太阳能供电系统设计

1、PAGE PAGE 16太阳能供电系统一、太阳能应用概述1、太阳能简介 太阳能是太阳内内部连续不断断的核聚变反反应过程产生生的能量。太阳能是一个巨巨大、久远、无无尽的能源。尽尽管太阳辐射射到地球大气气层的能量仅仅为其总辐射射能量（约为为3.751026WW）的22亿分之一一，但已高达达173,0000KW，也就是说说太阳每秒钟钟照射到地球球上的能量就就相当于5000万吨煤。地地球上的风能能、水能、海海洋温差能、波波浪能和生物物质能以及部部分潮汐能都都是来源于太太阳；即使是是地球上的化化石燃料（如如煤、石油、天天然气等）从从根本上说也也是远古以来来贮存下来的的太阳能，所所以广义的太太阳能所包括括

2、的范围非常常大，狭义的的太阳能则限限于太阳辐射射能的光热、光光电和光化学学的直接转换换。7O年代以来，鉴鉴于常规能源源供给的有限限性和环保压压力的增加，世世界上许多国国家掀起了开开发利用太阳阳能和可再生生能源的热潮潮。19733年，美国制制定了政府级级的阳光发电电计划，1998O年又正正式将光伏发发电列入公共共电力规划，累累计投入达88亿多美元。11992年，美美国政府颁布布了新的光伏伏发电计划，制制定了宏伟的的发展目标。日日本在 7OO年代制定了了“阳光计划”，1993年将将“月光计划”（节能计划划）、“环境计划”、“阳光计划”合并成“新阳光计划划”。德国等欧欧共体国家及及一些发展中中国家也

3、纷纷纷制定了相应应的发展计划划。90年代以来来联合国召开开了一系列有有各国领导人人参加的高峰峰会议，讨论论和制定世界界太阳能战略略规划、国际际太阳能公约约，设立国际际太阳能基金金等，推动全全球太阳能和和可再生能源源的开发利用用。开发利用用太阳能和可可再生能源成成为国际社会会的一大主题题和共同行动动，成为各国国制订可持续续发展战略的的重要内容。2、太阳能的特特点太阳能之所以能能成为一种有有希望的能源源，是因为其其具有以下特特点：2.1供给量丰丰富地球每小时从太太阳获得的能能量为1.4481017卡，其中中30%被直直接反射回去去，70%则则被地面吸收收。据统计，世世界全年的耗耗能总量，只只相当于

4、300分钟降落于于地球的全部部的太阳能。2.2清洁、干干净化石燃料和原子子能等被利用用后，都形成成热，会破坏坏地球的平衡衡并造成污染染。而利用太太阳能直接发发电，不影响响地球的热平平衡，在确保保能量供给的的同时解决环环境污染的问问题。2.3太阳能的的分散性太阳光尽管辐射射全球，但单单位面积上的的入射功率却却很小（照射射于地面的太太阳能的最大大密度为1KKW/m2）。要得到到较大的功率率，需要庞大大受光面积的的发电装置。对对于小功率发发电问题不大大，但对于大大功率发电，要要涉及的设备备的材料、结结构、占用土土地等的费用用问题，目前前投资比其他他能源高得多多。2.4间歇性和和周期性太阳的高度角一一

5、日内及一年年内在不断变变化，且于地地面纬度有关关，即使没有有气象的变化化，太阳辐射射的变化也相相当大。因此此，太阳能利利用的随机性很大。利利用太阳能发发电必须有相相当容量的贮贮能设备，如如蓄电池等，这这不仅增加了了设备及维护护费用，也限限制了功率的的规模。3、太阳能电池池的特点3.1具有与单单晶硅相同甚甚至更高的转转换效率，保保证20年无无衰减。3.2采用氮化化硅作减反射射膜，增强太太阳电池对阳阳光的吸收率率，同时对太太阳电池有很很好的表面和和体内钝化作作用，提高了了少数载流子子的寿命。减减反膜的颜色色可满足顾客客的要求，适适用于不同的的场合。3.3采用了体体内吸杂技术和背面面场技术，提提高了

6、电池的的转换效率。3.4电池内应应力小，易于于切割和光焊焊。3.5安装简便便，不需要高高度技术和大大量工程材料料；安装后，不不需要日常维维护；以太阳阳光线为能量量来源，运行行费用为0。4、我国的太阳阳能资源 我国幅员广大，有有着十分丰富富的太阳能资资源。 全国国各地太阳年年辐射总量达达335837kJJcm2a，中值为5886kJcm2a。从全国太太阳年辐射总总量的分布来来看，西藏、青青海、新疆、内内蒙古南部、山山西、陕西北北部、河北、山山东、辽宁、吉吉林西部、云云南中部和西西南部、广东东东南部、福福建东南部、海海南岛东部和和西部以及台台湾省的西南南部等广大地地区的太阳辐辐射总量很大大。尤其是

