太陽能光伏發(fā)電

太陽能光伏發(fā)電第一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五一、太陽光伏發(fā)電的現(xiàn)狀光伏發(fā)電的應(yīng)用正由邊遠(yuǎn)地區(qū)和特殊應(yīng)用向電網(wǎng)電源發(fā)展由補(bǔ)充能源向代替能源轉(zhuǎn)變

第二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五光伏發(fā)電系統(tǒng)的原理及構(gòu)成光伏系統(tǒng)光伏電池陣列，充放電控制器、逆變器等電子設(shè)備和儲能蓄電池（離網(wǎng)系統(tǒng)）三部分組成。光伏系統(tǒng)發(fā)電原理：由光伏電池將太陽的輻射能轉(zhuǎn)化為電能，通過控制器保護(hù)蓄電池充放電、再由逆變器將符合要求交流電提供給用戶負(fù)載。離網(wǎng)光伏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖第三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五交流負(fù)載圖2.2并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽能光伏陣列，控制器逆變器和交流配電設(shè)備組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如下圖所示第四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五太陽能發(fā)電并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)：由太陽能電池把光能轉(zhuǎn)化為電能，通過并網(wǎng)逆變器逆變?yōu)闈M足電網(wǎng)要求的電壓，一部分用戶自用，多余部分電能送上電網(wǎng)。電力公司將依據(jù)售電電能表記錄的數(shù)值支付給用戶相應(yīng)的費用。在夜晚或陰雨天氣發(fā)電量較少，用戶消費電能不足時可購買電網(wǎng)的電補(bǔ)充。第五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五第六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五二、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計分軟件設(shè)計和硬件設(shè)計。第七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五三、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)1、設(shè)計原則1）、性價比高2）、充分利用自然條件3）、安全可靠2、太陽輻射資料收集處理1）、太陽能資源分布①河南地區(qū)年太陽能總輻射量約為5016-5852MJ/m2。日累計太陽輻射量：11~16MJ/m2

第八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五第九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五第十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五2）、太陽輻射資料處理計算首先中國氣象中心記錄氣象情況是按小時或天記錄，每年的太陽輻射量不能代表正真的太陽輻射量情況，需要選取一個時間段對太陽輻射資料進(jìn)行處理其次太陽能電池安裝和水平面最佳傾角等于當(dāng)?shù)氐木暥?，由于氣象資料給出的是水平面的太陽輻照量，在設(shè)計時必須把水平面的太陽輻射總輻輻射量轉(zhuǎn)換成等于太陽電池安裝傾角面上的太陽輻射總輻輻射量。斜面上的月平均日太陽輻射總輻射量Iθ由三部分組成：Iθ=IDθ

+Idθ+IRθ（W/m2）IDθ、Idθ、IRθ分別代表月平均日傾斜面太陽直接輻照量；散射輻照量、地面反射輻照量

1）月平均日傾斜面太陽直接輻照量IDθ

IDθ=Rb.IDH

(W/㎡)第十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五斜面上直接輻射照度應(yīng)按時計算，設(shè)Rb=斜面上的直接輻射/水平面上的直接輻射照度，計算公式為：Rb=cosθT/cosθZθT和θZ分別為斜面和水平面太陽直接輻射的入射角，入射角的計算公式如下:COSθ=sinδsinФcosS-sinδcosФsinScosγs+cosδcosФcosScosω+cosδsinФsinScosγScosω+cosδsinSsinγSsinωθ-入射角；太陽入射光線和表面法線之間的夾角；γ-表面方位角；指傾斜表面法線水平面上的投影與南北方向線的夾角

