李教授-太阳能光伏发电

太阳能发电简介二00九年四月

河南省科学院能源研究所1编辑ppt一、太阳光伏发电的现状光伏发电的应用正由边远地区和特殊应用向电网电源发展由补充能源向代替能源转变

2编辑ppt光伏发电系统的原理及构成光伏系统光伏电池阵列，充放电控制器、逆变器等电子设备和储能蓄电池（离网系统）三部分组成。光伏系统发电原理：由光伏电池将太阳的辐射能转化为电能，通过控制器保护蓄电池充放电、再由逆变器将符合要求交流电提供给用户负载。离网光伏系统结构原理图3编辑ppt交流负载图2.2并网光伏发电系统结构原理图并网光伏发电系统由太阳能光伏阵列，控制器逆变器和交流配电设备组成。系统结构原理如下图所示4编辑ppt太阳能发电并网发电系统：由太阳能电池把光能转化为电能，通过并网逆变器逆变为满足电网要求的电压，一部分用户自用，多余部分电能送上电网。电力公司将依据售电电能表记录的数值支付给用户相应的费用。在夜晚或阴雨天气发电量较少，用户消费电能不足时可购买电网的电补充。5编辑ppt6编辑ppt二、太阳能光伏发电系统设计太阳能光伏发电系统的设计分软件设计和硬件设计。7编辑ppt三、太阳能光伏发电系统设计基础1、设计原则1）、性价比高2）、充分利用自然条件3）、安全可靠2、太阳辐射资料收集处理1）、太阳能资源分布①河南地区年太阳能总辐射量约为5016-5852MJ/m2。日累计太阳辐射量：11~16MJ/m2

8编辑ppt9编辑ppt10编辑ppt2）、太阳辐射资料处理计算首先中国气象中心记录气象情况是按小时或天记录，每年的太阳辐射量不能代表正真的太阳辐射量情况，需要选取一个时间段对太阳辐射资料进行处理其次太阳能电池安装和水平面最佳倾角等于当地的纬度，由于气象资料给出的是水平面的太阳辐照量，在设计时必须把水平面的太阳辐射总辐辐射量转换成等于太阳电池安装倾角面上的太阳辐射总辐辐射量。斜面上的月平均日太阳辐射总辐射量Iθ由三部分组成：

Iθ=IDθ

+Idθ+IRθ

（W/m2）IDθ

、Idθ

、IRθ分别代表月平均日倾斜面太阳直接辐照量；散射辐照量、地面反射辐照量

1）月平均日倾斜面太阳直接辐照量IDθ

IDθ=Rb.IDH

(W/㎡)11编辑ppt斜面上直接辐射照度应按时计算，设Rb=斜面上的直接辐射/水平面上的直接辐射照度，计算公式为：Rb=cosθT/cosθZθT和θZ分别为斜面和水平面太阳直接辐射的入射角，入射角的计算公式如下:COSθ=sinδsinФcosS-sinδcosФsinScosγs+cosδcosФcosScosω+cosδsinФsinScosγScosω+cosδsinSsinγSsinωθ-入射角；太阳入射光线和表面法线之间的夹角；γ-表面方位角；指倾斜表面法线水平面上的投影与南北方向线的夹角

s-倾斜平面的倾斜角；指倾斜平面与水平面之间的夹角。垂直s=90°，水平面s=0°δ-赤纬角；地球中心与太阳中心的连线与地球赤道平面的夹角ω-时角；正午时角为零，每一小时对应的时角为15℃,上午为正，下午为负φ-当地地理纬度.12编辑ppt2）、月平均日倾斜面太阳散射辐照量Idθ认为太阳散射辐射均匀分布，计算公式：Idθ=IdH(1+cosS)/2W/㎡Idθ-倾斜面上的散射辐射照度IdH-水平面上的散射辐射照度S-倾斜面倾角3）、月平均日倾斜面太阳地面反射辐照量IRθ认为地面上的反射辐射是均匀分布的，计算公式为:IRθ=ρG(IDH+IdH)(1+cosS/2)W/㎡ρ–地面反射率；工程计算中，取平均值0.2，有雪时地面取0.7。13编辑ppt3、安装场地资料1）收集安装地点的纬度、经度和海拔高度等

