太陽能電池培訓(xùn)手冊

第一部分地面太陽電池發(fā)電系統(tǒng)太陽電池發(fā)電系統(tǒng)（又稱光伏發(fā)電系統(tǒng)），按其使用場所不同，可分為空間應(yīng)用和地面應(yīng)用兩大類。在地面可以作為獨(dú)立的電源使用，也可以與風(fēng)力發(fā)電機(jī)或柴油機(jī)等組成混合發(fā)電系統(tǒng)，還可以與電網(wǎng)聯(lián)接，向電網(wǎng)輸送電力。目前應(yīng)用比較廣泛的光伏發(fā)電系統(tǒng)主要是作為地面獨(dú)立電源使用。第一節(jié) 獨(dú)立光伏系統(tǒng)系統(tǒng)概述通常的獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽電池方陣、蓄電池、控制器以及阻塞二極管組成,其方框圖如下：阻塞二極管控制器太陽1蓄負(fù)電池電載方陣池太陽電池方陣方陣的作用是將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，供給負(fù)載使用。一般由若干太陽電池組件按一定方式連接，再配上適當(dāng)?shù)闹Ъ芗敖泳€盒組成。蓄電池組蓄電池組是太陽電池方陣的貯能裝置，其作用是將方陣在有日照時(shí)發(fā)岀的多余電能貯存起來，在晚間或陰雨天供負(fù)載使用。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池處于浮充放電狀態(tài)，夏天日照量大，除了供給負(fù)載用電外，還對蓄電池充電；在冬天日照量少，這部分貯存的電能逐步放出，在這種季節(jié)性循環(huán)的基礎(chǔ)上還要加上小得多的日循環(huán)，白天方陣給蓄電池充電，（同時(shí)方陣還要給負(fù)載用電），晚上則負(fù)載用電全部由蓄電池供給。因此，要求蓄電池的自放電要小，而且充電效率要高，同時(shí)還要考慮價(jià)格和使用是否方便等因素。常用的蓄電池有鉛酸蓄電池和硅膠蓄電池，要求較高的場合也有價(jià)格比較昂貴的鎳鎘蓄電池?？刂破髟诓煌愋偷墓夥l(fā)電系統(tǒng)中控制器各不相同，其功能多少及復(fù)雜程度差別很大，需根據(jù)發(fā)電系統(tǒng)的要求及重要程度來確定?？刂破髦饕呻娮釉骷x表、繼電器、開關(guān)等組成。在簡單的太陽電池，蓄電池系統(tǒng)中，控制器的作用是保護(hù)蓄電池，避免過充，過放。若光伏電站并網(wǎng)供電，控制器則需要有自動監(jiān)測、控制、調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)換等多種功能。如果負(fù)載用的是交流電，則在負(fù)載和蓄電池間還應(yīng)配備逆變器，逆變器的作用就是將方陣和蓄電池提供的低壓直流電逆變成220伏交流電，供給負(fù)載使用。阻塞二極管也稱作為反充二極管或隔離二極管，其作用是利用二極管的單向?qū)щ娦宰柚篃o日照時(shí)蓄電池通過太陽電池方陣放電。對阻塞二極管的要求是工作電流必須大于方陣的最大輸出電流，反向耐壓要高于蓄電池組的電壓。在方陣工作時(shí)，阻塞二極管兩端有一定的電壓降，對硅二極管通常為0.6?0.8;肖特基或鍺管0.3V左右。第二節(jié)太陽電池組件太陽電池是將太陽光直接轉(zhuǎn)換為電能的最基本元件。但單體太陽電池是不能直接做為電源使用的。因?yàn)閱误w電池薄而脆，容易碎裂，其電極的耐濕，耐腐蝕性能也還不能滿足長期裸露使用的要求，而且單體太陽電池的工作電壓太低，遠(yuǎn)不能滿足一般用電設(shè)備的電壓要求。因而需根據(jù)使用要求將若干單體電池進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪B接并經(jīng)過封裝后，組成一個(gè)可以單獨(dú)對外供電的最小單元即組件。1.2.1組件電氣性能的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)中主要是確定組件工作電壓和功率這兩個(gè)參數(shù)。同時(shí)還要根據(jù)目前材料、工藝水平和長壽命的要求，讓組件面積比較合適，并讓單體電池之間的連接可靠，且組合損失較小。通過對單體太陽電池進(jìn)行適當(dāng)?shù)拇?、并?lián)，以滿足不同的需要。電池串聯(lián)時(shí)，兩端電壓為各單體電池中電壓之和，電流等于各電池中最小的電流；并聯(lián)時(shí)，總電流為各單體電池電流之和，電壓取平均值。組件設(shè)計(jì)舉列：用①40mm的單晶硅太陽電池（效率為 8.5%）設(shè)計(jì)一工作電壓為1.5伏,峰值功率為1.2瓦的組件。單晶硅電池的工作電壓為：V=0.41v則串聯(lián)電池?cái)?shù)： 2=1.5/0.41=3.66片，取M=4片單體電池面積：s=n4d2=n貳/4=12.57cm2單體電池封裝后功率： Pm=100mv/cm2x12.5785%X95%=100mw=0.1w式中95%是考慮封裝時(shí)的失配損失需太陽電池總的片數(shù)：N=1.2/0.1=12片太陽電池并聯(lián)數(shù)：N=N/Ns=12/4=3組故用12片①40mm的單晶硅太陽電池四串三并，即可滿足要求聯(lián)接的方法如圖7.1但這種聯(lián)接方法有缺點(diǎn)，一旦其中一片電池?fù)p壞、開路或被陰影遮住，損失的不是一片電池的功率，而是整串電池都將失去作用，這在串聯(lián)電池?cái)?shù)目較多時(shí)影響尤為嚴(yán)重。