太阳能电池培训手册

1、第一部分分 地面面太阳电电池发电电系统太阳电池池发电系系统（又又称光伏伏发电系系统），按按其使用用场所不不同，可可分为空空间应用用和地面应用两两大类。在地面面可以作作为独立立的电源源使用，也也可以与与风力发发电机或或柴油机机等组成成混合发电系统统，还可可以与电电网联接接，向电电网输送送电力。目前应应用比较较广泛的的光伏发发电系统统主要是是作为地面面独立电电源使用用。第一节 独立光光伏系统统系统概概述通常的独独立光伏伏发电系系统主要要由太阳阳电池方方阵、蓄蓄电池、控制器器以及阻阻塞二极极管组成成，其方框图图如下：阻塞二极极管控制器太阳电池方阵太阳阳电池方方阵蓄电池负载方阵的作作用是将将太阳辐辐射

2、能直直接转换换成电能能，供给给负载使使用。一一般由若若干太阳阳电池组组件按一定定方式连连接，再再配上适适当的支支架及接接线盒组组成。蓄电电池组蓄电池组组是太阳阳电池方方阵的贮贮能装置置，其作作用是将将方阵在在有日照照时发出出的多余余电能贮贮存起来，在在晚间或或阴雨天天供负载载使用。在光伏发发电系统统中，蓄蓄电池处处于浮充充放电状状态，夏夏天日照照量大，除除了供给给负载用用电外，还对蓄电电池充电电；在冬冬天日照照量少，这这部分贮贮存的电电能逐步步放出，在在这种季季节性循循环的基基础上还要加加上小得得多的日日循环，白白天方阵阵给蓄电电池充电电，（同同时方阵阵还要给给负载用用电），晚晚上则负载用电电

3、全部由由蓄电池池供给。因此，要要求蓄电电池的自自放电要要小，而而且充电电效率要要高，同同时还要考虑价价格和使使用是否否方便等等因素。常用的的蓄电池池有铅酸酸蓄电池池和硅胶胶蓄电池池，要求求较高的的场合也有有价格比比较昂贵贵的镍镉镉蓄电池池。控制制器在不同类类型的光光伏发电电系统中中控制器器各不相相同，其其功能多多少及复复杂程度度差别很很大，需需1根据发电电系统的的要求及及重要程程度来确确定。控控制器主主要由电电子元器器件、仪仪表、继继电器、开关等等组成。在在简单的的太阳电电池，蓄蓄电池系系统中，控控制器的的作用是是保护蓄蓄电池，避避免过充充，过放放。若光伏电电站并网网供电，控控制器则则需要有有

4、自动监监测、控控制、调调节、转转换等多多种功能能。如果果负载用的是交交流电，则则在负载载和蓄电电池间还还应配备备逆变器器，逆变变器的作作用就是是将方阵阵和蓄电电池提供的低压压直流电电逆变成成 2220 伏伏交流电电，供给给负载使使用。阻塞塞二极管管也称作为为反充二二极管或或隔离二二极管，其其作用是是利用二二极管的的单向导导电性阻阻止无日日照时蓄电池通通过太阳阳电池方方阵放电电。对阻阻塞二极极管的要要求是工工作电流流必须大大于方阵阵的最大大输出电电流，反向向耐压要要高于蓄蓄电池组组的电压压。在方方阵工作作时，阻阻塞二极极管两端端有一定定的电压压降，对对硅二极管管通常为为 0.60.88；肖特特基

5、或锗锗管 00.3VV 左右右。第二节 太阳电电池组件件太阳电池池是将太太阳光直直接转换换为电能能的最基基本元件件。但单单体太阳阳电池是是不能直直接做为为电源使用用的。因因为单体体电池薄薄而脆，容容易碎裂裂，其电电极的耐耐湿，耐耐腐蚀性性能也还还不能满满足长期裸露使使用的要要求，而而且单体体太阳电电池的工工作电压压太低，远远不能满满足一般般用电设设备的电电压要求。因而而需根据据使用要要求将若若干单体体电池进进行适当当的连接接并经过过封装后后，组成成一个可可以单独独对外供电电的最小小单元即即组件。组件件电气性性能的设设计在设计中中主要是是确定组组件工作作电压和和功率这这两个参参数。同同时还要要根

6、据目目前材料料、工艺艺水平和长长寿命的的要求，让让组件面面积比较较合适，并并让单体体电池之之间的连连接可靠靠，且组组合损失失较小。通过对单单体太阳阳电池进进行适当当的串、并联，以以满足不不同的需需要。电电池串联联时，两两端电压为各单单体电池池中电压压之和，电电流等于于各电池池中最小小的电流流；并联联时，总总电流为为各单体体电池电流之和和，电压压取平均均值。组件设计计举列：用40mmm 的的单晶硅硅太阳电电池（效效率为 8.55%）设设计一工工作电压压为 11.5 伏，峰值功率率为 11.2 瓦的组组件。单晶硅电电池的工工作电压压为：VV=0.41vv则串联电电池数：N=11.5/0.441=3

7、3.666 片 ，取 N=44 片 单体电池池面积：s=/4dd=4/4=12.57ccm单体电池池封装后后功率：P=1100mmv/ccm12.578.55%95%=1000mww=0.1w 式中 995%是是考虑封封装时的的失配损损失需太阳电电池总的的片数：N=11.2/0.11=122 片 太阳电池池并联数数：N=N/NN=122/4=3 组组 2故用 112 片片40mmm 的的单晶硅硅太阳电电池四串串三并，即即可满足足要求。联接的方方法如图图 7.1 但但这种联联接方法法有缺点点，一旦旦其中一一片电池池损坏、开路或或被阴影影遮住，损损失的不不是一片片电池的的功率，而而是整串串电池都都

