離網(wǎng)光伏系統(tǒng)設(shè)計

1、離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)容量設(shè)計一任務(wù)目標(biāo)1.掌握容量設(shè)計的步驟和思路。2.掌握光伏發(fā)電系統(tǒng)的容量設(shè)計方法。3.了解光伏發(fā)電系統(tǒng)容量設(shè)計考慮的相關(guān)因素。二任務(wù)描述光伏發(fā)電系統(tǒng)容量設(shè)計主要涉及蓄電池容量、蓄電池串并聯(lián)數(shù)、光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量、光伏組件串并聯(lián)數(shù)的計算。本實驗報告主要以兩種常見的計算方法為主。計算過程中需要注意不同容量單位之間的換算。三任務(wù)實施1.容量設(shè)計的步驟及思路：光伏發(fā)電系統(tǒng)容量設(shè)計的主要目的是計算出系統(tǒng)在全年內(nèi)能夠可靠工作所需的太陽能電池組件和蓄電池的數(shù)量。主要步驟:2.蓄電池容量和蓄電池組的設(shè)計：（1） 基本計算方法及步驟將負(fù)載需要的用電量乘以根據(jù)實際情況確定的連續(xù)陰雨天數(shù)得到初步

2、的蓄電池容量。陰雨天數(shù)的選擇可參照如下：一般負(fù)載，如太陽能路燈等，可根據(jù)經(jīng)驗或需要在3-7內(nèi)選取，重要的負(fù)載。如通信、導(dǎo)航、醫(yī)院救治等，在7-15內(nèi)選取。蓄電池容量除以蓄電池的允許最大放電深度。一般情況下，淺循環(huán)型蓄電池選用50%的放電深度，深循環(huán)型蓄電池選用75%的放電深度。綜合得電池容量的基本公式為式中，電量的單位是，如果電量的單位是，先將折算為，折算關(guān)系如下：（2） 相關(guān)因素的考慮 上 放電率對蓄電池容量的影響。蓄電池的容量隨著放電率的改變而改變，這樣會對容量設(shè)計產(chǎn)生影響。計算光伏發(fā)電系統(tǒng)的實際平均放電率。溫度對蓄電池容量的影響。蓄電池的實際容量會隨著溫度的變化而變化，當(dāng)溫度下降時，蓄電

3、池的實際容量下降；溫度升高時，蓄電池的實際容量略有升高。蓄電池的實際容量與溫度的關(guān)系如圖4-3所示曲線所示。 圖4-3 蓄電池容量-溫度修正曲線（200h）受低溫的影響,蓄電池的容量設(shè)計還要考慮蓄電池的最大放電深度,圖4-4所示是一般蓄電池的最大放電深度與溫度的關(guān)系,蓄電池容量設(shè)計可參考4-4所得到的最大放電深度。圖4-4 蓄電池最大放電深度-溫度修正曲線(3) 實際蓄電池容量的計算考慮以上相關(guān)因素之后，將有關(guān)修正系數(shù)代入有（2） 蓄電池串并聯(lián)數(shù)的確定當(dāng)計算出所需的蓄電池容量后，接下來要確定蓄電池的串并聯(lián)數(shù)，計算公式為： ， （3） 應(yīng)用舉例建立一套光伏發(fā)電系統(tǒng)給一個地處偏遠(yuǎn)的通信基站供電，該

4、系統(tǒng)的負(fù)載有兩個：負(fù)載一，工作電流為0.8A，每天工作24h。負(fù)載二，工作電流為4.8A，每天工作12h，該系統(tǒng)所處地區(qū)每天內(nèi)的平均最低溫度為-20攝氏度，系統(tǒng)的自給時間為6天，使用深循環(huán)工業(yè)用蓄電池（最大DOD為80%）。試計算蓄電池組的容量。因為該光伏發(fā)電系統(tǒng)所在地區(qū)每天內(nèi)的平均最低溫度為-20攝氏度，所以必須修正蓄電池的最大允許放電深度。由圖4-4所示的曲線可以確定最大允許放電深度約為50%。根據(jù)典型容量-溫度變化曲線，與平均放電率計算數(shù)值最為接近的放電率為200小時率，由圖4-3可知，蓄電池的低溫修正系數(shù)為0.75。放電率修正系數(shù)可參考蓄電池廠家提供的說明書，此處取0.85。（4） 太

5、陽能電池組件串并聯(lián)數(shù)的設(shè)計1.基本計算方法： 太陽能電池組件設(shè)計的基本思想是滿足負(fù)載日平均用電量的需求，基本方法是用負(fù)載日平均用電量（A.h）除以電池組件日平均發(fā)電量，得到系統(tǒng)所需組件的并聯(lián)數(shù)目；將系統(tǒng)工作電壓除以太陽能電池組件的峰值電壓，得到系統(tǒng)所需組件的串聯(lián)數(shù)目。基本計算公式為:組件日平均發(fā)電量=組件峰值電流（A）峰值日照時數(shù)（h）在計算組件的并聯(lián)數(shù)時，如果負(fù)載用電量的單位為W.h，注意把單位換算成A.h。系數(shù)1.43是組件峰值電壓與系統(tǒng)工作電壓的比值。例如，為工作電壓為12V的系統(tǒng)供電的組件的峰值電壓是1717.5V；為工作電壓為24V的系統(tǒng)供電組件的峰值電壓為34V34.5V等。因此為