2）安装地点地势情况3）安装地居民居住的集中度4）安装地点的环境4、负载资料收集计算①阻性负载：如白炽泡、电子节能灯、电加热器等。电流和电压无冲击波。②感性负载，如电动机、电冰箱、水泵等，电压超强电流，有冲击波电动机额定电流的5～８倍，时间50～150ms电冰箱额定电流的5～10倍，时间100～200ms彩色电视机额定电流的2～5倍，时间20～100ms③电力电子累负载，如荧光灯、电视机、计算机等有冲击波，负载的峰值电流（振幅系数＞1）14编辑ppt5、系统配置图15编辑ppt二、太阳光伏发电系统容量设计计算（一）、太阳能电池功率设计选取1、太阳能电池功率设计①求出平均峰值日照时数。将历年逐月平均倾斜面方阵上的日照总辐射量Ht(kJ/㎡)，除以标准光下辐射量1000w/㎡，Tm=Ht×2.78×10-4（h）②负载功率Q设计根据设计的用电负荷情况，考虑感性负载和公用及发展情况，对负载功率进行设计。③系统的直流电压Vd设计④太阳能电池组件串联数NsNs=（Uf＋UD＋Uc）/Uoc(V)式中：UD为二极管压降，一般取0.7V；UC为其它因数引起的压降。16编辑ppt

Uoc为太阳能电池组件的最佳工作电压。Uf蓄电池浮充电压17编辑pptUf应等于系统的直流电压Vd×1.18。即：所选蓄电池单体的（最大工作电压×串联的电池数×1.18）⑤光伏发电系统工作电流Im计算计算公式为：I=Q/Vd.Tm.η1.η2.η3.η4(Ah)式中:Q负载功率(w)η1蓄电池充电效率0.85η2方阵表面由于尘污遮蔽或老化引起的修正系数,通常取0.9η3方阵组合损失修正系数,通常取0.9η4逆变效率0.9，在直流系统中取1⑥太阳能电池组件并联数NpNp=Ｉm/Ｉ0式中:Ｉ0为选取的太阳光伏组建最佳电流18编辑ppt⑦电站太阳能电池功率功率Pz=P0×Ns×Np式中：Pz光伏组件总功率P0选取的太阳能电池功率功率已知电站功率，设计公式为：Q=Pz×Tm×η1×η2×η3×η4求出负载功率，再根据负载设计系统直流电压，他部分设计同上述方法相同。2、太阳能电池组件选取⑴选取标识完善的太阳能电池组件19编辑ppt⑵选取同一批次的太阳电池，在同一光照条件下使用20编辑ppt选取注意事项选取转换效率高、漏电流小的太阳电池，目前市场销售晶体硅太阳能电池多为转换效率在11～14%。太阳电池及组件的选用选用晶体硅太阳电池组件时，要检查组件有无下列缺陷：①开裂、弯曲、不规整或损伤的外表面；②有裂纹或破碎的单体电池；③互联线或接头有毛病④电池互相接触或与边框相接触；⑤密封材料失效；⑥在组件的边框和电池之间形成连续通道的气泡或脱层；⑦引线端失效，带电部件外露；⑧接线盒安装不牢固。21编辑ppt（3）选取有旁路二极管的太阳光伏组件22编辑ppt⑷防止逆流二极管设计选取