為了避免這種情況，可以用混聯(lián)（或稱網(wǎng)狀連接）的對應(yīng)的電池之間連片連接起來，如圖7.2，這樣，即使有少數(shù)電池失效（如有陰影線的），也不致于對整個(gè)輸岀造成嚴(yán)重?fù)p失。圖串并聯(lián)圖混聯(lián)組件的結(jié)構(gòu)單體電池聯(lián)接后，即可進(jìn)行封裝，以前組件的結(jié)構(gòu)多數(shù)是：正面用透光率高的玻璃覆蓋，太陽電池的前后面都用透明的硅橡膠粘接，背面用鋁板式玻璃作依托，四周用鋁質(zhì)或不銹鋼作邊框，引出正負(fù)極即成組件。這種組件質(zhì)量不易保證，封裝勞動強(qiáng)度大。近些年來，國內(nèi)外組件大多已采用新型結(jié)構(gòu)；正面采用高透光率的鋼化玻璃，背面是一層聚乙烯氟化物膜，電池兩邊用EVA或PVB膠熱壓封裝，四周是輕質(zhì)鋁型材邊框，有接線盒引出電極。組件封裝后，由于蓋板玻璃，密封膠對透光的影響及各單體電池之間性能失配等原因，組件效率一般要比電池效率低 5?10%，但他也有些玻璃膠的厚度及折射率等匹配較好，封裝后反而使效率有所提高。太陽電池組件經(jīng)常暴露在陽光下直接經(jīng)受當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境的的影響，這種影響包括環(huán)境、氣象和機(jī)械因素。為了保證使用的可靠性，工廠生產(chǎn)的太陽組件在正式投產(chǎn)之前一般要經(jīng)過一系列的性能和環(huán)境試驗(yàn)，濕、溫度循環(huán)、熱沖擊、高溫高濕度老化、鹽水噴霧、低濕老化、耐氣候性、室外曝曬、沖擊、振動等試驗(yàn)，如應(yīng)用在特殊場合還要進(jìn)行一些專門試驗(yàn)。工廠生產(chǎn)的通用組件一般都已考慮了蓄電池所需充電電壓，阻塞二極管和線路壓降，以及溫度變化等因素而進(jìn)行了專門的設(shè)計(jì)，如用 36?40片晶體硅太陽電池串聯(lián)而成的組件即可充分滿足對12V蓄電池的充電需要。各種組件功率大小從數(shù)瓦到數(shù)十瓦不等，用戶選用非常方便。太陽電池方陣在實(shí)際使用中，往往一塊組件并不滿足使用現(xiàn)場的要求，可將若干組件按一定方式組裝，在固定的機(jī)械結(jié)構(gòu)上，形成直流發(fā)電的單元，即為太陽電池方陣。太陽電池方陣在安裝的時(shí)候，應(yīng)固定牢靠，能夠經(jīng)受當(dāng)?shù)刈畲箫L(fēng)力。且離地面要有一定的高度，以免冬天積雪掩埋。方陣與地面之間要有一定的傾角。有些方陣的組件兩端并聯(lián)有旁路二極管，有的方陣帶有跟蹤系統(tǒng)成聚光裝置，下面分別加以討論：1.2。3。1方陣的傾角太陽電池方陣通常是面向赤道放置，相對地平面有一定傾角。傾角不同，各個(gè)月份方陣面接收的太陽輻射量差別很大。對于全年負(fù)載均勻的固定式光伏方陣，如果設(shè)計(jì)斜面的輻射量小，意味著需要更多的太陽電池來保證向用戶供電；如果傾面各月太陽輻射量起伏很大，意味著需要大量的蓄電池來保證太陽輻射量低的月份的用電供應(yīng)。這些都會提高整個(gè)系統(tǒng)的耗費(fèi)。因此，確定方陣的最優(yōu)傾角是光伏發(fā)電系統(tǒng)中不可缺少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。對于方陣傾角的選擇應(yīng)結(jié)合以下要求進(jìn)行綜合考慮：連續(xù)性。一年中太陽輻射總量大體上是連續(xù)變化的，多數(shù)是單調(diào)升降，個(gè)別也有少量起伏，但一般不會大起大落。均勻性。選擇傾角，最好使方陣表面上全年接收到的日平均輻射量比較均勻，以免夏天接收輻射量過大，造成浪費(fèi)；而冬天接受到的輻射量太小，造成蓄電池過放以至損壞，降低系統(tǒng)壽命，影響系統(tǒng)供電穩(wěn)定性。極大性。選擇傾角時(shí)，不但要使方陣表面上輻射量最弱的月份獲得最大的輻射量，同時(shí)還要兼顧全年日平均輻射量不能太小。同時(shí)，對特定的情況要作具體分析。如，有些特殊的負(fù)載（灌溉用水泵、制冷機(jī)等，）夏天消耗功率多，方陣傾角的取值當(dāng)然應(yīng)使得方陣夏日接收輻射量相對冬天要多才合適。旁路二極管為了保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，有些系統(tǒng)還在組件兩端并聯(lián)旁路二極管，其作用是在組件開路或遮蔭時(shí)，提供電流通路，不致于使整串組件失效（見下圖）。使用時(shí)要注意極性，旁路二極管的正極與太陽電池組件的負(fù)極相連，負(fù)極與組件的正極相連，不可接錯。平時(shí)旁路二極管處于反向偏置狀態(tài)，基本不消耗電能。顯然，旁路二極管的耐壓和允許通過正向電流應(yīng)大于組件的工作電壓及電流。圖旁路二極管的連接.3跟蹤系統(tǒng)由于太陽的方位角和高度角每日每時(shí)都在作周期性的變化。固定方陣接收的太陽輻射能只有在中午時(shí)分才最強(qiáng)，如能使方陣面始終與太陽光線保持垂直，顯然可以接收更多的輻射能量，因此要利用跟蹤裝置。