第七章-太阳能光伏系统设计.

第七章太阳能光伏系统设计光伏发电技术基础光电工程学院光电工程学院学习内容一、独立光伏系统的设计二、并网光伏系统的设计三、光伏系统设计中的注意因素光电工程学院设计原则光伏系统和产品要根据负载的要求和当地的气象及地理条件，进行专门的优化设计。在充分满足用户负载用电需要的条件下，尽量减少太阳电池和蓄电池的容量，以达到可靠性和经济性的最佳结合。要避免盲目追求低成本或高可靠性的倾向。当前尤其要纠正为了竞争市场，片面强调经济效益，任意减小系统容量的现象。光伏系统设计的依据是:按月能量平衡太阳能光伏系统设计光电工程学院第一节独立光伏系统的设计1.均衡性负载这类负载每个月份的平均日耗电量都相同，这是独立光伏系统中应用最广泛的。对于负载日平均耗电量变化不超过10%的，也可以当作均衡性负载。光电工程学院(1).确定负载耗电量列出各种用电负载的耗电功率、工作电压及平均每天使用时数，还要计入系统的辅助设备如控制器、逆变器等的耗电量。选择蓄电池工作电压V，算出负载平均日耗电量QL(Ah/d)。指定蓄电池维持天数为n(通常取3-7天)(2).计算方阵面上太阳辐照量根据当地地理及气象资料，计算在该倾斜面上的各月平均日太阳辐照量Ht（KWh/m2·d），并得出全年平均太阳总辐照量.第一节独立光伏系统的设计光电工程学院在数值上就等于当月平均日峰值日照时数Tt，以后就以单位化成（KWh/m2·d）的Ht来代替Tt。tttHmwmkwhHT22/1000/Ht的单位化成（KWh/m2·d），除以标准辐照度1000w/m2第一节独立光伏系统的设计光电工程学院式中：η1为从方阵到蓄电池回路的输入效率，包括方阵面上的灰尘遮蔽损失、性能失配及老化、防反充二极管及线路损耗、蓄电池充电效率等。η2为由蓄电池到负载的放电回路效率，包括蓄电池放电效率、控制器和逆变器的效率及线路损耗等。21tLminHQI(3).算出各月发电盈亏量对于某个确定的倾角，方阵输出的最小电流应为第一节独立光伏系统的设计光电工程学院方阵实际工作电流应在Imin和Imax之间，可先任意选取一中间值I21mintLmaxHQI同样也可由方阵面上各月平均太阳辐照量中的最小值Htmin得出方阵所需输出的最大电流为第一节独立光伏系统的设计光电工程学院方阵各月发电量为Qg=N·I·Ht·η1·η2式中：N为当月天数，Ht为该月太阳辐照量。各月负载耗电量为Qc=N·QL从而得到各月发电盈亏量△Q=Qg-Qc如果△Q0为亏欠量，表示该月发电量不足，需要由蓄电池提供部分储存的电量。第一节独立光伏系统的设计光电工程学院(4).确定累计亏欠量∑∣-⊿Qi∣以两年为单位，列出各月发电盈亏量，如只有一个△Q0的连续亏欠期，则累计亏欠量即为该亏欠期内各月亏欠量之和。如有两个或以上的不连续△Q0的亏欠期，则累计亏欠量∑∣-⊿Qi∣应扣除连续两个亏欠期之间△Qi为正的盈余量，最后得出累计亏欠量∑∣-⊿Qi∣。第一节独立光伏系统的设计光电工程学院将n1与指定的蓄电池维持天数n相比较，若n1n，则增大电流I，重新计算，反之亦然。直到n1≈n，即得出方阵输出电流Im。LiQQn1(5).决定方阵输出电流将累计亏欠量∑∣-⊿Qi∣代入第一节独立光伏系统的设计光电工程学院(6).求出方阵最佳倾角改变倾角，重复以上计算，进行比较，得出最小的方阵输出电流Im值，相应的倾角即为方阵最佳倾角βopt。(7).得出蓄电池及方阵容量求出蓄电池容量为：DODQBi式中:(DOD)为蓄电池的放电深度，通常取0.3-0.8。第一节独立光伏系统的设计光电工程学院光伏方阵容量为:P=k·Im·(Vb+Vd)其中：k为安全系数，通常取1~1.5，可根据负载的重要程度、参数的不确定性、温度的影响以及其他所需要考虑的因素而定；Vb为蓄电池充电电压；Vd为防反充二极管及线路压降。第一节独立光伏系统的设计(8).最终决定最佳搭配改变蓄电池维持天数n，重复以上计算，可得到一系列B-P组合。再根据产品型号及单价等因素，进行经济核算，最后决定蓄电池及光伏方阵容量的最佳组合。光电工程学院开始输入纬度、倾角、H、Hb估算方阵电流最大值、最小值改变I(IminIImax)Qa、Qc、ΔQ确定累计亏欠量|n1-n|0.1判断是否最佳倾角确定蓄电池及方阵容量YNYN第一节独立光伏系统的设计光电工程学院(9).总结先指定蓄电池维持天数n；任意选择方阵倾角β；得到满足维持天数要求的方阵输出电流I。再改变方阵倾角，求出满足维持天数要求的方阵最小输出电流Im，此时对应的β即为方阵最佳倾角βopt。由此得出方阵和蓄电池容量。改变维持天数n，可以得到一系列B~P组合，最后确定最佳的蓄电池和方阵搭配容量。第一节独立光伏系统的设计光电工程学院实例分析为济宁地区设计一套太阳能路灯，灯具功率为30W，每天工作6小时，工作电压为12伏，蓄电池维持天数取5天。要求太阳电池方阵和蓄电池的容量及方阵倾角是多少?负载耗电量:AhQl1512630第一节独立光伏系统的设计光电工程学院算出各月方阵发电量Qg，并列出各月负载耗电量Qc，从而求出各月发电盈亏量△Q具体数值见下表：第一节独立光伏系统的设计济宁地区纬度是35.3，任意取方阵倾角β=60.0，算出各月份方阵面上的太阳辐照量Ht选取参数：η1=η2=0.9得到Imax=11.52AImin=5.176A在最大和最小电流值之间取：I=5.2A。光电工程学院月份HtQgQcQg-Qc13.3467436.98465-28.01624.1618490.8242070.82134.4364579.27465114.2744.2092531.1245081.11854.1050536.46570.99863.8124481.7445031.73573.4893455.6465-9.400683.6602477.9246512.91694.2056531.4245081.423104.0399527.4946562.493113.3169419.13450-30.871122.9347383.19465-81.808第一节独立光伏系统的设计光电工程学院由表中可见，当年7月和11-12月及次年1月都是亏欠量，所以有两个亏欠期，其中7月份亏欠量-9.4006，但是在8月份就有盈裕量12.916，可以全部补足。