二极管要求其能承受1.5倍支路工作电流，二极管的正向压降要小，反向饱和电流要小。有些控制器具有防反接功能，这时也可以不接阻塞二极管。⑸、建材一体型23编辑ppt（二）、蓄电池组容量的设计计算及选取1、蓄电池组容量的设计计算蓄电池的容量BC计算公式为：BC=A×Q×N×T／（1-C）×krwh式中：A为安全系数，取1.1～1.4之间；Q为负载日平均耗电量（wh）；N为最长连续阴雨天；T为温度修正系数，一般取1.1C为蓄电池放电深度，设计深循环铅酸蓄电池取80%，设计浅循环铅酸蓄电池取50%。kr为逆变器等损耗，通常取0.7～0.824编辑ppt2、蓄电池选取⑴根据设计的蓄电池容量和太阳能光伏发电系统设计的直流电压(Vd)选配满足要求规格型号的蓄电池。采用多只蓄电池串联或并联方式实现容量要求。25编辑ppt⑵配置蓄电池应注意如下几点：①每只蓄电池应有生产合格证，合格证上应标明蓄电池型号和生产日期，制造商应提供同型号产品国家认可质检机构出具的质检报告，蓄电池的存放时间应不超过6个月；②同一充放电控制的蓄电池应用同一规格型号和容量的产品。③蓄电池可由多只串联组成，但是并联的蓄电池不能超过4只。④蓄电池的电压与太阳光伏电池组件电压相匹配26编辑ppt１、逆变器功率设计对于独立电源计算:NC=K（nQg+Qc）式中：NC逆变器容量wK安全系数，一般取1.2n感性负载启动时的浪涌电流，为额定电流的倍数Qg系统中感性负载功率Qc系统中纯阻型负载功率对于发电站计算:Ｐ＝Ｂ×QE/ＳＭ式中：Ｐ逆变器容量wＢ各相负荷不平衡系数，取1.2～1.5E用电同时率80%Q负载功率kwＳ负载功率因素0.8Ｍ逆变负荷率85%（三）、逆变器功率设计及选取27编辑ppt２、逆变器选取逆变器按波形分有正弦波、准正弦波和方波三种。①根据标志标识选取产品②选取与输入、输出电压一致的逆变器根据输入的直流电压和交流输出电压及功率和相数要求选取逆变器。要求直流输入电压有较宽的适应范围。③寿命长、可靠性高④根据负载的冲击性决定逆变器的功率余量，所选控制器的耐过载能力强，在短时间内能够承载大于自身额定功率的1.5倍负载工作；⑤要求具有较高的效率。由于目前太阳电池的价格偏高，为了。28编辑ppt最大限度地利用太阳电池，提高系统效率，必须设法提高逆变电源的效率。转换效率应大于85%，待机或低负载时损耗小⑥选取供电稳定、噪声小、产生谐波小，启动或停止平稳的逆变器⑦输出频率变化范围小。出电压范围不能超过额定值10%；输出频率变化范围50±1Hz。⑧并网逆变器选取，查看是否可以独立运行（如果是带有蓄电池运行，是否是停电时间可以使用）⑨选取易读取电量的逆变器⑩选取售后服务网点多的产品。29编辑ppt技术指标SN22030SK直流输入直流输入电压（v）220交流输出输出额定容量（kVA）30输出额定功率（kw）24转换效率90%-94%输出额定电压及频率220，50±1Hz；使用环境-25~+55℃使用海拔高度（m）≤6000正弦波输出波形失真度<5%机械尺寸深、宽、高（mm）600×800×1800重量（kg）保护特性：短路保护、过流保护、过热保护、过压保护、欠压保护为便于今后扩容，逆变器具有并机运行功能技术参数表：30编辑ppt（四）、控制器设计及选取1、控制器设计控制器的设计根据控制器最大电流通过能力设计。控制器输入回路应耐受1.2-1.3倍的蓄电池最大充电电流，输出回路应能耐受1.3-1.5倍的系统最大负载电流。2、控制器选取①所选控制器应与系统设计的电压、电流相匹配，可根据以下指标配置：额定电压(V)；额定电流Ip(A)；最大太阳能电池组件功率(KWp)；太阳能电池组数N；每路太阳能电池电流Ib(A)；太阳能电池与蓄电池之间(V)电压降落；蓄电池与负载之间(V)电压降落；使用海拔高度等有些系统控制与逆变制作成一体机，要把控制与逆变要求一起考虑了。②为了有效的利用太阳能，选取有最大功率跟踪（MPPT）的控制器。待机或低负载时损耗小的控制器。③控制器应具有：防反冲电保护、蓄电池电压过充过放保护、欠压保护、输出过载保护、输出短路保护、太阳能电池、蓄电池反接保护等功能。31编辑ppt6、控制器技术参数表：技术指标SN22050SK直流输入电压（v）220光伏额定电流（A）50最大光伏电池功率（kwp）10太阳电池组数4每组太阳电池电流(A)12控制器耗电流(A)0.2电压降落0.05深、宽、高（mm）600×550×1200保护功能夜间防反冲电保护蓄电池电压过充过放保护、输出过载保护、输出短路保护、太阳能电池、蓄电池反接保护。32编辑ppt(五)、太阳能电池方阵倾角的确定经过精心设计的最佳倾角可以使太阳能电池组件能够接收到更多的太阳辐射，从而提高系统发电量。太阳电池安装倾角分为：面向南固定角度（角度与当地纬度一致），按季跟踪太阳节调整角度、跟踪太阳自动节调整角度等形式。33编辑ppt1、固定角度纬度0°―25°，倾角等于纬度；纬度26°―40°，倾角等于纬度加5°―10°；纬度41°―55°，倾角等于纬度加10°―15°；纬度＞55°，倾角等于纬度加15°―2034编辑ppt2、跟踪太阳自动节调整角度

