太陽(yáng)能供電系統(tǒng)技術(shù)方案

1、一 前言1.1 前景隨著能源日益緊缺和環(huán)保壓力的不斷增大，石油的枯竭幾乎像一個(gè)咒語(yǔ)，給人類帶來(lái)了不安。何為石油等不可再生能源的替代者？各國(guó)都開始力推可再生能源，其中開發(fā)和利用太陽(yáng)能已成為可再生能源中最炙熱的“新寵”，發(fā)展太陽(yáng)能已是大勢(shì)所趨，太陽(yáng)能時(shí)代已為時(shí)不遠(yuǎn)了。太陽(yáng)能利用指太陽(yáng)能的直接轉(zhuǎn)化和利用。利用半導(dǎo)體器件的光伏效應(yīng)原理，把太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換成電能稱太陽(yáng)能光伏技術(shù)。把太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換成熱能的屬于太陽(yáng)能利用技術(shù)，再利用熱能進(jìn)行發(fā)電的稱為太陽(yáng)能熱發(fā)電，也屬于這一技術(shù)領(lǐng)域。近幾年，國(guó)際光伏發(fā)電迅猛發(fā)展。1973年，美國(guó)制定了政府級(jí)陽(yáng)光發(fā)電計(jì)劃；1980年又正式將光伏發(fā)電列入公共電力規(guī)劃，累計(jì)投資達(dá)8

2、億多美元；1994年度的財(cái)政預(yù)算中，光伏發(fā)電的預(yù)算達(dá)7800多萬(wàn)美元，比1993年增加了23.4；1997年美國(guó)和歐洲相繼宣布百萬(wàn)屋頂光伏計(jì)劃，美國(guó)計(jì)劃到2010年安裝10003000mw太陽(yáng)電池。日本不甘落后，1997年補(bǔ)貼屋頂光伏計(jì)劃的經(jīng)費(fèi)高達(dá)9200萬(wàn)美元，安裝目標(biāo)是7600mw。印度計(jì)劃19982002年太陽(yáng)電池總產(chǎn)量為150mw，其中2002年為50mw。在這場(chǎng)陽(yáng)光革命中領(lǐng)先的國(guó)家是德國(guó)。面對(duì)強(qiáng)勢(shì)競(jìng)爭(zhēng)，德國(guó)太陽(yáng)能業(yè)依然傲視群雄，碩果累累。2005年，業(yè)內(nèi)企業(yè)營(yíng)業(yè)額達(dá)37億歐元，從業(yè)公司約5000家，從業(yè)人數(shù)包括研發(fā)和服務(wù)達(dá)42000人。德國(guó)聯(lián)邦太陽(yáng)能經(jīng)濟(jì)協(xié)會(huì)有關(guān)人士說(shuō)：“全球范圍內(nèi)太

3、陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)容量將從2005年的1210兆瓦上升至2010年的3000兆瓦，年增長(zhǎng)率為22%?！钡聡?guó)對(duì)太陽(yáng)能的認(rèn)知最早，位居前列；全球四分之一的太陽(yáng)能電池產(chǎn)自德國(guó)，五年來(lái)德國(guó)所占全球市場(chǎng)份額始終保持在10%。為了加快太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，德國(guó)政府通過(guò)多種推廣活動(dòng)來(lái)普及太陽(yáng)能的利用。去年6月份，享譽(yù)世界的德國(guó)intersolar大會(huì)在德國(guó)弗賴堡舉辦。德國(guó)太陽(yáng)能展覽會(huì)intersolar始于2000年，每年一屆，是歐洲最大的、側(cè)重于光電、太陽(yáng)熱能技術(shù)及太陽(yáng)能建筑方面的專業(yè)展覽會(huì)，由eatif歐洲光伏工業(yè)聯(lián)盟、bsw德國(guó)太陽(yáng)能工業(yè)協(xié)會(huì)、ises國(guó)際太陽(yáng)能聯(lián)盟共同主辦。由于太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)勢(shì)頭強(qiáng)勁，這次弗萊

4、堡國(guó)際展覽中心的場(chǎng)館（共10個(gè)館）被完全啟用，總展示面積達(dá)31000平方米。據(jù)統(tǒng)計(jì)共有90多個(gè)國(guó)家的647家參展商和26000多名參觀者到場(chǎng)，中國(guó)國(guó)內(nèi)有50家太陽(yáng)能行業(yè)企業(yè)參展。國(guó)內(nèi)著名的業(yè)內(nèi)企業(yè)參展，再次證明了該展會(huì)在太陽(yáng)能領(lǐng)域不可替代的重要性，絕大多數(shù)展商表示效果滿意，2008年將繼續(xù)參展。因展會(huì)規(guī)模爆增，2008年該展將告別弗萊堡，轉(zhuǎn)移到德國(guó)慕尼黑新貿(mào)易展覽中心。據(jù)主辦方介紹，該展會(huì)2008年的總展示面積將達(dá)到62000平方米，預(yù)計(jì)將會(huì)有來(lái)自世界的800多家廠商，35000名專業(yè)貿(mào)易觀眾到場(chǎng)。這對(duì)于中國(guó)太陽(yáng)能廠商來(lái)說(shuō)將一個(gè)難得的拓展海外市場(chǎng)的契機(jī)。近幾年來(lái)，太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)在我國(guó)得到了迅猛的發(fā)

5、展，中國(guó)已成為僅次于日本和德國(guó)之后居世界第三的光伏產(chǎn)品生產(chǎn)大國(guó)，這是我國(guó)為改善全球日益惡化的環(huán)境做出的巨大貢獻(xiàn)，而中國(guó)隨著相關(guān)法律和政策的出臺(tái)，能源長(zhǎng)期性短缺的中國(guó)將有望成為世界上最大的光伏發(fā)電市場(chǎng)?；茉唇K將耗盡，絕對(duì)儲(chǔ)量不可能滿足人類長(zhǎng)期發(fā)展的需要，尋找替代能源勢(shì)在必然。太陽(yáng)能是人類必然的能源選擇。開發(fā)利用太陽(yáng)能，對(duì)于節(jié)約常規(guī)能源、保護(hù)自然環(huán)境、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和提高人民都有極為重要的意義。太陽(yáng)能光伏發(fā)電由于資源無(wú)限、無(wú)污染和能把太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，系統(tǒng)無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、運(yùn)行可靠、維護(hù)少、壽命長(zhǎng)，且電能有益于輸送、儲(chǔ)存的優(yōu)點(diǎn)。所以光伏能源被認(rèn)為是二十一世紀(jì)最重要的新能源。太陽(yáng)能光伏發(fā)電應(yīng)用技術(shù)已

