首页:(天辰注册):首页，太阳能光伏发电系统的组成太阳能光伏发电系统的组成太阳能光伏发电系统是利用太阳能电池的光伏效应将太阳光辐射能直接转换成电能的一种新型发电系统一套基本的光伏发电系统一般是由太阳能电池板太阳能控制器逆变器和蓄电池组构成太阳能电池板太阳能电池板是太阳能光伏发电系统中的核心部分其作用是将太阳能直接转换成电能供负载使用或存贮于蓄电池内备用太阳能控制器太阳能控制器的基本作用是为蓄电池提供最佳的充电电流和电压快速平稳高效的为蓄电池充电并在充电过程中减少损耗尽量延长蓄电池的使用寿命同时保护蓄电池避免过充电和过放电现象的发生如果用户使用的是直流负载通过太阳能控制器可以为
太阳能光伏发电系统的组成太阳能光伏发电系统是利用太阳能电池的光伏效应将太阳光辐射能直接转换成电能的一种新型发电系统一套基本的光伏发电系统一般是由太阳能电池板太阳能控制器逆变器和蓄电池组构成太阳能电池板太阳能电池板是太阳能光伏发电系统中的核心部分其作用是将太阳能直接转换成电能供负载使用或存贮于蓄电池内备用太阳能控制器太阳能控制器的基本作用是为蓄电池提供最佳的充电电流和电压快速平稳高效的为蓄电池充电并在充电过程中减少损耗尽量延长蓄电池的使用寿命同时保护蓄电池避免过充电和过放电现象的发生如果用户使用的是直流负载通过太阳能控制器可以为负载提供稳定的直流电由于天气的原因太阳电池方阵发出的直流电的电压和电流不是很稳定逆变器逆变器的作用就是将太阳能电池阵列和蓄电池提供的低压直流电逆变成220伏交流电供给交流负载使用蓄电池组蓄电池组的作用是将太阳能阵列发出的直流电直接储存起来供负载使用在光伏发电系统中蓄电池处于浮充放电状态当日照量大时除了供给负裁用电外还对蓄电池充电当日照量小时这部分储存的能量将逐步放出太阳能光伏发电系统的分类根据不同场合的需要太阳能光伏发电系统一般分为独立供电的光伏发电系统并网光伏发电系统混合型光伏发电系统三种1独立供电的光伏发电系统独立供电的太阳能光伏发电系统如图2-6所示整个独立供电的光伏发电系统由太阳能电池板蓄电池控制器逆变器组成太阳能电池板作为系统中的核心部分其作用是将太阳能直接转换为直流形式的电能一般只在白天有太阳光照的情况下输出能量根据负载的需要系统一般选用铅酸蓄电池作为储能环节当发电量大于负载时太阳能电池通过充电器对蓄电池充电当发电量不足时太阳能电池和蓄电池同时对负载供电控制器一般由充电电路放电电路和最大功率点跟踪控制组成逆变器的作用是将直流电转换为与交流负载同相的交流电图2-6独立运行的太阳能光伏发电系统结构框图2并网光伏发电系统图2-7并网光伏发电系统结构框图并网光伏发电系统如图2-7所示光伏发电系统直接与电网连接其中逆变器起很重要的作用要求具有与电网连接的功能目前常用的并网光伏发电系统具有两种结构形式其不同之处在于是否带有蓄电池作为储能环节带有蓄电池环节的并网光伏发电系统称为可调度式并网光伏发电系统由于此系统中逆变器配有主开关和重要负载开关使得系统具有不间断电源的作用这对于一些重要负荷甚至某些家庭用户来说具有重要意义此外该系统还可以充当功率调节器的作用稳定电网电压抵消有害的高次谐波分量从而提高电能质量不带有蓄电池环节的并网光伏发电系统称为不可调度式并网光伏发电系统在此系统中并网逆变器将太阳能电池板产生的直流电能转化为和电网电压同频同相的交流电能当主电网断电时系统自动停止向电网供电当有日照照射光伏系统所产生的交流电能超过负载所需时多余的部分将送往电网夜间当负载所需电能超过光伏系统产生的交流电能时电网自动向负载补充电能3混合光伏发电系统图2-8为混合型光伏发电系统它区别于以上两个系统之处是增加了一台备用发电机组当光伏阵列发电不足或蓄电池储量不足时可以启动备用发电机组它既可以直接给交流负载供电又可以经整流器后给蓄电池充电所以称为混合型光伏发电系统图2-8混合型光伏发电系统结构框图25太阳能光伏发电系统的特点1无枯竭危险2绝对千净无污染除蓄电池外3不受资源分布地域的限制4可在用电处就近发电5能源质量高6获取能源花费的时间短7供电系统工作可靠不足之处是1照射的能量分布密度小2获得的能源与四季昼夜及阴晴等气象条件有关太阳能光伏系统设计太阳能光伏系统总体设计原则太阳能光伏发电系统的设计分为软件设计和硬件设计且软件设计先于硬件设计软件设计主要包括负载用电量的计算太阳能电池方阵辐射量的计算太阳能电池蓄电池用量的计算以及两者之间相互匹配的优化设计太阳能电池方阵安装倾角的计算系统运行情况的预测和系统经济效益的分析等硬件设计主要包括负载的选型及必要的设计太阳能电池和蓄电池的选型太阳能电池支架的设计逆变器的选型和设计以及控制测量系统的选型和设计对于大型太阳能光伏发电系统还有光伏电池方阵场的设计防雷接地的设计由于软件设计牵涉到复杂的太阳辐射量安装倾角以及系统优化的设计计算一般是由计算机来完成的在要求不太严格的情况下也可以采取估算的办法太阳能光伏发电系统设计的总原则是在保证满足负载供电需要的前提下确定使用最少的太阳能电池组件功率和蓄电池容量以尽量减少初始投资系统设计者应当知道在光伏发电系统设计过程中做出的每个决定都会影响造价由于不适当的选择可轻易地使系统的投资成倍地增加而且未必就能满足使用要求在决定要建立一个独立的太阳能光伏发电系统之后可按下述步骤进行设计计算负载确定蓄电池容量确定太阳能电池方阵容量选择控制器和逆变器考虑混合发电的问题七年级有理数混合运算100题乘法口算100题计算机一级题库二元一次方程组应用题真心话大冒险刺激问题等在进行光伏系统的设计之前需