太阳能光伏系统的设计教学课件

1、第七章 太阳能光伏系统的设计 设计步骤 系统设计应考虑 设计理论 设计方法 系统设计方法 参数分析法 计算机仿真法 还应进行成本核算。7.1 太阳能光伏系统设计的诸因素 设置用途 调查了解 负载情况 确定： 系统形式、构成、场所、设置方式、容量、方位角、倾斜角、面积、台架、布置方式 7.1.1 太阳能光伏系统设计时的调查调查项目： 用户需求：出力、场所、经费、周期 建筑物：形状、结构、屋顶结构、日照条件 电气设备：电气方式、负荷容量、分电盘、 用电合同、安装场所 施工条件：搬运场所、施工场所、材料安放、 周围障碍物7.1.2 太阳能光伏系统设置的用途 负荷情况 1.设置对象以及用途 电力用在何

2、方、建筑物屋顶是否空置 2.负载的特性 是交流还是直流、日间还是夜间供电 3.根据要求确定系统容量 7.1.3 系统的类型、结构的选定 系统类型取决于使用目的、负载特点、 是否具有备用电源。 容量设计前 ，必须优先决定系统类型。 1.系统类型的选定 直流负载直接型 独立系统 直流负载蓄电池使用型 交流负载蓄电池使用型 交、直流负载蓄电池使用型 有逆潮流型 并网系统 无逆潮流型 切换式系统 防灾型系统 2.系统装置的选定（除太阳电池外） 功率调节器、接线盒、蓄电池、充放电控制器7.1.4 设置场所、设置方式的选定 设置方式：建筑物上、地面上、杆、柱上 1.杆上设置 将电池固定在金属、混凝、土木制

3、 杆、塔上 2.地上设置 平地设置、斜面设置 3.屋顶设置 整体型、直接型、架子型、空隙型 4.高楼屋顶设置型 设在高楼屋顶台架上 5.墙壁设置型 建材一体、壁面设置、窗上设置7.1.5 太阳电池的方位角、倾斜角的选定 方位角：指东、南、西、北的方向角 顺时针方向（西）+ 45 以正南为0 逆时针方向（东） 45 倾斜角：以0 为水平位置 ；90 为垂直位置 1.方位角选择 一般取0 方向，有障碍物时取一定角度。 2.倾斜角选择 可与屋顶倾斜角相同，有积雪地区5060 7.1.6 可设置的面积 考虑地形、周围环境。7.1.7 太阳电池阵列的设计 1.太阳电池组的选定 单晶硅、多晶硅、非晶硅、微

4、晶硅 2.容量的计算 3.台架设计 要考虑地点、风压、雪载荷 7.2 太阳能光伏系统的设计步骤 步骤： 设计所需电力；确定屋顶形状；确定面积；确定容量；算出面积；判断设置可能性；决定组件枚数；决定逆变器容量；确定安装场所；设计施工方案；试验运行。7.3 太阳能光伏系统设计方法概要 能量变化无规律性 设计面临 负载功率不确定性 三大难题 电池特性不稳定性 解析法根据数学模型，使用图表设计方法 设计（参数分析法、LOLP法） 计算机仿真法 7.3.1 参数分析法 参数分析法将复杂的非线性系统当做简单的 线性系统来处理。 LOLP法 用概率论描述系统的方法 日射量计算机仿真法 对 不同类型负载 动态

5、计算 系统状态 7.3.1 参数分析法 根据负载消费量决定太阳电池容量。 1.阵列容量的计算 负载已决定时 方法：1.太阳电池容量： 2.电表消费量： EL=（E1T1+E2T2+EnTn） 阵列面积已决定时 根据面积计算电池容量： 年发电量：EP=HAKPAS ； 转换效率： 2. 电池组件总枚数 组件总枚数=太阳电池容量每枚组件最大出力 串联枚数=太阳电池容量每枚组件最大输出电压 并联枚数=组件总枚数串联枚数 3.太阳电池阵列的年发电量的估算 4.蓄电池容量的计算 向较稳定的负载供电的系统 蓄电池容量： BC=ELNdRb/（CcdUbbv） 根据日射强度来控制负载容量的系统 蓄电池容量：