6、經(jīng)日趨成熟，世界上發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)在廣泛利用太陽(yáng)能發(fā)電。我國(guó)擁有豐富的太陽(yáng)能資源，全國(guó)太陽(yáng)輻射平均值為5800mj/m2，太陽(yáng)能光伏發(fā)電業(yè)已經(jīng)在我國(guó)得到了廣泛的利用：城市的太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)電站、電網(wǎng)無(wú)法延伸的邊遠(yuǎn)農(nóng)村獨(dú)立光伏電站、通訊網(wǎng)絡(luò)的太陽(yáng)能光伏電源、交通領(lǐng)域的道路照明和道路設(shè)施供電，甚至在國(guó)防軍事都有廣泛的利用，并且這種趨勢(shì)正在得到進(jìn)一步的擴(kuò)大。1.2 工程概況西安高速公路機(jī)電工程監(jiān)控系統(tǒng)用太陽(yáng)能供電系統(tǒng)是一種典型的光伏獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用，主要由太陽(yáng)電池方陣、蓄電池組、安裝支架、機(jī)箱、蓄電池保溫箱以及輔助設(shè)備組成，為了提高系統(tǒng)的可靠性，還增添了應(yīng)急充電口等做為配套使用。華通遠(yuǎn)航（北京）科技發(fā)展有

7、限公司設(shè)計(jì)、制造的太陽(yáng)能供電系統(tǒng)，其主要組成部分全部采用現(xiàn)行先進(jìn)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，滿足設(shè)備性能、安全性以及維護(hù)方面的要求。太陽(yáng)能供電系統(tǒng)所采用的產(chǎn)品為我公司定型的成熟產(chǎn)品，并且所使用的配件為批量生產(chǎn)且為當(dāng)前市場(chǎng)上的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。我公司的設(shè)計(jì)人員對(duì)太陽(yáng)能供電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，針對(duì)西安高速公路全線的實(shí)際情況（地理、氣象及負(fù)荷等條件），在首先保證系統(tǒng)安全、可靠、滿足負(fù)荷能夠正常使用的前提下，使系統(tǒng)各部分的容量設(shè)計(jì)達(dá)到合理配置。華通遠(yuǎn)航（北京）科技發(fā)展有限公司結(jié)合多年太陽(yáng)能供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)，特為西安高速公路機(jī)電工程監(jiān)控系統(tǒng)提出太陽(yáng)能供電系統(tǒng)技術(shù)方案。技術(shù)方案主要包括以下內(nèi)容：-太陽(yáng)能電源系統(tǒng)原理和構(gòu)造-太陽(yáng)

8、能電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算-太陽(yáng)能電池板介紹-充放電控制器介紹-密封閥控式鉛酸免維護(hù)膠體蓄電池、蓄電池保溫箱介紹-太陽(yáng)能及蓄電池監(jiān)控軟件介紹二 陜西省高速公路網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備光伏供電系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)概述2.1設(shè)計(jì)原則 本設(shè)計(jì)遵循西安高速公路機(jī)電工程的總體建設(shè)目標(biāo)，堅(jiān)持使整個(gè)系統(tǒng)具有安全可靠性、先進(jìn)性、可擴(kuò)充性、靈活性和示范性等特性為設(shè)計(jì)原則。以下對(duì)設(shè)計(jì)原則進(jìn)行闡述：（1） 安全可靠性 為保障系統(tǒng)可靠運(yùn)行，系統(tǒng)設(shè)有完整的在線檢測(cè)系統(tǒng)；系統(tǒng)采用了多項(xiàng)自我保護(hù)盒，負(fù)載保護(hù)的安全措施，選用性能優(yōu)良、可靠性高的成熟技術(shù)產(chǎn)品；最大保證系統(tǒng)的安全可靠性。（2） 先進(jìn)實(shí)用性 選用的設(shè)備（包括組件、蓄電池、太陽(yáng)能充放電控制器、在

9、線檢測(cè)設(shè)備等）均為國(guó)內(nèi)或國(guó)際上先進(jìn)實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品。建成后的系統(tǒng)具有最為先進(jìn)的蓄電池充放電管理技術(shù)、系統(tǒng)管理技術(shù)、系統(tǒng)在線檢測(cè)技術(shù)，讓系統(tǒng)的使用和維護(hù)變得更加簡(jiǎn)單。（3） 擴(kuò)充性和靈活性 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全部采用了模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的擴(kuò)容將變得簡(jiǎn)單而靈活，增加數(shù)量的太陽(yáng)能光伏電源很容易融入整個(gè)的在線網(wǎng)絡(luò)，而不需對(duì)其他設(shè)備做任何的改動(dòng)，也不會(huì)影響其他設(shè)備的正常使用。這也相對(duì)減少了擴(kuò)容資金投入。（4） 示范性 從項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工、培訓(xùn)和售后服務(wù)都要進(jìn)行周密的計(jì)劃，并規(guī)范化實(shí)施，取得過(guò)程管理與實(shí)施結(jié)果的全面成功，為以后同類工程的實(shí)施起示范作用。2.2設(shè)計(jì)依據(jù)陜西省高速公路網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備光伏供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算主要依

10、據(jù)是設(shè)備的招標(biāo)文件和相關(guān)國(guó)際、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和氣象地理等數(shù)據(jù)。主要有：gbt2297太陽(yáng)光伏能源系統(tǒng)術(shù)語(yǔ)gb/t6495.1-10(iec60904.1-10)光伏器件 第1部分-第10部分gb/t9535(iec61215)地面用晶體硅光伏組件設(shè)計(jì)鑒定和定型gb/t11012太陽(yáng)電池電性能測(cè)試設(shè)備檢驗(yàn)方法gb/t12632單晶硅太陽(yáng)電池總規(guī)范gb/t18210(iec61829)晶體硅光伏(pv)方陣i-v特性的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量gb/t18479(iec61277)地面用光伏(pv)發(fā)電系統(tǒng) 概述和導(dǎo)則sj/t11127(iec61173)光伏發(fā)電系統(tǒng)過(guò)電壓保護(hù)導(dǎo)則yd/t1073通信用太陽(yáng)能供電組合電源

11、dl/t724-2000電力系統(tǒng)用直流電源裝置運(yùn)行與維護(hù)技術(shù)規(guī)程dl/t637閥控式密封鉛酸蓄電池訂貨技術(shù)條件iec61194獨(dú)立光伏系統(tǒng)特征參數(shù)iec61724光伏系統(tǒng)性能監(jiān)測(cè)、測(cè)量、數(shù)據(jù)交換以及分析導(dǎo)則iec61204直流輸出低壓供電裝置：特性和安全要求iec60068-2基本環(huán)境試驗(yàn) 第2部分：試驗(yàn)iec61427太陽(yáng)光伏系統(tǒng)用蓄電池和電池組iec60364建筑物的電氣設(shè)施ieee928地面光伏系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)ieee937光伏系統(tǒng)鉛酸蓄電池的安裝與維護(hù)ieee1374地面光伏發(fā)電系統(tǒng)安全導(dǎo)則中國(guó)國(guó)家氣象局提供的西安高速公路沿線的氣象數(shù)據(jù)2.3系統(tǒng)考慮因素一個(gè)完善的太陽(yáng)能供電系統(tǒng)需要考慮很多因素