8、将失去去作用，这这在串联联电池数数目较多多时影响尤为为严重。为了避避免这种种情况，可可以用混混联（或或称网状状连接）的的对应的的电池之之间连片片连接起来，如如图 77.2，这这样，即即使有少少数电池池失效（如如有阴影影线的），也也不致于于对整个个输出造造成严重损损失。图 串串并联图 混混联组件件的结构构单体电池池联接后后，即可可进行封封装，以以前组件件的结构构多数是是：正面面用透光光率高的的玻璃覆覆盖，太阳阳电池的的前后面面都用透透明的硅硅橡胶粘粘接，背背面用铝铝板式玻玻璃作依依托，四四周用铝铝质或不不锈钢作边边框，引引出正负负极即成成组件。这种组组件质量量不易保保证，封封装劳动动强度大大。近

9、些些年来，国内外组组件大多多已采用用新型结结构；正正面采用用高透光光率的钢钢化玻璃璃，背面面是一层层聚乙烯烯氟化物物膜，电池池两边用用 EVVA 或或 PVVB 胶胶热压封封装，四四周是轻轻质铝型型材边框框，有接接线盒引引出电极极。组件封装装后，由由于盖板板玻璃，密密封胶对对透光的的影响及及各单体体电池之之间性能能失配等等原因，组件效率率一般要要比电池池效率低低 510%，但他他也有些些玻璃胶胶的厚度度及折射射率等匹匹配较好好，封装装后反而使使效率有有所提高高。太阳电池池组件经经常暴露露在阳光光下直接接经受当当地自然然环境的的的影响响，这种种影响包包括环境、气象象和机械械因素。为了保保证使用用

10、的可靠靠性，工工厂生产产的太阳阳组件在在正式投投产之前前一般要要经过一系系列的性性能和环环境试验验，湿、温度循循环、热热冲击、高温高高湿度老老化、盐盐水喷雾雾、低湿湿老化、耐耐气候性性、室外外曝晒、冲击、振动等等试验，如如应用在在特殊场场合还要要进行一一些专门门试验。工厂生产产的通用用组件一一般都已已考虑了了蓄电池池所需充充电电压压，阻塞塞二极管管和线路路压降，以及温度度变化等等因素而而进行了了专门的的设计，如如用 33640 片晶体体硅太阳阳电池串串联而成成的组件件即可充分满满足对 12VV 蓄电电池的充充电需要要。各种种组件功功率大小小从数瓦瓦到数十十瓦不等等，用户户选用非非常方便。3太阳

11、阳电池方方阵在实际使使用中，往往往一块块组件并并不满足足使用现现场的要要求，可可将若干干组件按按一定方方式组装，在固固定的机机械结构构上，形形成直流流发电的的单元，即即为太阳阳电池方方阵。太阳电池池方阵在在安装的的时候，应应固定牢牢靠，能能够经受受当地最最大风力力。且离离地面要要有一定的高度度，以免免冬天积积雪掩埋埋。方阵阵与地面面之间要要有一定定的倾角角。有些些方阵的的组件两两端并联联有旁路二二极管，有有的方阵阵带有跟跟踪系统统成聚光光装置，下下面分别别加以讨讨论：。方阵的的倾角太阳电池池方阵通通常是面面向赤道道放置，相相对地平平面有一一定倾角角。倾角角不同，各各个月份份方阵面接收收的太阳阳

12、辐射量量差别很很大。对对于全年年负载均均匀的固固定式光光伏方阵阵，如果果设计斜斜面的辐辐射量小，意意味着需需要更多多的太阳阳电池来来保证向向用户供供电；如如果倾面面各月太太阳辐射射量起伏伏很大，意味着需需要大量量的蓄电电池来保保证太阳阳辐射量量低的月月份的用用电供应应。这些些都会提提高整个个系统的的耗费。因因此，确确定方阵阵的最优优倾角是是光伏发发电系统统中不可可缺少的的一个重重要环节节。对于方阵阵倾角的的选择应应结合以以下要求求进行综综合考虑虑：连续性。一年中中太阳辐辐射总量量大体上上是连续续变化的的，多数数是单调调升降，个个别也有有少量起起伏，但一般不不会大起起大落。均匀性。选择倾倾角，最

13、最好使方方阵表面面上全年年接收到到的日平平均辐射射量比较较均匀，以以免夏天天接收辐射量量过大，造造成浪费费；而冬冬天接受受到的辐辐射量太太小，造造成蓄电电池过放放以至损损坏，降降低系统寿命，影影响系统统供电稳稳定性。极大性。选择倾倾角时，不不但要使使方阵表表面上辐辐射量最最弱的月月份获得得最大的的辐射量量，同时时还要兼顾全全年日平平均辐射射量不能能太小。同时，对对特定的的情况要要作具体体分析。如，有有些特殊殊的负载载（灌溉溉用水泵泵、制冷冷机等，）夏天消耗耗功率多多，方阵阵倾角的的取值当当然应使使得方阵阵夏日接接收辐射射量相对对冬天要要多才合合适。旁路二二极管为了保证证系统的的可靠运运行，有有

14、些系统统还在组组件两端端并联旁旁路二极极管，其其作用是是在组件件开路或遮遮荫时，提提供电流流通路，不不致于使使整串组组件失效效（见下下图）。使用时时要注意意极性，旁旁路二极管管的正极极与太阳阳电池组组件的负负极相连连，负极极与组件件的正极极相连，不不可接错错。平时时旁路二极管处处于反向向偏置状状态，基基本不消消耗电能能。显然然，旁路路二极管管的耐压压和允许许通过正正向电流流应大于组组件的工工作电压压及电流流。4跟踪系系统图 旁路路二极管管的连接接由于太阳阳的方位位角和高高度角每每日每时时都在作作周期性性的变化化。固定定方阵接接收的太太阳辐射射能只有在在中午时时分才最最强，如如能使方方阵面始始终