6、方便計算，用系統(tǒng)工作電壓乘以1.43即為該組件或整個陣列峰值電壓的近似值。2.相關(guān)因素的考慮：組件實際功率的損耗在光伏發(fā)電系統(tǒng)的實際應(yīng)用中，太陽能電池組件的實際輸出功率會因各種因素的影響而有所下降?；覊m的覆蓋、組件自身的功率衰減、線路的損耗等因素是主要因素。因此，設(shè)計時組件功率損耗按10%計算。逆變器的損耗 逆變器在實現(xiàn)各種功能時，要消耗一定的電能，不同的逆變器損耗的電能不同。一般情況下，設(shè)計時逆變器轉(zhuǎn)換的損失按10%計算。如果負(fù)載是直流負(fù)載時，逆變器的損耗不計。蓄電池充電的損耗 由于蓄電池在轉(zhuǎn)換儲存電能的過程中產(chǎn)生熱量，電解水蒸發(fā)等產(chǎn)生一定的損耗，即蓄電池的充電效率根據(jù)蓄電池的不同可在90%

7、95%選取。因此在設(shè)計時，也要根據(jù)蓄電池的不同，將電池組件的功率增加5%10%，以抵消蓄電池充電過程的損耗。（3）實際組件串并聯(lián)數(shù)的確定 在考慮上述各種因素的影響后，引入相關(guān)修正系數(shù)得：(4) 應(yīng)用舉例 在一個偏遠(yuǎn)地區(qū)建設(shè)的光伏發(fā)電系統(tǒng)為以下負(fù)載供電:熒光燈4盞,每盞功率40W,每天工作4H,電視機(jī)1臺,每臺功率為70W,每天工作5H，系統(tǒng)工作電壓為24V.選用組件參數(shù):峰值電壓為17.4V,峰值電流為5.75A.當(dāng)?shù)氐姆逯等照諘r間為3.43H.修正因數(shù):充電效率為0.9,組件損耗系數(shù)為0.9,試確定組件的數(shù)目.4 .容量的其他設(shè)計方法蓄電池組容量的計算蓄電池的容量Bc計算公式為式中,A-安全

8、系數(shù),取之在1.11.4之間-負(fù)載日平均用電量,單位為。最長連續(xù)陰雨天數(shù)-溫度修正系數(shù),一般在0以上取1,-100取1.1,-10以下取1.2-蓄電池放電深度,一般鉛蓄電池取0.75,堿性鎘鎳蓄電池取0.85。(2) 光伏組件串聯(lián)數(shù)-光伏陣列輸出最小電壓,單位為V-光伏組件的最佳工作電壓，單位為V-蓄電池浮充電壓,單位為V-二極管導(dǎo)通電壓,一般取0.7V-其他因數(shù)引起的壓降,單位為V蓄電池的浮充電壓和所選的蓄電池參數(shù)有關(guān),應(yīng)等于在最低溫度下所選蓄電池單體的最大工作電壓乘以串聯(lián)的電池數(shù)。(3) 光伏組件并聯(lián)數(shù)在確定Np之前,先確定其相關(guān)量的計算方法。將光伏陣列安裝地點(diǎn)的太陽能水平面日輻射量Ht,

9、轉(zhuǎn)換成在標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)下的平均日輻射時數(shù)(水平面日輻射量參見表4-1)式中, 為將日輻射量換算為標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)下的平均日輻射時間的系數(shù) 光伏組件日發(fā)電量Qp式中 ：- 光伏組件的最佳工工作電流,單位為A- 斜面修正系數(shù)(參照本項目任務(wù)1)- 修正系數(shù),主要為組合,衰減,灰塵,充電效率等的損失,一般取0.8 兩組最長連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)Nw,此數(shù)據(jù)為本設(shè)計的獨(dú)特之處,主要考慮要在此段時間內(nèi)將虧損的蓄電池電量補(bǔ)充起來,需補(bǔ)充的蓄電池容量：光伏組件并聯(lián)數(shù)Np的計算方法為： 并聯(lián)的光伏組件數(shù)需考慮在兩組連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)內(nèi)所發(fā)電量,不僅供負(fù)載使用,還需補(bǔ)足蓄電池在最長連續(xù)陰雨天內(nèi)所虧損電量。 光伏陣列的功率計算根據(jù)光伏組件的串并聯(lián)數(shù),即可得出所需光伏陣列的功率。式中,Po-光伏組件的額定功率。 (5)設(shè)計實例以廣州某地面衛(wèi)星接收站為例,負(fù)載電壓為12V,功率為25W,每天工作24H，最長連續(xù)陰天數(shù)為15天，兩個最長連續(xù)陰雨天最短間隔天數(shù)為30天，太陽能電池采用某廠生產(chǎn)的38D