6、 BC=ELEPAS（HA1/GSK）NdRb/（CcdUbbv） 5. 逆变器容量的计算 逆变器容量： Pin=PmReRin 7.3.2 计算机仿真法 以一年 日射量 电池阵列容量为单位对 温度 决定 蓄电池容量 （8760小时） 风速 负载工作点 1.各部分数学模型 太阳电池阵列数学模型I=IphI0(exp（q（V+RSI）/nkT）1) （VRSI）/RSH ； 对于单、多晶硅RSH可忽略不计。其等价电路如下： 要对温度 方法一：用温度系数修正 进行修正 方法二：用二极管温度特性 饱和电流的温度特性： I0=C1T exp（Eg0/kT） 太阳电池温度要高于气温，但有风时则下降。 铅

7、蓄电池 为电压源与串联电阻组成，等价电路如下：3 其数学表达式为： Vb=EbIbRsb 若有：Nbs个电池串联： Nbp个并联： 则：VB=VbNbs ； IB=IbNbp 逆变器 无负载损失 要考虑 输入电流损失 输出电流损失 其数学表达式：I0=Pi/（U0）逆变器输出功率：P0=Pi L0 RiIi R0I0逆变器输出电流：Ii=Pi/Vi 逆变器效率：=P0/Pi ； P0=V0I0222. 计算机仿真标准气象数据计算机需要当地的气象数据： 户外温度；直达日射量；风向；风速；云量等再根据负载要求、 阵列出力 阵列面积计算出 蓄电池容量 逆变器容量 7.4 独立型太阳能光伏系统的设计

8、可能的面积根据已知条件设置 负载情况 选定系统 可分为以下步骤：独立光伏系统设计步骤： 设置场所状况； 消费的电流； 一日所发电量； 最大输出电压； 太阳电池选定； 并串联方式； 蓄电池容量确定； 蓄电池的选定； 逆变器的选定； 充放电控制器选定； 逆流防止二极管的选定。7.4.1 使用参数分析法设计独立型太阳能光伏系统首先根据 负载功率 决定 太阳电池容量 用途 蓄电池容量 弄清 日射条件 的使用条件。 电器设备1. 直流负载直接型系统的设计太阳电池容量为负载容量的2倍左右，不用蓄电池 2. 直接负载蓄电池使用型的设计太阳电池容量的计算方法： 一日必要的电流量： IL = IT（Ah/d）必

9、要的太阳电池电流： IS = IL / 0.6（34）0.8蓄电池容量计算方法： C=IL（34）/0.75（0.50.7）0.8太阳电池、蓄电池容量的计算方法：设计实例一： 只有直流负载：荧光灯12V、4W，每天使用5h。 系统构成：直流负载蓄电池使用型 太阳电池容量的计算： 荧光灯必需电流： I=4W/12V=0.34（Ah） 一日必需的电量： IL=0.34W5h=1.7（Ah）设：平均日射量为3h，则必要的太阳电池电流： IS =1.7Ah/（0.63h ）= 0.94 （A） 建议选用动作电压为15V；IS=0.95A 的太阳电池 蓄电池容量计算：按7天下雨；放电深度取0.5 C =

10、1.7Ah7 / （0.750.5）=31.7 （Ah ） 建议选用32Ah的蓄电池。3.交流负载蓄电池使用型系统的设计实例二：收录机：AC220V；50HZ；10W；1h总计：70W 电视机：AC220V；50HZ；60W；4h 系统构成：交流负载蓄电池使用型 太阳电池容量的计算：（使用12V蓄电池） 收录机：IR=10W/12V=0.84（A） 电视机：IL=60W/12V=5 （A） 一日所需电流量： 收录机：IRT=0.84A1h=0.84 （Ah） 电视机：ILT=5A4h=20 （Ah） 总电流量：0.84 Ah20 Ah=20.48（Ah） 按日射量3h计： 则：IS=20.84

11、 Ah/（0.63h0.8）可选择： =14.5A动作电压15V；IOP=1.2A12枚=14.4A太阳电池组 输出功率=15V14.4A=216W 蓄电池容量的计算： 按一日必要电流量：20.84 Ah；下雨7天； 放电深度为0.5设计： C= 20.84Ah7d/ （0.750.50.8） = 487（Ah） 建议选购：15V；500 Ah蓄电池。 逆变器 逆变器容量取消费功率的1.5倍。 该太阳电池输出功率为216W（电压15V）， 则：逆变器容量=216W 1.5=324330W 4. 直、交流负载蓄电池使用型系统的设计 设计实例三： 直流电灯12V；36W；2h/d 现有 计算机 2

