第五章-太阳能光伏

第五章太阳能光伏发电系统的容量设计5.1系统的设计原则、步骤和内容5.1.1系统设计原则遵循合理性、实用性、可靠性、高性价比原则。5.1.2设计步骤和内容（见下页）5.2与设计相关的因素和技术条件5.2.1系统用电负载的特性交流负载、直流负载、冲击性负载、阻性负载（电流时额定电流的5~10倍）等。负载工作电压是多少？5.2.2当地的太阳能辐射资源及气象地理条件1.太阳能电池组件（方阵）的方位角与倾斜角方位角：正南为0°；正东-90°；正西+90°。倾斜角：水平面0°；垂直面90°。（1）太阳能电池方位角的选择正南±20°对发电量影响不大。（2）太阳能电池倾斜角的选择0°~25°，倾斜角=纬度；26°~40°，倾斜角=纬度+5度；41°~55°，倾斜角=纬度+10~15度；55°以上，倾斜角=纬度+15~20度；±2.平均日照时数和峰值日照时数3.全年太阳能辐射总量了解当地几年或8~10年太阳能辐射总量年平均值。再将水平面上的太阳能辐射换算成倾斜面上的太阳能辐射。中国太阳能资源分布：4.最长连续阴雨天数又叫“系统自给天数”；可根据经验或需要在3~7天内选取。5.2.3发电系统的类型、安装场所和方法（1）杆柱安装（2）地面安装（3）屋顶安装（4）墙壁安装5.3太阳能光伏发电系统容量的设计与计算功率与方阵构成的设计和计算蓄电池容量与蓄电池组合的设计和计算5.3.1设计的总思想在光照最差的季节蓄电池也能够基本上天天充满电。5.3.2太阳能电池组件及方阵的设计方法一：根据负载所需电量，直接计算出太阳能电池组件或方阵的功率、组件尺寸。方法二：先选定组件尺寸，根据组件功率设计工作电流和日发电量。1.基本方法计算太阳能电池组件的基本方法：负载日平均用电量（Ah）组件日平均发电量（Ah）组件日平均发电量=峰值工作电流（A）×峰值日照时数（h）系统工作电压（V）×1.43组件峰值工作电压（V）电池组件的并联数=电池组件的串联数=例如：系统工作电压为48V，峰值工作为17V，则串联数=48V×1.43/17V=4.03≈4（块）总功率（W）=并联数×串联数×组件峰值功率2、相关因素的考虑（1）太阳能电池组件的功率衰减灰尘的覆盖、自身功率衰减、线路损耗（2）蓄电池的充放损耗电池发热、电解液损耗蓄电池效率：90~95%；3.实用的计算公式应考虑各种因素的影响：负载日平均用电量（Ah）组件日平均发电量（Ah）×充电效率系数×组件损耗系数×变压器损耗系数系统工作电压（V）×1.43组件峰值工作电压（V）为例保证系统全年的正常运行，只好按照冬季所需的数量确定系统容量。电池组件的并联数=电池组件的串联数=例如：系统采用直流负载，工作电压48V；日用电量：150Ah；斜面日照时数：3.5h；峰值工作电压：34.2V；峰值工作电流：3.65A计算：组件数量；方阵设计；确定：组件损耗系数=0.9；充电效率系数=0.9；直流系统无需变压器。150（Ah）（3.65A×3.5h）×0.9×0.948V×1.4334.2V总功率=15×2×125W=3750W组件并联数==14.49电池组件串联数==25.3.3蓄电池和蓄电池组的设计方法1.基本计算方法日平均用电量（Ah）×连续阴雨天数最大放电深度2.相关因素考虑（1）放电率对蓄电池容量的影响蓄电池容量=连续阴雨天数×负载工作时间最大放电深度对于有多路不同负载的系统：Σ负载功率×负载工作时间Σ负载功率（2）环境温度对蓄电池容量的影响平均放电率（h）=负载工作时间=3.实用的蓄电池容量计算公式日用电量×阴雨天数×放电修正系数最大放电深度×低温修正系数系统工作电压单个蓄电池标称电压蓄电池总容量单个蓄电池标称容量应尽量选择大蓄容量电池，以减少蓄电池之间的不平衡性。一般要求并联的蓄电池数量不得超过4组。蓄电池容量=蓄电池串联个数=蓄电池并联个数=计算举例：某通信基站采用直流48V供电，一套设备需1.5A电流，每天24小时；另一套设备需4.5A每天12小时。