离网光伏系统设计

精品文档 1欢迎下载 离网光伏发电系统容量设计 一 任务目标 1 掌握容量设计的步骤和思路 2 掌握光伏发电系统的容量设计方法 3 了解光伏发电系统容量设计考虑的相关因素 二 任务描述 光伏发电系统容量设计主要涉及蓄电池容量 蓄电池串并联数 光伏发电系统的发电量 光伏组件串并联数的计算 本实验报 告主要以两种常见的计算方法为主 计算过程中需要注意不同 容量单位之间的换算 三 任务实施 1 容量设计的步骤及思路 光伏发电系统容量设计的主要目的是计算出系统在全年内 能够可靠工作所需的太阳能电池组件和蓄电池的数量 主要步 骤 2 蓄电池容量和蓄电池组的设计 1 基本计算方法及步骤 将负载需要的用电量乘以根据实际情况确定的连续阴雨 天数得到初步的蓄电池容量 阴雨天数的选择可参照如下 一 般负载 如太阳能路灯等 可根据经验或需要在 3 7 内选取 精品文档 2欢迎下载 重要的负载 如通信 导航 医院救治等 在 7 15 内选取 蓄电池容量除以蓄电池的允许最大放电深度 一般情况 下 浅循环型蓄电池选用 50 的放电深度 深循环型蓄电池选 用 75 的放电深度 综合 得电池容量的基本公式为 最大放电深度 连续阴雨天数负载日平均用电量 蓄电池容量 式中 电量的单位是 如果电量的单位是 先将hA hW 折算为 折算关系如下 hW hA 系统工作电压 负载日平均用电量 负载平均用电量 hW 2 相关因素的考虑 上 放电率对蓄电池容量的影响 蓄电池的容量随着放电率的改变而改变 这样会对容量设计产 生影响 计算光伏发电系统的实际平均放电率 最大放电深度 连续阴雨天数负载工作时间 平均放电率 h 负载工作功率 负载工作时间负载工作功率 负载工作时间 温度对蓄电池容量的影响 蓄电池的实际容量会随着温度的变化而变化 当温度下降时 蓄电池的实际容量下降 温度升高时 蓄电池的实际容量略有 升高 蓄电池的实际容量与温度的关系如图 4 3 所示曲线所示 精品文档 3欢迎下载 图 4 3 蓄电池容量 温度修正曲线 200h 受低温的影响 蓄电池的容量设计还要考虑蓄电池的最大放 电深度 图 4 4 所示是一般蓄电池的最大放电深度与温度的关系 蓄 电池容量设计可参考 4 4 所得到的最大放电深度 精品文档 4欢迎下载 图 4 4 蓄电池最大放电深度 温度修正曲线 3 实际蓄电池容量的计算 考虑以上相关因素之后 将有关修正系数代入有 温度修正系数最大放电深度 放电率修正系数连续阴雨天数负载日平均用电量 蓄电池容量 hA 2 蓄电池串并联数的确定 当计算出所需的蓄电池容量后 接下来要确定蓄电池的串 并联数 计算公式为 蓄电池标称电压 系统工作电压 蓄电池串联数 蓄电池标称容量 蓄电池总容量 蓄电池并联数 3 应用举例 建立一套光伏发电系统给一个地处偏远的通信基站供电 该系统的负载有两个 负载一 工作电流为 0 8A 每天工作 24h 负载二 工作电流为 4 8A 每天工作 12h 该系统所处地 区每天内的平均最低温度为 20 摄氏度 系统的自给时间为 6 精品文档 5欢迎下载 天 使用深循环工业用蓄电池 最大 DOD 为 80 试计算蓄电 池组的容量 因为该光伏发电系统所在地区每天内的平均最低温度为 20 摄氏度 所以必须修正蓄电池的最大允许放电深度 由图 4 4 所示的曲线可以确定最大允许放电深度约为 50 h71 13h 8 48 0 128 4248 0 负载工作时间 h52 164h5 0671 13 平均放电率 根据典型容量 温度变化曲线 与平均放电率计算数值最为 接近的放电率为 200 小时率 由图 4 3 可知 蓄电池的低温修 正系数为 0 75 放电率修正系数可参考蓄电池厂家提供的说明 书 此处取 0 85 hA48 1044hA 75 0 5 0 85 0 6128 4248 0 蓄电池容量 4 太阳能电池组件串并联数的设计 1 基本计算方法 太阳能电池组件设计的基本思想是满足负载日平均用电量 的需求 基本方法是用负载日平均用电量 A h 除以电池组件 日平均发电量 得到系统所需组件的并联数目 将系统工作电 压除以太阳能电池组件的峰值电压 得到系统所需组件的串联 数目 基本计算公式为 组件日平均用电量 负载日平均用电量 组件并联数 hA hA 组件峰值电压 系统工作电压 组件串联数 V 43 1 V 精品文档 6欢迎下载 组件日平均发电量 组件峰值电流 A 峰值日照时数 h 在计算组件的并联数时 如果负载用电量的单位为 W h 注意把单位换算成 A h 系数 1 43 是组件峰值电压与系统工作电压的比值 例如 为工作电压为 12V 的系统供电的组件的峰值电压是 17 17 5V 为工作电压为 24V 的系统供电组件的峰值电压为 34V 34 5V 等 因此为方便计算 用系统工作电压乘以 1 43 即为该组件或整个 