s-傾斜平面的傾斜角；指傾斜平面與水平面之間的夾角。垂直s=90°，水平面s=0°δ-赤緯角；地球中心與太陽中心的連線與地球赤道平面的夾角ω-時角；正午時角為零，每一小時對應(yīng)的時角為15℃,上午為正，下午為負(fù)φ-當(dāng)?shù)氐乩砭暥?第十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五2）、月平均日傾斜面太陽散射輻照量Idθ認(rèn)為太陽散射輻射均勻分布，計算公式：Idθ=IdH(1+cosS)/2W/㎡Idθ-傾斜面上的散射輻射照度IdH-水平面上的散射輻射照度S-傾斜面傾角3）、月平均日傾斜面太陽地面反射輻照量IRθ認(rèn)為地面上的反射輻射是均勻分布的，計算公式為:IRθ=ρG(IDH+IdH)(1+cosS/2)W/㎡ρ–地面反射率；工程計算中，取平均值0.2，有雪時地面取0.7。第十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五3、安裝場地資料1）收集安裝地點的緯度、經(jīng)度和海拔高度等

2）安裝地點地勢情況3）安裝地居民居住的集中度4）安裝地點的環(huán)境4、負(fù)載資料收集計算①阻性負(fù)載：如白熾泡、電子節(jié)能燈、電加熱器等。電流和電壓無沖擊波。②感性負(fù)載，如電動機(jī)、電冰箱、水泵等，電壓超強(qiáng)電流，有沖擊波電動機(jī)額定電流的5～８倍，時間50～150ms電冰箱額定電流的5～10倍，時間100～200ms彩色電視機(jī)額定電流的2～5倍，時間20～100ms③電力電子累負(fù)載，如熒光燈、電視機(jī)、計算機(jī)等有沖擊波，負(fù)載的峰值電流（振幅系數(shù)＞1）第十四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五5、系統(tǒng)配置圖第十五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五二、太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)容量設(shè)計計算（一）、太陽能電池功率設(shè)計選取1、太陽能電池功率設(shè)計①求出平均峰值日照時數(shù)。將歷年逐月平均傾斜面方陣上的日照總輻射量Ht(kJ/㎡)，除以標(biāo)準(zhǔn)光下輻射量1000w/㎡，Tm=Ht×2.78×10-4（h）②負(fù)載功率Q設(shè)計根據(jù)設(shè)計的用電負(fù)荷情況，考慮感性負(fù)載和公用及發(fā)展情況，對負(fù)載功率進(jìn)行設(shè)計。③系統(tǒng)的直流電壓Vd設(shè)計④太陽能電池組件串聯(lián)數(shù)NsNs=（Uf＋UD＋Uc）/Uoc(V)式中：UD為二極管壓降，一般取0.7V；UC為其它因數(shù)引起的壓降。第十六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五Uoc為太陽能電池組件的最佳工作電壓。Uf蓄電池浮充電壓第十七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五Uf應(yīng)等于系統(tǒng)的直流電壓Vd×1.18。即：所選蓄電池單體的（最大工作電壓×串聯(lián)的電池數(shù)×1.18）⑤光伏發(fā)電系統(tǒng)工作電流Im計算計算公式為：I=Q/Vd.Tm.η1.η2.η3.η4(Ah)式中:Q負(fù)載功率(w)η1蓄電池充電效率0.85η2方陣表面由于塵污遮蔽或老化引起的修正系數(shù),通常取0.9η3方陣組合損失修正系數(shù),通常取0.9η4逆變效率0.9，在直流系統(tǒng)中取1⑥太陽能電池組件并聯(lián)數(shù)NpNp=Ｉm/Ｉ0式中:Ｉ0為選取的太陽光伏組建最佳電流第十八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五⑦電站太陽能電池功率功率Pz=P0×Ns×Np式中：Pz光伏組件總功率P0選取的太陽能電池功率功率已知電站功率，設(shè)計公式為：Q=Pz×Tm×η1×η2×η3×η4求出負(fù)載功率，再根據(jù)負(fù)載設(shè)計系統(tǒng)直流電壓，他部分設(shè)計同上述方法相同。2、太陽能電池組件選?、胚x取標(biāo)識完善的太陽能電池組件第十九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五⑵選取同一批次的太陽電池，在同一光照條件下使用第二十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五選取注意事項選取轉(zhuǎn)換效率高、漏電流小的太陽電池，目前市場銷售晶體硅太陽能電池多為轉(zhuǎn)換效率在11～14%。太陽電池及組件的選用選用晶體硅太陽電池組件時，要檢查組件有無下列缺陷：①開裂、彎曲、不規(guī)整或損傷的外表面；②有裂紋或破碎的單體電池；③互聯(lián)線或接頭有毛?、茈姵鼗ハ嘟佑|或與邊框相接觸；⑤密封材料失效；⑥在組件的邊框和電池之間形成連續(xù)通道的氣泡或脫層；⑦引線端失效，帶電部件外露；⑧接線盒安裝不牢固。第二十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五（3）選取有旁路二極管的太陽光伏組件第二十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五⑷防止逆流二極管設(shè)計選取