要了解并获取一些进行计算和选择必需的基本数据光伏系统现场的地理位置包括地点纬度经度和海拔该地区的气象资料包括逐月的太阳能总辐射量直接辐射量以及散射辐射量年平均气温和最高最低气温最长连续阴雨天数最大风速以及冰雹降雪等特殊气象情况等太阳能光伏发电系统的容量设计容量设计的主要目的就是要计算出系统在全年内能够可靠工作所需的太阳电池组件和蓄电池的数量同时要注意协调系统工作的最大可靠性和系统成本两者之间的关系在满足系统工作的最大可靠性基础上尽量减少系统成本蓄电池设计方法蓄电池的设计思想是保证在太阳光照连续低于平均值的情况下负载仍能可以正常工作在进行蓄电池设计时我们需要引入一个不可缺少的参数自给天数即系统在没有任何外来能源的情况下负载仍能正常工作的天数这个参数让系统设计者能够选择所需使用的蓄电池容量大小一般来讲自给天数的确定与两个因素有关负载对电源的要求程度光伏系统安装地点的气象条件即最大续阴雨天数通常可以将光伏系统安装地点的最大续阴雨天数作为系统设计中使用的自给天数但还要综合考虑负载对电源的要求对于负载对电源要求不是很严格的光伏应用我们在设计中通常取自给天数为35天对于负载要求很严格的光伏系统我们在设计中通常取自给天数为714天所谓负载要求不严格的系统通常是指用户可以稍微调节一下负载要求从而适应恶劣天气带来的不便而严格系统指的是用电负载比较重要例如常用于通信导航或者重要的健康设施如医院诊所等此外还要考虑光伏系统的安装地点如果在很偏远的地区必须设计较大的蓄电池容量因为维护人员要到达现场需要花费很长时间蓄电池的设计包括电池容量设计计算和蓄电池组的串并联设计首先给出计算蓄电池容量的基本方法1基本公式第一步将每天负载需要的用电量乘以根据实际情况确定的自给天数就可以得到初步的蓄电池容量第二步将第一步得到的蓄电池容量除以蓄电池的允许最大放电深度因为不能让蓄电池在自给天数中完全放电所以需要除以最大放电深度得到所需要的蓄电池容量最大放电深度的选择需要参考光伏系统中选择使用的蓄电池的性能参数可以从蓄电池供应商得到详细的有关该蓄电池最大放电深度的资料通常情况下如果使用的是深循环型蓄电池推荐使用80的放电深度DOD如果使用的是浅循环蓄电池推荐选用伸用50DOD设计蓄电池容量的基本公式如下下面介绍确定蓄电池串并联的方法每个蓄电池都有它的标称电压为了达到负载工作的标称电压我们将蓄电池串联起来给负载供电需要串联的蓄电池的个数等于负载的标称电压除以蓄电池的标称电压2设计
修正以上给出的只是蓄电池容量的基本估算方法在实际情况中还有很多性能参数会对蓄电池容量和使用寿命产生很大的影响为了得到正确的蓄电池容量设计上面的基本方程必须加以修正对于蓄电池蓄电池的容量不是一成不变的蓄电池的容量与两个重要因素相关蓄电池的放电率和环境温度首先我们考虑放电率对蓄电池容量的影响蓄电池的容量随着放电率的改变而改变随着放电率的降低放电电流变小放电时间就越长蓄电池的容量也会相应增加这样就会对我们的容量设计产生影响进行光伏系统设计时就要为所设计的系统选择在恰当的放电率下的蓄电池容量通常生产厂家提供的是蓄电池额定容量是l0h放电率下的蓄电池容量但是在光伏系统中因为蓄电池中存储的能量主要是为了自给天数中的负载需要蓄电池放电率通常较慢光伏供电系统中蓄电池典型的放电率为100200h在设计时我们要用到在蓄电池技术中常用的平均放电率的概念光伏系统的平均放电率公式如下上式中负载工作时间可以用下述方法估计对于只有单个负载的光伏系统负载的工作时间就是实际负载平均每天工作的小时数对于有多个不同负载的光伏系统负载的工作时间可以使用加权平均负载工作时间加权平均负载工作时间的计算方法如下根据上面两式就可以计算出光伏系统的实际平均放电率根据蓄电池生产商提供的该型号电池在不同放电速率下的蓄电池容量就可以对蓄电池的容量进行修正温度对蓄电池容量的影响蓄电池的容量会随着蓄电池的温度的变化而变化当蓄电池温度下降时蓄电池的容量会下降通常铅酸蓄电池的容量是在25℃时标定的随着温度的降低0℃时的容量大约下降到额定容量的90而在-20℃的时候大约下降到额定容量的80所以必须考虑蓄电池的环境温度对其容量的影响如果光伏系统安装地点的气温很低这就意味着按照额定容量设计的蓄电池容量在该地区的实际使用容量会降低也就是无法满足系统负载的用电需求在实际工作的情况下就会导致蓄电池的过放电减少蓄电池的使用寿命增加维护成本这样设计时需要的蓄电池容量就要比根据标准篮球课程标准尘肺标准片党员活动室建设分级护理细化标准儿科分级护理标准情况25℃下蓄电池参数计算出来的容量要大只有选装相对于25℃时计算容量多的容量才能够保证蓄电池在温度低于25℃的情况下还能完全提供所需的能量蓄电池生产商一般会提供相关的蓄电池温度一容量修正曲线在该曲线上可以查到对应温度的蓄电池容量修正系数除以蓄电池容量修正系数就能对上述的蓄电池容量初步计算结果加以修正因为低温的影响在蓄电池容量设计上还必须要考虑的一个因素就是修正蓄电池的最大放电深度以防止蓄电池在低温下凝固失效造成蓄电池的永久损坏铅酸蓄电池中的电解液在低温下可能会凝固随着蓄电池的放电蓄电池中不断生成水稀释电解液导致蓄电池电解液的凝结点不断上升直到纯水的0℃在寒冷的气候条件下如果蓄电池放电过多随着电解液凝结点的上升电解液就可能凝结从而损坏蓄电池即使系统中使用的是深循环工业用蓄电池其最大的放电深度也不要超过80图3-1给出了一般铅酸蓄电池的最大放电深度和蓄电池温度的关系系统设计时可以参考该图得到所需的调整因子在设计时要使用光伏系统所在地区的