太陽能光伏發(fā)電.ppt

1、太陽能發(fā)電簡介,二00九年四月,河南省科學院能源研究所,一、太陽光伏發(fā)電的現(xiàn)狀,光伏發(fā)電的應用正由邊遠地區(qū)和特殊應用向電網(wǎng)電源發(fā)展 由補充能源向代替能源轉(zhuǎn)變,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載。,離網(wǎng)光伏系統(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 器和交流配電設備組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如下圖所示,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

2、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)的電補充。,二、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設計 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設計分軟件設計和硬件設計。,三、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設計基礎(chǔ) 1、設計原則 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 河南地區(qū)年太陽能總輻射 量約為5016-5852 MJ/ m2。 日累計太陽輻射量：1116 MJ/ m2,2）、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

3、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行處理 其次太陽能電池安裝和水平面最佳傾角等于當?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I由三部分組成： I=ID +Id+IR （W/m2 ） ID 、Id 、IR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ID ID =Rb . IDH (W/),斜面上直接輻射照度應按時計算，設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： R

4、b =cosT /cosZ T和Z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: COS=sinsincosS-sincossinScoss+coscoscosScos+cossinsinScosScos+cossinSsinSsin -入射角；太陽入射光線和表面法線之間的夾角； -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 -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 -時角；正午時角為零，每一小時對應的時角為15,上午為正，下午為負 -當?shù)氐乩砭暥?,2）、月平均日

5、傾斜面太陽散射輻照量Id 認為太陽散射輻射均勻分布，計算公式： Id=IdH(1+cosS)/2 W/ Id-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 IR 認為地面上的反射輻射是均勻分布的，計算公式為: IR=G(IDH+IdH)(1+cosS/2) W/ 地面反射率；工程計算中，取平均值0.2，有雪時地面取0.7。,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、負載資料收集計算 阻性負載：如白熾泡、電子節(jié)能燈、電加熱器等。電流和電壓無

6、沖擊波。 感性負載，如電動機、電冰箱、水泵等，電壓超強電流，有沖擊波 電動機 額定電流的5倍，時間50150ms 電冰箱額定電流的510倍，時間100200ms 彩色電視機額定電流的25倍，時間20100ms 電力電子累負載，如熒光燈、電視機、計算機等有沖擊波，負載的峰值電流（振幅系數(shù)1 ）,5、系統(tǒng)配置圖,二、太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)容量設計計算 （一）、太陽能電池功率設計選取 1、太陽能電池功率設計 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/)，除以標準光下輻射量1000w/， Tm=Ht2.7810-4 （h） 負載功率Q設計 根據(jù)設計的用電負荷情況，考慮感性

7、 負載和公用及發(fā)展情況，對負載功率進行設計。 系統(tǒng)的直流電壓Vd 設計 太陽能電池組件串聯(lián)數(shù)Ns Ns=（UfUDUc）/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。,Uoc為太陽能電池組件的最佳工作電壓。 Uf蓄電池浮充電壓,Uf應等于系統(tǒng)的直流電壓Vd1.18。 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） 光伏發(fā)電系統(tǒng)工作電流Im計算 計算公式為： I=Q/Vd .Tm.1.2 .3.4 (Ah) 式中: Q負載功率(w) 1蓄電池充電效率0.85 2方陣表面由于塵污遮蔽或老化引起的修正系數(shù),通常取0.9 3方陣組合損失修正系數(shù),通常

8、取0.9 4逆變效率0.9，在直流系統(tǒng)中取1 太陽能電池組件并聯(lián)數(shù)Np Np=m/0 式中:0為選取的太陽光伏組建最佳電流,電站太陽能電池功率功率 Pz= P0NsNp 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，設計公式為： Q=PzTm1234 求出負載功率，再根據(jù)負載設計系統(tǒng)直流電壓，他部分設計同上述方法相同。,2、太陽能電池組件選取 選取標識完善的太陽能電池組件,選取同一批次的太陽電池，在同一光照條件下使用,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1114%。太陽電池及組件的選用選用晶體硅太陽電池組件時，要檢

9、查組件有無下列缺陷： 開裂、彎曲、不規(guī)整或損傷的外表面； 有裂紋或破碎的單體電池； 互聯(lián)線或接頭有毛病 電池互相接觸或與邊框相接觸； 密封材料失效； 在組件的邊框和電池之間形成連續(xù)通道的氣泡或脫層； 引線端失效，帶電部件外露； 接線盒安裝不牢固。,（3）選取有旁路二極管的太陽光伏組件,防止逆流二極管設計選取,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。 、建材一體型,（二）、蓄電池組容量的設計計算及選取 1、蓄電池組容量的設計計算 蓄電池的容量BC計算公式為： BC =AQNT（1-C）kr wh 式中：A

