器交流负载1交流负载22.用电量需求分析，计算出总用电量（电荷量或总用功率）用电性质（照明？电视?听广播？经济情况？商业用户？）负载特性（交流？直流？有无冲击性?电阻性？电感性？电子类？）电阻类如白炽灯、节能灯、电阻丝等，无冲击电流。电感性负载如电动机、电冰箱、水泵等，有冲击性。电子类负载如荧光灯、电视机、计算机等，有冲击电流。浪涌电流估计电动机额定电流的5～8倍，时间50～150ms.电冰箱额定电流的5～10倍，时间100～200ms.电视机的消磁圈和显示器额定电流的2～5倍，时间20～100ms.3.太阳电池容量设计（计算）设计原则：是供需平衡(按月平均能量计算供需平衡)。具体计算应包括：太阳电池的功率、蓄电池的容量、逆变器的容量计算。计算时应结合当地的气象、地理条件，并兼顾可靠性、经济性。根据当地辐射资料，达到一定辐照度时，太阳一天在地面的辐照能量.几个概念太阳日辐照量2[]kwhmd【太阳电池的发电量(或功率)、太阳电池的输出电流都与辐照量成比例。】将当地日照量折算成标准测试条件()下的小时数。即当地从早到晚的日照量相当于标准测试条件下多少小时的日照量。2(1000/)wm在没有电力供应的情况下，完全由蓄电池储存的电量供给负载时蓄电池所能维持的天数。tHtT21000ttwmHT(单位)[]hd蓄电池的维持天数n峰值日照时数（单位）(峰值日照时数其实质是辐照能量）表示电能容量的单位是(w·h)，在已知工作电压(v)时经常用电量容量（A·h）表示，它们之间的关系是电量容量(A·h）=能量容量(w·h)/工作电压(v)蓄电池容量的单位峰值日照时数与太阳辐照量的关系：（数值相等）太阳电池供电系统容量（功率）的设计（计算）----当地水平面上日辐照量（能量）,----太阳电池组的日均发电量（能量）,----用电器的日用电量（或能量）,tH1----方阵到蓄电池的回路效率2----蓄电池到负载的回路效率tH太阳电池方阵应输出的电流（供电电流）太阳电池方阵的日均发电量应为gLQQLQgQgQH----太阳电池组件的转换系数[]Ahd1212LgtLtQITQHtT-----峰值日照时数，单位[]hd---（注意这里公式中的只取其数值）2[]whmd2[]kwhmd根据独立供电系统设计原则12gtgQIH月发电量应为（N为当月天数）负载月耗电量为LLQNQ当月电量亏盈为igLQQQ全年连续亏欠月份电量之和为上述亏欠电量相当于负载用电量的天数为（全年缺电天数）缺电天数n1与蓄电池维持天数n相比较，n1n表示供电电流太小，应该增大太阳电池的供电电流重新计算。n1n表示供电电流过大，重新计算应该减小太阳电池的供电电流。重新计算直到n1=n，表示方阵的供电电流合理。iQ1iLQnQ太阳电池方阵的日均发电量应为(为日用电量)LQ12gtgQIH12ggtQNIH（只取其数值）tH蓄电池容量逆变器容量太阳电池组件功率Ub---蓄电池电压Ud---防反冲二极管电压K---安全系数（取1.05～1.3）DOD---蓄电池放电深度（取0.3～0.8）m---涌浪电流系数()NLRCkmPPPL---感性负载功率PR---电阻性负载功率2iQCDOD2----蓄电池到负载的回路效率Ig---方阵的供电电流----全年连续亏欠月份电量之和iQ()gbdPkIUU容量设计（计算）步骤小结：1）.计算用电器的日用电量,2）.根据当地气象资料计算太阳在地面的日照能量,5）.计算蓄电池容量4).根据n1和蓄电池的维持天数n,反复计算后确定方阵输出的合理电流Ig(A)2[]kwhmd（但在下面的计算中只用其数值）6）.计算蓄太阳电池方阵容量2iQCDOD计算方阵月应发电量计算用户月耗电量LLQNQ计算全年连续亏欠月份亏欠电量之和计算全年亏欠电量相当于用户用电量的天数iQ1iLQnQ3).计算太阳电池方阵应供给的电流7）.根据以上数据确定蓄电池、方阵等的型式、规格、排列。最后安装。LQtH[]Ahd12LgtQIH12ggtQNIH()gbdPkIUUigLQQQ()tH开始输入LLQNQiQ1iLQnQLQtH计算10.1?nn计算改变INY计算蓄电池和方阵容量独立均衡性负载光伏系统优化设计方框图2iQCDOD12LgtQIH12ggtQNIH()gbdPkIUU例欲在沈阳安装一套太阳电池供电的路灯（工作电压12伏，功率30瓦，每天工作6小时），如何选用什么规格的太阳电池方阵和蓄电池(n=5)？(沈阳气象资料p182)确定供电模式节能灯(12v,30w)太阳电池方阵蓄电池组1.用电量需求分析1）.计算用户的日用电量2）.根据沈阳气象资料(p182)太阳在地面的平均日照能量23.809/()tHkwhmd306/15(/)12LwhdQAhdv(一般为蓄电池安全，选取n=3～5天,DOD=0.3～0.8)306/180()LwhQwhdd或（在下面的计算中只用其数值）tH用户的日用电量地面平均日照能量5）.计算蓄电池容量(DOD=0.8)4).