跟蹤方式根據(jù)要求不同，可以單獨(dú)跟蹤太陽方位角（稱一維跟蹤），也可以同時(shí)跟蹤太陽高度角（稱二維跟蹤），后者效果較好，但結(jié)構(gòu)也相對復(fù)雜。跟蹤的方法有機(jī)械方法，物理方法，電子方法及計(jì)算機(jī)控制的高精密度跟蹤系統(tǒng)等。使用跟蹤裝置能提高太陽電池方陣的輸出功率，但要增加部分投資，同時(shí)也帶來了方陣結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和不可靠因素，轉(zhuǎn)動也要消耗一定的能量，所以采用跟蹤系統(tǒng)是否合算，要進(jìn)行綜合考慮。一般小型方陣都不推薦采用跟蹤裝置。.4聚光太陽電池方陣按接收的光線的方式的不同可以分為聚光式方陣和非聚光（平板式）方陣，前者是將太陽光聚到太陽電池上，以提高輸出功率。經(jīng)過聚光后，照在太陽電池上的光強(qiáng)可增加數(shù)倍到幾百甚至上千倍，電池效率雖有提高，但并不與光強(qiáng)成正比，主要是由于聚光后電池的工作溫度的升高而導(dǎo)致對效率影響的增加，因而要采用適當(dāng)?shù)睦鋮s方法，如風(fēng)冷或水冷等。一般來說，聚光方陣都要采用跟蹤方式，否則很可能會對發(fā)電量產(chǎn)生負(fù)面影響。聚光方陣需要一套聚光、跟蹤、冷卻等裝置，增加了系統(tǒng)的成本和復(fù)雜程度，但由于效率有所提高，尤其是在同時(shí)需供熱的大型系統(tǒng)中，聚光方陣具有突出的優(yōu)越性，因而聚光組件及方陣的研究還是有一定的價(jià)值的。太陽電池發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一個(gè)完善的太陽電池發(fā)電系統(tǒng)需要考慮很多因素，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，對地面應(yīng)用的獨(dú)立電源系統(tǒng)來說，最主要的是根據(jù)使用要求，決定太陽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，確定最少的太陽電池組件和蓄電池容量，以盡量減少投資，即同時(shí)考慮可靠性及經(jīng)濟(jì)性。.1決定方陣發(fā)電量的因素光照條件：太陽照在地面太陽電池方陣上的輻射光的光譜，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太陽電池方陣的光電轉(zhuǎn)換效率：由于轉(zhuǎn)換效率受到電池本身的溫度和太陽光強(qiáng)、蓄電池電壓浮動等因素的影響，因而方陣的輸出功率也隨著這些因素的改變而出現(xiàn)一些波動。負(fù)載用電情況：由于用途不同，耗電功率、用電時(shí)間、對電源可靠性的要求等各不相同。有的用電設(shè)備有固定的耗電規(guī)律，如中繼站、航標(biāo)燈等；有些負(fù)載用電則沒有規(guī)律，如水泵。這些因素相當(dāng)復(fù)雜，原則上需要對每個(gè)發(fā)電系統(tǒng)單獨(dú)進(jìn)行計(jì)算，對一些無法確定數(shù)量的影響因素，只能采用一些系數(shù)來進(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。在這里介紹一種比較簡單而又實(shí)用的設(shè)計(jì)方法，這種方法不僅能說明所涉及的概念，而且對一般使用來說足夠精確。太陽電池發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟1、列出基本數(shù)據(jù)A、 所有負(fù)載的名稱、額定工作電壓、耗電功率、用電時(shí)間、有無特殊要求等。B、 當(dāng)?shù)氐牡乩砦恢茫喊ǖ孛⒔?jīng)度、緯度、海拔等。C、 當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料：主要有逐月平均太陽總輻射量，直接輻射及散射量，年平均氣溫及極端氣溫，最長連續(xù)陰雨天數(shù)、最大風(fēng)速及冰雹等特殊氣候情況。這些氣象數(shù)據(jù)需取積累幾年或幾十年的平均值。2、確定負(fù)荷大?。核愠鏊胸?fù)載工作電流與平均每天工作小時(shí)數(shù)相乘積之和。Q=SI*H3、選擇蓄電池容量：蓄電池儲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)場的氣候條件,環(huán)境溫度，系統(tǒng)控制的規(guī)律性及系統(tǒng)失效的后果等因素，通常儲備 10?20天容量比較適宜蓄電池在太陽電池系統(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，太陽輻射量小，蓄電池常處于欠充狀態(tài)，長期深放電會影響蓄電池的壽命，故必須考慮留有一定余量，常以放電深度來表示：CCd=弋 (7.2)C式中：d---放電深度 C---蓄電池標(biāo)稱容量 Cr---蓄電池儲備容量過大的放電深度會縮短蓄電池的壽命；過小的放電深度又會增加太陽電池方陣的規(guī)模，加大總的投資成本，放電深度最大到 80%較為合適。當(dāng)然，隨著太陽電池組件價(jià)格的下降，可以允許設(shè)計(jì)較淺的放電深度。