最低平均温度然后从图9或者是由蓄电池生产商提供的最大放电深度一蓄电池温度关系图上找到该地区使用蓄电池的最大允许放电深度通常只是在温度低于-8℃时才考虑进行校正图3-1铅酸蓄电池最大放电深度--温度曲线完整的蓄电池容量设计计算考虑到以上所有的计算修正因子我们可以得到如下蓄电池容量的最终计算公式a最大允许放电深度浅循环蓄电池的最大允许放电深度为50深循环蓄电池的最大允许放电深度为80如在严寒地区要考虑低温防冻问题对此进行修正设计时可以适当地减小这个值扩大蓄电池的容量以延长蓄电池的使用寿命b温度修正系数当温度降低的时候蓄电池的容量将会减少温度修正系数的作用就是保证安装的蓄电池容量要大于按照25℃标准情况算出来的容量值从而使得设计的蓄电池容量能够满足实际负载的用电需求c指定放电率指定放电率是考虑慢的放电率将会从蓄电池得到更多的容量使用供应商提供的数据可以选择适于设计系统的在指定放电率下的合适蓄电池容量如果在没有详细的有关容量一放电速率的资料的情况下可以粗略的估计认为在慢放电率C100到C300的情况下蓄电池的容量要比标准状态多30d蓄电池组并联设计当计算出了所需的蓄电池的容量后下一步就是要决定选择多少个单体蓄电池加以并联得到所需的蓄电池容量在实际应用当中要尽量减少并联数目也就是说最好是选择大容量的蓄电池以减少所需的并联数目这样做的目的就是为了尽量减少蓄电池之间的不平衡所造成的影响因为一些并联的蓄电池在充放电的时候可能会与之并联的蓄电池不平衡并联的组数越多发生蓄电池不平衡的可能性就越大一般来讲建议并联的数目不超过4组太阳能电池阵列设计1基本公式太阳电池组件设计的基本思想就是满足年平均日负载的用电需求计算太阳电池组件的基本方法是用负载平均每天所需要的能量安时数除以一块太阳电池组件在一天中可以产生的能量安时数这样就可以算出系统那个需要并联的太阳电池组件数使用这些组件并联就可以产生系统负载所需要的电流将系统的标称电压除以太阳电池组件的标称电压就可以得到太阳电池组件需要串联的太阳电池组件数使用这些太阳电池组件串联就可以产生系统负载所需要的电压基本计算公式如下2光伏组件方阵设计的修正太阳电池组件的输出会受到一些外在因素的影响而降低根据上述基本公式计算出的太阳电池组件在实际情况下通常不能满足光伏系统的用电需求为了得到更加正确的结果有必要对上述基本公式进行修正将太阳电池组件输出降低10实际情况工作下太阳电池组件的输出会受到外在环境的影响而降低泥土灰尘的覆盖和组件性能的慢衰变都会降低电池组件的输出通常的做法是在计算的时减少太阳电池组件的输出10来解决上述的不可预知和不可量化的因素可以看成是光伏系统设计时需要考虑的工程上的安全系数又因光伏供电系统的运行还依赖于天气状况所以有必要对这些因素进行评估和技术估计因此设计上留有一定的余量将使得系统可以长期正常使用将负载增加10以应付蓄电池的库仑效率在蓄电池的充放电过程中铅酸蓄电池会电解水产生气体逸出这也就是说太阳电池组件产生的电流中将有一部分不能转化储存起来而是耗散掉所以可以认为必须有一小部分电流用来补偿损失我们用蓄电池的库仑效率来评估这种电流损失不同的蓄电池其库仑效率不同通常可以认为有510的损失所以保守设计中有必要将太阳电池组件的功率增加10以抵消蓄电池的耗散损失3完整的太阳电池组件设计计算考虑到上述因素必须修正简单的太阳电池组件设计方式将每天的负载除以蓄电池的库仑效率这样就增加了每天的负载实际上给出了太阳电池组件需要负担的真正负载将衰减因子乘以太阳电池组件的日输出这样就考虑了环境因素和组件自身衰减造成的太阳电池组件日输出的减少给出了一个在实际J隋况下太阳电池组件输出的保守估计量综合考虑以上因素可以得到下面的计算公式蓄电池和光伏组件方阵设计的校核有必要对光伏组件方阵和蓄电池的设计计算进行校核以进一步了解系统运行中可能出现的情况保证光伏组件方阵的设计和蓄电池的设计可以协调工作校核蓄电池平均每天的放电深度保证蓄电池不会过放电计算公式如下但是如果自给天数很大那么实际的每天DOD可能相当小不需要进行校核计算校核光伏组件方阵对蓄电池组的最大充电率另外一个校核计算就是校核设计光伏组件方阵给蓄电池的充电率在太阳辐射处于峰值时光伏组件方阵对于蓄电池
的充电率不能太大否则会损害蓄电池蓄电池生产商将提供指定型号蓄电池的最大充电率计算值必须小于该最大充电率下面给出了最大充电率的校核公式用总的蓄电池容量除以总的峰值电流即可太阳能电池方阵倾角的确定如果采用计算机辅助设计软件应当进行太阳能电池方阵倾角的优化计算要求在最佳倾角时冬天和夏天辐射量的差异尽可能小而全年总辐射量尽可能大二者应当兼顾这对于高纬度地区尤为重要高纬度地区的冬季和夏季水平面太阳辐射量差异非常大我国黑龙江省相差约5倍如果按照水平面辐射量进行设计则蓄电池的冬季存储量要远远大于阴雨天的存储量造成蓄电池的设计容量和投资都加大选择了最佳倾角太阳能电池方阵面上的冬夏季辐射量之差就会变小蓄电池的容量也可以减少系统造价降低设计更为合理如果不用计算机进行倾角优化设计也可以根据当地纬度由下列关系粗略确定固定太阳能电池方阵的倾角纬度0deg25deg倾角等于纬度纬度26deg400deg倾角等于纬度加5deg10deg纬度41deg550倾角等于纬度加10deg15deg纬度gt55deg倾角等于纬度加15deg20deg太阳能电池方阵平面上的辐射量射量计算一般来讲太阳能电池方阵面上的辐射量要比水平面的辐射量高5一15不等纬度越高倾斜面比水平面增加的辐射量越大最后要将辐射量换算成每日的峰