二極管要求其能承受1.5倍支路工作電流，二極管的正向壓降要小，反向飽和電流要小。有些控制器具有防反接功能，這時也可以不接阻塞二極管。⑸、建材一體型第二十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五（二）、蓄電池組容量的設(shè)計計算及選取1、蓄電池組容量的設(shè)計計算蓄電池的容量BC計算公式為：BC=A×Q×N×T／（1-C）×krwh式中：A為安全系數(shù)，取1.1～1.4之間；Q為負(fù)載日平均耗電量（wh）；N為最長連續(xù)陰雨天；T為溫度修正系數(shù)，一般取1.1C為蓄電池放電深度，設(shè)計深循環(huán)鉛酸蓄電池取80%，設(shè)計淺循環(huán)鉛酸蓄電池取50%。kr為逆變器等損耗，通常取0.7～0.8第二十四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五2、蓄電池選?、鸥鶕?jù)設(shè)計的蓄電池容量和太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計的直流電壓(Vd)選配滿足要求規(guī)格型號的蓄電池。采用多只蓄電池串聯(lián)或并聯(lián)方式實現(xiàn)容量要求。第二十五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五⑵配置蓄電池應(yīng)注意如下幾點：①每只蓄電池應(yīng)有生產(chǎn)合格證，合格證上應(yīng)標(biāo)明蓄電池型號和生產(chǎn)日期，制造商應(yīng)提供同型號產(chǎn)品國家認(rèn)可質(zhì)檢機(jī)構(gòu)出具的質(zhì)檢報告，蓄電池的存放時間應(yīng)不超過6個月；②同一充放電控制的蓄電池應(yīng)用同一規(guī)格型號和容量的產(chǎn)品。③蓄電池可由多只串聯(lián)組成，但是并聯(lián)的蓄電池不能超過4只。④蓄電池的電壓與太陽光伏電池組件電壓相匹配第二十六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五１、逆變器功率設(shè)計對于獨立電源計算:NC=K（nQg+Qc）式中：NC逆變器容量wK安全系數(shù)，一般取1.2n感性負(fù)載啟動時的浪涌電流，為額定電流的倍數(shù)Qg系統(tǒng)中感性負(fù)載功率Qc系統(tǒng)中純阻型負(fù)載功率對于發(fā)電站計算:Ｐ＝Ｂ×QE/ＳＭ式中：Ｐ逆變器容量wＢ各相負(fù)荷不平衡系數(shù)，取1.2～1.5E用電同時率80%Q負(fù)載功率kwＳ負(fù)載功率因素0.8Ｍ逆變負(fù)荷率85%（三）、逆變器功率設(shè)計及選取第二十七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五２、逆變器選取逆變器按波形分有正弦波、準(zhǔn)正弦波和方波三種。①根據(jù)標(biāo)志標(biāo)識選取產(chǎn)品②選取與輸入、輸出電壓一致的逆變器根據(jù)輸入的直流電壓和交流輸出電壓及功率和相數(shù)要求選取逆變器。要求直流輸入電壓有較寬的適應(yīng)范圍。③壽命長、可靠性高④根據(jù)負(fù)載的沖擊性決定逆變器的功率余量，所選控制器的耐過載能力強(qiáng)，在短時間內(nèi)能夠承載大于自身額定功率的1.5倍負(fù)載工作；⑤要求具有較高的效率。由于目前太陽電池的價格偏高，為了。第二十八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五最大限度地利用太陽電池，提高系統(tǒng)效率，必須設(shè)法提高逆變電源的效率。轉(zhuǎn)換效率應(yīng)大于85%，待機(jī)或低負(fù)載時損耗?、捱x取供電穩(wěn)定、噪聲小、產(chǎn)生諧波小，啟動或停止平穩(wěn)的逆變器⑦輸出頻率變化范圍小。出電壓范圍不能超過額定值10%；輸出頻率變化范圍50±1Hz。⑧并網(wǎng)逆變器選取，查看是否可以獨立運行（如果是帶有蓄電池運行，是否是停電時間可以使用）⑨選取易讀取電量的逆變器⑩選取售后服務(wù)網(wǎng)點多的產(chǎn)品。第二十九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五技術(shù)指標(biāo)SN22030SK直流輸入直流輸入電壓（v）220交流輸出輸出額定容量（kVA）30輸出額定功率（kw）24轉(zhuǎn)換效率90%-94%輸出額定電壓及頻率220，50±1Hz；使用環(huán)境-25~+55℃使用海拔高度（m）≤6000正弦波輸出波形失真度<5%機(jī)械尺寸深、寬、高（mm）600×800×1800重量（kg）保護(hù)特性：短路保護(hù)、過流保護(hù)、過熱保護(hù)、過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)為便于今后擴(kuò)容，逆變器具有并機(jī)運行功能技術(shù)參數(shù)表：第三十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五（四）、控制器設(shè)計及選取1、控制器設(shè)計控制器的設(shè)計根據(jù)控制器最大電流通過能力設(shè)計?？刂破鬏斎牖芈窇?yīng)耐受1.2-1.3倍的蓄電池最大充電電流，輸出回路應(yīng)能耐受1.3-1.5倍的系統(tǒng)最大負(fù)載電流。2、控制器選?、偎x控制器應(yīng)與系統(tǒng)設(shè)計的電壓、電流相匹配，可根據(jù)以下指標(biāo)配置：額定電壓(V)；額定電流Ip(A)；最大太陽能電池組件功率(KWp)；太陽能電池組數(shù)N；每路太陽能電池電流Ib(A)；太陽能電池與蓄電池之間(V)電壓降落；蓄電池與負(fù)載之間(V)電壓降落；使用海拔高度等有些系統(tǒng)控制與逆變制作成一體機(jī)，要把控制與逆變要求一起考慮了。②為了有效的利用太陽能，選取有最大功率跟蹤（MPPT）的控制器。待機(jī)或低負(fù)載時損耗小的控制器。③控制器應(yīng)具有：防反沖電保護(hù)、蓄電池電壓過充過放保護(hù)、欠壓保護(hù)、輸出過載保護(hù)、輸出短路保護(hù)、太陽能電池、蓄電池反接保護(hù)等功能。第三十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五6、控制器技術(shù)參數(shù)表：技術(shù)指標(biāo)SN22050SK直流輸入電壓（v）220光伏額定電流（A）50最大光伏電池功率（kwp）10太陽電池組數(shù)4每組太陽電池電流(A)12控制器耗電流(A)0.2電壓降落0.05深、寬、高（mm）600×550×1200保護(hù)功能夜間防反沖電保護(hù)蓄電池電壓過充過放保護(hù)、輸出過載保護(hù)、輸出短路保護(hù)、太陽能電池、蓄電池反接保護(hù)。第三十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五(五)、太陽能電池方陣傾角的確定經(jīng)過精心設(shè)計的最佳傾角可以使太陽能電池組件能夠接收到更多的太陽輻射，從而提高系統(tǒng)發(fā)電量。太陽電池安裝傾角分為：面向南固定角度（角度與當(dāng)?shù)鼐暥纫恢拢醇靖櫶柟?jié)調(diào)整角度、跟蹤太陽自動節(jié)調(diào)整角度等形式。第三十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五1、固定角度緯度0°―25°，傾角等于緯度；緯度26°―40°，傾角等于緯度加5°―10°；緯度41°―55°，傾角等于緯度加10°―15°；緯度＞55°，傾角等于緯度加15°―20第三十四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五2、跟蹤太陽自動節(jié)調(diào)整角度