12、，進(jìn)行各種設(shè)計(jì)，如電氣性能設(shè)計(jì)、熱力設(shè)計(jì)、靜電屏蔽設(shè)計(jì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等等，對(duì)地面應(yīng)用的獨(dú)立電源系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，最主要的是根據(jù)使用要求，決定太陽(yáng)電池方陣和蓄電池規(guī)模，以滿足正常工作的需求。光伏發(fā)電系統(tǒng)總的設(shè)計(jì)原則是在保證滿足負(fù)載用電需要的前提下，確定最少最合適的太陽(yáng)電池組件和蓄電池容量，以盡量減少不必要的投資，即同時(shí)考慮可靠性及經(jīng)濟(jì)性。系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體考慮主要是通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析合理的確定滿足要求的太陽(yáng)電池組成件數(shù)量和蓄電池容量。包括安全性、可靠性方面的要求。系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要考慮兩種因素： 根據(jù)負(fù)載需求（包含負(fù)載的類型特性）、周圍環(huán)境參數(shù)、和太陽(yáng)能供電系統(tǒng)部件的電氣特性和電氣參數(shù)，選擇適合的部件滿足系統(tǒng)需求。

13、用計(jì)算機(jī)仿真方法在前述條件下計(jì)算出結(jié)果。并用計(jì)算結(jié)果進(jìn)行校核。輸入數(shù)據(jù)主要包括（不限于）：-安裝地點(diǎn)的日照輻射-方陣傾斜面的日照輻射-環(huán)境溫度參數(shù)-系統(tǒng)電壓-負(fù)荷能量需求-最大和平均的放電電流-控制器調(diào)節(jié)特性與參數(shù)-太陽(yáng)電池組件和蓄電池的特征參數(shù)-系統(tǒng)供電可靠性和供電電源可用率用計(jì)算機(jī)仿真方法計(jì)算出結(jié)果參數(shù)，主要有：-太陽(yáng)電池方陣的傾斜角和方位角-太陽(yáng)電池組件的數(shù)量和組件與組件之間的關(guān)系-蓄電池的容量和數(shù)量和電池之間的串并聯(lián)關(guān)系 太陽(yáng)電池方陣容量和蓄電池容量是相互配套和匹配的，一般來(lái)說(shuō)可能計(jì)算出幾個(gè)結(jié)果方案（特別是大型系統(tǒng)），相對(duì)來(lái)說(shuō)，蓄電池容量大時(shí)，太陽(yáng)電池容量小。最后通過(guò)成本經(jīng)濟(jì)分析，選取

14、出符合安裝地點(diǎn)和實(shí)際情況的結(jié)果，用兩年以上的時(shí)間進(jìn)行運(yùn)行校核。并不斷調(diào)整參數(shù)，直至符合要求為止。2.4系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟2.4.1 影響系統(tǒng)設(shè)計(jì)的因素 a. 光照條件：太陽(yáng)照在地面上的輻射光的光譜、光強(qiáng)受到大氣質(zhì)量、地理位置、當(dāng)?shù)貧夂颉庀?、地形等多方面因素的影響，其能量在一日、一月和一年間都有很大的變化。b. 太陽(yáng)電池方陣的光電轉(zhuǎn)換效率：由于轉(zhuǎn)換效率受到電池本身的溫度和太陽(yáng)光強(qiáng)、蓄電池電壓浮動(dòng)等因素的影響，因而方陣法人輸出功率也隨著這些因素的改變而出現(xiàn)一些波動(dòng)。c. 太陽(yáng)電池方陣的組合損耗和環(huán)境：太陽(yáng)電池方陣受安裝盒組件一致性，環(huán)境溫度、污蝕等的影響，加之太陽(yáng)電池運(yùn)行年數(shù)后轉(zhuǎn)換效率會(huì)略有下降。d.

15、 蓄電池充放電效率：蓄電池充放電效率會(huì)影響蓄電池的有效使用性能和能量的有效傳遞。e. 負(fù)載用電情況：由于用途不同，耗電功率、用電時(shí)間、對(duì)電源可靠性的要求等各不相同。這些因素相當(dāng)復(fù)雜，原則上需要多每個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，對(duì)一些無(wú)法確定數(shù)量的影響因素，只能采用一些系數(shù)或數(shù)學(xué)方法來(lái)進(jìn)行估量。由于考慮的因素及其復(fù)雜程度不同，采取的方法也不一樣。2.4.2 基本參數(shù)a所有負(fù)載的名稱、額定工作電壓、耗電功率、用電時(shí)間、有無(wú)特殊要求等。b當(dāng)?shù)氐牡乩砦恢茫喊ǖ孛?、緯度、?jīng)度、海拔、溫度等。c當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料：主要有逐月平均太陽(yáng)總輻射量，直接輻射及散射量，年平均氣溫及極端氣溫，最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天數(shù)、最大風(fēng)速及冰雹等特殊氣

16、候情況。這些氣象數(shù)據(jù)需取積累幾年或幾十年的平均值。2.4.3 負(fù)載日耗電量和每小時(shí)負(fù)載變化情況負(fù)載日耗電量：負(fù)載算出所有負(fù)載工作電流與平均每天工作小時(shí)數(shù)相乘積之和。負(fù)載每小時(shí)變化情況即根據(jù)每天負(fù)載的運(yùn)行情況計(jì)算出每隔一個(gè)小時(shí)的耗電情況。2.4.4 計(jì)算日輻射量和決定方陣傾斜角從氣象站得到的資料一般只有水平面上的太陽(yáng)輻射總量，直接輻射量及散射輻射量。因此需換算成傾斜面上的太陽(yáng)輻射量。依據(jù)不同的傾斜角，分別計(jì)算傾斜面上的太陽(yáng)輻射量。包括直接輻射量、散射輻射量和反射輻射量。2.4.5 選擇蓄電池容量蓄電池儲(chǔ)備容量的大小主要取決于負(fù)載的耗電情況，此外還要考慮現(xiàn)場(chǎng)的氣候條件，環(huán)境溫度，系統(tǒng)控制的規(guī)律性及

17、系統(tǒng)失效的后果等因素。蓄電池在太陽(yáng)電池系統(tǒng)中處于浮充電狀態(tài)，充電電流遠(yuǎn)小于蓄電池要求的正常充電電流。尤其在冬天，太陽(yáng)輻射量小，蓄電池常處于欠充狀態(tài)，長(zhǎng)期深放電會(huì)影響蓄電池的壽命，故必須考慮留有一定余量，選擇適當(dāng)?shù)姆烹娚疃取＿^(guò)大的放電深度會(huì)縮短蓄電池的壽命；過(guò)小的放電深度又會(huì)增加太陽(yáng)電池方陣的規(guī)模，加大總的投資成本，放電深度最大到80%較為合適。確定蓄電池的儲(chǔ)備容量和無(wú)日照天數(shù)、放電深度后，可計(jì)算出所需蓄電池的實(shí)際容量，即可初步選定蓄電池的標(biāo)稱容量。2.4.6 估算太陽(yáng)能電池方陣將歷年逐月平均水平面上太陽(yáng)直接輻射及散射輻射量，算出逐月輻射總量，然后求出全年平均日太陽(yáng)輻射總量和太陽(yáng)電池方陣發(fā)電量。