值日照换算公式如下峰值日照小时数辐射量cal00116其中峰值日照定义为1cal41868J41868Ws100mW01W太阳能电池方阵前后间距的计算当光伏电站功率较大时需要前后排布置太阳能电池方阵当太阳能电池方阵附近有高大建筑物或树木时需要计算建筑物或前排方阵的阴影以确定方阵间的距离或太阳能电池方阵与建筑物的距离一般的确定原则为冬至当天早900至下午300太阳能电池方阵不应被遮挡计算公式如下光伏方阵间距或可能遮挡物与方阵底边的垂直距离应不小于D式中---纬度在北半球为正在南半球为负H---光伏方阵或遮挡物与可能被遮挡组件底边的高度差控制器控制器的最主要的功能就是通过检测蓄电池的电压或荷电状态判断蓄电池是否已经达到过充点或过放点并根据检测结果发出继续充放电或终止充放电的指令控制器的功能除了监测判断是否继续充放电为了保护系统正常运行还要对充放电过程进行保护利用太阳能电池自身的光敏特性就可以实现光控功能控制器的几个重要指标控制器除应具有防蓄电池过充功能过放功能防负载短路的功能外还有以下的几个重要指标1控制器本身自耗电要低特别是在小系统的应用中成为一个重要指标世界通行的标准是自耗电流小于额定工作电流的1因此电路的设计与低功耗器件的选择非常重要2回路压降要低世界通行的标准是回路压降应小于系统电压的5这跟电路的设计与开关器件的选择密切相关3放PV组件或蓄电池反接保护可在蓄电池负极端与蓄电池正极相串联的熔断器间并接一大功率二极管4防反充保护在太阳电池正极输入端串接防反充二极管或者其他开关方式防蓄电池电流倒流5防雷击保护PV系统若安装在易遭雷击的地方时可在控制器输入端并接压敏电阻或增设其它防雷措施安全风险管控5个措施安全文明施工措施费环保措施确保安全生产的技术组织措施安全文明措施费逆变器逆变器按输出类型又分为电压型逆变器和电流型逆变器电压型逆变器一般需要在直流侧接有平波电容根据器件的开关动作输出一连串的方波电压方波的幅值箝位在直流电压上逆变器是个电压源该逆变器以对角线构成两组联动开关两组开关交替开通其结果是在负载端输出分别为正负的方波电压以单相电压型逆变器为例其主电路结构如图3-6所示具体器件的开关顺序选择根据控制目的的不同为存在多种控制方式如方波逆变控制正弦波PWM逆变控制等图3-6单相全桥电压型逆变器的主电路逆变器的几个重要指标1要有较高的逆变效率大功率逆变器在满载时效率必须在90或95以上中小功率的逆变器在满载时也应在85或者90以上这里电路的设计与器件的选择以及系统负载的匹配性好坏对逆变器效率有较大的影响2要有较高的可靠性和可恢复性目前光伏发电系统主要用于边远地区多电站无人值守和维护这就要求逆变电源具备一定的抗干扰能力环境适应能力瞬时过载能力以及各种保护功能如输入直流极性接反保护交流输出短路保护过热过载保护等3要求直流输入电压有较宽的适应范围太阳电池的端电压随负载和日照强度而变化蓄电池虽对太阳电池的电压具有钳位作用但蓄电池的电压随蓄电池剩余容量和内阻的变化而波动特别是蓄电池老化时其端电压的变化范围很大如12V蓄电池其端电压可在1117V之间变化这就要逆变电源必须在较大的直流输入电压范围内保持正常工作并保证交流输出电压的稳定4在中大容量的光伏发电系统中逆变电源的输出应为失真度较小的正弦波这是由于在中大容量系统中若采用方波供电则输出将含有较多的谐波分量高次谐波将产生附加损耗许多光伏发电系统的负载为通信或仪表目数与毫米对照表入党积极分子考察表教师职称级别一览表普通年金现值系数表员工考核评分表设备这些设备对电网品质有较高的要求另外当中大容量的光伏发电系统并网运行时为避免对公共电网的电力污染也要求逆变器电源输出正弦波电流并且ldquo孤岛rdquo检测保护相应快可靠性好以上几条是作为逆变电源设计与采购的主要依据也是评价逆变电源技术性能的重要指标应高度重视线VAC电能通过低压架空线路送到终端用户导线VLJ型铝导线导线截面积满足用户负荷要求本设计方案施工施工方案施工方案范例结构施工方案营销策划方案范本施工组织设计(施工方案)主干线平方毫米钢芯铝绞线平方毫米单芯铝线米高水泥杆杆与杆之间距离为50米杆头选用镀锌角铁横担并配套绝缘瓷座供电半径200米以内要求远端压降不得高于5入户后每户设有一个配电盘内设保险开关及插座如果使用埋地电缆则应选用恺装VV22型聚氯乙烯电缆线平方毫米穿墙必须使用穿线管保护在电站输出端安装电能计量装置光伏系统的其它硬件设计光伏系统设计中除了蓄电池容量和太阳电池组件大小设计之外还要考虑如何选择合适的系统设备及如何选择合乎系统需要的太阳电池组件蓄电池逆变器控制器电缆组件支架汇线盒柴油机汽油机风力发电机风光互补系统对于大型太阳能光伏供电站还包括输配电工程部件如变压器避雷针负荷开关空气断路器交直流配电柜以及系统的基础建设控制机房的建设和输配电建设接地和防雷设计等问题上述各种设备的选取需要综合考虑系统所在地的实际情况系统的规模客户的要求等因素根据基本原理在此基础上设计出一款符合项目要求的光伏系统该系统具有以下特点1系统简单容易实现成本也比较低2用体积小功能全价格便宜而且使用ATMEGA系列单片机作为控制芯片从而简化了控制器电路设计同时提高了系统的性价比3控制器具有防过充防反充短路保护温度补偿等保护功能4逆变器采用高频逆变全桥逆变电路和正弦波调制方式输出的电能质量较好带动负载能力较强独立光伏系统设计方法1影响设计的诸多因素太阳照在地面太阳能电池方阵上的辐射光的光谱光强受到大气层厚度即大气质量地理位置所在地的气候和气象地形地物等的影响其能量在一日一月和一年内都有很大的变化甚至各年之间的每年总辐射量也有较大的差别太阳能电池方阵的光电转换效率受到电池本身的温度太阳光强和蓄电池电压浮动的影响而这三者在一天内都会发生变化所以太阳能电池方阵的光电转换效率也是变量蓄电池组也是工作在浮充电状态下的其电压随方阵发电量和负载用电量的变化而变化蓄电池提供的能量还受环境温度的影响太阳能电池充放电控制器由电子元器件制造而成它本身也需要耗能而使用的元器件的性能质量等也关系到
