光伏電站設(shè)計技術(shù) 習(xí)題及解答 項目2 光伏電池組件及方陣容量設(shè)計習(xí)題解答

項目2光伏電池組件及方陣容量設(shè)計習(xí)題解答(參考解答)1.查詢我國不同地區(qū)太陽能資源，并設(shè)置合適的最佳傾斜角，使各地區(qū)固定按照的光伏電池傾斜面獲取最大年輻照度。下表為杭州、上海、北京、銀川等地的地理位置情況。按照上述內(nèi)容，請為此地區(qū)的光伏電池方陣設(shè)計方陣安裝方式。地區(qū)年輻射量方位角傾斜角杭州1204KWh/m20°21°北京1595KWh/m20°34°銀川2010KWh/m20°38°解答：（1）從項目1相關(guān)內(nèi)容內(nèi)容可知。地理名稱地位位置（緯度、經(jīng)度）RETScreen仿真傾斜面估算傾斜角設(shè)計北京40，1161371.8KWh/m21595KWh/m234°杭州30,1201204KWh/m21266KWh/m221°廣州23,1121228KWh/m21279KWh/m219°銀川38，1061654KWh/m22010KWh/m238°拉薩29，912052KWh/m22388KWh/m233°成都30,1031135KWh/m21213KWh/m224°（2）在方位角設(shè)置上，北半球朝正南，即方位角為0°

2.根據(jù)光伏單體電池特性，分別測量兩塊不同光伏電池組件的輸出特性，并繪制光伏電池的伏安特性曲。解答：測量過程分析。務(wù)必保持光照強度和電池表面的溫度無較大變化。開路點，當(dāng)輸出電池斷開時的電壓。短路點，當(dāng)輸出電池短路時的電壓。從開路點或短路點，不斷調(diào)整負(fù)責(zé)阻值，時輸出電壓發(fā)生變化，并記錄當(dāng)前的電壓和電流值。將開路點、短路點，以及不同電壓值下的電流值，按照電壓或電流變化順序連接曲線即可。圖形結(jié)構(gòu)如下圖所示，坐標(biāo)參數(shù)僅供參考。

4.通過實驗方式驗證太陽能單體電池的短路電流Isc與光照強度之間的關(guān)系。解答：在實驗平臺中，需要設(shè)置多種光照強度，并記錄光照響度值。（1）當(dāng)關(guān)照強度最弱時（可能室內(nèi)是有光的），記錄光照度和電流值（短路電流）（2）不到調(diào)整光強（主要電池表面溫度不要有大變化），記錄光照度和電流值以此類推。圖形結(jié)構(gòu)如下圖所示，坐標(biāo)參數(shù)僅供參考。類似線性關(guān)系。

5.通過實驗方式驗證開路電壓與光照強度關(guān)系。解答：在實驗平臺中，需要設(shè)置多種光照強度，并記錄不同光照強度下的開路電壓。（1）當(dāng)關(guān)照強度最弱時（可能室內(nèi)是有光的），記錄光照度和開路電壓值（2）不到調(diào)整光強（主要電池表面溫度不要有大變化），記錄光照度和開路電壓值以此類推。發(fā)現(xiàn)關(guān)照強度變化后，開路電壓變化不大，或基本不變。

6.分析影響單體電池最大功率要素，并闡述解決方法。解答（可從內(nèi)部結(jié)構(gòu)和應(yīng)用環(huán)境等角度說明），如：一是內(nèi)部結(jié)構(gòu)：光伏電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，特別是p型半導(dǎo)體、n型半導(dǎo)體和pn結(jié)構(gòu)的組成，對光子的吸收、載流子的分離和漂移效率有直接影響。解決方法：通過優(yōu)化p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體的厚度和材料，改進(jìn)pn結(jié)構(gòu)，可以提升光伏電池的發(fā)電效率。二是外部環(huán)境：溫度、光照強度、污染和陰影等外部環(huán)境因素會影響光伏電池的工作效率。例如，溫度升高會降低光伏電池的工作效率，而光照強度越大，光伏電池的工作效率越高。解決方法：合理安排光伏電池的布局和方位，選擇合適的地理位置，并采取防護(hù)措施，可以有效地改善外部環(huán)境，提高光伏電池的發(fā)電效率。三是太陽輻照強度：太陽的輻照是導(dǎo)致光伏電池產(chǎn)生伏特效應(yīng)的直接影響因素，輻照強度的大小直接影響光伏電池輸出功率的大小。解決方法：合理選擇太陽能電池板的方向和傾斜角，以及選擇合適的設(shè)置場所，以提高接收到的太陽輻照強度，從而提高光伏電池的發(fā)電量。同時也可以從控制設(shè)備角度出發(fā)，分析電池最大功率的影響要素。

7.用2.3W的光伏單體電池，設(shè)計功率138W電池組件，并繪制示意圖。解答：需要多少個2.3W的單體電池：從總功率138W除以2.3W，可以看出，需要60個單體電池。誤差在允許范圍內(nèi)?？刹捎?*10片的結(jié)構(gòu)制作組件。

