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太阳能光伏发电基础培训力诺太阳能电力工程有限公司夏征勇一、太阳能发电基础知识三、太阳能发电应用计算实例二、太阳能发电配套设备四、中国部分省市太阳能发电速算一、太阳能发电基础知识1、太阳辐射能量：单位时间内，太阳以辐射形式发射的能量称为太阳辐射能量或辐射功率，单位是W，或KW。到达地球的太阳辐射能量约为173万亿千瓦，其中19%被大气吸收，30%反射回空间，41%到达海洋，只有10%约17万亿千瓦到达陆地，而且大部分到达山区、丘陵、沙漠或无人区。即便这样我们也用之不竭。2、太阳辐照度：投射到单位面积上的太阳辐射能量，单位是W/㎡，或KW/㎡地球表面最高值约为1.2KW/㎡注意：当太阳辐照度从小到大变化时，太阳能电池的开路电压基本达到额定值，但是，太阳能电池的短路电流却是随着太阳辐照度的增加，成正比地增加。通俗讲就是，阳光照在太阳能电池上，照得越强，电流越大；而电压却是有阳光（阴天有亮光）就有电压，基本不随阳光照射增大。3、太阳辐照量：在一段时间内（小时、日、月、年）照射到单位面积上的太阳辐射能量。单位是KWh/㎡·日（月、年）中国各地的年太阳能辐射总能量大体在930∽2333KWh/㎡，全年平均水平一般在1626KWh/㎡。为记忆可按下面理解：W或KW—----------辐照功(率)W/㎡或KW/㎡------辐照度KWh/㎡-----------辐照量（也可用MJ/㎡表示）4、峰值日照时数：把大于120W/㎡以上的辐照度折算到1000W/㎡的日照时数，称为峰值日照时数，单位是h。同理，不进行上述折算，把大于120W/㎡所有时间都算进来就称为日照时数（去掉峰值）。同理，从日出到日落就称为日照时间。5、太阳辐照量与峰值日照时数的换算年峰值日照时数=年辐照量÷365天如果年辐照量是MJ/㎡,则先除以3.6，换算成KWh/㎡，然后再计算。（因为1KWh=3.6MJ）例如：北京地区年水平面辐照量为1547KWh/㎡，斜面辐照度为6584MJ/㎡，则水平面峰值日照时数=1547÷365=4.24h，斜面峰值日照时数=6584÷3.6÷365=5.01h注：斜面更加直冲着太阳，得到的辐照度更大6、我国太阳能资源情况我国太阳能资源可分为五类地区：一类地区：年辐射总量为1889∽2333KWh/㎡,除以365天，相当于日辐照量5.1∽6.4KWh/㎡。西藏、新疆、青海、宁夏二类地区：年辐射总量为1625∽1889KWh/㎡,除以365天，相当于日辐照量4.5∽5.1KWh/㎡。甘肃、山西、内蒙等地三类地区：年辐射总量为1389KWh/㎡∽1625KWh/㎡，除以365天，相当于日辐射量3.8∽4.5KWh/㎡。山东、河南等地四类地区：年辐射总量为1167KWh/㎡∽1389KWh/㎡，除以365天，相当于日辐射量3.2∽3.8KWh/㎡。湖南、湖北等地五类地区：年辐射总量为930KWh/㎡∽1167KWh/㎡，除以365天，相当于日辐射量2.5∽3.2KWh/㎡。四川、贵州7、太阳能电池片的电压、电流与功率电池片尺寸一般制做成125×125毫米或150×150毫米，电池片面积无论多大，单片输出电压基本都在0.45∽0.5V，一般为0.48V。但是：电池片的输出电流与面积成正比，面积越大电流越大。一般每平方厘米输出电流在16∽30毫安例如：125毫米=12.5厘米，12.5×12.5=156.25平方厘米，156.25平方厘米×16∽30毫安=2500∽4688毫安=2.5∽4.69A通俗地说：电池片的电流是太阳光晒出来的。上面提到电池片无论大小，输出电压都在0.48V左右，72片的电池组件，输出电压=0.48V×72片=34.56V注意：一般给蓄电池充电都要比蓄电池电压高1.44倍左右，那么我们常用的蓄电池有12V和24V，34.56V÷24V=1.44，因此24V蓄电池用190W组件（单晶190W输出电压36.92V），虽然比1.44大，基本在此范围内。