這樣，確定蓄電池的儲備容量Cr和放電深度后，即可初步選定蓄電池的標(biāo)稱容量:()Q(7.3)C=10~20(7.3)d式中：Q 負(fù)載每天平均總耗電量4?決定方陣傾角：在這里，我們來用一種較近似的方法來確定方陣傾角。一般地，在我國南方地區(qū)，方陣傾角可取比當(dāng)?shù)鼐暥仍黾?10^8764X15°；在北方地區(qū)傾角可比當(dāng)?shù)鼐暥仍黾?5^764X10。，緯度較大時(shí)，增加的角度可小一些。在青藏高原，傾角不宜過大，可大致等于當(dāng)?shù)鼐暥取Ｍ瑫r(shí)，為方陣支架的設(shè)計(jì)，安裝方便，方陣傾角常取成整數(shù)。5、計(jì)算日輻射量H，直接輻射量Hb及散射輻射H，直接輻射量Hb及散射輻射且有：H?Hb+Hd需換算成傾斜面上的太陽輻射量(1).(1).直接輻射分量BTHbt=HbRb其中R為傾斜面上的直接輻射分量與水平面上直接輻射分量的比值。對于朝向赤道的傾斜面來說：TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"(卜B) 3 ()二3 (eb) 3(7.6)Q-T QT-(7.6)\o"CurrentDocument"Rb=cos cossin+180—S^sin sin—冗3S S\o"CurrentDocument"cosecos3sin3+180 6式中：e當(dāng)?shù)鼐暥?sinsinB――陣傾角3=太陽赤緯：23.45sin(3=太陽赤緯：23.45sin(?365284n水平面上日落時(shí)3=CO&1[- e? 3]角：tantan{ [(6B)可}3st= 3傾斜面上日落時(shí)角：minS,cos-1tan - ?tan(2)、天空散射輻射分量HdT

(1+cosB)在各向同性時(shí)： (1+cosB)H 2(3)、地面反射輻射分量 HrT：通?？蓪⒌孛娴姆瓷漭椛淇闯墒歉飨蛲缘模浯笮?2 (-B)He H2 1cos其中(為地面反射率，其數(shù)值取決于地面狀態(tài)，各種地面的反射率如下表所示:地面狀態(tài)反射率地面狀態(tài)反射率地面狀態(tài)反射率沙漠0.24?0.28干濕十0.14濕草地0.14?0.26干燥裸地0.1?).2濕黑土0.08新雪0.81濕裸地0.08?0.09干草地0.15?0.25冰面0.69一般計(jì)算時(shí)，可取尸0.2故斜面上太陽輻射量即為：= +d(+ b)+p(-B)HtH R冗1cos冗H1cosBBP(P(B)B?? + ?+Ho?1cos? 2?H=+HHRH br1cos??2?T BB d1cos??2??Ho式中：H。為大氣層外水平面上輻射量。6、估算方陣電流：將歷年逐月平均水平面上太陽直接輻射及散射輻射量，代入以上各公式即可算出逐月輻射總量，然后求出全年平均日太陽輻射總量Ht,單位化成mwh/cm'，除以標(biāo)準(zhǔn)日光強(qiáng)即求出平均日照時(shí)數(shù)：HTmwh/cm2Tm=2mwcm則方陣應(yīng)輸出的最小電流為：100/1=Q1min?n式中：Q—負(fù)載每天總耗電量Tm ?n2n—蓄電池充電效率n方陣表面灰塵遮蔽損失min。min。方陣應(yīng)輸出的最大電流為：ImaxTmin??nY]27、確定最佳電流：方陣的最佳額定電流介于 Imi"和Imax這兩個(gè)極限值之間，具體數(shù)值可用嘗試法確定。先選定一電流值I,然后對蓄電池全年荷電狀態(tài)進(jìn)行檢驗(yàn)，方法是按月求出方陣輸出的發(fā)電量:Q=1XNxhxXn/100mw/cm2outT Y]i2式中：N――當(dāng)月天數(shù)而各月負(fù)載耗電量為：Qload?NQAQ兩者相減，AQ=Q“-Qioad為止，表示該月方陣發(fā)電量大于耗電量，能給蓄電池充電。若為負(fù)，表示該月方陣發(fā)電量小于耗電量，要用蓄電池儲存的能量來補(bǔ)足。AQ如果蓄電池全年荷電狀態(tài)低于原定的放電深度，就應(yīng)增加方陣輸出電流；如果荷電狀態(tài)始終大大高于放電深度允許的值，則可減少方陣電流。當(dāng)然也可相應(yīng)地增加或減少蓄電池容量。若有必要，還可修改方陣傾角，以求得最佳的方陣輸出電流 ImO8、決定方陣電壓：方陣的電壓輸岀要足夠大，以保證全年能有效地對蓄電池充電。方陣在任何季節(jié)的工作電壓應(yīng)滿足：V=V+Vd式中：V---蓄電池浮充電壓Vd---因線路（包括阻塞二極管）損耗引起的電壓降9、最后確定功率:~由于溫度升高時(shí)，太陽電池的輸岀功率將下降，因此要求系統(tǒng)即使在最高溫度下也能確保正常運(yùn)行，所以在標(biāo)準(zhǔn)測試溫度下（ 25°C）方陣的輸出功率應(yīng)為：IVmP=1 （ 25）-atmax-式中：a—太陽電池功率的溫度系數(shù)。對一般的硅太陽電池，a=0.5%tmax—太陽最咼工作溫度。這樣，只要根據(jù)算出的蓄電池容量，太陽電池方陣的電壓及功率，參照生產(chǎn)廠家提供的蓄電池和太陽電池組件的性能參數(shù)，選取合適的型號即可。第三節(jié)太陽電池發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例條件如下：電壓為24V，每天發(fā)射時(shí)間15小時(shí)，功耗20瓦，其余9小時(shí)為接收等候時(shí)間,功耗為5瓦。