太陽能電池方陣跟蹤太陽,目的是使電池方陣的主光軸始終與太陽光線相平行。不斷跟蹤太陽,使電池方從日出到日落始終對準(zhǔn)太陽,以提高太陽能的利用率。太陽能電池方陣的跟蹤可以分為跟蹤太陽能高度角和太陽方位角和跟蹤太陽的赤緯角和時角。第三十五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五(六)、太陽能電池方陣前后間距的計算式中：φ——緯度H——遮光物最高點與光伏方陣最低的垂直距離m；D——光伏方陣與遮光物或太陽電池前后排最小距離m。第三十六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五（七）、電站防雷擊設(shè)計與安裝1、按照GB50057《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的要求增設(shè)避雷措施或采用原建筑避雷設(shè)施，太陽光伏系統(tǒng)安裝盡可能處在建筑物上避雷系統(tǒng)的保護(hù)中或。2、電站的避雷系統(tǒng)設(shè)計，在發(fā)電系統(tǒng)的安裝輸入避雷器和輸出避雷器，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)備工作電壓，選擇合適保護(hù)電壓的避雷器，并將所有設(shè)備的金屬外殼接地。3、降低太陽光伏方陣的位置。太陽光伏方陣的頂部至少要比建筑物最高避雷帶(針)低0．6米，并與避雷帶(針)保持1米左右的距離。4、加高避雷帶(針)的高度。如果建筑原有安裝高度的避雷帶(針)不足已保護(hù)太陽光伏方陣，則適當(dāng)予以加高，也可再裝新的避雷帶(針)，并與原有避雷帶(針)焊接在一起，其搭接長度不小于避雷帶(針)直徑的6倍。要特別注意的是，前后兩種避雷帶(針)的規(guī)格應(yīng)一致。若空間限制無法滿足太陽光伏方陣與避雷帶(針)的距離要求時，可考慮將太陽光伏方陣金屬架與避雷帶(針)相連。5、將電氣設(shè)備的任何部分都與大地間作良好的電氣聯(lián)接第三十七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五（八）、風(fēng)壓載荷的確定抗風(fēng)要求一定要根據(jù)各地區(qū)風(fēng)力參數(shù)予以計算