18、用嘗試法對(duì)蓄電池全年荷電狀態(tài)進(jìn)行檢驗(yàn)，如果蓄電池全年荷電狀態(tài)低于原定的放電深度，就應(yīng)增加方陣輸出；如果蓄電池全年荷電狀態(tài)始終大大高于放電深度允許的值，則可減少方陣輸出。也可相應(yīng)的增加或減少蓄電池容量。若有必要，還可修改方陣傾斜角，以求得最佳的方陣功率。2.4.7 太陽(yáng)電池方陣功率和蓄電池容量由于溫度升高時(shí)，太陽(yáng)電池的輸出功率將下降，因此要求系統(tǒng)即使在最高溫度下也能確保正常運(yùn)行，進(jìn)行環(huán)境溫度的修正。這樣，只要根據(jù)算出的蓄電池容量，太陽(yáng)電池方陣的電壓及功率，參照蓄電池和太陽(yáng)電池組件的性能參數(shù)，選取合適的型號(hào)即可。2.5總體設(shè)計(jì)說(shuō)明2.5.1系統(tǒng)原理構(gòu)造陜西省高速公路網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備光伏供電系統(tǒng)是以太陽(yáng)能

19、作為主供能源，由太陽(yáng)能電池方陣、控制器、蓄電池組、蓄電池?cái)?shù)據(jù)采集器、太陽(yáng)能及蓄電池監(jiān)控軟件、蓄電池保溫箱、固定支架及蓄電池防盜保溫箱等組成的可完全獨(dú)立運(yùn)行、由監(jiān)控中心統(tǒng)一控制的直流電源系統(tǒng)。太陽(yáng)能供電系統(tǒng)為固定安裝，系統(tǒng)部件全部模塊化，易于安裝、拆卸和移動(dòng)，采用智能化的控制使操作簡(jiǎn)單、易于擴(kuò)容和應(yīng)急維修，同時(shí)也大大的提高了系統(tǒng)的可靠性，即使在黑夜和無(wú)日照期間內(nèi)也要求24h連續(xù)供電。由于運(yùn)行在高速公路沿線、無(wú)人看管的苛刻環(huán)境下，系統(tǒng)設(shè)計(jì)為無(wú)人值守監(jiān)控中心統(tǒng)一控制，將維護(hù)量降至最低狀態(tài)，使用壽命達(dá)到20年以上（不包括蓄電池組）。太陽(yáng)能供電系統(tǒng)原理方框圖和太陽(yáng)能供電系統(tǒng)組網(wǎng)原理圖見(jiàn)圖2.1和圖2.2

20、數(shù)據(jù)采集模塊太陽(yáng)能組件方陣發(fā)電單元應(yīng)急充電蓄電池儲(chǔ)能單元通信模塊負(fù)載監(jiān)控單元控制模塊圖2.1 太陽(yáng)能供電系統(tǒng)和控制監(jiān)控系統(tǒng)原理圖 圖2.2 太陽(yáng)能供電系統(tǒng)以太網(wǎng)原理圖2.5.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)系數(shù)2.5.2.1太陽(yáng)電池設(shè)計(jì)方面的設(shè)計(jì)系數(shù) 在該工程中太陽(yáng)能組件是以太陽(yáng)電池組件方陣的方式使用，而太陽(yáng)組件方陣是由一定數(shù)量的太陽(yáng)電池組件按特定的方式組合而成的。太陽(yáng)能組件方陣設(shè)計(jì)方面的設(shè)計(jì)系數(shù)主要是對(duì)太陽(yáng)能發(fā)電量的響影為基準(zhǔn)的。a) 太陽(yáng)電池方陣組合損耗系數(shù)1% 太陽(yáng)電池組件在組合成方陣的過(guò)程中因組件失配而引起的損耗。在本工程中我公司選用了本公司自己生產(chǎn)的ht-s185-40p型太陽(yáng)電池組件，該組件失配小，一

21、致性好，同時(shí)，在對(duì)各站點(diǎn)組件配置時(shí)，我公司要求進(jìn)行，組件電壓，電流失配控制，電壓失配控制值為2%，電流失配控制值為1%，功率失配控制值為1%。b) 環(huán)境系數(shù)為100%工程中太陽(yáng)能電源系統(tǒng)安裝地點(diǎn)無(wú)陰影，設(shè)計(jì)子方陣間無(wú)遮擋，太陽(yáng)電池方陣向正南，無(wú)樹木、房屋遮擋，發(fā)電時(shí)期太陽(yáng)高度無(wú)影響。c) 溫度系數(shù)為89% 太陽(yáng)能供電系統(tǒng)的安裝地點(diǎn)室外設(shè)計(jì)溫度為-4085.根據(jù)太陽(yáng)電池組件的溫度因數(shù)取值。d) 污蝕系數(shù)為10% 根據(jù)組件安裝地點(diǎn)的風(fēng)沙塵土，對(duì)組件發(fā)電量的影響。e) 衰減系數(shù)為10% 電池組件隨著時(shí)間的推移，紫外線照射引起的物理反應(yīng)，發(fā)電量會(huì)有所衰減。選用的組件實(shí)際衰減率10年為5%。2.5.2.

22、2 蓄電池設(shè)計(jì)方面的設(shè)計(jì)系數(shù)a) 無(wú)日照天數(shù)為大于7天 技術(shù)規(guī)格書的要求，同時(shí)考慮實(shí)際運(yùn)行情況b) 安全系數(shù)120% 為安全起見(jiàn)，蓄電池具有20%的備用容量c) 充電效率92%，放電效率98% 太陽(yáng)能電池方陣發(fā)電對(duì)蓄電池充電過(guò)程和蓄電池對(duì)負(fù)荷放電過(guò)程引起的損耗。d) 最大放電深度80% 為保證蓄電池的使用壽命和電氣性能，系統(tǒng)設(shè)計(jì)在各種運(yùn)行、環(huán)境條件下的最大dod。e) 溫度系數(shù)為1.23 蓄電池性能和壽命受溫度影響很大。雖然控制器設(shè)有運(yùn)行參數(shù)溫度補(bǔ)償功能，但還應(yīng)考慮溫度影響。2.5.2.3 有關(guān)系統(tǒng)運(yùn)行和安全方面的設(shè)計(jì)系數(shù)a. 系統(tǒng)供電可用率99.99%以上。 對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)講，設(shè)計(jì)保證24h連