2、確定負(fù)載大小:每天耗電量:2、確定負(fù)載大小:每天耗電量:a工Ih=20Xl5/24+9X5/24=14.4Ah1、列出基本數(shù)據(jù):A、負(fù)載耗電情況:丄作條件功耗電壓~每大丄作時(shí)間發(fā)射期間5w24v15小時(shí)等候期間20w24v9小時(shí)B、 西安緯度：北緯34°8東經(jīng)108°6海拔396.9米C、 有關(guān)氣象資料見后列表格。3:選擇蓄電池容量：選蓄電池容量為10天，放電深度a=75%C=10XQ/d=10Xl4.4/75%=205.7Ah根據(jù)蓄電池的規(guī)格。取 C=200Ah4、 決定方傾角：因當(dāng)?shù)鼐暥菴=34°18'，取薩呼10°=45°5、 計(jì)算傾斜面上各月太陽輻射總量由氣象資料查得水平面上 20年各月平均太陽輻射量 H,Hb及Ha,計(jì)算出傾斜面上各月太陽輻射十擊總量結(jié)果見下表：Ht月份HHbH~NRbHbtH丄們GC—MPi MCT4 —4~A ■G44Q—?aaa—MCCC MCC-7 Q4 CC"c .1-219.02642106215°016-1 46d0cc2.033109920171349U.4773U1.31 3443 121UD上ACQ-71vJw.UCCCC"TDl.￡-yJCAO2!U1.T“ucCa-7ar\i?icc13327.6cccc123.7203.975-2.42AA1.261I56.0AAA174.U9.6339.64398.9ACUA156.0242.9cuen1059.41“r\cc0.956C-7CC149.1“c*c207.3c彳a711.71368.1CCCd5465.4LC-7C2丨5.1qnc4 125U.3CLCc136AC-7I9.U3 1U.766cace 164.84CG .213.7c 13.6392.11653/.9279.1258.8167厶5WU.690192.6220.915.8429.3/506.5廠cLO 268.3238.2=2 19/qqq21.35___4_E 0.726―J=u- 194.8CL/"*C203.3/CC-7 14.8_A_A—=2. 412.9 Af-/i—=z 5U5.9厶11.713.45256.2n4.r_9va328.2157.9彳CCc 1/0.3““C02582.22CC-7 1.129”匸彳 I78.3彳CUC 145.4ACC-79.60n333.3PGc10 272.8224.3129.U98^ 143.8125.7289-319—-9.9f-19.151.5丨41.922—195.3189.5—丨22.7107.3u.u-6^ 32U.U‘303.412 200.4 83.9 116.5 350 -23.37 2.173 182.3 99.4 5.9 287.6其中：n為從一年開頭算起的天數(shù)。H為水平面上的幅射量，H t為傾斜45度平面上的幅射量，單位為mwh/cm2。取蓄電池充電效率為:最小電流為：Imin14.4取蓄電池充電效率為:最小電流為：Imin14.43.588.9=4.97Ax6?估算方陣電流:由上表可知，傾斜面上全年平均日輻射量為 357.5mwh/cm3d，故全年平均峰值日照時(shí)數(shù)為：2Tm= m/d3.58hd100mwcmn=0.9；方陣表面的灰法塵遮損失為n=0.9，算出方陣應(yīng)輸出的Tm1 2 0.9由上表查出在12月份傾斜面上的平均日輻射量最小，為 287.6mwh/cm2.d相應(yīng)的峰值日照數(shù)最少，只有2.88h/d。 則方陣輸出的最大電流為:max7、確定最佳電流：Tmax7、確定最佳電流：TminY|214.4—=6.17An2.88為.90.9根據(jù)Imin根據(jù)Imin=4.97A和Imin=6.17A選取I=5.4A,將方陣各月輸出電量及負(fù)載耗電量以及蓄電池的荷電狀態(tài)計(jì)算列表 7.3由表7.3由表7.3可見，即使從10月份開始，連續(xù)7個(gè)月蓄電池未充滿，但最少時(shí)容量仍有37.1%，即放電深度最大只有62.9%,未起過75%，所以取l=5.4A37.1%，即放電深度最大只有 電深度遠(yuǎn)小于規(guī)定的 75%，則可減少方陣輸出電流或蓄電池容量，重新進(jìn)行計(jì)算。8、決定方陣電壓：單只鉛酸蓄電池工作電壓為 2V，故需12只單體電池串聯(lián)才可滿足系統(tǒng)的工作電壓24V。每只單體鉛酸電池的工作電壓為： 2.0?2.35V，取線路壓降：V=0.8V，則方陣工作電壓為：V=Vf+Vd=12X2.35+0.8=29V月月安時(shí)數(shù)蓄電池狀態(tài)11份方陣輸出負(fù)載消耗差值開始終了%全充1408.6446.4-37.8200162.281.12421.7403.218.5162.2187.790.43460.5446.414.1180.7194.897.44482.9432.0 :50.9 二194.8200100:5531.7446.485.32002001006563.2432.0131.22002001007559.9446.4113.52002001008612.5446.4166.12002001009437.3432.05.320020010010442.1446.4-4.3200195.797.911398.1432.0 :-33.9V195.7161.880.9 「12390.0446.4-49.2161.8112.656.31408.6446.4-37.8112.674.237.12421.7403.218.574.292.746.43460.5446.414.192.7106.853.44482.9432.050.9106.8157.778.95531.7446.485.3157.72001009、確定最后功率：設(shè)太陽電池的最高溫度為 60°C，則由(7.1--20)式中可算出需的方陣的輸出功率為P=|m*V/[1-a(t-25)]=5.4*29/[1-0.5%(60-25)]=189.8W取P=192W16伏）2所以，最后取太陽電池方陣的輸出功率為 192W，可用6塊32瓦的組件16伏）2串3并而成。蓄電池容量為24V,200AH，只要用4只6Q—100鉛酸電池以2串2并的方式連接起來的，即可滿足需要。第四節(jié)光伏系統(tǒng)的安裝及維護(hù)光伏發(fā)電系統(tǒng)在設(shè)計(jì)制造完成后，要運(yùn)到現(xiàn)場進(jìn)行安裝?使用現(xiàn)場往往是在偏遠(yuǎn)的地區(qū)，道路崎嶇，交通不便，在運(yùn)輸中，所有部件都要妥善包裝?如組件等易碎物品要用木箱裝運(yùn)，以免損壞，蓄電池不能傾倒，防止電解液溢出。安裝注意事項(xiàng)在建造光伏發(fā)電系統(tǒng)過程中，安裝是個(gè)很重要的環(huán)節(jié)。1、 安裝時(shí)最好用指南針確定方位，并應(yīng)注意在方陣前全天不能有高大建筑物或樹木等遮陽光。2、 仔細(xì)檢查地腳螺釘及方陣支架等是否結(jié)實(shí)可靠，所有螺釘接線柱等均應(yīng)擰緊，不能有松動。3、 方陣安裝在房頂上的要采取防火措施。4、在高處安裝的方陣應(yīng)設(shè)避雷針。必要時(shí)還需設(shè)置驅(qū)鳥裝置。5、陽光下安裝時(shí)注意不要同時(shí)接觸組件（尤其是方陣）的正、負(fù)兩極，以免電擊。必要時(shí)可用不透明材料覆蓋后再接線或安裝。6、安裝組件時(shí)要輕拿輕放，嚴(yán)禁碰撞、敲擊，以免損壞。7、注意組件，二極管、蓄電池、控制器等極性不要接反。8、蓄電池室應(yīng)保持通風(fēng)干燥、清潔。在北方冬天寒冷，蓄電池應(yīng)采取保暖措施。光伏系統(tǒng)的維護(hù)太陽電池發(fā)電系統(tǒng)沒有活動部件，不容易損壞，其維護(hù)也非常簡便。不過也需作定期維護(hù)，否則可能影響正常使用，甚至縮短使用壽命。（1）一般來說，方陣傾角超過300時(shí)，所以灰塵可由雨水沖刷而自行清潔，不過在風(fēng)沙較大地區(qū)，應(yīng)當(dāng)經(jīng)常清除灰塵，保持方陣表面的干凈，以免影響發(fā)電量。這對于小型有用電源系統(tǒng)是不難做到的。清潔時(shí)可揩去塵土，有條件可用清水清洗，再用干凈抹布擦干。切勿用腐蝕性溶劑或硬物沖洗擦試。（2） 定期檢查所有安裝部件的緊固程度。（3） 遇到冰雹、狂風(fēng)、暴雨等異常天氣，應(yīng)及時(shí)采用保護(hù)措施。（4） 經(jīng)常檢查蓄電池的充電放電情況，定期測量電解液的比重，及時(shí)添加新的電解液。隨時(shí)觀察電極或接線是否有腐蝕或接觸不良之處。（5） 在一些簡單的系統(tǒng)中應(yīng)根據(jù)儲能情況，控制用電量，防止蓄電池因過放而損壞。（6） 發(fā)現(xiàn)有異常情況應(yīng)當(dāng)立刻檢查、維修。第二部分風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)第二部分風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)風(fēng)能、太陽能都是無污染的、取之不盡用之不竭的可再生能源， 六五”七五”期間，小型風(fēng)電和太陽光電系統(tǒng)在我國已得到初步應(yīng)用。這兩種發(fā)電方式各有其優(yōu)點(diǎn)，但風(fēng)能、太陽能都是不穩(wěn)定的，不連續(xù)的能源，用于無電網(wǎng)地區(qū)，需要配備相當(dāng)大的儲能設(shè)備，或者采取多能互補(bǔ)的辦法，以保證基本穩(wěn)定的供電。我國屬季風(fēng)氣候區(qū)，一般冬季風(fēng)大，太陽輻射強(qiáng)度?。幌募撅L(fēng)小，太陽輻射強(qiáng)度大，正好可以相互補(bǔ)充利用。風(fēng)一光互補(bǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)有很多優(yōu)點(diǎn)：（1）利用太陽能、風(fēng)能的互補(bǔ)特性，可以獲得比較穩(wěn)定的總輸出，提高系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性和可靠性；（ 2）在保證同樣供電的情況下，可大大減少儲能蓄電池的容量；（3）對混合發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和匹配，可以基本上由風(fēng) /光系統(tǒng)供電，很少啟動備用電源如柴油發(fā)電機(jī)等，并可獲得較好的社會經(jīng)濟(jì)效益。