气温-20℃；连续阴雨6天。解：根据气候条件确定：最大放电深度系数为：0.6；低温修正系数为：0.7；（1.5A×24h）+（4.5A×12h）（1.5A+4.5A）=15h平均放电率=6阴天×15/0.6=150小时率平均负载工作时间=日平均用电量=（1.5A×24h）+（4.5A×12h）=90Ah90Ah×6×0.850.6×0.7若选用2V/600Ah蓄电池，则：蓄电池串联数=48V/2V=24节；蓄电池并联数=1092.86Ah/600Ah=2组电池总块数=24节×2组=48节蓄电池容量==1092.86Ah5.4其他几种计算公式和设计方法5.4.1以峰值日照时数为依据的简易设计方法用电器功率×用电时间当地峰值日照时数用电器功率×用电时间系统电压×连续阴雨天数×系统安全系数损耗系数：线路损耗、控制器接入损耗、玻璃脏污、倾角等，一般在1.6~2之间。系统安全系数：放电深度、低温、逆变器效率等一般在1.6~2之间。电池组件功率=×损耗系数蓄电池容量=设计实例：庭院灯：二只9W/12V节能灯，4小时3个阴雨天。当地峰值日照时数4.46h。计算：18W×4h4.46h18W×4h12V可考虑选用一只38Ah/12V的蓄电池。5.4.2以年辐射总量为依据的计算方法K×（负载电压×电流×用电时间）当地年辐射总量蓄电池容量=电池放电系数×安全系数×负载电压×电流×用电时间×阴雨天数×低温系数组件功率P=×2=32.28W蓄电池容量B=×3×2=36Ah组件功率=设计实例1：如上题，当地全年辐射总量为580kJ/cm。计算：负载工作电流=18W/12V=1.5A；18W×4h580可考虑选用35W的太阳能电池组件。蓄电池容量B=1.8×1.5A×4h×3×1.1=35.64Ah可考虑选用38Ah/12V的蓄电池。安全系数取1.8；当地可达-10℃，低温系数取1.1。2电池组件功率P=×276=34.26W；设计实例2：某通信基站，负载功率125W，48V，工作电流2.6A，24h连续工作，年辐射总量640kJ/cm，-20℃，阴天7天，条件恶劣。解：电池组件功率：48V2.6A×24h640可选用130W/24V电池组10块，二串5并。蓄电池容量：B=1.8×2.6A×24h×7d×1.2=943Ah；可选用2V/1000Ah铅酸蓄电池24块串联；也可选用2V/500Ah蓄电池48块24串二并。2P=×276≈1292W；5.4.3以年辐射总量和斜面修正系数为依据的计算方法负载总用电量Wh=∑负载功率×日工作时间5618×安全系数×负载总用电量斜面修正系数×水平面年平均辐射量5618是充放电效率系数、电池组件衰减系数经换算简化得到的。水平面年平均辐射量的单位：kJ/m·d；10×负载总用电量工作电压组件功率W=2蓄电池容量=设计实例：北京，负载一：11W/12V节能灯，5h负载二：3W/12VLED，12h；解：查得北京：斜面修正系数为：1.0976；水平年平均日辐射量为：15261；安全系数取：1.2；负载总用电量=11W×5h＋3W×12h=91Wh5618×1.2×911.0976×1526110×91Wh12V可选用38W电池组件；80Ah/12V蓄电池。组件功率==36.6W蓄电池容量==75.8Ah5.4.4以峰值日照时数为依据的多路负载计算方法方法：先将各路负载的日消耗电量计算出来，并合计出总耗电量，留出5%~10%的余量。再按峰值日照时数进行计算。统计表模板：计算步骤：①根据总耗电量，计算组件发电电流：负载日耗电量Wh电压×峰值日照时数×系统效率②根据发电电流计算总功率：组件总功率=发电电流×系统直流电压×1.43（1.43是组件工作电压与系统工作电压的比值）例如：系统工作电压为12V，组件工作电压为17V③负载日照电量Wh连续阴雨天数系统直流电压逆变器效率×放电深度逆变器效率80%~93%；蓄电池放电深度50%~75%。