8.分別使用190W單晶組件和115W多晶組件，搭建2KW光伏發(fā)電系統(tǒng)的組件內(nèi)容，測量實際情況，填寫下表。組件規(guī)格串聯(lián)情況并聯(lián)情況開路電壓短路電流峰值電壓峰值電流單晶硅190W5232.8*57.82*226.2*57.252*5對晶硅115W9258.6*93.26*244.5*92.58*2解答：（組件功率調(diào)整，方法相似）（1）單晶硅190W組件。查詢組件參數(shù)。通過查詢，190W的電池組件可能參數(shù)如下：峰值電流7.25A，峰值電壓26.2V。2KW光伏系統(tǒng)，大于需要10-11塊組件。一般采用串聯(lián)數(shù)5，并聯(lián)數(shù)2的結(jié)構(gòu)，共10塊組件。（2）多晶硅115W組件。通過查詢，115W的電池組件參數(shù)可能如下：2KW光伏系統(tǒng)，大于需要17-18塊組件。條件可行情況下，一般采用偶數(shù)?？蛇x用串聯(lián)數(shù)9，并聯(lián)數(shù)2的結(jié)構(gòu)，共18塊組件。

9.分析在純并聯(lián)光伏電池電路如何放置旁路二極管，防止熱斑效應(yīng)的產(chǎn)生。參考如下：

10分析在純串聯(lián)光伏電池電路如何放置旁路二極管，防止熱斑效應(yīng)的產(chǎn)生。參考如下：

11.通過實驗的方式驗證熱斑效應(yīng)對串、并聯(lián)電池組輸出功率的影響。解答：該問題可理解為，在串、并聯(lián)結(jié)構(gòu)下，不同程度的熱斑效應(yīng)對系統(tǒng)輸出影響。下面以串聯(lián)結(jié)構(gòu)說明，如圖結(jié)構(gòu)。1.調(diào)節(jié)負(fù)載，使其工作在開路點d，此時工作電流為零，組開路電壓VGd等于電池1和電池2的開路電壓之和；2.調(diào)節(jié)負(fù)載，使其工作在c點，電池1和電池2都有正的功率輸出；3.調(diào)節(jié)負(fù)載，使其工作在b點，此時電池1仍然工作在正功率輸出，而受遮擋的電池2已經(jīng)工作在短路狀態(tài)，沒有功率輸出，但也還沒有成為電池1的負(fù)載；4.調(diào)節(jié)負(fù)載，使其工作在短路狀態(tài)a點，此時電池1仍然有正的功率輸出，而電池2上的電壓已經(jīng)反向，電池2成為電池1的負(fù)載；5.應(yīng)當(dāng)注意到，并不是僅在電池組處于短路狀態(tài)才會發(fā)生“熱斑效應(yīng)”，從b點到a點的工作區(qū)間，電池2都處于接收功率的狀態(tài)，如旁路型控制器在蓄電池充滿時將通過旁路開關(guān)將太陽電池短路，此時就很容易形成熱斑。

通過實驗方式，在串、并聯(lián)電路加入防反充（防逆流）二極管，對電池組輸出功率的影響。解答：重點從下面問題出發(fā)。防反充二極管的作用之一是防止太陽能電池組件或方陣在不發(fā)電時，蓄電池的電流反過來向組件或方陣倒送，不僅消耗能量，而且會使組件或方陣發(fā)熱甚至損壞；作用之二是在電池方陣中，防止方陣各支路之間的電流倒送。這是因為串聯(lián)各支路的輸出電壓不可能絕對相等，各支路電壓總有高低之差，或者某一支路因為故障、陰影遮蔽等使該支路的輸出電壓降低，高電壓支路的電流就會流向低電壓支路，甚至?xí)狗疥嚳傮w輸出電壓的降低。在各支路中串聯(lián)接入防反充二極管就避免了這一現(xiàn)象的發(fā)生。在獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中，有些光伏控制器的電路上已經(jīng)接入了防反充二極管，即控制器帶有防反充功能時，組件輸出就不需要再接二極管了。防反充二極管存在有正向?qū)▔航?，串?lián)在電路中會有一定的功率消耗，一般用的硅整流二極管管壓降為0.7V左右，大功率管可達(dá)1～2V。肖特基二極管雖然管壓降較低，為0.2～0.3V，但其耐壓和功率都較小，適合小功率場合應(yīng)用。

在給定的兩種規(guī)格電池組件樣板，完成電路設(shè)計，并測量開路電壓、短路電流、峰值電壓、峰值電流、最大功率（測量方法與單體電池相同）。并記入如下如下數(shù)據(jù)表。組件規(guī)格串聯(lián)情況并聯(lián)情況開路電壓短路電流峰值電壓峰值電流250W102350V10.4A290V10A