耗能的大小从而影响到充电的效率等负载的用电情况也视用途而定如通信中继站无人气象站等有固定的设备耗电量而有些设备如灯塔航标灯民用照明及生活用电等设备用电量是经常有变化的因此太阳能电源系统的设计需要考虑的因素多而复杂特点是所用的数据大多为以前统计的数据各个统计出数据的测量以及数据的选择是重要的设计者的任务是在太阳能电池方阵所处的环境条件下即现场的地理位置太阳辐射能气候气象地形和地物等设计的太阳能电池方阵及蓄电池电源系统既要讲究经济效益又要保证系统的高可靠性某特定地点的太阳辐射能量数据以气象台提供的资料为依据供设计太阳能电池方阵用这些气象数据需取积累几年甚至几十年的平均值地球上各地区受太阳光照射及辐射能变化的周期为一天24h处在某一地区的太阳能电池方阵的发电量也有24h的周期性的变化其规律与太阳照在该地区辐射的变化规律相同但是天气的变化将影响方阵的发电量如果有几天连续阴雨天方阵就几乎不能发电只能靠蓄电池来供电而蓄电池深度放电后又需尽快地将其补充好设计者多数以气象台提供的太阳每天总的辐射能量或每年的日照时数的平均值作为设计的主要数据由于一个地区各年的数据不相同为可靠起见应取近十年内的最小数据根据负载的耗电情况在日照和无日照时均需用蓄电池供电气象台提供的太阳能总辐射量或总日照时数对决定蓄电池的容量大小是不可缺少的数据对太阳能电池方阵而言负载应包括系统中所有耗电装置除用电器外还有蓄电池及线路控制器等的耗量方阵的输出功率与组件串并联的数量有关串联是为了获得所需要的工作电压并联是为了获得所需要的工作电流适当数量的组件经过串并联即组成所需要的太阳能电池方阵2蓄电池组容量设计太阳能电池电源系统的储能装置主要是蓄电池与太阳能电池方阵配套的蓄电池通常工作在浮充的状态下其电压随方阵发电量和负载用电量的变化而变化它的容量比负载所需的电量大得多蓄电池提供的能量还受环境温度的影响为了与太阳能电池匹配要求蓄电池工作寿命长且应维护简单1蓄电池的选用能够和太阳能电池配套使用的蓄电池种类很多目前广泛采用的有铅酸免维护蓄电池普通铅酸蓄电池和碱性镍镉蓄电池三种国内目前主要使用铅酸免维护蓄电池因为其固有的ldquo免rdquo维护特性及对环境较少污染的特点很适合用于性能可靠的太阳能电源系统特别是无人值守的工作站普通铅酸蓄电池由于需要经常维护及其环境污染较大所以主要适于有维护能力或低档场合使用碱性镍镉蓄电池虽然有较好的低温过充过放性能但由于其价格较高仅适用于较为特殊的场合2蓄电池组容量的计算蓄电池的容量对保证连续供电是很重要的在一年内方阵发电量各月份有很大差别方阵的发电量在不能满足用电需要的月份要靠蓄电池的电能给以补足在超过用电需要的月份是靠蓄电池将多余的电能储存起来所以方阵发电量的不足和过剩值是确定蓄电池容量的依据之一同样连续阴雨天气期间的负载用电也必须从蓄电池取得所以这期间的耗电量也是确定蓄电池容量的因素之一因此蓄电池的容量BC计算公式为BCAtimesQLtimesNLtimesTO／CCAh1式中A为安全系数取11～14之间QL为负载日平均耗电量为工作电流乘以日工作小时数NL为最长连续阴雨天数TO为温度修正系数一般在0℃以上取1－10℃以上取11－10℃以下取12CC为蓄电池放电深度一般铅酸蓄电池取075碱性镍镉蓄电池取0853太阳能电池方阵设计1太阳能电池组件串联数Ns将太阳能电池组件按一定数目串联起来就可获得所需要的工作电压但是太阳能电池组件的串联数必须适当串联数太少串联电压低于蓄电池浮充电压方阵就不能对蓄电池充电如果串联数太多使输出电压远高于浮充电压时充电电流也不会有明显的增加因此只有当太阳能电池组件的串联电压等于合适的浮充电压时才能达到最佳的充电状态计算方法如下NsURUocUf＋UD＋UcUoc2式中UR为太阳能电池方阵输出最小电压Uoc为太阳能电池组件的最佳工作电压Uf为蓄电池浮充电压UD为二极管压降一般取07VUC为其它因数引起的压降蓄电池的浮充电压和所选蓄电池参数有关应等于在最低温度下所选蓄电池单体的最大工作电压乘以串联的电池数2太阳能电池组件并联数Np在确定NP之前我们先确定其相关量的计算方法①将太阳能电池方阵安装地点的太阳能日辐射量Ht转换成在标准光强下的平均日辐射时数HHHttimes2778／10000h3式中2778／10000hmiddot㎡kJ为将日辐射量换算为标准光强1000W㎡下的平均日辐射时数的系数②太阳能电池组件日发电量QpQpIoctimesHtimesKoptimesCzAh4式中Ioc为太阳能电池组件最佳工作电流Kop为斜面修正系数参照表1Cz为修正系数主要为组合衰减灰尘充电效率等的损失一般取08③两组最长连续阴雨天之间的最短间隔天数Nw此数据为本设计之独特之处主要考虑要在此段时间内将亏损的蓄电池电量补充起来需补充的蓄电池容量Bcb为BcbAtimesQLtimesNLAh5④太阳能电池组件并联数Np的计算方法为NpBcb＋NwtimesQLQptimesNw6式6的表达意为并联的太阳能电池组组数在两组连续阴雨天之间的最短间隔天数内所发电量不仅供负载使用还需补足蓄电池在最长连续阴雨天内所亏损电量3太阳能电池方阵的功率计算根据太阳能电池组件的串并联数即可得出所需太阳能电池方阵的功率PPPotimesNstimesNpW7式中Po为太阳能电池组件的额定功率 