15、与太太阳光线线保持垂垂直，显显然可以以接收更更多的辐辐射能量，因因此要利利用跟踪踪装置。跟踪方式式根据要要求不同同，可以以单独跟跟踪太阳阳方位角角（称一一维跟踪踪），也也可以同同时跟踪踪太阳高度度角（称称二维跟跟踪），后后者效果果较好，但但结构也也相对复复杂。跟踪的方方法有机机械方法法，物理理方法，电电子方法法及计算算机控制制的高精精密度跟跟踪系统统等。 使用跟踪踪装置能能提高太太阳电池池方阵的的输出功功率，但但要增加加部分投投资，同同时也带带来了方方阵结构构的复杂性性和不可可靠因素素，转动动也要消消耗一定定的能量量，所以以采用跟跟踪系统统是否合合算，要要进行综综合考虑。一般小小型方阵阵都不推

16、推荐采用用跟踪装装置。聚光太阳电池池方阵按按接收的的光线的的方式的的不同可可以分为为聚光式式方阵和和非聚光光（平板板式）方方阵，前者者是将太太阳光聚聚到太阳阳电池上上，以提提高输出出功率。经过聚聚光后，照照在太阳阳电池上上的光强可增加加数倍到到几百甚甚至上千千倍，电电池效率率虽有提提高，但但并不与与光强成成正比，主主要是由由于聚光后电池池的工作作温度的的升高而而导致对对效率影影响的增增加，因因而要采采用适当当的冷却却方法，如如风冷或水冷等等。一般来说说，聚光光方阵都都要采用用跟踪方方式，否否则很可可能会对对发电量量产生负负面影响响。聚光方阵阵需要一一套聚光光、跟踪踪、冷却却等装置置，增加加了系

17、统统的成本本和复杂杂程度，但但由于效效率有所提高，尤尤其是在在同时需需供热的的大型系系统中，聚聚光方阵阵具有突突出的优优越性，因因而聚光光组件及及方阵的研研究还是是有一定定的价值值的。太阳阳电池发发电系统统的设计计一个完善善的太阳阳电池发发电系统统需要考考虑很多多因素，进进行各种种设计，如如电气性性能设计计、热力设计计、静电电屏蔽设设计、机机械结构构设计等等等，对对地面应应用的独独立电源源系统来来说，最最主要的的是根据使使用要求求，决定定太阳电电池方阵阵和蓄电电池规模模，以满满足正常常工作的的需求。5光伏发电电系统总总的设计计原则是是在保证证满足负负载用电电需要的的前提下下，确定定最少的的太阳

18、电电池组件和和蓄电池池容量，以以尽量减减少投资资，即同同时考虑虑可靠性性及经济济性。决定方方阵发电电量的因因素光照条件件：太阳阳照在地地面太阳阳电池方方阵上的的辐射光光的光谱谱，光强强受到大大气质量量、地理理位置、当地气候候、气象象、地形形等多方方面因素素的影响响，其能能量在一一日、一一月和一一年间都都有很大大的变化化。太阳电池池方阵的的光电转转换效率率：由于于转换效效率受到到电池本本身的温温度和太太阳光强强、蓄电电池电压压浮动等因因素的影影响，因因而方阵阵的输出出功率也也随着这这些因素素的改变变而出现现一些波波动。负载用电电情况：由于用用途不同同，耗电电功率、用电时时间、对对电源可可靠性的的

19、要求等等各不相相同。有有的用电设设备有固固定的耗耗电规律律，如中中继站、航标灯灯等；有有些负载载用电则则没有规规律，如如水泵。 这些因素素相当复复杂，原原则上需需要对每每个发电电系统单单独进行行计算，对对一些无无法确定定数量的影响因因素，只只能采用用一些系系数来进进行估量量。由于于考虑的的因素及及其复杂杂程度不不同，采采取的方方法也不一一样。在在这里介介绍一种种比较简简单而又又实用的的设计方方法，这这种方法法不仅能能说明所所涉及的的概念，而而且对一一般使用用来说足足够精确确。太阳电电池发电电系统的的设计步步骤1、列出出基本数数据 A、所有有负载的的名称、额定工工作电压压、耗电电功率、用电时时间

20、、有有无特殊殊要求等等。B、当地地的地理理位置：包括地地名、经经度、纬纬度、海海拔等。C、当地地的气象象资料：主要有有逐月平平均太阳阳总辐射射量，直直接辐射射及散射射量，年年平均气气温及极极端气温，最最长连续续阴雨天天数、最最大风速速及冰雹雹等特殊殊气候情情况。这这些气象象数据需需取积累累几年或几十年年的平均均值。2、确定定负荷大大小：算算出所有有负载工工作电流流与平均均每天工工作小时时数相乘乘积之和和。Q=II*H 3、选择择蓄电池池容量： 蓄电池储储备容量量的大小小主要取取决于负负载的耗耗电情况况，此外外还要考考虑现场场的气候候条件，环境温度度，系统统控制的的规律性性及系统统失效的的后果等

21、等因素，通通常储备备 10020 天容量量比较适适宜。 蓄电池在在太阳电电池系统统中处于于浮充电电状态，充充电电流流远小于于蓄电池池要求的的正常充充电电流。尤其其在冬天天，太阳阳辐射量量小，蓄蓄电池常常处于欠欠充状态态，长期期深放电电会影响响蓄电池池的寿命命，故必须考考虑留有有一定余余量，常常以放电电深度来来表示：CCd =R (77.2)C式中：dd-放电深深度 C-蓄电电池标称称容量 C-蓄蓄电池储储备容量量过大的放放电深度度会缩短短蓄电池池的寿命命；过小小的放电电深度又又会增加加太阳电电池方阵阵的规模，加大大总的投投资成本本，放电电深度最最大到 80%较为合合适。当当然，随随着太阳阳电池