请问，12V蓄电池应该用几片的电池组件。0.48V×36片=17.28V÷12V=1.44，答：36片8、太阳能电池组件的构成受光面：采用低铁、超白、绒面钢化玻璃背光面：采用TPT即薄膜-聚酯-薄膜复合材料，简称塑料王在受光面与背光面之间铺上电池片和EVA即乙烯与醋酸乙烯共聚物。电池片与片之间用二根银铜导电条串联连接后用接线盒引出。9、太阳能电池组件的主要性能参数短路电流Isc：将电池组件正负极短接的电流，一般在5∽9A开路电压Uoc：将电池组件正负极分开测量其电压，一般在30∽50V峰值电流Im：又称工作电流，是电池组件输出最大功率时的标称值（太阳辐照度最大时组件所能输出的电流）峰值电压Um：又称工作电压，是电池组件输出最大功率时的标称值（一般有阳光基本就到达工作电压，但是随温度增减将向相反的方向变化）峰值功率Pm：峰值电压Um×峰值电流Im，其值取决于太阳辐照度，出厂测试按：辐照度1KW/㎡，温度25℃，光谱AM1.5填充因子FF：FF=（Um×Im）÷（Uoc×Isc）≌0.5∽0.8之间，其值越大，说明电池组件转换效率越高。转换效率η：η=电能÷光能=Pm÷（电池组件面积×1000W/㎡）≌14%∽16%之间例如：190W单晶硅组件尺寸长1.59米，宽0.808米，该组件的转换效率η=190W÷[（1.59×0.808）×1000W/㎡]=14.8%10、温度变化对太阳能电池组件的影响电池组件输出电压随温度增加而降低，温度每升高1℃，输出电压降低千分之三到五；同样，温度每降低1℃，输出电压升高千分之三到五；但是，电池组件输出电流随温度增加而增加，温度每升高1℃输出电流升高万分之四到八；同样，温度每降低1℃，输出电流降低万分之四到八；11、离网太阳能光伏发电系统只要与我们家庭用电的电网不连接的太阳能光伏发电系统，统统称为离网太阳能光伏发电系统。例如：光伏手电筒、光伏玩具、太阳能路灯、户用系统。12、并网太阳能光伏发电系统只要与我们家庭用电的电网连接的太阳能光伏发电系统，统统称为并网太阳能光伏发电系统。例如：大型光伏电站。13、太阳能电池方阵的计算首先应当知道电池组件的功率、工作电压、工作电流，然后根据方阵的输出电压和功率，计算后取整数。例如：190W电池组件，工作电压36.92V，工作电流5.15A，要求组成一个输出电压620V，总功率60KW的方阵，请计算需要多少块190W的电池组件。计算：620V÷36.92V=16.79，取17串组件60000W÷190W=315.79，取316块组件316块÷17串=18.59，取19支路答：电池方阵是由17串组件组成一个支路，19个支路组成整个方阵，总功率=17串×19个支路×190W=613700W=61.37KW注意：题目要求方阵总功率60KW，由于电池组件功率190W,电压36.92V，17串输出电压约628V，16串输出电压约591V，只能选接近620V的17串，另外，选18个支路，17串×18支路×190W=58.14KW，只能选19个支路，61.37KW较接近要求。14、太阳能电池组件的热斑效应当鸟粪、树叶、阴影遮挡住整个电池组件或组件的部分电池片，被遮挡部分不但不发电还有可能成为负荷消耗电量而发热，发热部分久而久之出现斑点，我们称之为热斑效应。严重的可使电池片之间的互联条断裂或开焊，因此必须采取措施，加装旁路二极管，消除热斑效应。15、旁路二极管的作用在电池组件接线盒内并接一个或三个二极管，当电池组件或组件的部分电池片被鸟粪、树叶、阴影遮挡，电流就会从旁路二极管流通，由于被遮挡支路不流经电流就不会发热，不发热就不产生热斑，这就是旁路二极管的作用。就如同一个水管道堵塞，在这个堵塞管道旁边增加一个管道，水再然就从旁边增加的管道流过，待堵塞的管道疏通后，水就会从这个直线管道流通而不会再绕到旁边的管道流通了。16、防反充二极管的作用与旁路二极管有点相似，防反充二极管的作用主要是两个或多个电池组件串联后再并联，当某一串组件电压低于其它组件串时，防止其它组件串的电流倒流进电压较低的组件串。