23、續(xù)供電。b. 平均無(wú)故障時(shí)間mtbf。系統(tǒng)可靠性除各組成部件的mtbf影響外，系統(tǒng)的合理化組合也影響系統(tǒng)mtbf。c. 太陽(yáng)電池支架風(fēng)力系數(shù)40m/s考慮西安地區(qū)的風(fēng)速，支架設(shè)計(jì)按照40m/s進(jìn)行計(jì)算。d. 設(shè)備容量安全系數(shù)量小值120%2.5.3 系統(tǒng)組成部分1) 太陽(yáng)能組件部分 太陽(yáng)能組件部分作用是將太陽(yáng)能光能轉(zhuǎn)換為直流電能，也是最為昂貴的設(shè)備，太陽(yáng)光能雖然取之不盡卻有局限性，因此太陽(yáng)能組件的輸出電能來(lái)之不易，為了保證組件發(fā)電有最高效率和最佳的性能，組件的安裝和連接需要一個(gè)非常合理方案。2) 蓄電池部分 蓄電池是電源的儲(chǔ)能設(shè)備，太陽(yáng)能光伏電源完全在野外使用，環(huán)境條件極為惡劣，溫度會(huì)影響蓄電

24、池的容量和壽命，會(huì)使設(shè)備中斷供電；連續(xù)的陰雨天會(huì)使蓄電池充電不足，也會(huì)影響蓄電池壽命和無(wú)法對(duì)設(shè)備供電。需要選用最好蓄電池，也需要一個(gè)合理的方案來(lái)保護(hù)蓄電池。3) 太陽(yáng)能充放電控制單元部分 太陽(yáng)能充放電控制單元，通常被稱做能源管理器。太陽(yáng)能充放電控制單元是太陽(yáng)能光伏電源的核心控制設(shè)備，電源系統(tǒng)的核心控制功能都有太陽(yáng)能充放電控制單元來(lái)完成。我們需要它具有滿足要求的智能化控制管理模式。4) 應(yīng)急充電部分 為了減少因蓄電池欠壓而造成高速監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)法工作的現(xiàn)象，特別為每臺(tái)電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)急充電接口是必須的，而直接使用正常的蓄電池接口是無(wú)法工作的，甚至?xí)龤到y(tǒng)部件。在蓄電池電量報(bào)警后3小時(shí)內(nèi)，以100a以

25、上大電流快速充電。5) 負(fù)載配電部分 從控制單元的輸出端口直接向負(fù)載供電是危險(xiǎn)的，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障或負(fù)載出現(xiàn)故障，將危及負(fù)載或系統(tǒng)太陽(yáng)能充放電控制單元的安全。因此必須在系統(tǒng)的輸出端設(shè)置負(fù)載配電設(shè)備來(lái)保護(hù)相關(guān)設(shè)備。6) 太陽(yáng)能光伏電源在線檢測(cè)部分和蓄電池在線檢測(cè)部分 這兩個(gè)部分都將在西安高速監(jiān)控系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上來(lái)完成在線先進(jìn)的系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)和蓄電池在線監(jiān)測(cè)。我們將使用國(guó)內(nèi)和國(guó)際最為先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備。7) 輔助設(shè)備部分（組件安裝支架、蓄電池防護(hù)井、保溫箱） 輔助設(shè)備用來(lái)支撐和保護(hù)系統(tǒng)的主要設(shè)備。優(yōu)質(zhì)的輔助設(shè)備能保證主設(shè)備的安全，延長(zhǎng)主設(shè)備的使用壽命，提高系統(tǒng)的工作效率和可靠性。三 陜西省高速公

26、路網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備光伏供電系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)3.1太陽(yáng)能組件部分選型設(shè)計(jì)3.1.1 當(dāng)?shù)丨h(huán)境氣象數(shù)據(jù)1、陜西省地貌總的特點(diǎn)是南北高，中間底，西北高，東南底，以北山、秦嶺為界，形成陜北黃土高原、關(guān)中平原和陜南秦巴山地三個(gè)各具特點(diǎn)的自然區(qū)。2、其中陜北其余地區(qū)和關(guān)中平原為暖溫帶半干旱或半濕潤(rùn)氣候、陜南盆地為北亞熱帶濕潤(rùn)氣候、山地大部為暖溫帶濕潤(rùn)氣候。年平均氣溫在716。其中陜北711；關(guān)中1113；陜南多在1415。由于受季風(fēng)的影響，冬冷夏熱、四季分明。最冷月平均氣溫，陜北-10-4，關(guān)中-31，陜南03。最熱月平均氣溫，陜北2125，關(guān)中2327，陜南2427.5。3、年降水量陜北400600毫米，關(guān)中50

27、0700毫米，陜南700900毫米，其中陜南的米倉(cāng)山、大巴山和秦嶺山地中、西部高山地區(qū)，年降水量多達(dá)9001250毫米。陜西省各地降水量的季節(jié)變化明顯，夏季降水最多，占全年的39%64%,夏季降水量又以陜北地區(qū)最為集中。秋季次之，占全年的20%34%。春季少于秋季，春季降水量占全年的13%24%。冬季降水稀少，只占全年的1%4%。西安高速公路工程機(jī)電項(xiàng)目太陽(yáng)能供電系統(tǒng)環(huán)境氣象數(shù)據(jù)（參考）地名：西安 緯度：34.3度n 經(jīng)度：108.9度e 海拔：397米數(shù)據(jù)表：3.1.3 組件安裝傾角選擇 太陽(yáng)電池組件安裝傾角應(yīng)保證最大限度地接收日光照射，在一般情況下組件與水平方向的為當(dāng)?shù)鼐暥?10。即在夏季

28、時(shí)為減，在冬季時(shí)為加。如果采用固定角度的支架，則采用當(dāng)?shù)鼐暥葹閮A斜角度。西安高速公路在北緯3435度之間，地區(qū)的輻照量數(shù)據(jù)顯示，每年12月份平均輻照量值最小，并且年平均輻照量以西安12月份的1.75kwh/天為最小，12月份正好是冬至所在月份，陽(yáng)光具有最小的入射角，因此，選擇組件安裝傾角的時(shí)候需要充分照顧該月份太陽(yáng)能組件的發(fā)電量，我們將組件的安裝的安裝角度選擇在西安的緯度加10度，為44.3度，選擇實(shí)際安裝選擇整數(shù)45度。3.1.4 組件需要承受的最大風(fēng)載 根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)的調(diào)查表明，在西安地區(qū)的最大風(fēng)速為40米/s，由該風(fēng)速計(jì)算得出的基本風(fēng)壓為1000pa。3.4 充放電控應(yīng)急制充電部分設(shè)計(jì)當(dāng)出