22、组组件价格格的下降，可以以允许设设计较浅浅的放电电深度。6这样，确确定蓄电电池的储储备容量量 C和和放电深深度后，即即可初步步选定蓄蓄电池的的标称容容量：()QC =10 220 (7.3) d式中：QQ负负载每天天平均总总耗电量量决定定方阵倾倾角：在这里，我我们来用用一种较较近似的的方法来来确定方方阵倾角角。一般般地，在在我国南南方地区区，方阵倾角可可取比当当地纬度度增加 10u887644X155；在北北方地区区倾角可可比当地地纬度增增加 55uu87664X110，纬度度较大时，增加加的角度度可小一一些。在在青藏高高原，倾倾角不宜宜过大，可可大致等等于当地地纬度。同时，为为方阵支架的的设

23、计，安安装方便便，方阵阵倾角常常取成整整数。5、计算算日辐射射量 从气象站站得到的的资料一一般只有有水平面面上的太太阳辐射射总量 H，直直接辐射射量 HH及散射射辐射量 H且有：HHHH需换算成成倾斜面面上的太太阳辐射射量。（）直接辐辐射分量量 H HH=HR其中 RR为倾斜斜面上的的直接辐辐射分量量与水平平面上直直接辐射射分量的的比值。对于朝朝向赤道道的倾斜斜面来说：( )( )( )RB=coscossinnST+180STsinsin (7.6)cos coos sinn式中：当当地纬度度方方阵倾角角3600S+180Ssinsinn=23.445 ssin(+)太阳赤纬纬：365284

24、n水平面上上日落时时角：S= coss1ST= tantann ( ) 倾斜面上上日落时时角：minSS,coos11tann tann（2）、天空散散射辐射射分量 HH(1 + coos )在各向同同性时： HdT=d2（3）、地面反反射辐射射分量 H：7通常可将将地面的的反射辐辐射看成成是各向向同性的的，其大大小为：HrT=H( )21coos其中为为地面反反射率，其其数值取取决于地地面状态态，各种种地面的的反射率率如下表表所示：地面状态态沙漠干燥裸地地湿裸地反射率0.2440.2280.10.220.0880.009地面状态态干湿土湿黑土干草地反射率0.1440.0880.1550.22

25、5地面状态态湿草地新雪冰面反射率0.1140.2260.881 0.669 一般计算算时，可可取=0.2故斜面上上太阳辐辐射量即即为：=+Hd( + ) + ( )HTHRRBB1coosH 1coss通常计算算时用上上式即可可满足要要求。如如考虑天天空散射射的各向向不同性性，则可可用下式式计算：=+ H+1H( )( )HHRHHBR1B+ +HTBBd H00B2 H01coos21coos式中：HH为大气气层外水水平面上上辐射量量。6、估算算方阵电电流：将历年逐逐月平均均水平面面上太阳阳直接辐辐射及散散射辐射射量，代代入以上上各公式式即可算算出逐月月辐射总量量，然后后求出全全年平均均日太

26、阳阳辐射总总量 HHT，单位位化成 mwhh/cmm，除以以标准日日光强即即求出平均均日照时时数：HTmwwh / cmm2则方阵应应输出的的最小电电流为：Tm=mwcmm100/2Imin=Q式中：QQ负载载每天总总耗电量量 蓄电电池充电电效率 方阵阵表面灰灰尘遮蔽蔽损失Tm122同时，由由于倾斜斜面上各各月中最最小的太太阳总辐辐射量可可算出各各月中最最少的峰峰值日照照数 TT。方阵应输输出的最最大电流流为：8Imax=Q7、确定定最佳电电流： Tminn12方阵的最最佳额定定电流介介于 II和 II这两个个极限值值之间，具具体数值值可用尝尝试法确确定。先先选定一电电流值 I，然然后对蓄蓄电

27、池全全年荷电电状态进进行检验验，方法法是按月月求出方方阵输出出的发电电量： Q= I NNH/ 1000mww / cm2式中：NN当当月天数数outT12而各月负负载耗电电量为： Qloaad=NQ两者相减减，QQ=Q-Q为止止，表示示该月方方阵发电电量大于于耗电量量，能给给蓄电池池充电。若QQ为负，表表示该月月方阵发发电量小小于耗电电量，要要用蓄电电池储存存的能量量来补足足。如果蓄电电池全年年荷电状状态低于于原定的的放电深深度，就就应增加加方阵输输出电流流；如果果荷电状状态始终大大大高于于放电深深度允许许的值，则则可减少少方阵电电流。当当然也可可相应地地增加或或减少蓄蓄电池容量。若若有必要

28、要，还可可修改方方阵倾角角，以求求得最佳佳的方阵阵输出电电流 II。8、决定定方阵电电压： 方阵的电电压输出出要足够够大，以以保证全全年能有有效地对对蓄电池池充电。方阵在在任何季季节的工工作电压应应满足：V=V+V式中: V-蓄电电池浮充充电压 VV-因线路路(包括括阻塞二二极管)损耗引引起的电电压降9、最后后确定功功率： 由于温度度升高时时，太阳阳电池的的输出功功率将下下降，因因此要求求系统即即使在最最高温度度下也能能确保正常常运行，所所以在标标准测试试温度下下（255C）方方阵的输输出功率率应为：IVP =1m( tmaxx25)式中：太阳阳电池功功率的温温度系数数。对一一般的硅硅太阳电电

29、池，=0.5% tt太阳阳最高工工作温度度。这样，只只要根据据算出的的蓄电池池容量，太太阳电池池方阵的的电压及及功率，参参照生产产厂家提提供的蓄电池池和太阳阳电池组组件的性性能参数数，选取取合适的的型号即即可。第三节 太阳电电池发电电系统设设计实例例为西安地地区设计计一座全全自动无无人指导导 3 瓦彩色色电视差差转站所所用的太太阳能电电源，其其工作9条件如下下：电压压为 224V，每每天发射射时间 15 小时，功功耗 220 瓦瓦，其余余 9 小时为为接收等等候时间间，功耗为 5 瓦瓦。1、列出出基本数数据： A、负载载耗电情情况： 工工作条件件 发发射期间间 等等候期间间 功功耗 55w 2