类别 包含地区 年累计日射量MJ㎡ Ⅰ 宁夏北部甘肃北部新疆东部青海及西藏西部地区 6600～8400 Ⅱ 河北西北部山西北部内蒙古南部宁夏南部甘肃中部青海东部西藏东南部新疆南部等地区 5850～6600 Ⅲ 山东河南河北东南部山西南部新疆北部吉林辽宁云南陕西北部甘肃东南部广东南部等地 5000～5850 Ⅳ 湖南湖北陕西南部江西浙江福建北部广西广东北部安徽南部黑龙江等地 4200～5000 Ⅴ 四川大部分贵州重庆等地 3350～4200表1太阳能家用说明太阳能电池是基于半导体的光伏效应将太阳辐射直接转换为电能的半导体器件现在商品化的太阳能电池主要有以下几种类型单晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池非晶硅太阳能电池目前还有碲华镉电池铜铟硒电池纳米氧化钛敏化电池多晶硅薄膜太阳能电池及有机太阳能电池等晶体硅单晶多晶太阳能电池需要高纯度的硅原料一般要求纯度至少是9999998也就是一千万个硅原子中最多允许2个杂质原子存在硅材料是用二氧化硅SiO2也就是我们所熟悉的沙子作为原料将其熔化并除去杂质就可制取粗级硅从二氧化硅到太阳能电池片涉及多个生产工艺和过程一般大致分为二氧化硅mdashgt冶金级硅mdashgt高纯三氯氢硅mdashgt高纯度多晶硅mdashgt单晶硅棒或多晶硅锭mdashgt硅片mdashgt太阳能电池片什么是单晶硅太阳能电池板单晶硅太阳能电池片主要是使用单晶硅来制造与其他种类的太阳能电池片相比单晶硅电池片的转换效率最高在初期单晶硅太阳能电池片占领绝大部份市场份额在1998年后才退居多晶硅之后市场份额占据第二由于近几年多晶硅原料紧缺在2004年之后单晶硅的市场份额又略有上升现在市面上看到的电池有单晶硅居多单晶硅太阳能电池片的硅结晶体非常完美其光学电性能及力学性能都非常的均匀一致电池的颜色多为黑色
或深色特别适合切割成小片制作成小型的消费产品单晶硅电池片在实验室实现的转换效率为247普通商品化的转换效率为10-18单晶硅太阳能电池片因为制作工艺问题一般其半成硅锭为圆柱进然后经过切片-gt清洗-gt扩散制结-gt去除背极-gt制作电极-gt腐蚀周边-gt蒸镀减反射膜等工蕊制成成品一般单晶硅太阳能电池四个角为圆角单晶硅太阳能电池片的厚度一般为200uM-350uM厚现在的生产趋势是向超薄及高效方向发展德国太阳能电池片厂家已经证实40uM厚的单晶硅可达到20的转换效率什么是多晶硅太阳能电池板在制作多晶硅太阳能电池时作为原料的高纯硅不是再提纯成单晶而是熔化浇铸成正方形的硅锭然后再加工单晶硅一样切成薄片和进行类似的加工多晶硅从其表面很容易进行辨认硅片是由大量不同大小的结晶区域组成表面有晶体结晶状其发电机制与单晶相同但由于硅片由多个不同大小不同取向的晶粒组在其晶粒界面处光电转换易受到干扰因而多晶硅的转换效率相对较低同时多晶硅的光学电性能及力学性能一致性没有单晶硅太阳能电池好多晶硅太阳能电池实验室最高效率达到203商品化的一般为10-16多晶硅太阳能电池是正方形片在制作太阳能组件时有最高的填充率产品相对也比较美观多晶硅太阳能电池片的厚度一般为220uM-300uM厚有些厂家已有生产180uM厚的太阳能电池片并且向薄发展更以节约昂贵的硅材料怎么区分单晶硅和多晶硅多晶片是直角的正方形或长方形单晶的四个角有接近圆形的倒角一块组件中间有金钱形窟窿的就是单晶一眼就能看出来太阳能电池组件分类及制作方法因为太阳能电池的厚度非常薄所以其本身易破碎易被腐蚀果直接暴露在大气中其转换效率会因环境的影响而下降甚至失效晶体硅太阳能电池单片的工作电压一般为05V左右为达到所需电压及电流的太阳能电池组件都会先进行相应的串联并联太阳能电池片然后经过胶封层压等方式进行封装成平板式结构再投入使用太阳能电池的封装一般有以下几种方式环氧树脂胶封太阳能电池组件有机硅胶封太阳能电池组件钢化玻璃层压封闭太阳能电池组件而小店采用的封装方式正是钢化玻璃层压封闭太阳能电池组件1环氧树脂胶封太阳能电池组件滴胶板环氧树脂封装太阳能电池组件工艺简单材料成本低在小型组件封闭上使用较多一些消费类产品及小型灯具上面使用的都为此种组件但环氧树脂抗热氧老化抗紫外线老化的性能相对较差树脂容易发黄使用时间一般为一年半至两年左右一般3W以下功率的太阳能板才会使用这种封装2有机硅胶封太阳能电池有机硅胶是一种特殊结构的封装材料它具有耐高温耐低温耐老化耐紫外线抗氧化电绝缘等特性有机硅胶是弹性机在外力作用下具有变形能力硅片在经受热胀冷缩时不会损坏不过耐冲击能力差在封装时表层需盖钢化玻璃进么保护其封装流程与环氧树脂接近只需增加粘合玻璃的工序经过此封装太阳能板使用时间可达到8年左右3超白钢化玻璃层压封装层压板大功率的太阳能电池组件一般都使用此方式进行封装此种封装的材料为超白钢化低铁玻璃抗紫外线EVA耐酸碱的TPT以过以下步骤激光切片mdashgt焊接负极mdashgt焊接正极将电池片焊接成串mdashgt层叠玻璃-EVA-太阳能电池-EVA-TPTmdashgt中测mdashgt压层mdashgt固化mdashgt装铝合金边框接线盒mdashgt终测此封装制作太阳能板一般使用寿命可达15年以后有的甚至达到25年层压太阳能板使用了铝合金边框可以方便的进行组合增容等一般使用于大型的户用电源及发电站太阳能发电系统的组成太阳能发电系统主要包括太阳能电池组件控制器蓄电池逆变器负载等组成其中太阳能电池组件和蓄电池为电源系统控制器和逆变器为控制保护系统负载为系统终端如图所示1太阳能电池组件太阳能电池组件是发电系统中的核心部分其作用是将太阳的辐射能直接转换为直流电供负载使用或存贮于蓄电池内备用一般根据用户需要将若干太阳能电池板按一定方式连接组成太阳能电池方阵阵列再配上适当的支架及接线盒组成太阳能电池组件电池板的种类及特点 