12、20V；24W；3h/d 要求：蓄电池连续供电5天。设计过程： 电器消费电流的决定： 消费电流=消费功率/额定电压负载电流： 电 灯 ID=36W/12V=3A （直流） 计算机 IJ=24W/220V=0.11A（交流） IZ=24W/12V=2A （直流） 太阳电池一日的必要发电电流量的决定： 一日消费电流量（Ah/d） 出力修正系数 蓄电池损失修正系数其它修正系数 气象条件出力修正系数与 老化 有关 取0.85 电池片污染状况 蓄电池充放电损失系数与充放电效率有关取0.95一日发电电流量（Ah/d）= 逆变器转换效率其它修正系数与 逆变器损失有关 常取0.80 太阳电池一日必要发电电流量

13、（Ah/d） 一日平均日照时间（h） 日射量取1000W/m 一般 平均日照时间取2.64h（用3.3h）消费功率 电 灯（直流）修正系数取1 计算机（交流）修正系数需逆变取0.8 3A2h 2A3h 0.850.951 0.850.950.8 =16.7 （Ah/d） 16.7 （Ah/d） 3.3 （h/d） 太阳电池必要电流（A）=2太阳电池一日必要 发电电流量（ Ah/d ）=太阳电池必要电流（A）= 5.06 A 太阳电池的最大出力电压的计算：最大出力电压=蓄电池公称电压满充电系数 二极管电压降 蓄电池公称电压：12V；系数 满充电系数：1.24； 硅二极管正向压降：0.7V太阳电池

14、最大出力电压=121.240.7=15.58（V） 太阳电池的选定： 根据成本选择合适的太阳电池。 太阳电池并联、串联的连接方法： 使用同一规格，满足电压、电流、功率需要。 蓄电池的容量计算： 充放电损失（发热损失） 计算容量时应考虑 保守率：一般取0.8 一日消耗电流量（Ah/d）连续无日射保障日d 蓄电池保守率 16.7 Ah/d 5d 0.8蓄电池的选定： 铅蓄电池（315年） 一般使用 碱蓄电池（1220年）充放电控制器的选用： 构成： 防逆流；夜间继电器；温度修正装置蓄电池容量（Ah）=蓄电池容量（Ah）=104（Ah）控制器的选择与蓄电池 输入电流 有关 负载电流 一般留有余地，取

15、保守率为：0.85 太阳电池短路电流（A） 6.9A 保守率 0.85 直流电器的最大出力（W） 36W 系统电压（V）保守率 12V 0.85 充放电控制器最大输入电压必须高于太阳电池开路电压，这里为19.5V。逆变器的选定： 模拟正弦波逆变器 逆变器 矩形波逆变器 逆变器转换效率一般为：0.9蓄电池输入电流（A）=8.13A负载电流（A）=3.5A逆变器输入电流和输出电流是不同的 交流输出功率（W） 24W 交流电压（V） 220V 逆变器输出电压（A）交流电压（V） 系统电压（V） 转换效率 0.11A 220V 12V 0.9逆变器输出电流（A）=0.11A逆变器输入电流（A）=2.2

16、4A 7.4.2 使用计算机仿真方法设计 独立型太阳能光伏系统以直、交流负载直接型太阳能光伏系统为例：需要使用当地标准气象数据： 户外温度 日射量 云量 风向 风速 电池阵列根据 蓄电池 的数学模型优化设计 逆变器 根据负载特性、阵列面积确定： 运行模式 电池容量 逆变器大小 运行工作点 仿真以一年为限（8760h）。设计方法设计流程 7.5 住宅用太阳能光伏系统的设计 住宅太阳能一般为逆潮流并网系统 7.5.1 设计步骤 房屋调查； 场所选定； 确定功率调节器输出电压； 确定太阳电池容量； 确定太阳电池组件枚数； 确定太阳电池组件串联枚数； 确定太阳电池组件并联枚数； 年发电量估算； 最终设

17、计方案。 7.5.2 设计条件设计实例一 现实条件： 屋顶面积40m ； 设置面积36m ； 正南向，倾斜30角； 家庭年总消费量3000kWh/m ； 一年平均日射量3.92kWh/m ； 太阳电池组件100W、35V、985885mm 功率调节器输入DC220V。 222227.5.3 太阳电池阵列的设计 1.必要的太阳电池容量 设：依存度为100%；设计余量系数=1.1； 综合设计余量：0.58。 ELDR 3000/36511.1 （HA/GS）K （3.92/1）0.77 2.太阳电池组件的必要枚数 电池枚数=2.994kW 100W30枚 3.太阳电池组件的串联枚数 输出DC220V；一枚输出35V 220V35V=6.29 6枚 （6m ） PAS=2.994kW2采取： 每枚36V，6枚一串210V ； 每枚100W，6枚