相当于多条小渠向一条大河内流水，如果有一条小渠地势较低，这条小渠的水不但流不近大河内，反而大河的水要倒灌进这条小渠。17、孤岛效应及产生的后果太阳能发电系统与电网并联运行，电网突然停电，此时太阳能发电系统不会立即停止发电，而是继续发电向电网送电，此时由于大电网没有电，太阳能发电系统就像一个孤立的岛屿，称此现象为孤岛效应。其产生的后果如下：·检修人员误认为大电网停电，如进行检修，会危及人的安全。·没有大电网的电压、频率参考，太阳能发电系统的电压、频率将发生漂移，如同脱了缰绳的野马，将对用电设备造成极大的危害。·脱了缰绳的野马可能跑得更慢，好比太阳能发电出力小了·大电网一旦恢复供电，太阳能发电系统的电压与大电网将有差异，将产生较大的电流。18、太阳能发电的系统效率最理想的太阳能发电就是把阳光全部发成电，但是由于种种原因，如：组件参数匹配不好、天长日久组件表面灰尘多、组件参数（主要是输出电流）每年都要衰减、逆变器效率不高、电缆和变压器本身的损耗、MPPT跟踪有误差等等，致使太阳能发电不可能把阳光全部发成电，而是把阳光的70%∽80%发成电。一般情况我们都是取系统效率为79%。19、最大功率跟踪MPPT含义由于太阳能电池组件的伏-安特性是非线性，而功率是电压与电流的乘积，因此必须在电池组件的伏-安特性的非线性曲线上选一个最合适的点，用该点的电压值与电流值相乘，就可以得出最大功率（这个最合适的点形成的矩形面积最大）。选一个最合适的点是由逆变器内部的CPU通过计算得到，CPU的计算过程被称为最大功率跟踪MPPT，或称MPPT跟踪。20、MPPT范围电池组件受温度变化其电压变化较大，为使逆变器直流输入电压能适应电池组件受温度变化其电压变化较大的特点，因此逆变器厂家在开发逆变器时都规定了逆变器的MPPT范围，设计人员根据MPPT范围通过计算选择电池组件的串联数量。例如：已知某台逆变器的MPPT是在310V∽480V范围内，现有力诺产190W组件若干块，请计算逆变器输入侧电池组件的串联数量。计算：用（310V＋480V）÷2=395V，395V是在310V∽480V的中间值，已知190W组件的工作电压是36.92V，再用395V÷电池组件的工作电压36.92V，395V÷36.92V=10.7，取11块。答：用190W的电池组件11块串联，可满足逆变器的MPPT范围二、太阳能发电配套设备（一）、蓄电池1、蓄电池的电压太阳能光伏发电一般都是采用铅酸蓄电池，铅酸蓄电池每格的标称电压是2V，经过内部格子的串联可以做成6V、12V。再用2V、6V、或12V的蓄电池经过串联可以得到24V、48V、220V。例如：用110个2V蓄电池经过串联可以得到220V电压用两个12V串联可以得到24V，可灵活运用。2、蓄电池的放电深度蓄电池完全充满电可以认为是100%，如果用掉一半，认为少了50%，此时称这种现象为蓄电池放电深度0.5；如果放出去70%，此时称蓄电池放电深度0.7。由此可知，蓄电池放电越多，放电深度就越大（或越深）。如同一桶水到掉一半，我们可以说这桶水放水深度为0.5。注意：放电越深，蓄电池寿命越短。3、蓄电池的容量蓄电池的容量一般用Ah（安时）表示，目前蓄电池容量可以做到几千安时。蓄电池的容量是个变数，它与放电快慢有关系，例如有一个12V、10Ah的蓄电池，如果用2A电流放电，5个小时电压降到10.5V，我们称这个蓄电池为5小时放电率，容量10Ah。还是这个蓄电池，如果1.2A电流放电，10个小时也是降到10.5V，这个蓄电池的容量就成了10小时放电率，容量12Ah。4、蓄电池的循环及寿命的影响蓄电池经历一次充电和放电，称为一个循环。如果蓄电池频繁充电和放电，将影响蓄电池的寿命。如果蓄电池放电越深将影响蓄电池的寿命。如果蓄电池放电越快（放电电流大）将影响蓄电池的寿命。如果蓄电池环境温度越高，将影响蓄电池的寿命。但是，温度越低，蓄电池容量就越小，例如，同样100