30、20w 电压压 244v 244v 每天天工作时时间 155 小时时 99 小时时 B、西安安纬度：北纬 3418东经 108856海拔 3966.9 米。C、有关关气象资资料见后后列表格格。2、确定定负载大大小：每天耗电电量：=h=22015/24+95/224=114.44Ah 3：选择择蓄电池池容量： 选蓄电池池容量为为 100 天，放放电深度度=755% CC=100Q/dd=10014.4/775%=2055.7AAh根据蓄电电池的规规格。取取 C=2000Ah4、决定定方倾角角： 因当地纬纬度=34418，取 =+100=4555、计算算倾斜面面上各月月太阳辐辐射总量量 由气象资资

31、料查得得水平面面上 220 年年各月平平均太阳阳辐射量量 H，HH及 HH，计算算出倾斜斜面上各各月太阳辐射射击总量量，结果果见下表表：月份HHHHN RHHHH123219.091.6 1277.416 -211.1002.00331866.21088.76.44264.21066.21588.046 -188.2991.88992011.71344.97.77327.61233.72033.975 -2.421.22611566.01744.09.66301.3 344.3 339.6 45678398.9 1566.0 2422.9 1055 9.441 0.9956 1499.1 20

32、77.3 11.7 3688.1 465.4 2155.1 2500.3 1366 19.03 0.7766 1644.8 2133.7 13.6 3922.1 537.9 2799.1 2588.8 1677 23.35 0.6690 1922.6 2200.9 15.8 4299.3 506.5 2688.3 2388.2 1977 21.35 0.7726 1944.8 2033.3 14.8 4122.9 505.9 2944.2 2111.7 2288 13.45 0.8871 2566.2 1800.7 14.7 4511.7 910 11 12 328.21577.91700.3

33、25882.222 1.11291788.31455.49.66272.81299.01433.82899-9.971.55141955.31222.78.00224.3 98.6 1255.7 3199 -199.1551.9922 1899.5 1077.3 6.66 200.4 83.9 1166.5 3500 -233.3772.1173 1822.3 99.4 5.99 333.3 326.0 303.4 287.6 其中：nn 为从从一年开开头算起起的天数数。为为水平面面上的幅幅射量，为倾斜斜度度平面上上的幅射量，单单位为 mwhh/cmm。10估算算方阵电电流： 由上表可可知，倾

34、倾斜面上上全年平平均日辐辐射量为为 3557.55mwhh/cmmd，故故全年平平均峰值值日照时时数为：2Tm=357.5mwwh / cmmd=/3.588hd/2100mmwcmm取蓄电池池充电效效率为：=0.9；方方阵表面面的灰法法尘遮损损失为=0.9，算算出方阵阵应输出出的最小电流流为：Imin=Q Tm12=14.443.588 0.99 0.99=4.977 A由上表查查出在 12 月份倾倾斜面上上的平均均日辐射射量最小小，为 2877.6mwwh/ccm.d 相相应的峰峰值日照数最少少，只有有 2.88hh/d。则方阵输输出的最最大电流流为：7、确定定最佳电电流： Imax=QT

35、minn12=14.442.888 0.99 0.99=6.177 A根据 II=4.97AA 和 I =6.117A 选取 I=55.4AA，将方方阵各月月输出电电量及负负载耗电电量以及及蓄电池的的荷电状状态计算算列表 7.33。 由表 77.3 可见，即即使从 10 月份开开始，连连续 77 个月月蓄电池池未充满满，但最最少时容容量仍有有37.11%，即即放电深深度最大大只有 62.9%，未未起过 75%，所以以取 II=5.4A 是合适适的。 如果计算算结果放放电深度度远小于于规定的的 755%，则则可减少少方阵输输出电流流或蓄电电池容量量，重新进行计计算。8、决定定方阵电电压： 单只铅

36、酸酸蓄电池池工作电电压为 2V，故故需 112 只只单体电电池串联联才可满满足系统统的工作作电压24V。每只单单体铅酸酸电池的的工作电电压为：2.02.35VV，取线线路压降降：V=0.8V，则则方阵工工作电压压为：V=V+V=1122.35+0.8=229V 月月安安时数蓄电池状状态11份方阵阵输出负载消消耗 差值 开始终了%全充 14008.662 4421.7 3 4460.5 44882.9955331.7765663.2275559.9986112.5594337.3310 4422.1 11 3988.1 12 3900.0 14008.6624221.773 4460.5 4 4

37、482.9 55331.77446.4403.2 446.4 432.0446.4432.0446.4446.4432.0446.4 432.0 446.4 446.4403.2446.4 432.0 446.4-37.818.55 14.11 50.99 85.33 131.2113.5166.15.3-4.33 -33.9 -49.2 -37.818.55 14.11 50.99 85.33 200162.2 180.7 194.8200200200200200200 195.7 161.8 112.6 74.2 92.7 106.8 157.7162.2187.7 194.8 20020

38、0200200200200195.7 161.8 112.6 74.22 92.77 106.8 157.7 20081.11 90.44 97.44 10010010010010010097.99 80.99 56.33 37.1146.4453.44 78.99 1009、确定定最后功功率: 设太阳电电池的最最高温度度为 660C,则则由(77.1-20)式中可可算出需需的方阵阵的输出出功率为为PI*V/1-(t-25)=55.4*29/1-0.55%(660-225)=1889.88W取 P1922W所以，最最后取太太阳电池池方阵的的输出功功率为 1922W，可可用 66 块 32 瓦的