所以綜合開發(fā)利用風(fēng)能、太陽能，發(fā)展風(fēng)/光互補(bǔ)聯(lián)合發(fā)電有著廣闊的前景受到了很多國家的重視。2.1風(fēng)力資源2.1.1風(fēng)的形成及其特性風(fēng)是一種自然現(xiàn)象，它是由太陽輻射熱引起的。從太陽傳到地球的能量中，大約有 2%的能量轉(zhuǎn)變成風(fēng)能。地球上全部風(fēng)能估計(jì)約為 2X1017千瓦，其中，可利用的約為 2X1010千瓦，這個(gè)能量是相當(dāng)大的。風(fēng)的變化眾所周知，風(fēng)隨時(shí)間、離地高度、地形和環(huán)境而變化。A:風(fēng)隨時(shí)間的變化在一天之內(nèi)，風(fēng)的強(qiáng)弱可能不同。在地面上，白天風(fēng)大，而夜間風(fēng)??；相反，在高空中卻是夜間風(fēng)大，白天風(fēng)小。在沿海地區(qū)，由于陸地和海洋熱容量不同，白天產(chǎn)生海風(fēng)（從海洋吹向陸地）；夜間產(chǎn)生陸風(fēng)（從陸地吹向海洋）。在不同的季節(jié)，太陽和地球的相對位置也發(fā)生變化，使地球上存在季節(jié)性溫差，因此，風(fēng)向和風(fēng)的強(qiáng)度也會發(fā)生季節(jié)性變化。在我國，大部分地區(qū)的風(fēng)的季節(jié)性變化情況是：春季最強(qiáng)，冬季次強(qiáng)，秋季第三，夏季最弱。B:風(fēng)隨高度的變化由于空氣的粘性和地面摩擦的影響，風(fēng)速隨高度而變化，可用下面的公式表示：V=Vi（m/h2）n其中Vi――高度為h處的風(fēng)速；hi—高度（一般為10米）V――待測高度h處的速度；h――待測點(diǎn)離地高度;n――指數(shù)，由大氣穩(wěn)定度和地表的粗糙程度來決定，其值約為 1/2?1/8。穩(wěn)定度居中的開闊平地取1/7，粗糙度大的大城市常取1/3，一般上下風(fēng)速差較小，n較小，反之n值取大。風(fēng)速隨高度變化及其大小情況，因地面的平坦度，地表粗糙度以及風(fēng)通道上的氣溫變化不同而異。特別是受地表粗糙度的影響程度最大。C、風(fēng)的隨機(jī)性變化：自然風(fēng)是一種平均風(fēng)速與激烈變動的瞬間紊亂氣流相重合的風(fēng)。氣流紊亂主要與地面的摩擦，除此之外，當(dāng)風(fēng)速與穩(wěn)定層是垂直分布時(shí)會產(chǎn)生重力波，在山風(fēng)下測也會產(chǎn)生山岳波等。這種紊亂氣流不僅影響風(fēng)速，也明顯影響風(fēng)向。利用風(fēng)力驅(qū)動風(fēng)力機(jī)時(shí)，因此收集關(guān)于風(fēng)向變化的資料也是很重要的。如果按時(shí)間區(qū)分，可將風(fēng)向的變化區(qū)分為： 一年或一個(gè)月內(nèi)風(fēng)向的趨勢;短時(shí)間內(nèi)變動的紊亂氣流;介于兩者之間的平均風(fēng)向。對于第一種風(fēng)向的變化狀況，如制成風(fēng)向玫瑰圖（風(fēng)向頻度），便可清楚地看出風(fēng)向的大致趨勢，如圖 7.4。對風(fēng)速，一般采用年平均風(fēng)速時(shí)間曲線（表示一地方一年中各種風(fēng)速小時(shí)數(shù)）來進(jìn)行記錄。如圖 7.5。

圖風(fēng)玫瑰圖圖年平均速度時(shí)間曲線圖風(fēng)玫瑰圖圖年平均速度時(shí)間曲線風(fēng)能資源空氣運(yùn)動具有動能，如果風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪的斷面積為 A，則當(dāng)一般體積為AV的空氣在單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)風(fēng)輪時(shí)，該空氣傳遞給風(fēng)輪的風(fēng)能功率（一般稱為風(fēng)能）為TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"P=1 1 32? =p2 pvAv2Av 式中p――氣密度（Kg/m3）；A――風(fēng)力機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)一圈所掃過的面積（ m2）;V――風(fēng)速（m/s）;P――每秒鐘空氣流過風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪斷面積的風(fēng)能，即風(fēng)能功率（W）如果風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪直徑為 D，則這時(shí)P1這時(shí)P1A=n——(7.2.1-3)42pv3xn2=n 23— pDv(721-4)482若有效風(fēng)速時(shí)間為t,則在時(shí)間t內(nèi)的風(fēng)能為E=P?t==冗 38 pD2vt (7.2.1-5)由上式可知，風(fēng)能與空氣密度p風(fēng)輪直徑的平方 D2\u39118X速的立方V3和風(fēng)持續(xù)時(shí)間t成正比。一般說來，一定高度范圍內(nèi)的空氣密度可以認(rèn)為是一個(gè)常數(shù)。