因此全年累计亏欠量∑∣-⊿Qi∣是11月到1月份的亏欠量之和140.69。代入公式：38.91liQQn第一节独立光伏系统的设计光电工程学院可见要比要求的蓄电池维持天数大得多，表示所取的方阵电流太小，因此要增加方阵电流。另取:I=5.5(A)，算出各月方阵发电量Qg，并列出各月负载耗电量Qc，从而求出各月发电盈亏量△Q具体数值见下表：第一节独立光伏系统的设计光电工程学院月份HtQgQcQg-Qc13.3467462.19465-2.805724.1618519.1442099.13734.4364612.69465147.6944.2092561.76450111.7654.1050566.92465101.9263.8124509.5345059.52873.4893481.8846516.88483.6602505.4946540.48894.2056562.08450112.08104.0399557.9346592.925113.3169443.31450-6.6901122.9347405.30465-59.701第一节独立光伏系统的设计光电工程学院由表中可见，当年11-12月和次年1月都是亏欠量，但这是一个连续亏欠期。总亏欠量：6131.41liQQnAhQi196.69代入公式：第一节独立光伏系统的设计与要求的维持天数5天相比要小。因此可以减少方阵电流，不断重复以上步骤，最后取I=5.47565A，得到的结果如下表：光电工程学院月份HtQgQcQg-Qc13.3467460.15465-4.85224.1618516.8442096.83934.4364609.98465144.9844.2092559.27450109.2754.1050564.4146599.41163.8124507.2745057.27273.4893479.7546514.75183.6602503.2546538.25094.2056559.59450109.59104.0399555.4646590.455113.3169441.35450-8.6528122.9347403.51465-61.495第一节独立光伏系统的设计光电工程学院由表中可见，当年11-12月和次年1月还都是亏欠量，总亏欠量为74.49998Ah由此求出n1=4.999天，与要求的维持天数n=5天基本相符。由此确定电流取：I=5.47565A。接着再改变倾角，用同样电流，比较累计亏欠量(或n1)。试取倾角β=62°，重复以上计算，得到下表：第一节独立光伏系统的设计光电工程学院月份HtQgQcQg-Qc13.3480460.33465-4.669924.1466514.9642094.95834.3920603.98465138.9844.1324549.8545099.84654.0143551.9446586.94163.7220495.2445045.24373.4128469.244654.241683.5917493.8446528.83194.1526552.54450102.54104.0174552.3746587.386113.3153441.13450-8.8727122.9386404.04465-60.959第一节独立光伏系统的设计光电工程学院由表中可见，当年11-12月和次年1月还都是亏欠量。总亏欠量为74.501Ah。由此求出n1=4.9668天，与上面的n1=4.999天更小，可见取倾角62°要比60°更好。同样继续改变倾角，得出与维持天数n=5天基本相符的最小电流，该角度即为最佳倾角。本例中，最后得出I=5.47356A，相应的角度是β=620，各月的盈亏情况如下表第一节独立光伏系统的设计光电工程学院月份HtQgQcQg-Qc13.3480460.15465-4.845624.1466514.7642094.76234.3920603.75465138.7544.1324549.6445099.63754.0143551.7346586.73063.7220495.0545045.05473.4128469.064654.062483.5917493.6446528.64294.1526552.33450102.33104.0174552.1646587.157113.3153440.96450-9.0411122.9386403.89465-61.113第一节独立光伏系统的设计光电工程学院本例最后得出，方阵工作电流：Im=5.47356A所对应的角度，即为方阵最佳倾角：βopt=62°结果得到蓄电池容量为：B=104.4Ah太阳电池方阵容量为：P=107.2W第一节独立光伏系统的设计光电工程学院2).季节性负载这类系统的负载每天工作时间随着季节而变化，不能当作均衡负载处理。最典型的是光控太阳能光伏照明系统。光控照明系统的特点是以自然光线的强弱来决定负载工作时间长短的。天黑开灯，天亮关灯。每天的工作时间不一样，因此负载耗电量也不相同。此特点与太阳日照时间的规律正好相反，夏天日照时间长，辐照量大，而灯具需要照明的时间短；而冬天日照时间短，辐照量小，但灯具需要照明的时间长，所以此类光控照明系统在太阳能光伏电源应用中的工作条件是最苛刻的。光控照明系统不同于均衡负载光伏系统，设计时必须特别仔细考虑。第一节独立光伏系统的设计光电工程学院式中:φ为当地纬度，δ为太阳赤纬δ每天都在变化，所以t也每天在变.)tantan(cos152241t先估计需要照明的时间，