10、為安全系數(shù)，取1.11.4之間； Q為負載日平均耗電量（wh）； N為最長連續(xù)陰雨天； T為溫度修正系數(shù)，一般取1.1 C為蓄電池放電深度，設計深循環(huán)鉛酸蓄電池取80%， 設計淺循環(huán)鉛酸蓄電池取50%。 kr為逆變器等損耗，通常取0.70.8,2、蓄電池選取,根據(jù)設計的蓄電池容量和太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設計的直流電壓(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。,配置蓄電池應注意如下幾點： 每只蓄電池應有生產(chǎn)合格證，合格證上應標明蓄電池型號和生產(chǎn)日期，制造商應提供同型號產(chǎn)品國家認可質(zhì)檢機構(gòu)出具的質(zhì)檢報告，蓄電池的存放時間應不超過6個月； 同一充放電控制的蓄電池應用

11、同一規(guī)格型號和容量的產(chǎn)品。 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。 蓄電池的電壓與太陽光伏電池組件電壓相匹配,、逆變器功率設計 對于獨立電源計算: NC =K（nQg+Qc） 式中：NC逆變器容量w K安全系數(shù)，一般取1.2 n感性負載啟動時的浪涌電流，為額定電流的倍數(shù) Qg系統(tǒng)中感性負載功率 Qc系統(tǒng)中純阻型負載功率 對于發(fā)電站計算: QE/ 式中：逆變器容量w 各相負荷不平衡系數(shù)，取1.21.5 E用電同時率80% Q負載功率kw 負載功率因素0.8 逆變負荷率85%,（三）、逆變器功率設計及選取,、逆變器選取 逆變器按波形分有正弦波、準正弦波和方波三種。 根據(jù)標志標識選取

12、產(chǎn)品 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范圍。 壽命長、可靠性高 根據(jù)負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，在短時間內(nèi)能夠承載大于自身額定功率的1.5倍負載工作； 要求具有較高的效率。由于目前太陽電池的價格偏高，為了。,最大限度地利用太陽電池，提高系統(tǒng)效率，必須設法提高逆變電源的效率。轉(zhuǎn)換效率應大于85%，待機或低負載時損耗小 選取供電穩(wěn)定、噪聲小、產(chǎn)生諧波小，啟動或停止平穩(wěn)的逆變器 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501Hz。 并網(wǎng)逆變器選取，查看

13、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） 選取易讀取電量的逆變器 選取售后服務網(wǎng)點多的產(chǎn)品。,技術(shù)參數(shù)表：,（四）、控制器設計及選取 1、控制器設計 控制器的設計根據(jù)控制器最大電流通過能力設計。控制器輸入回路應耐受1.2-1.3倍的蓄電池最大充電電流，輸出回路應能耐受1.3-1.5倍的系統(tǒng)最大負載電流。,2、控制器選取 所選控制器應與系統(tǒng)設計的電壓、電流相匹配，可根據(jù)以下指標配置： 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；蓄電池與負載之間( V

14、 ) 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，要把控制與逆變要求一起考慮了。 為了有效的利用太陽能，選取有最大功率跟蹤（MPPT）的控制器。待機或低負載時損耗小的控制器。 控制器應具有：防反沖電保護、蓄電池電壓過充過放保護、欠壓保護、輸出過載保護、輸出短路保護、太陽能電池、蓄電池反接保護等功能。,6、控制器技術(shù)參數(shù)表 ：,(五)、太陽能電池方陣傾角的確定,經(jīng)過精心設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?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。,1、固定角度,緯度

15、 025，傾角等于緯度； 緯度 2640，傾角等于緯度加 510； 緯度 4155，傾角等于緯度加 1015； 緯度55， 傾角等于緯度加 1520,2、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。,(六)、太陽能電池方陣前后間距的計算,式中：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。,（七）、電站防雷擊設計與安裝,1、按照GB50057建

16、筑物防雷設計規(guī)范規(guī)定的要求增設避雷措施或采用原建筑避雷設施，太陽光伏系統(tǒng)安裝盡可能處在建筑物上避雷系統(tǒng)的保護中或。 2、電站的避雷系統(tǒng)設計，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)設備工作電壓，選擇合適保護電壓的避雷器，并將所有設備的金屬外殼接地。 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06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)不足已保護太陽光伏方陣，則適當予以加高，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

17、后兩種避雷帶(針)的規(guī)格應一致。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 、將電氣設備的任何部分都與大地間作良好的電氣聯(lián)接,（八）、風壓載荷的確定,抗風要求一定要根據(jù)各地區(qū)風力參數(shù)予以計算,式中：W太陽光伏陣列陣列受到的風載（N）； K1 風載體型系數(shù)，取1.5； K2 風壓高度變化系數(shù) W0 基本風壓（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。在設計時規(guī)定采用的基本風壓應確定不小于250N/的數(shù)值； F 太陽光伏陣列最高的垂直面積。,根據(jù)計算的太陽光伏方陣所受到的風載能力，確定相應的防風固定措施。,（九）、導線線徑的確定 （1）線的長度選擇 ，因為輸入輸出電壓都比較低，所以在電纜設計時應遵循最短原則。 （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= . L /u2 式中 : S導線截面積 P負載功率 L導線長度。 電阻率； u端電壓,（十）、限荷及配電線路設計、 電子限荷器設計選取，根據(jù)系統(tǒng)額定電壓、電流承載能力設計選配電子限荷器，能精確