阵列峰值电压的近似值 2 相关因素的考虑 组件实际功率的损耗 在光伏发电系统的实际应用中 太阳能电池组件的实际输 出功率会因各种因素的影响而有所下降 灰尘的覆盖 组件自 身的功率衰减 线路的损耗等因素是主要因素 因此 设计时 组件功率损耗按 10 计算 逆变器的损耗 逆变器在实现各种功能时 要消耗一定的电能 不同的逆变 器损耗的电能不同 一般情况下 设计时逆变器转换的损失按 10 计算 如果负载是直流负载时 逆变器的损耗不计 蓄电池充电的损耗 由于蓄电池在转换储存电能的过程中产生热量 电解水蒸发 等产生一定的损耗 即蓄电池的充电效率根据蓄电池的不同可 在 90 95 选取 因此在设计时 也要根据蓄电池的不同 将 电池组件的功率增加 5 10 以抵消蓄电池充电过程的损耗 精品文档 7欢迎下载 3 实际组件串并联数的确定 在考虑上述各种因素的影响后 引入相关修正系数得 逆变效率组件损耗系数充电效率 组件日平均用电量 负载日平均用电量 组件并联数 hA hA 组件峰值电压 系统工作电压 组件串联数 V 43 1 V 4 应用举例 在一个偏远地区建设的光伏发电系统为以下负载供电 荧光 灯 4 盏 每盏功率 40W 每天工作 4H 电视机 1 台 每台功率为 70W 每天工作 5H 系统工作电压为 24V 选用组件参数 峰值电 压为 17 4V 峰值电流为 5 75A 当地的峰值日照时间为 3 43H 修正因数 充电效率为 0 9 组件损耗系数为 0 9 试确定组件的 数目 2 4 17 43 1 24 组件串联数 3 9 09 09 043 3 75 5 24 57014404 组件并联数 632 并 串 总的光伏组件数 4 容量的其他设计方法 蓄电池组容量的计算 蓄电池的容量 Bc 计算公式为 hTN Q ACOL L BC 式中 A 安全系数 取之在 1 1 1 4 之间 负载日平均用电量 单位为 QL hA 最长连续阴雨天数 NL 精品文档 8欢迎下载 温度修正系数 一般在 0 以上取 1 10 0 取 1 1 10 以 TO 下取 1 2 蓄电池放电深度 一般铅蓄电池取 0 75 碱性镉镍蓄电池取 hC 0 85 2 光伏组件串联数NS UUUUUU OCCDfOCR NS 光伏阵列输出最小电压 单位为 V UR 光伏组件的最佳工作电压 单位为 V UOC 蓄电池浮充电压 单位为 V Uf 二极管导通电压 一般取 0 7V UD 其他因数引起的压降 单位为 V UC 蓄电池的浮充电压和所选的蓄电池参数有关 应等于在最低 温度下所选蓄电池单体的最大工作电压乘以串联的电池数 3 光伏组件并联数N p 在确定 Np 之前 先确定其相关量的计算方法 将光伏阵列安装地点的太阳能水平面日辐射量 Ht 转换成 在标准光强下的平均日辐射时数 水平面日辐射量参见表 4 1 10000 778 2 HHt 式中 为将日辐射量换算为标准光强 mKJ0 2 778 1000 2 下的平均日辐射时间的系数 mW1000 2 光伏组件日发电量 Qp CKHI Q ZOPOC p 精品文档 9欢迎下载 式中 光伏组件的最佳工工作电流 单位为 A IOC 斜面修正系数 参照本项目任务 1 KOP 修正系数 主要为组合 衰减 灰尘 充电效率等的 CZ 损失 一般取 0 8 两组最长连续阴雨天之间的最短间隔天数 Nw 此数据为本 设计的独特之处 主要考虑要在此段时间内将亏损的蓄电池电量 补充起来 需补充的蓄电池容量 hA N Q ABL L cb 光伏组件并联数 Np 的计算方法为 N QQ NBN w p cb L Wp 并联的光伏组件数需考虑在两组连续阴雨天之间的最短间 隔天数内所发电量 不仅供负载使用 还需补足蓄电池在最长连 续阴雨天内所亏损电量 光伏阵列的功率计算 根据光伏组件的串并联数 即可得出所需光伏阵列的功率 NNPP PSO 式中 Po 光伏组件的额定功率 5 设计实例 以广州某地面卫星接收站为例 负载电压为 12V 功率为 25W 每 天工作 24H 最长连续阴天数为 15 天 两个最长连续阴雨天最 短间隔天数为 30 天 太阳能电池采用某厂生产的 38D975X400 型组件 组建标准功率为 38W 工作电压为 17 1V 工作电流为 精品文档 10欢迎下载 2 22A 蓄电池采用铅酸免维护蓄电池 浮充电压为 14V 其水 平面的年平均日辐射量为 12110KJ m2 KOP 为 0 885 最佳倾角 为 16 13 计算蓄电池容量及光伏阵列功率 蓄电池容量 Bc 1200 75 0 115 12 2425 2 1 hTO hAhA cL L cN Q AB 光伏阵列功率 P 192 0 1 17 17 014 NS UUUUUU OCCDfOCR hAhA CKHI Q ZOPOC p 29 5 8 0885 0 10000 778