29、現(xiàn)長(zhǎng)期陰雨天，蓄電池電能消耗較大，不能夠向設(shè)備正常供電時(shí)，此時(shí)蓄電池會(huì)處于虧電狀態(tài)，如果長(zhǎng)期得不到補(bǔ)充，少則監(jiān)控設(shè)備不能正常工作，嚴(yán)重情況下還會(huì)損壞蓄電池造成嚴(yán)重?fù)p失。這樣當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重虧電狀態(tài)時(shí)，監(jiān)測(cè)設(shè)備設(shè)定因素將發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提示需要采用市電或發(fā)電機(jī)進(jìn)行應(yīng)急充電。 該系統(tǒng)應(yīng)急充電裝置由汽車、5kw單相發(fā)電機(jī)、快速充電裝置組成，發(fā)電機(jī)安裝于汽車內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)發(fā)電目的，快速充電裝置是一臺(tái)ac/dc轉(zhuǎn)換裝置，充電過(guò)程中為蓄電池提供100a左右的充電電流，這樣只需4小時(shí)就可以達(dá)到90%的額定容量,以達(dá)到快速充電目的。系統(tǒng)如下圖所示：3.5 負(fù)載配電部分設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)置負(fù)載配電的目的是為了保護(hù)負(fù)載和控制單元

30、。我們分別為云臺(tái)彩色攝像機(jī)和光端機(jī)安裝了額定電流1.5倍的保險(xiǎn)絲，分別為2a和2.5a，根據(jù)設(shè)備需要提供以下部分電源輸出，dc6v、dc12v、dc24v，我們?cè)诖税惭b了dc-dc轉(zhuǎn)換器，其輸出可以提供較大的電流。3.6 蓄電池容量監(jiān)視儀設(shè)計(jì)-蓄電池容量的在線分析-智能化的監(jiān)測(cè)模式-開放的通訊接口集成自主的發(fā)明專利技術(shù)，首次突破性解決蓄電池組的容量在線分析的技術(shù)難題，輔以蓄電池的電壓、電流、溫度等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)蓄電池組的在線監(jiān)測(cè)的智能化；同時(shí)開發(fā)的rs485通信串口，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通訊。蓄電池在線監(jiān)測(cè)的智能化，完成對(duì)于蓄電池運(yùn)行參數(shù)、性能參數(shù)的全系列參數(shù)測(cè)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)于蓄電池充放電管理以及

31、對(duì)于蓄電池組的在線診斷，分析各個(gè)蓄電池的一致性，發(fā)現(xiàn)電池組中每只蓄電池的性能變化，甄別落后電池，提供蓄電池組準(zhǔn)確的當(dāng)前容量。lm109-1202 1組蓄電池組（2v，12只蓄電池組） 技術(shù)特點(diǎn)：可靠的耐高壓、抗干擾性能 采用特殊的電源處理技術(shù)，解決eps高壓下的可靠性；獨(dú)特的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)（dsp）,有效去除逆變電源的寬頻干擾。蓄電池組容量的在線分析診斷 利用自主的發(fā)明專利技術(shù)，國(guó)內(nèi)外首次突破實(shí)現(xiàn)蓄電池組容量的在線分析診斷。智能化的監(jiān)測(cè)模式 對(duì)蓄電池組的充電/放電的電流、電池組電壓、單電池電壓以及運(yùn)行溫度，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保證蓄電池組運(yùn)行的安全性。模塊化的設(shè)計(jì) 模塊化的設(shè)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)化19英寸的安

32、裝尺寸，易于現(xiàn)場(chǎng)的安裝與調(diào)試。開放的通信接口 開發(fā)的rs485接口，實(shí)現(xiàn)蓄電池組的網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)以及與上位機(jī)通訊。上傳數(shù)據(jù)采集模塊2v，12只蓄電池組連接示意圖：技術(shù)參數(shù)：測(cè)量項(xiàng)目lm109-1202測(cè)量范圍測(cè)量精度電池組充/放電電流1路500a500a2%電池組電壓1路0100v0.2%單電池電壓12路03v0.2%蓄電池組容量1路0100%10%蓄電池組運(yùn)行溫度1路455013.6.2太陽(yáng)能光伏供電系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)3.6.2.1系統(tǒng)監(jiān)測(cè)軟件技術(shù)特點(diǎn)通用性本監(jiān)測(cè)軟件的設(shè)計(jì)符合國(guó)際工業(yè)監(jiān)控與開放式設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)， 具有高精度、高可靠性和安全性的特點(diǎn)。應(yīng)用現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)與微處理器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)測(cè)量和數(shù)據(jù)

33、采集：采用現(xiàn)代通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，利用計(jì)算機(jī)軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，完成數(shù)據(jù)處理。準(zhǔn)確性（1） 告警準(zhǔn)確率：100%（2） 對(duì)監(jiān)控設(shè)備的控制準(zhǔn)確率：100%（3） 測(cè)試的技術(shù)參數(shù)的精度，達(dá)到或超過(guò)了國(guó)家相關(guān)行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求穩(wěn)定性 可靠性 安全性（1） 本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)某一子系統(tǒng)運(yùn)行異常，不影響系統(tǒng)中其它子系統(tǒng)的正常運(yùn)行（2） 本檢測(cè)系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用可靠的電氣隔離，具有良好的電磁兼容性和電氣隔離性能，與被監(jiān)測(cè)對(duì)象的連接點(diǎn)均為全隔離，因此，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)若出現(xiàn)硬件或軟件方面的故障，均不會(huì)影響被監(jiān)測(cè)設(shè)備的正常運(yùn)行（3） 本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有自診斷功能，對(duì)通信中斷、軟硬件故障應(yīng)能夠診出故障并及時(shí)告警（4） 軟件系

34、統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)管理和維護(hù)人員進(jìn)行多級(jí)權(quán)限分類區(qū)分，以限制各級(jí)別用戶對(duì)系統(tǒng)的訪問(wèn)和操作能力，保證系統(tǒng)操作的安全便于維護(hù)（1） 系統(tǒng)運(yùn)行在線進(jìn)行狀態(tài)診斷和監(jiān)測(cè)，能早期和及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，便于對(duì)系統(tǒng)故障有針對(duì)性的維護(hù)和處理，利用檢測(cè)系統(tǒng)軟件完成蓄電池的日常維護(hù)工作（2） 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和規(guī)范化標(biāo)識(shí)保證軟件的可維護(hù)性要求擴(kuò)充性 軟件設(shè)計(jì)采用模塊化可擴(kuò)充結(jié)構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)化模塊接口，便于系統(tǒng)適應(yīng)不同規(guī)模和功能要求的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開放性 網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議符合國(guó)際網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，操作系統(tǒng)應(yīng)選用國(guó)際通用操作平臺(tái)。檢測(cè)軟件全中文界面，圖形方式直觀、簡(jiǎn)潔、實(shí)用，用戶可根據(jù)自己設(shè)備的實(shí)際布放形式調(diào)整界面示意圖3.