39、组组件(每每块电压压约为 16 伏)22串 3 并而成成。蓄电电池容量量为 224V，2200AAH，只只要用 4 只只 6QQ1000 铅酸酸电池以以 2 串 22 并的的方式连接起来来的，即即可满足足需要。第四节 光伏系系统的安安装及维维护光伏发电电系统在在设计制制造完成成后,要要运到现现场进行行安装.使用现现场往往往是在偏偏远的地地区,道路路崎岖,交通不不便,在在运输中中,所有有部件都都要妥善善包装.如组件件等易碎碎物品要要用木箱箱装运，以免免损坏，蓄蓄电池不不能倾倒倒，防止止电解液液溢出。安装装注意事事项在建造光光伏发电电系统过过程中，安安装是个个很重要要的环节节。1、安装装时最好好用

40、指南南针确定定方位，并并应注意意在方阵阵前全天天不能有有高大建建筑物或或树木等等遮阳光。2、仔细细检查地地脚螺钉钉及方阵阵支架等等是否结结实可靠靠，所有有螺钉接接线柱等等均应拧拧紧，不不能有松松动。3、方阵阵安装在在房顶上上的要采采取防火火措施。124、在高高处安装装的方阵阵应设避避雷针。必要时时还需设设置驱鸟鸟装置。5、阳光光下安装装时注意意不要同同时接触触组件（尤尤其是方方阵）的的正、负负两极，以以免电击击。必要要时可用不透透明材料料覆盖后后再接线线或安装装。6、安装装组件时时要轻拿拿轻放，严严禁碰撞撞、敲击击，以免免损坏。7、注意意组件，二二极管、蓄电池池、控制制器等极极性不要要接反。8

41、、蓄电电池室应应保持通通风干燥燥、清洁洁。在北北方冬天天寒冷，蓄蓄电池应应采取保保暖措施施。光伏伏系统的的维护太阳电池池发电系系统没有有活动部部件，不不容易损损坏，其其维护也也非常简简便。不不过也需需作定期期维护，否否则可能能影响正正常使用用，甚至至缩短使使用寿命命。（1）一一般来说说，方阵阵倾角超超过 330时，所所以灰尘尘可由雨雨水冲刷刷而自行行清洁，不不过在风风沙较大地区，应应当经常常清除灰灰尘，保保持方阵阵表面的的干净，以以免影响响发电量量。这对对于小型型有用电电源系统是不不难做到到的。清洁时可可揩去尘尘土，有有条件可可用清水水清洗，再再用干净净抹布擦擦干。切切勿用腐腐蚀性溶溶剂或硬物

42、冲洗洗擦试。（2）定定期检查查所有安安装部件件的紧固固程度。（3）遇遇到冰雹雹、狂风风、暴雨雨等异常常天气，应应及时采采用保护护措施。（4）经经常检查查蓄电池池的充电电放电情情况，定定期测量量电解液液的比重重，及时时添加新新的电解解液。随随 时观察电电极或接接线是否否有腐蚀蚀或接触触不良之之处。（5）在在一些简简单的系系统中应应根据储储能情况况，控制制用电量量，防止止蓄电池池因过放放而损坏坏。（6）发发现有异异常情况况应当立立刻检查查、维修修。13第二部分分 风风光互补补系统14第二部分分 风风光互补补系统风能、太太阳能都都是无污污染的、取之不不尽用之之不竭的的可再生生能源，“六六五”、“七五

43、五”期间，小型型风电和和太阳光光电系统统在我国国已得到到初步应应用。这这两种发发电方式式各有其其优点，但但风能、太阳能都都是不稳稳定的,不连续续的能源源，用于于无电网网地区，需需要配备备相当大大的储能能设备，或或者采取多能能互补的的办法，以以保证基基本稳定定的供电电。我国国属季风风气候区区，一般般冬季风风大，太太阳辐射强度小小；夏季季风小，太太阳辐射射强度大大，正好好可以相相互补充充利用。风光互互补联合合发电系系统有很很多优点点：（11）利用用太阳能能、风能能的互补补特性，可可以获得得比较稳定定的总输输出，提提高系统统供电的的稳定性性和可靠靠性；（22）在保保证同样样供电的的情况下下，可大大大

44、减少储储能蓄电电池的容容量；（33）对混混合发电电系统进进行合理理的设计计和匹配配，可以以基本上上由风/光系统供供电，很很少启动动备用电电源如柴柴油发电电机等，并并可获得得较好的的社会经经济效益益。所以以综合开发利用用风能、太阳能能，发展展风/光光互补联联合发电电有着广广阔的前前景受到到了很多多国家的的重视。风风力资源源风的的形成及及其特性性风是一种种自然现现象，它它是由太太阳辐射射热引起起的。从从太阳传传到地球球的能量量中，大大约有 2%的能量转转变成风风能。地地球上全全部风能能估计约约为 2210千瓦瓦，其中中，可利利用的约约为 2210千瓦瓦，这个能量量是相当当大的。风的变化化众所周知知

45、，风随随时间、离地高高度、地地形和环环境而变变化。A：风随随时间的的变化在一天之之内，风风的强弱弱可能不不同。在在地面上上，白天天风大，而而夜间风风小；相相反，在在高空中却是夜夜间风大大，白天天风小。在沿海海地区，由由于陆地地和海洋洋热容量量不同，白白天产生生海风（从从海洋吹向向陆地）；夜间产产生陆风风（从陆陆地吹向向海洋）。在不同同的季节节，太阳阳和地球球的相对对位置也发生变变化，使使地球上上存在季季节性温温差，因因此，风风向和风风的强度度也会发发生季节节性变化化。在我我国，大部部分地区区的风的的季节性性变化情情况是：春季最最强，冬冬季次强强，秋季季第三，夏夏季最弱弱。B：风随随高度的的变化