类型项目 单晶硅 多晶硅 非晶硅 转换效率 1218 1016 68 使用寿命 1520年 1520年 510年 平均价格 昂贵 较贵 较便宜 稳定性 好 好 差会衰减 颜色 黑色深蓝 深蓝晶体状 棕 主要优点 转换效率高工作稳定体积小 工作稳定成本低使用广泛 价低弱光性好多数用于计算器电子表等 主要缺点 成本高 转换效率较低 转换效率最低会衰减相同功率的面积比晶体硅大一倍以上2充电控制器在太阳能发电系统中充电控制器的基本作用是为蓄电池提供最佳的充电电流和电压快速平稳高效的为蓄电池充电并在充电过程中减少损耗尽量延长蓄电池的使用寿命同时保护蓄电池避免过充电和过放电现象的发生高级的控制器可以同时记录并显示系统各种重要数据如充电电流电压等控制器主要功能如下1过充保护避免蓄电池因充电电压过高而造成损坏2过放保护避免蓄电池因放电到过低的电压而损坏3防反接功能避免蓄电池及太阳能电池板因正负极接反而不能使用甚至酿成事故4防雷击功能避免因雷击而损坏整个系统5温度补偿主要针对温差大的地方保证蓄电池处于最佳的充电效果6定时功能控制负载的工作时间避免能源浪费7过流保护当负载过大或短路时自动切断负载保证系统的安全运8过热保护当系统工作温度过高时自动停止给负载供电故障排除后自动恢复正常工作9自动识别电压对于不同的系统工作电压自动识别无须另外设置3．蓄电池蓄电池作用是将太阳能电池方阵发出直流电贮存起来供负载使用在光伏发电系统中蓄电池处于浮充放电状态白天太阳能电池方阵给蓄电池充电同时方阵还给负载用电晚上负载用电全部由蓄电池供给因此要求蓄电池的自放电要小而且充电效率要高同时还要考虑价格和使用是否方便等因素蓄电池的种类及特点 类别项目 锂电池 镍镉电池 镍氢电池 免维护铅酸电池 胶体 普通酸液 充放电特性 无记忆效应使用时间长重复充电可达1200次以上2小时的急速充电 可以重复500次以上充放电但是记忆效应明显使用一定时间后需完全放电后才可充电 没有明显的记忆效应随充随用可以重复500次以上充电12小时的急速充电 耐深放电亏电状态下恢复能为极好不会因若干次亏电而失去容量寿命长可达10年 若干次亏电而失去容量易使电池报废使用寿命一般为23年 容量 同等容量的锂电池重量比镍电池要轻50单体电压为36V 单体电压为12V容量在200mAh14000mAh 单体电压为12V容量是同体积的镍镉电池的152倍 单体电压有2V6V12V容量55Ah180Ah2V可达3000AH 单体电压有2V6V12V容量5AH200Ah2V可达3000Ah 适用范围 移动通信报警系统仪器仪表日用品等 太阳能系统UPS通信设备2V电动车发电数据工程等4逆变器绝大多数用电器如日光灯电视机电冰箱电风扇和绝大多数动力机械等都是以交流电工作要想这类用电器能正常工作太阳能发电系统需要将直流电变换成交流电具有这种功能的电力电子设备称作逆变器逆变器还具有自动稳压功能可改善光伏发电系统的供电质量逆变器种类及特点 种类特点 方波逆变器 修正波逆变器 正弦波逆变器 交流电压波形 方波 阶梯波 正弦波 优点 线路简单价格便宜维修方便 比方波有明显改善高次谐波含量减少当阶梯达到17个以上时
输出波形可实现准正弦波当采用无变压器输出时整机效率很高 输出波形好失真度很低对收音机及通信设备干扰小噪声低此外还有保护功能齐全整机性能高等优点 缺点 高次谐波多损耗大噪声大对收音机及通信设备干扰大 线路比较复杂对收音机和某些通信设备仍有一些高频干扰 线路相对复杂对维修技术要求高价格较昂贵5太阳能光伏发电需考虑的几个因素太阳能光伏发电需要综合考虑各种因素只有掌握了准确的资料后才能确定电池板的安装方式最低功率规格太阳能电池板每天的有效发电量必须太于负载的用电量及蓄电池的容量性能及控制方式使产品达到最佳性价比如果对相关因素的估算失误就会直接影响到独立光伏发电系统性能和造价1现场的地理位置包括地点纬度经度海拔等2安装地点的气象条件包括逐月太阳能总辐射量直接辐射量或日照百分比年平均气温最长连续阴雨天数最大风速及冰雹降雪等特殊气象情况3最大负载量包括负载每天工作时间及平均耗电量连续阴雨天需工作的时间4负载用电特性由于太阳能电池阵列输出的电流是直流如果负载是交流的话需要经过逆变器的转换才能正常工作这样太阳能最终供给负载的能量损耗就增大从而所需太阳能电池就会增大导致太阳能供电系统造价增大5交流负载对电源的要求交流负载除了需要更大的太阳能电池板外对逆变器的要求也会因负载的不同而不同一般来讲纯电阻性质的负载例如电热丝对逆变器要求不高可用普通的修正波逆变器而电视电动机对电源要求相对要高需要的逆变器功率及输出特性都要高需用大功率的正弦波的逆变器才能保证负载能正常工作不受干扰负载要求不同造价也不同6使用限制由于部分国家和地区对蓄电池有特定的环保要求特别是镍镉电池在欧美国家受到严格限制还有铅酸电池在运输方面也会受到限制这些因素都将导致太阳能