组件发电电流=B=×设计实例：某监测站220V，年辐射量670kJ/cm平均峰值日照时数5.17h，连续阴雨天5天。监测站各设备耗电一览表（直流48V）：2组件发电电流I：4596Wh×1.0548V×5.17h×（0.9×0.85×0.9）组件输出总功率P=28.24A×48V×1.43=1939W可选用峰值功率：100W、峰值电压：34.5V峰值电流：2.98A组件20块，2串10并。蓄电池容量B：4596Wh×1.05×548V×0.85×0.5可选用2V/600Ah铅酸蓄电池48块，24串2并。得到总电压48V，总容量1200Ah。I==28.24AB==1182Ah5.4.5以峰值日照时数和两段阴雨天间隔天数为依据的计算方法步骤：1、系统蓄电池组容量的计算安全系数×负载耗电量×阴雨天数×低温系数蓄电池最大放电深度系数2、太阳能电池方阵的设计和计算（1）太阳能电池组件串联数的计算公式系统工作电压×1.43组件峰值工作电压B=组件串联数=（2）太阳能电池组件平均日发电量的计算组件平均日发电量（Ah）=组件峰值工作电流×峰值日照时数（h）×倾斜面修正系数×组件衰减损耗系数峰值日照时数、倾斜面修正系数见下表（3）两段连续阴雨之间的最短间隔天数需要补充的蓄电池容量计算补充的蓄电池容量（Ah）=安全系数×负载日平均耗电量（Ah）×最大连续阴雨天数（4）太阳能电池组件并联数的计算方法考虑了两段连续阴雨天数之间最短间隔天数。补充的蓄电池容量＋负载日平均耗电量×最短间隔天数组件平均日发电量×最短间隔天数其中：负载功率负载工作电压×每天工作小时数在连续阴雨天最短间隔天数内，并联组件要提供负载正常用电量，还要补足蓄电池在阴雨天所亏损的电量。（5）太阳能电池方阵功率的计算方阵功率=组件峰值功率×组件串联数×组并联数组件并联数=负载日耗电量=设计实例：某南方站，工作电压24V，功率55W，每天工作18小时，连续阴雨15天，间隔32天，采用深循环电池，用50W峰值功率组件，其峰值输出电压17.3V，峰值电流2.89A。解：查得：峰值日照时数3.52h；斜面修正系数为0.885。①计算蓄电池容量：B=1.2×(55/24)×18×15×1/0.75=990Ah；②计算电池组件串联数：24V×1.4317.3V电池串联数==2（块）③计算组件日平均发电量：日发电量=2.89A×3.52h×0.885×0.8=7.2Ah④计算两段连续阴雨天最短间隔天数需要补充的蓄电池容量：补充的蓄电池容量=1.2×（55/24）×18×15=742.5Ah⑤计算电池组件的并联数：742.5Ah＋41.3Ah×327.2Ah×32=8.99≈9（块）；组件并联数=⑥计算太阳能组件方阵总功率：总功率=50W×2×9=900W；可选用2V/500Ah蓄电池24块，12串2并。5.4.6并网光伏（光伏建筑一体化）发电系统容量的设计与计算并网一般没有蓄电池容量的限制。1、光伏方阵发电量的计算年发电量=当年总辐射量×方阵面积×组件转换效率×修正系数P=H×A×η×K修正系数=K1·K2·K3·K4·K5倾角修正系数一览表：2、根据负载耗电量计算光伏方阵的面积年耗电总量年总辐射能×组件转换效率×修正系数即：A=P/H·η·K组件面积=设计实例：某住户日耗电见下表：房屋正南向。屋面倾斜角30°，太阳辐射总量：6498MJ/m，换算后为：1805kWh/m，采用单晶电池组。解：考虑增加5%负载余量，按365天计算。22Pn=2947Wh×1.05×365÷1000=1129kWh；1129kWh1805×0.13×0.8×0.82×0.95×0.85=9.1m若选用1200mm×550mm单晶组件16块，4串4并；每块输出峰值功率85W，总功率：85W×16=1360W；占用面积：1.2m×0.55m×16m=10.56m5.4.7有关太阳能辐射能量的换算1、太阳能辐射能量不同单位能量的换算2、太阳能辐射能量与峰值日照时数之间的换算面积A=225.4.8太阳能发电系统功率与带负载配置速查表