46、由于空气气的粘性性和地面面摩擦的的影响，风风速随高高度而变变化，可可用下面面的公式式表示：V=V(h/hh)其中VV高高度为 h处的的风速； h高高度（一一般为 10 米） V待测测高度 h 处处的速度度； 15 h待测测点离地地高度； n指数数，由大大气稳定定度和地地表的粗粗糙程度度来决定定，其值值约为 1/221/88。稳定定度居中的开开阔平地地取 11/7，粗粗糙度大大的大城城市常取取 1/3，一一般上下下风速差差较小，nn 较小小，反之之 n值取大。风速随高高度变化化及其大大小情况况，因地地面的平平坦度，地地表粗糙糙度以及及风通道道上的气气温变化不同而而异。特特别是受受地表粗粗糙度的的

47、影响程程度最大大。C、风的的随机性性变化：自然风是是一种平平均风速速与激烈烈变动的的瞬间紊紊乱气流流相重合合的风。气流紊紊乱主要要与地面面的摩擦，除除此之外外，当风风速与稳稳定层是是垂直分分布时会会产生重重力波，在在山风下下测也会会产生山山岳波等。这这种紊乱乱气流不不仅影响响风速，也也明显影影响风向向。利用风力力驱动风风力机时时，因此此收集关关于风向向变化的的资料也也是很重重要的。如果按时时间区分分，可将将风向的的变化区区分为：一年或或一个月月内风向向的趋势势； 短短时间内变动的的紊乱气气流； 介于两两者之间间的平均均风向。对于第第一种风风向的变变化状况况，如制制成风向向玫瑰图（风风向频度度）

48、，便便可清楚楚地看出出风向的的大致趋趋势，如如图 77.4。对风速速，一般般采用年年平均风速时时间曲线线（表示示一地方方一年中中各种风风速小时时数）来来进行记记录。如如图 77.5。 16风能资源源图 风玫玫瑰图图 年平平均速度度时间曲曲线空气运动动具有动动能，如如果风力力机风轮轮的断面面积为 A，则则当一般般体积为为 AVV 的空空气在单单位时间内流流经风轮轮时，该该空气传传递给风风轮的风风能功率率（一般般称为风风能）为为P =112=32vAvv2Av (7.22.1-2)式中空气气密度（KKg/mm）； A风力机机叶片旋旋转一圈圈所扫过过的面积积（m）；V风风速（mm/s）；P每每秒钟空

49、空气流过过风力机机风轮断断面积的的风能，即即风能功功率（WW） 如果风力力机的风风轮直径径为 DD，则 2这时 P=12A = D (7.2.11-3)4v3 D2= 23Dv (7.22.1-4)48若有效风风速时间间为 tt，则在在时间 t 内内的风能能为E = Pt= 83D2vvt (77.2.1-55) 由上式可可知，风风能与空空气密度度、风轮轮直径的的平方 Du3991188X速的的立方 V和风风持续时时间 tt成正比。一般说说来，一一定高度度范围内内的空气气密度可可以认为为是一个个常数。因此，当当风力机机的风轮越大，有有效风速速时间越越长，特特别是风风速越大大，则风风力机所所能获

50、得得的风能能就越大大。17表征一个个地点的的风能资资源潜力力，要视视该地区区常年平平均风能能密度的的大小。风能密密度是单单位面积上上的风能能，对于于风力机机来说，风风能密度度是指风风轮扫过过单位面面积的风风能，即即W=/A=1/22V（WW/m） (7.22.1-6) 式中 WW风风能密度度（W/m）；空空气密度度（Kgg/m）； VV风风速（mm/s）。常年平均均风能密密度为11W =T3vdtt (77.2.1-77)T02式中， W平均均风能密密度(WW/m) T总总的时间间(h)在实际应应用时，常常用下式式来计算算某地年年（月）风风能密度度，即W W1t11+ Wt22+ +tWnn

51、(7.22.1-8) +2+ +ttt1n式中： WW 年年（月）风风能密度度（W/m）； W（11in）各等级级风速下下的风速速密度（WW/m） T（11in）各等级级风速在在每年（月月）出现现的时间间（h）。在我国，风风力资源源比较丰丰富。据据估计，我我国风能能储量为为 2.210千瓦瓦时以上上。 风力力机1、分类类 风力机是是风能利利用中一一种最重重要的风风能转换换装置。风力机机可用于于发电、提水、搅拌池池水充氧和和致热等等。它主主要有下下列三种种分类方方法：按风力机机功率：分为大大中小型型风力机机。功率率在 110 千千瓦以下下的风力力机叫小小型风力力机，10 至至 1000 千千瓦叫

52、中中型风力力机，1100 千瓦以以上叫大大型风力力机。按风力机机风轮轴轴位置：分为水水平轴风风力机和和垂直轴轴风力机机。水平平轴风力力机的风风轮轴与与风向平行行（图 7.66），而而垂直轴轴风力机机的风轮轮轴与风风向垂直直（图 7.77） 按风轮转转速：分分为高速速风力机机和低速速风力机机。18图水平轴轴风力发发电机1风轮轮；2调速控控制系统统；3发电机机（做功功装置）；4尾尾轮（方方向控制制）；5蓄电电池（储储能装置置）；66塔架架；7轮壳。 图 垂直直轴风力力机2、风力力机的性性能和特特点 （1） 功率吸吸收风轮从风风中吸收收的功率率等于风风轮效率率几乘以以通过风风轮扫掠掠面的体体积流量量

53、 VAA，再乘乘上压力加动动能变化化之之和：= PVTAAT( + )19对于常规规的水平平轴风力力机，设设风的初初始速度度为 VV，当空空气接近近风轮时时，空气气速度逐逐渐减小，直直到通过过风轮，并并离开一一段距离离，速度度却是下下降的。当空气气的速度度增加，直直到速度度达到初始速速度。图 水平轴轴风力机机的最佳佳性能当空气吹吹过风轮轮时，单单位体积积的空气气的压力力能和动动能之和和是常数数。压力力能增加加，动能能减小。在在风轮面面上，压压力能达达到最大大。当空空气通过过风轮时时，空气气将动能能传给风风轮，压压力能大大大下降，低低于大气气压。当当空气离离开风轮轮向后运运动时，空空气压力力增加