式中：W——太陽光伏陣列陣列受到的風(fēng)載（N）；K1——風(fēng)載體型系數(shù)，取1.5；

K2——風(fēng)壓高度變化系數(shù)W0——基本風(fēng)壓（N/㎡）,指一般空曠平坦地面，10年離地面10m處統(tǒng)計值，可由各地氣象部門提供。在設(shè)計時規(guī)定采用的基本風(fēng)壓應(yīng)確定不小于250N/㎡的數(shù)值；F——太陽光伏陣列最高的垂直面積㎡。第三十八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五根據(jù)計算的太陽光伏方陣所受到的風(fēng)載能力，確定相應(yīng)的防風(fēng)固定措施。第三十九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五（九）、導(dǎo)線線徑的確定（1）線的長度選擇，因為輸入輸出電壓都比較低，所以在電纜設(shè)計時應(yīng)遵循最短原則。（2）線徑的確定直流輸入線徑的計算太陽能發(fā)電系統(tǒng)要盡量減少系統(tǒng)損耗，但同時要兼顧系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，一般的光伏發(fā)電系統(tǒng)中因電壓降而產(chǎn)生的損失一般為2%。直流輸出線徑的計算計算公式：

S=ρ.Ρ.L/u2

式中:S——導(dǎo)線截面積P——負(fù)載功率L——導(dǎo)線長度。ρ——電阻率；

u——端電壓第四十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五（十）、限荷及配電線路設(shè)計、電子限荷器設(shè)計選取，根據(jù)系統(tǒng)