您好,欢迎访问三七文档
当前位置:首页 > 商业/管理/HR > 经营企划 > 第十章--独立光伏系统的设计
1第十章独立光伏系统的设计南京理工大学材料科学与工程学院12独立式太阳能发电系统太阳能电池是负载唯一的电力来源2对于市电不容易到达的地区,如偏远山区、农村、牧区、边防哨所、高速路旁等可采用独立光伏系统供电。既节约了大量成本,又简化了安装程序。独立式太阳能发电系统:3独立式太阳能发电系统3停放电动汽车的太阳能停车场为偏远地区的居民供电为微波、光缆中继站供电4独立式太阳能发电系统45566为追踪鸟类飞行记录系统供电7太阳能电池背包788光伏水泵9独立式太阳能发电系统太阳能电池方阵:将太阳辐射直接转换为电能。若干太阳能电池组件连接,配上支架及接线盒构成方阵。9设计问题:需要多少块太阳能电池?安装角度?10独立式太阳能发电系统蓄电池组:太阳能电池方阵的储能装置,将有日照时方阵发出的多余电能储存起来,在晚间或阴雨天供负载使用。10设计问题:需要多大容量的蓄电池?11独立式太阳能发电系统调节器:由各种电子元器件、仪表、继电器、开关等组成。防止过充电、过放电并保证稳压供电。11设计问题:需要什么样的调节器?12独立式太阳能发电系统阻塞二极管:位于组件和蓄电池之间的线路上,夜间或阴天时防止蓄电池电流回流到方阵。12设计问题:如何防止蓄电池回流?13内容10.2蓄电池性能10.3功率控制10.1太阳能电池组件的性能1310.4系统规模的制定10.5光伏水泵1410.1太阳能电池组件的性能一般将单体电池串联,产生足以给12V的蓄电池组充电的电压。为了对标称12V蓄电池充电,要求串联单体电池数比基体要求的数量适当的多一些。15太阳能电池数量确定确定太阳电池串联数量需考虑的因素:电能-化学能存在转换效率:对于铅-酸蓄电池组,需要14V以上的电压;硅阻塞二极管:还需要增加0.6V,以使其正向偏置;工作温度:温度每升高1℃,组件的开路电压下降约为0.4%。在25℃下开路电压为20V的电池组件,开路电压大约减少3V。灰尘:周期性的影响,平均损失5%~10%。16组建安装角度16六月左右一月左右北半球:太阳电池面朝南南半球:太阳电池面朝北17组建安装角度βα为正午时的太阳高度:90式中:为地理纬度,δ为赤纬。36023.45sin81365d式中:d为一年开头算起的天数。+北半球-南半球通常β的最佳值为20~1518赤纬与纬度18纬度:某点与地球球心的连线和地球赤道面所成的线面角。赤纬:太阳入射光与地球赤道之间的角度。19组建安装角度β例如,南半球1月1日,墨尔本南纬37.8°23墨尔本为夏季,所以2.75238.37906020组建安装间距D20阳光射线前排太阳能电池板后排太阳能电池板地平面zHD2110.2蓄电池性能21季节循环:夏天对蓄电池充电,冬天让蓄电池放电。容量大性能要求功能要求日循环:白天对蓄电池充电,晚上让蓄电池放电。充电效率高自放电:在外电路断开时,电池容量的无益损耗。引起蓄电池自放电的主要原因:在蓄电池原料选择、加工、极板制作、焊接、整体组合等带来的一些有害杂质引起的。自放电小充电效率:从蓄电池输出的电量与向蓄电池充进的电量的比值。222210.2.1铅-酸蓄电池组10.2.2镍-镉蓄电池组2310.2.1铅-酸蓄电池组23(1)充电方式设计(2)充电不足带来的问题(3)过度充电带来的问题(4)放电率和温度对电池容量的影响24(1)充电方式设计24浮充式:当电池处于充满状态时,充电器不会停止充电,仍会提供恒定的浮充电压与很小浮充电流供给电池。最适合于独立供电系统的商用蓄电池组是浮充式电池组。一旦充电器停止充电,电池会自然地释放电能,所以利用浮充的方式来平衡这种自然放电。