经过加大电流的多次反复计算，由n1和n的关系，确定方阵应输出的合理电流Ig=5.4756（A）6）.计算太阳电池方阵容量2iQCDOD月应供给电量用户月耗电量LLQNQ全年连续电量亏欠量(表示应加大供电流)iQ1iLQnQ3).计算方阵应供给的电流23.809/()tHkwhmd306/15(/)12LwhdQAhdv120.9暂取I=5.2(A)=104.2(A·h)(可选105(A·h),12v的蓄电池)(可选110w,17v的电池板)7）.根据以上数据全年亏欠电量相当于用户用电量的天数=9.385选12v,105A.h的蓄电池,选容量17v,110w的太阳电池板。=（见p182）。=450（A·h）=140.69(A·h)再计算12月份的5.51266()w（取）12ggtQNIH()gbdPkIUU12LgtQIH154.862()3.8090.90.9gIA121212155.176()2.9350.90.9LtQIAH月月季节性负载的光伏系统设计季节性负载----不同季节耗电量不同的负载，如路灯（只晚上工作），光控器件（有光的白天工作），…这一类系统每一天工作的时间长短随季节都不同，耗电量自然也都不同，计算其耗电量与每一天白天（或黑夜）的长短有关。每一天从日落到日出之间的无光照小时数为1224cos(tantan)15t----当地纬度----当日太阳赤纬角（p22）考虑日出前半小时和日落后半小时内天空尚有余光，夜晚路灯工作的每一天从日出到日落之间的有光照小时数为12cos(tantan)15t(1)t(1)t但太阳电池工作时间不能这样计算，太阳电池有最低工作光照度。这在计算耗电量时应该注意。时间应为小时,而计算白天的工作的时间则应为小时。2）.计算用户的年用电量3）.根据沈阳气象资料(p182)太阳在地面的平均年照度能量例欲在沈阳安装一套太阳电池供电的路灯（工作电压12v，功率30w，每天夜晚工作，蓄电池维持天数n=5），如何选用什么规格的太阳电池方阵和蓄电池。确定供电模式1.用电量需求分析太阳电池方阵蓄电池路灯(12v,30w)各月份用电量在p187表8-10的第4列。3653651130(1)/5(1)()()(/)122LttwthdtQAhdv1).计算每天路灯的工作时间(t-1)（共有365个数值）。1224cos(tantan)15t----太阳赤纬角,在（p22）查出-----沈阳的纬度041.4421389.19/()tHkwhma6）.计算蓄电池容量(DOD=0.8)5).经过加大电流的多次反复计算，由n1和n的关系，确定方阵应输出的合理电流Ig=5.4756（A）7）.计算太阳电池方阵容量2iQCDOD月应供给电量用户月耗电量LLQNQ全年电量亏欠量(表示应加大供电流)iQ1iLQnQ4).计算方阵应供给的电流120.9（取）=242.(A·h)(可选250A·h,12v的蓄电池)(可选250w,17v的电池板)8）.根据以上数据全年亏欠电量相当于用户用电量的天数5选12v,250A.h的蓄电池,选容量17v,250w的太阳电池板。=（见p187第3列）。=174.28(A·h)=（见p187第4列）。（亏欠电量只计算12月和1月）=243.6(w)12LgtQIH12ggtQNIH()gbdPkIUU（只取其数值）tH另一种比较简单的计算容量的方法蓄电池容量[w·h]逆变器容量太阳电池组件功率[kwp]K---安全系数（取1.2～1.5）DOD---蓄电池放电深度（取0.3～0.8）M---涌浪电流系数()NLRCkmPPPL---感性负载功率PR---电阻性负载功率LQPHH---当地水平面上年总辐照量，（只用数值）QL-----系统用电器的年消耗电能，[kw·h/a]---系统用电器用电同时率（～0.9）---由于电池板面倾斜接受辐射能增加（～1.2）---复合效率（用户使用不当～0.9，温度～0.9，蓄电池充电效率～0.85，板面灰尘～0.9，逆变器效率：直流～1，交流～0.92）---平均日消耗电能，[w·h/d]n---蓄电池维持天数2----逆变器效率LQ2LnQCDOD2[]kwhma例一用户有收录机1个（DC,12v,15w，日使用2h），节能灯2个，每个（12v,7w，日使用3.5h），想用太阳能电池供电，问应如何选择太阳能电池及附件。1.确定供电模式太阳电池方阵蓄电池组收录机(DC,12v,15w)节能灯(12v,7w)节能灯(12v,7w)计算负载消耗的电能日消耗电能=(15w×2h/d+2×7w×3.5h/d)年消耗电能QL=(0.079×365)kw·h/a2.用电量需求分析=79w·h/d=28.835kw·h/a年需电能QL=(0.079×365)kw·h/a4.蓄电池容量(w·h)3.太阳电池组件功率(kwp)LQPH2LnQCDOD=0.020886kwp（当地太阳辐照能为1670）57910.7=564.3(w·h)由于蓄电池为12v，蓄电池容量564