太阳能电池方阵跟踪太阳,目的是使电池方阵的主光轴始终与太阳光线相平行。不断跟踪太阳,使电池方从日出到日落始终对准太阳,以提高太阳能的利用率。太阳能电池方阵的跟踪可以分为跟踪太阳能高度角和太阳方位角和跟踪太阳的赤纬角和时角。35编辑ppt(六)、太阳能电池方阵前后间距的计算式中：φ——纬度H——遮光物最高点与光伏方阵最低的垂直距离m；D——光伏方阵与遮光物或太阳电池前后排最小距离m。36编辑ppt（七）、电站防雷击设计与安装1、按照GB50057《建筑物防雷设计规范》规定的要求增设避雷措施或采用原建筑避雷设施，太阳光伏系统安装尽可能处在建筑物上避雷系统的保护中或。2、电站的避雷系统设计，在发电系统的安装输入避雷器和输出避雷器，根据系统设备工作电压，选择合适保护电压的避雷器，并将所有设备的金属外壳接地。3、降低太阳光伏方阵的位置。太阳光伏方阵的顶部至少要比建筑物最高避雷带(针)低0．6米，并与避雷带(针)保持1米左右的距离。4、加高避雷带(针)的高度。如果建筑原有安装高度的避雷带(针)不足已保护太阳光伏方阵，则适当予以加高，也可再装新的避雷带(针)，并与原有避雷带(针)焊接在一起，其搭接长度不小于避雷带(针)直径的6倍。要特别注意的是，前后两种避雷带(针)的规格应一致。若空间限制无法满足太阳光伏方阵与避雷带(针)的距离要求时，可考虑将太阳光伏方阵金属架与避雷带(针)相连。5、将电气设备的任何部分都与大地间作良好的电气联接37编辑ppt（八）、风压载荷的确定抗风要求一定要根据各地区风力参数予以计算

式中：W——太阳光伏阵列阵列受到的风载（N）；K1——风载体型系数，取1.5；

K2——风压高度变化系数W0——基本风压（N/㎡）,指一般空旷平坦地面，10年离地面10m处统计值，可由各地气象部门提供。在设计时规定采用的基本风压应确定不小于250N/㎡的数值；F——太阳光伏阵列最高的垂直面积㎡。38编辑ppt根据计算的太阳光伏方阵所受到的风载能力，确定相应的防风固定措施。39编辑ppt（九）、导线线径的确定（1）线的长度选择，因为输入输出电压都比较低，所以在电缆设计时应遵循最短原则。（2）线径的确定直流输入线径的计算太阳能发电系统要尽量减少系统损耗，但同时要兼顾系统的经济性，一般的光伏发电系统中因电压降而产生的损失一般为2%。直流输出线径的计算计算公式：

S=ρ.Ρ.L/u2

式中:S——导线截面积P——负载功率L——导线长度。ρ——电阻率；

u——端电压40编辑ppt（十）、限荷及配电线路设计、电子