因此，當(dāng)風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪越大，有效風(fēng)速時(shí)間越長，特別是風(fēng)速越大，則風(fēng)力機(jī)所能獲得的風(fēng)能就越大表征一個(gè)地點(diǎn)的風(fēng)能資源潛力，要視該地區(qū)常年平均風(fēng)能密度的大小。風(fēng)能密度是單位面積上的風(fēng)能，對于風(fēng)力機(jī)來說，風(fēng)能密度是指風(fēng)輪掃過單位面積的風(fēng)能，即W=PA=p1/2V3（W/m2） （721-6）式中W――風(fēng)能密度（W/m2）;P氣密度（Kg/m3）；V——風(fēng)速（m/s）。常年平均風(fēng)能密度為—113W=J pv dt — T02式中，W—平均風(fēng)能密度（W/m2）T—總的時(shí)間（h）在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，常用下式來計(jì)算某地年（月）風(fēng)能密度，即(7.2.1-8)… Wt1+Wt+???t(7.2.1-8)W年冋 22 Wn=++2+???t+tt1 n式中：W年（月）一年（月）風(fēng)能密度（W/m2）;W（Ki歹n—各等級風(fēng)速下的風(fēng)速密度（W/m2）Ti（Ki瘁n—各等級風(fēng)速在每年（月）出現(xiàn)的時(shí)間（h）在我國，風(fēng)力資源比較豐富。據(jù)估計(jì)，我國風(fēng)能儲量為2.2X10在我國，風(fēng)力資源比較豐富。據(jù)估計(jì)，我國風(fēng)能儲量為2.2X103千瓦時(shí)以上2.2風(fēng)力機(jī)1、分類風(fēng)力機(jī)是風(fēng)能利用中一種最重要的風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置。風(fēng)力機(jī)可用于發(fā)電、提水、攪拌池水充氧和致熱等。它主要有下列三種分類方法：按風(fēng)力機(jī)功率：分為大中小型風(fēng)力機(jī)。功率在 10千瓦以下的風(fēng)力機(jī)叫小型風(fēng)力機(jī),10至100千瓦叫中型風(fēng)力機(jī)，100千瓦以上叫大型風(fēng)力機(jī)。按風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪軸位置：分為水平軸風(fēng)力機(jī)和垂直軸風(fēng)力機(jī)。水平軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪軸與風(fēng)向平行（圖7.6），而垂直軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪軸與風(fēng)向垂直（圖7.7）按風(fēng)輪轉(zhuǎn)速：分為高速風(fēng)力機(jī)和低速風(fēng)力機(jī)。0圖水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)1—風(fēng)輪；2—調(diào)速控制系統(tǒng)；3—發(fā)電機(jī)（做功裝置）；4—尾輪（方向控制）；5—蓄電池（儲能裝置）； 6—塔架；7—輪殼。圖垂直軸風(fēng)力機(jī)粗力背發(fā)電機(jī)2、風(fēng)力機(jī)的性能和特點(diǎn)（1）功率吸收風(fēng)輪從風(fēng)中吸收的功率等于風(fēng)輪效率幾乘以通過風(fēng)輪掃掠面的體積流量 VtAt，再乘上壓力加動能變化A之和:(Ap+A0)P VtAt

對于常規(guī)的水平軸風(fēng)力機(jī)，設(shè)風(fēng)的初始速度為 V。，當(dāng)空氣接近風(fēng)輪時(shí)，空氣速度逐漸減小，直到通過風(fēng)輪，并離開一段距離，速度卻是下降的。當(dāng)空氣的速度增加，直到速度達(dá)到初始速度。圖 水平軸風(fēng)力機(jī)的最佳性能當(dāng)空氣吹過風(fēng)輪時(shí)，單位體積的空氣的壓力能和動能之和是常數(shù)。壓力能增加，動能減小。在風(fēng)輪面上，壓力能達(dá)到最大。當(dāng)空氣通過風(fēng)輪時(shí)，空氣將動能傳給風(fēng)輪，壓力能大大下降，低于大氣壓。當(dāng)空氣離開風(fēng)輪向后運(yùn)動時(shí)，空氣壓力增加，直到達(dá)到大氣壓?？諝馔ㄟ^風(fēng)輪后，它的動能進(jìn)一步下降，直到它的壓力恢復(fù)到大氣壓。流經(jīng)風(fēng)輪的氣流流管的橫截面積與空氣的速度成反比，當(dāng)空氣流向風(fēng)輪，通過風(fēng)輪，直到離開它一段距離，空氣的流管是膨脹的。當(dāng)擾動的空氣從周圍的風(fēng)中吸取動能之后，由于氣流中的擾動彌散，風(fēng)輪的影響消失。功率系數(shù)：1Cp=風(fēng)輪提供功率厶pAtV3 (7.2.1-10)20風(fēng)輪的效率（功率）系數(shù)定義為風(fēng)輪提供的功率除以風(fēng)輪掃掠面內(nèi)氣流的總有用功率:從動量理論得知：風(fēng)輪從空氣中吸收的最大能量是通過