光电产品的造价增大6太阳能光电产品的一般要求1防水防雹防风一般太阳能电池板采用钢化玻璃封装外框用铝合金封装能有效抵御冰雹袭击安装用金属支架固定能抵御10级以上大风2防晒防冻一般有通风散热窗子以利于蓄电池散热对于冬季特别寒冷地区蓄电池采用防凝固的胶体电池3控制保护为了最大限度延长电池板及蓄电池的使用寿命一般都有防反充过充过放保护电路控制避免损坏电池板及蓄电池过早的老化4零件选择由于太阳能光电产品使用环境不同温度相差较大因此要求零件的工作温度范围要宽5维护太阳电池发电系统没有活动部件不容易损坏其维护也非常简便不过也需做定期维护否则可能影响正常使用甚至缩短使用寿命一般来说太阳电池板方阵倾角应超过30度所有灰尘可由雨水冲刷而自行清洁在风沙较大地区应当经常清除灰尘保持方阵表面的干净以免影响发电量清洁时可拭去灰尘有条件时可用清水清洗再用干净抹布擦干切勿用腐蚀性溶剂或硬物冲洗擦拭定期检查所有安装部件的紧固程度遇到冰雹等异常天气应及时采用保护措施经常检查蓄电池的充放电情况随时观察电极或接线是否有腐蚀或接触不良之处在一些简单的系统中应根据蓄能情况控制用电量防止蓄电池因过放电而损坏发现有异常情况应当立即检查维修7太阳能光电产品应用需明确的问题1．太阳能电池峰值功率普遍存在的一个问题就是认为只要有阳光就可以输出额定功率100WP的峰值功率如果在普通光照条件下照射10小时就可发电1000WH也就是1度电其实太阳能峰值功率WP是在标准条件下辐射强度1000Wm2大气质量AM15电池温度25℃条件下太阳能电池的输出功率这个条件大约和我们平时晴天中午前后的太阳光照条件差不多按广东地区的光照条件折算成标准光照时间大约为3335小时在阴雨天太阳电池也可以产生一定的能量它的功率大约在额定功率的5-152．太阳能发电损耗通常误认为太阳能电池组件每天输出的电量会被负载全部利用实际上太阳能电池组件安装存在相当大的损耗大约在1520充电放电过程中损耗在20左右如果有逆变器损耗在10以上总的来说太阳能发电利用率大约在50左右总之所有能量转换过程中都必须遵循能量守恒的定律绝对不会无中生有也不会百分百利用3．如何降低太阳能发电损耗一般来讲为了尽可能降低损耗常采取如下措施⑴太阳能电池组件倾斜与光线成垂直角度一般广东地区倾斜3540度⑵太阳能电池所有组件开路电压短路电流工作电压工作电流等参数尽量一致连接电缆尽可能粗些短些⑶蓄电池如果采用串联所有的单元内阻尽量一致尽可能小⑷为了减少线路间的损耗条件允许的话尽可能采用高电压低电流的方案这样使线路承受的电流尽可能小从而降低损耗在设计控制电路时尽可能采用集成化高的稳定性好的元器件太阳能光电产品计算方法下面以100W输出功率每天使用6个小时为例介绍一下计算方法1首先应计算出每天消耗的瓦时数包括逆变器的损耗若逆变器的转换效率为90％则当输出功率为100W时则实际需要输出功率应为100W90％111W若按每天使用5小时则耗电量为111W5小时555Wh2计算太阳能电池板按每日有效日照时间为6小时计算再考虑到充电效率和充电过程中的损耗太阳能电池板的输出功率应为555Wh6h70130W其中70％是充电过程中太阳能电池板的实际使用功率3充电控制器的选择130W的太阳能电池板它的最大输出电流是77A因此应该选取充电电流至少为8A的充电控制器4蓄电池的选择若采用12V的蓄电池其放电深度为50则应使用555Wh12V5090Ah的蓄电池若选择24V的蓄电池则蓄电池的容量应为555Wh24V5045Ah太阳能电池的估算与检测太阳能电池的额定输出功率与转换效率有关一般来讲单位面积的电池组件转换效率越高其输出功率越大太阳能电池目前的转换效率一般在1417之间每平方厘米的电池片其输出功率在1416mW每平方米的太阳能电池组件输出功率约120WP太阳能电池组件的测试需用专门的检测设备在标准的条件下检测由于检测设备非常昂贵一般的检测方法是利用碘钨灯或白炽灯模拟太阳光比较样品作对比测试主要检测其开路电压与短路电流检测的时候注意控制温度不能超过25℃基本计算公式功率电压X电流WUI用电量功率X时间QWh全国各地光照条件及平均峰值日照时间表1是不同地区太阳光照条件表1 区域划分 丰富地区 比较丰富地区 可以利用地区 贫乏地区 年总辐射量千卡m2年 ≧140 120-140 100-120 ≦100 全年日照时数 ge3000h 2400h3000h 1600h2400h le1600h 地区 内蒙西部甘肃西部新疆南部青藏高原 新疆北部东北内蒙东部华北陕北宁夏甘肃部分青藏高原东海南台湾 东北北端内蒙呼蒙长江下游福建广东广西贵州部分云南河南陕西 重庆四川贵州江西部分地区为了更加直观地了解各地每天太阳能辐射的平均分布表2给出年总辐射量与日平均峰值日照时数太阳能电池每天可以接受到1000Wm2辐照度的等效时间对应关系表2 年总辐射量千卡m2年 100 110 120 130 140 150 160 170 180 平均峰值日照时数h 319 350 382 414 446 478 510 542 575通过上面资料可以看出太阳能灯具的设计和灯具的使用地理位置有关太阳能电池组件额定输出功率和灯具输入功率之间关系在华东地区大约是241具体比例要根据灯具每天工作时间以及对连续阴天雨照明要求决定您好欢迎您阅读我的文章WORD文档可编辑修改希望您提出保贵的意见或建议让我们共同进步
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