54、，直直到达到到大气压压。空气气通过风轮轮后，它它的动能能进一步步下降，直直到它的的压力恢恢复到大大气压。流经风轮轮的气流流流管的的横截面面积与空空气的速速度成反反比，当当空气流流向风轮轮，通过过风轮，直到离开开它一段段距离，空空气的流流管是膨膨胀的。当扰动动的空气气从周围围的风中中吸取动动能之后后，由于气流中中的扰动动弥散，风风轮的影影响消失失。风轮的效效率（功功率）系系数定义义为风轮轮提供的的功率除除以风轮轮扫掠面面内气流流的总有有用功率率：功率系数数： C风风轮提供供功率/1ATV3 (7.2.11-100)20从动量理理论得知知：风轮轮从空气气中吸收收的最大大能量是是通过风风轮空气气的动

55、能能的九分分之八。这时，风风速的最最大损失失是空气气初始速速度 VV的三分分之二。风轮的最最大功率率系数为为：28( )002V2max=AT3V0 922 =0.599302 (7.22.1-11)其中，V/2 是空气气单位体体积的功功率密度度。系数数 0.5933 称为为贝兹系系数，这这是风轮轮的最大功率系系数。（2） 典型功功率系数数理想风轮轮的功率率系数随随叶片尖尖端速度度与风速速之比（尖尖速比）而变变化。当当尖速比比达到 5 或 66 时，功功率系数数达到最最大 00.599。 20试验表明明，具有有较好气气动外形形的二叶叶片风轮轮，当其其转动速速度较大大；尖速速比为 5 或或 6

56、时，功率可达达 0.47。 同样，对对于垂直直轴风力力机，达达里厄风风轮在圆圆周速度度和空气气速度之之比为 6 时时，最大大功率系数可达达 0.35。还有其其他形式式的风轮轮，最大大功率系系数较低低，对应应的尖速速比都小小于高速速水平轴风轮和和垂直轴轴达里厄厄风轮（图图 7.9）。图典型功功率系数数（3） 输出特特性：具有固定定桨距的的水平轴轴风轮产产生的扭扭矩随风风速和转转速变化化。如果果叶片的的旋转速速度太低低，叶片将失失速，风风轮输出出的扭矩矩下降，因因此为了了从气流流中取得得最大功功率输出出（当气气流速度度变化时）必须须改变叶叶片的桨桨距角或或叶片的的转速。现在很很多风力力机风轮轮都设

57、计计成变桨桨距叶片片，使风风轮以常转转速运行行。当风速额额定风速速，风轮轮转速必必须随风风速改变变，以便便从空气气中取得得最大功功率。但但对于由由风轮驱动动的同步步或异步步交流发发电机来来说，这这并不是是最佳的的。这种种不匹配配问题对对于风轮轮及其输输出关系来来说是很很重要的的。解决决的方法法之一是是准许风风轮转速速随风速速变化，同同时使用用变速恒恒频发电系统，以以得到电电网所需需的常频频电流。为此，可可使用差差动装置置。美国 MMODO 风风力机，在在风速大大于额定定风速时时，为简简化设计计，减小小功率，风风轮的功功率系数 C=0.335。该该机的最最大理论论输出如如下图的的虚线所所示。在在

58、风速为为 277 米/秒时，输输出功率率应为49355 千瓦瓦。然而而，带有有固定增增速比齿齿轮传动动装置的的同步系系统发电电机只能能是常转转速，所所以风轮转速要要一定。除去摩摩擦损失失之后，在在切入速速度 33.8 米/秒秒和额定定风速 8 米米/秒之之间，可可以保持理想的的最大输输出。通通过改变变系统输输出载荷荷，可以以保持风风轮转速速为 440 周周/分。 当当风速大大于8 米/秒时，通通过改变变风轮叶叶片的桨桨距角保保持风轮轮转速为为 400 周/分。用用这样的的方法，在在额定风速 88 米/秒和切切出风速速 277 米/秒之间间，保持持恒定的的功率输输出，在在 277 米/秒时，风风

59、轮叶片片顺桨，保护护风力机机。这种种风力机机不会导导致有效效风能很很大的损损失。21图 MOOD00 风力力机（风风轮直径 388 米，额额定功率率 1000 千千瓦）的的功率输输出。理论功率率密度时时间曲线线表示在在风场上上具有特特定功率率系数的的风力机机，在一一年内，能能提供某一功率率密度的的小时数数。在这这样一条条功率密密度曲线线下的面面积表示示安装在在该风场场上风力力机的风风轮单位面面积上每每年产生生的总的的有效能能量。例例如：一一台功率率系数为为 0.35 的风力力机，安安装在具具有下图功功率密度度时间曲曲线的风风场上，风风轮扫掠掠面每平平方米面面积上能能产生 10000 瓦瓦以上的

60、的功率小时数，每每年为 8766 小时时。图 C0.335 风风力机的的理论功功率密度度时间曲曲线这样的风风力机，带带有固定定传动比比的增速速装置驱驱动的固固频交流流发电机机，其实实际功率率密度小于上述述理论值值。例如如，这种种风力机机的切入入风速为为 6.7 米米每秒，额额定风速速为 113.44 米/秒。切切出风速为为 277 米/秒，而而实际输输出功率率密度按按图 77.122 虚线线变化。每年的的实际能能量密度度输出用用虚线下的的暗影面面积表示示。22图 每年年实际功功率密度度输出（一一台风力力机）因为气流流的功率率随空气气速度和和风轮扫扫掠面变变化，所所以当风风场的风风速增加加和风轮