满足自放电小的要求25(2)充电不足带来的问题25蓄电池在冬天长时间处于不完全充电状态极板硫化放电反应+--2442PbO+3H+HSO+2e===PbSO+2HO阳极:--44Pb+HSO===PbSO+H2e阴极:蓄电池的极板上形成硫酸铅(PbSO4)结晶容量减少,寿命降低提高储能、硫酸浓度,在冬天能保持接近全充的状态,减少结晶26(3)过度充电带来的问题26析气蓄电池在夏天会处于过充状态H2和O2从电池中逸出电解质损失极板过度长大气体搅拌电解液,防止了较浓物质在电池底部“分层”保证了蓄电池组中较差的电池得到充足电的机会引起危险活性物质从电极上脱落蓄电池寿命降低缺点优点充电效率下降27(3)过度充电带来的问题27为了限制析气量,同时考虑到定期过充的优点,折中办法是用电压调节器把蓄电池组的每个单体电池的电压限制在大约2.35V。95%2.35V析气点28(4)放电率和温度对电池容量的影响28蓄电池的容量:在一定放电率下输出的安培小时数。放电率:将全部电荷释放尽所需要的时间。在10小时放电率下,当每个单体电池放电到1.85V时,电池组容量规定为550Ah(55安培连续放电10小时),实测约750Ah。29(4)放电率和温度对电池容量的影响29低温高温20℃以下,温度每降低1℃,容量大约下降1%。电解质冻结避免蓄电池温度过高或过低加速蓄电池的老化增加自放电速率增加电解质的消耗3010.2.3镍-镉蓄电池组与铅-酸蓄电池组相比较,镍-镉蓄电池组优点是:1.能经受过充而不损坏;2.能经受长时间少量充电而不损坏;3.机械强度好,便于运输;4.能经受冷冻而不损坏。主要缺点是:1.价格较高;2.充电效率低;3.在低放电速率下,电池容量额外增加量较小。3110.3功率控制为防止蓄电池组过充,需要进行电压调节(1)分流调节器(2)短路型调节器(3)开路型调节器32(1)分流调节器32RV1调整到调节器接通的位置上,以大约14.1V为宜。蓄电池充电到高于这一电压时,充电电流就通过RL和TR1分流。会产生大量的热。33(2)短路型调节器33由分散的太阳电池本身以热的形式消耗掉多余的能量。通过将太阳电池方阵的一部分短路或开路来实现。需用旁路二极管等特殊保护元件。晶体管能把太阳电池方阵并联的各个部分一次地短路掉,使得蓄电池电压小于一定值。34(3)开路型调节器34使方阵并联的某些部分开路3510.4系统规模的制定设计步骤概括为:1.确定负载数据;2.按照地理纬度和当地的气候特征选定蓄电池容量;3.选定方阵的倾角;4.依据落在选定倾角的方阵上的平均和最小月辐射量,估算方阵电流的下限和上限;5.求出方阵的最佳尺寸,以保持蓄电池全年荷电都在某一百分数之上;6.如果需要的话,修改方阵的倾角以求得最佳值;7.规定最高工作温度下的方阵电压,要求在这个电压下能提供满负载电流。题目13.336墨尔本太阳系统设计36自然条件:墨尔本南纬37.8°,1月份时月平均日间总辐射量R=839mWh/cm2,月平均日间散射辐射量D=210mWh/cm2。负载:24V直流,功率为100W。蓄电池:能量可储备15天,放电深度为25%,单个蓄电池电压为2.35V,12节串联。放电深度:在电池使用过程中,电池放出的容量占其额定容量的百分比。37负载37负载电流需求:100W/24V×24h=100Ah/天38蓄电池参数38依据负载电流需求,得到蓄电总装配容量为:100Ah×15/(1-0.25)=2000Ah39太阳电池方阵组件设计39最佳倾角β=37.8°+20°≈60°电流强度为100Ah/5.83=17.2A电流下限为17.2/0.95/0.9=20.1A,夏季电流上限为20.1×5.83/4.26=27.5A,冬季平均日间辐射量为21MJ/m221MJ/m2/3.6≈5.83kWh/m2相当于5.83h×1kW/m240太阳电池方阵组件设计40电压12×2.35V+0.8=29V额定峰值功率29×25A=725W(60℃时)当方阵温度为25℃时,额定峰值功率为879W。和负载有关4110.5光伏水泵可为不发达地区提供灌溉。太阳能适合用于水泵系统,通过储存泵上来的水可以很好的实现能量的储存。
本文标题:第十章--独立光伏系统的设计
链接地址:https://www.777doc.com/doc-7577690 .html