35、6.2.2系統(tǒng)檢測(cè)軟件功能 a數(shù)據(jù)采集：采集前端電壓、容量、充放電電流、充放電ah數(shù)、蓄電池表面溫度、蓄電池充電循環(huán)階段、讀寫時(shí)間等參數(shù)，以及參數(shù)在當(dāng)天的最高、最低值。數(shù)據(jù)采集周期滿足30秒一次-每30分鐘一次可調(diào)，也可根據(jù)需要對(duì)此范圍調(diào)整b、數(shù)據(jù)顯示：顯示74個(gè)采集點(diǎn)的最后一次采集數(shù)據(jù)，并能顯示任意選取點(diǎn)的當(dāng)前狀態(tài)、以曲線形式顯示選擇點(diǎn)各參數(shù)的狀態(tài)變化c報(bào)警顯示：對(duì)前端采集點(diǎn)狀態(tài)報(bào)警，以聲光報(bào)警的形式顯示、實(shí)現(xiàn)電池溫度、電池容量、電池質(zhì)量、電池電壓、充放電電流、充放電ah數(shù)等狀態(tài)報(bào)警，各報(bào)警狀態(tài)可通過(guò)軟件設(shè)置是否顯示，所有報(bào)警記錄保存在數(shù)據(jù)庫(kù)d數(shù)據(jù)保存：采集數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，支持sql ser

36、ver 和 mysql，設(shè)定數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間、支持?jǐn)?shù)據(jù)自動(dòng)更新，也可根據(jù)硬盤空間確定數(shù)據(jù)更新e數(shù)據(jù)查詢：按日期、時(shí)間查詢歷史數(shù)據(jù)，以報(bào)表和曲線圖兩種形式顯示查詢結(jié)果f予留接口：監(jiān)控軟件提供tcp/ip和串口通訊協(xié)議，為二次開發(fā)提供接口?？筛鶕?jù)客戶需求增加相應(yīng)接口3.7 太陽(yáng)電池方陣支架設(shè)計(jì)3.7.1 概述為防止用于室外支撐太陽(yáng)電池的支架受到腐蝕而威脅到整個(gè)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的安全運(yùn)行,采用表面噴塑處理的50*50*5熱鍍鋅角鋼材料作為太陽(yáng)電池方陣的支架。由于太陽(yáng)電池方陣占用一定的面積，考慮到當(dāng)?shù)貢?huì)有瞬時(shí)的大風(fēng)，將方陣分成若干個(gè)單元（由3塊組件豎放排列，如圖所示），單元之間留有一定得通風(fēng)間隙，這樣可以將

37、方陣的受力減輕。185w*33塊太陽(yáng)能電池板并聯(lián)安裝 在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮的主要因素是：支架及組件的自重大小、風(fēng)壓情況、積雪作用和地震等。通過(guò)計(jì)算確定選用材料的材質(zhì)及強(qiáng)度規(guī)格，從而保證太陽(yáng)電池方陣安全與可靠地使用，確保太陽(yáng)電池方陣的使用壽命達(dá)到預(yù)期的要求。3.7.2 設(shè)計(jì)條件（1） 采用固定荷重g和因風(fēng)雨產(chǎn)生的風(fēng)壓荷重w的短期復(fù)合荷重。（2） 沒(méi)有積雪的一般地區(qū)，最大風(fēng)速設(shè)定為40m/s.3.7.3 強(qiáng)度計(jì)算計(jì)算因從支架前面吹來(lái)（順風(fēng)）的風(fēng)壓和從支架后面吹來(lái)（逆風(fēng)）的風(fēng)壓引起的材料的彎曲強(qiáng)度和彎曲量，支撐臂的壓縮以及拉伸強(qiáng)度，安裝螺栓的強(qiáng)度等，并確認(rèn)強(qiáng)度。1. 結(jié)構(gòu)材料角鋼框及支撐臂采用l5050

38、t5,因此截面二次力矩im和截面系數(shù)z有熱軋成型鋼的截面特性得下面數(shù)值。因?yàn)槭堑冗呏苯切弯?，取x軸y軸向的任何方向都是同樣的數(shù)值。im=11.21cm4z=3.13cm32. 荷重計(jì)算（1） 固定荷重（g）組件荷重：gm=12 .0kg x 2 x 9.8m/ s 2=235.2n角鋼框自重：gk1=3.77kg/m x 1.53m x 2 x 9.8m/ s 2=113n鋼架自重：gk2=3.77kg /m x 3.0m x 2 x 9.8m/s 2=222n其他結(jié)構(gòu)材料等:gk3=10kg x 9.8m/s 2 =98n固定荷重g= gm + gk1+ gk2+ gk3=668.2n（2）

39、 風(fēng)壓荷重（w）假設(shè)從陣列前面出來(lái)的風(fēng)（順風(fēng)）的風(fēng)壓荷重w（n）=1/2 x (cw x x v02 x s) x x i x jcw-風(fēng)力系數(shù)=1.028 -空氣密度=1.274n.s2/m4v0 -風(fēng)速=40m/ss -受風(fēng)面積=1.2 x 1.3=1.56(m2)-高度補(bǔ)償系數(shù)=(11/10)1/5=1.048i -用途系數(shù)=假設(shè)為通常的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng),系數(shù)為1.0j -環(huán)境系數(shù)=假設(shè)為像海面上那樣沒(méi)有障礙物的平坦地,系數(shù)1.15w（n）=1/2 x 1.028 x 1.274 x 402 x 1.56 x 1.048 x 1.0 x 1.151970n從陣列后面吹來(lái)的風(fēng)(逆風(fēng))的風(fēng)

40、壓荷重w，（n）,風(fēng)力系數(shù)變更為cw-風(fēng)力系數(shù)=1.382w，（n）=1/2 x 1.382 x 1.274 x 402 x 1.56 x 1.048 x 1.0 x 1.15=2648n該風(fēng)壓荷重對(duì)太陽(yáng)能電池陣列為上吹荷重（揚(yáng)力）作用。（3） 總荷重順風(fēng)時(shí)：g+w=668.2+1970=2638.2n逆風(fēng)時(shí): g-w=668.2-2648=-1979.8n3、 角鋼框架如圖所示：認(rèn)為是受到均布荷重的懸空橫梁。從a點(diǎn)到c點(diǎn)間均布荷重作用，為使角鋼框架不被破壞地找平衡，在a點(diǎn)、b點(diǎn)上產(chǎn)生對(duì)荷重的反作用力和力矩。作用于a、b點(diǎn)的反作用力，和作用在b、c點(diǎn)的反作用力完全相同，即只對(duì)a-b間部分的簡(jiǎn)支

41、梁考慮。4、 a-b間的彎曲應(yīng)力順風(fēng)時(shí)a-b點(diǎn)上發(fā)生的彎曲力矩m=wl/8w-單位長(zhǎng)度的荷重=2638.2/1.531725（n/m） l-跨距長(zhǎng)=0.765m所以，m=17250765（）應(yīng)力因?yàn)榻卿摽蚣苁褂?，所以截面系?shù)cm2角鋼框左右共根，變?yōu)?，即（）（）由于所使用材料的彎曲允許應(yīng)力為，則有（），所以是安全的。逆風(fēng)時(shí)點(diǎn)上發(fā)生的彎曲力矩0765（）（）應(yīng)力（）（）（），所以是安全的。5、a-b間的彎曲順風(fēng)時(shí)，角鋼框架的彎曲1=5pt x l3/(384 x e x im)pt-總荷重=2638.2ne-材料的縱向彈性系數(shù)=20.6x106n/cim-截面二次力矩=11.21cm42=5x2

42、638.2x76.53/(384x20.6x106x(11.21x2)0.034(cm)對(duì)于跨距長(zhǎng)76.5cm，最大的位移量0.034cm,因此它的比為0.134/300，這與鋼結(jié)構(gòu)的材料彎曲允許界限值1/300比較小，不成問(wèn)題。逆風(fēng)時(shí)，總荷重=1979.8n角鋼框架的彎曲=5x1979.8x76.53/(384x20.6x106x(11.21x2)0.025(cm)對(duì)于跨距長(zhǎng)76.5cm，最大位移量0.025cm,因此它的比為0.098/300,這與鋼結(jié)構(gòu)的材料彎曲允許界限值1/300比較小，不成問(wèn)題。、支撐臂的壓曲與截面寬度比較長(zhǎng)度長(zhǎng)的支柱應(yīng)當(dāng)受到壓縮時(shí)，彎曲破壞的幾率高于壓縮破壞。這稱為

43、柱的壓曲，此時(shí)的荷重稱為壓曲荷重。如圖所示支撐臂結(jié)構(gòu)的壓曲。 壓曲荷重（歐拉公式）x2 x e x im /lpk 壓曲荷重（n）n 由兩端的支撐條件決定的系數(shù)，兩端 合葉鉸接的場(chǎng)合為1.0e 材料的縱向彈性系數(shù)=20.6x106n/cim 截面二次力矩=11.21cm4l軸長(zhǎng)=113.7cmpk =1.0x2 x20.6 x10 6 x11.21/113.7 2 176121(n)支撐臂有2根，每根承擔(dān)的總荷重為2638.2/21320（n）,因而（1320/176121）1，所以安全。7、支撐臂的拉伸強(qiáng)度 逆風(fēng)的場(chǎng)合，風(fēng)壓荷重w對(duì)支撐臂起拉伸荷重的作用，變?yōu)樯洗岛芍兀〒P(yáng)力）。 此上吹荷重，

44、由2個(gè)支撐臂，假設(shè)由2個(gè)單純支撐臂承受。8、安裝螺栓的強(qiáng)度 作為角鋼框架和支撐臂的安裝螺栓，采用m10熱鍍鋅螺栓。允許剪切應(yīng)力9800n/c。這個(gè)螺栓上產(chǎn)生的最大應(yīng)力是順風(fēng)時(shí)的剪切應(yīng)力 =p/(2xa)p總荷重=2638.2na螺栓內(nèi)槽的截面積=0.58c =2638.2/(2x0.58)2274.3n/c所以，一個(gè)螺栓的剪切應(yīng)力為2274.3/4=568.6n/c,因而（568.6/9800）1，所以安全。、支撐臂的壓曲與截面寬度比較長(zhǎng)度長(zhǎng)的支柱應(yīng)當(dāng)受到壓縮時(shí)，彎曲破壞的幾率高于壓縮破壞。這稱為柱的壓曲，此時(shí)的荷重稱為壓曲荷重。如圖所示支撐臂結(jié)構(gòu)的壓曲。亞曲荷重（歐拉公式）x2 x e x

45、im /lpk 壓曲荷重（n）n 由兩端的支撐條件決定的系數(shù)，兩端 合葉鉸接的場(chǎng)合為1.0e 材料的縱向彈性系數(shù)=20.6x106n/cim 截面二次力矩=11.21cm4l軸長(zhǎng)=113.7cmpk =1.0x2 x20.6 x10 6 x11.21/113.7 2 176121(n)支撐臂有2根，每根承擔(dān)的總荷重為2638.2/21320（n）,因而（1320/176121）1，所以安全。3.8 蓄電池保溫箱設(shè)計(jì)3.8.1 產(chǎn)品特點(diǎn)a堅(jiān)固、阻燃、保溫保溫箱體采用1.0mm冷軋鋼板，堅(jiān)固耐用；箱內(nèi)保溫層厚60mm，用性能穩(wěn)定的聚氨酯保溫材料，其密度小，導(dǎo)熱系數(shù)低，阻燃，耐低溫，抗腐蝕的特點(diǎn)，能

46、和箱體良好接觸，整體達(dá)到最佳保溫效果，在-1040條件下，能確保48小時(shí)內(nèi)溫度保持在030，考慮到電池放電時(shí)自身微量散熱，更可持久確保保溫箱內(nèi)溫度；門體采用螺栓緊固連接，用耐低溫的硅橡膠條密封，形成近似密閉的保溫防水空間。b.散熱、透氣 電池正常工作對(duì)環(huán)境溫度要求最好在2030，低溫降低電池充放電容量，高溫導(dǎo)致電池使用壽命減少，電池在工作中易發(fā)生熱失控，所以散熱性能與保溫性能同樣重要，針對(duì)這一要求，在箱體出線孔設(shè)計(jì)有透氣孔，保持與外界空氣有細(xì)微的傳遞。c.防腐、防潮、防酸、防雨柜體采用表面光潔的冷軋鋼板，熱鍍鋅后，內(nèi)、外表面均經(jīng)噴塑處理，形成有一定韌性物理表面，具有防腐、防潮、防酸、耐沖擊、長(zhǎng)期穩(wěn)定的特點(diǎn)。蓄電池保溫箱底部有橡膠襯板，蓄電池與箱體有效隔開，防止電池液偶然泄露對(duì)箱體的腐蝕。d.防盜針對(duì)本工程電池保溫箱放置在外場(chǎng)環(huán)境直埋地下的特點(diǎn)，箱蓋設(shè)計(jì)帶暗鎖。出線孔外配置專用波紋軟管（標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度：1米）3.8.2 實(shí)現(xiàn)性能1、在-10環(huán)境下，能確保48小時(shí)內(nèi)溫度不低于0。保溫層厚60mm用性能穩(wěn)定的聚氨酯保溫材料，其密度小，導(dǎo)熱系數(shù)低，阻燃，耐低溫，抗腐蝕的特點(diǎn)，能和箱體良好接觸，整體達(dá)到最佳保溫效果。2、門體采用插接式、用搭扣鎖緊，用耐低溫的硅橡膠條密封，