7、青青藏高原地区区最大，那里里平均海拔高高度在40000m以上，大大气层薄而清清洁，透明度度好，纬度低低，日照时间间长。例如被被人们称为“日光城”的拉萨市，11961年至至1970年的的平均值，年年平均日照时时间为30005.7h，相相对日照为668，年平平均晴天为1108.5天天，阴天为998.8天，年年平均云量为为4.8，太阳阳总辐射为8816kJcm2a，比全国其其它省区和同同 纬度的地区区都高。全国国以四川和贵贵州两省的太太阳年辐射总总量最小，其其中尤以四川川盆地为最，那那里雨多、雾雾多，晴天较较少。 例如素有“雾都”之称的成都都市，年平均均日照时数仅仅为11522.2h，相相对日照为2

8、26，年平平均晴天为224.7天，阴阴天达2444.6天，年年平均云量高高达8.4。其它它地区的太阳阳年辐射总量量居中。我国太阳能资源源分布的主要要特点有：太太阳能的高值值中心和低值值中心都处在在北纬2235这一带，青青藏高原是高高值中心，四四川盆地是低低值中心；太太阳年辐射总总量，西部地地区高于东部部地区，而且且除西藏和新新疆两个自治治区外，基本本上是南部低低于北部；由由于南方多数数地区云雾雨雨多，在北纬纬3040地区，太阳阳能的分布情情况与一般的的太阳能随纬纬度而变化的的规律相反，太太阳能不是随随着纬度的增增加而减少，而而是随着纬度度的增加而增增长。按接受太阳能辐辐射量的大小小，全国大致致

9、上可分为五五类地区：一类地区全年日照时数为为32003300小时时，辐射量在在670837kJJcm2a。相当于2225285kgg标准煤燃烧烧所发出的热热量。主要包包括青藏高原原、甘肃北部部、宁夏北部部和新疆南部部等地。这是是我国太阳能能资源最丰富富的地区，与与印度和巴基基斯坦北部的的太阳能资源源相当。特别别是西藏，地地势高，太阳阳光的透明度度也好，太阳阳辐射总量最最高值达9221kJcm2a，仅次于撒撒哈拉大沙漠漠，居世界第第二位，其中中拉萨是世界界著名的阳光光城。二类地区全年日照时数为为30003200小时时，辐射量在在586670kJJcm2a，相当于2000225kgg标准煤燃烧烧所

10、发出的热热量。主要包包括河北西北北部、山西北北部、内蒙古古南部、宁夏夏南部、甘肃肃中部、青海海东部、西藏藏东南部和新新疆南部等地地。此区为我我国太阳能资资源较丰富区区。三类地区全年日照时数为为22003000小时时，辐射量在在502586kJJcm2a，相当于1770200kgg标准煤燃烧烧所发出的热热量。主要包包括山东、河河南、河北东东南部、山西西南部、新疆疆北部、吉林林、辽宁、云云南、陕西北北部、甘肃东东南部、广东东南部、福建建南部、江苏苏北部和安徽徽北部等地。 四类地区 全年日日照时数为114002200小时时，辐射量在在419502kJJcm2a。相当于1440170kgg标准煤燃烧烧

11、所发出的热热量。主要是是长江中下游游、福建、 浙江和广东东的一部分地地区，春夏多多阴雨，秋冬冬季太阳能资资源还可以。 五类地区 全年日照时时数约100001400小时时，辐射量在在335419 kJcm2a。相当于111540kg标准准煤燃烧所发发出的热量。主主要包括四川川、贵州两省省。此区是我我国太阳能资资源最少的地地区。一、二、三三类地区，年年日照时数大大于20000h，辐射总总量高于5886kJcm2a，是我国太太阳能资源丰丰富或较丰富富的地区，面面积较大，约约占全国总面面积的23以上，具有有利用太阳能能的良好条件件。四、五类类地区虽然太太阳能资源条条件较差，但但仍有一定的的利用价值。

12、二、太阳能供电电系统的设计计1、供电系统的的组成太阳能电池、充充电控制器、蓄蓄电池、电源源线、避雷器器、方阵支架架、电池箱。1.1太阳能电电池板特征参数峰值功率(Wpp)： 80W 开开路电压： 21.6VV 短路电流：5A 最大大功率电流： 4.655A 最大功率电电压：17.2V 外外形尺寸： 119653435 抗风压强： 24000Pa工作原理：太阳能光电池简简称为太阳能能电池或太阳阳电池，又称称为太阳能芯芯片；在中国国大陆称为硅硅芯片；在物物理学上称为为光伏打效应应( Phootovolltaic )，简称 PVV ( phhoto = lighht 光线，volltaicss =

13、ellectriicity 电力 )。太阳能电池系一一种利用太阳阳光直接发电电的光电半导导体薄片，其其将高纯度的的半导体材料料加入一些不不纯物使其呈呈现不同的性性质，如加入入硼可形成 P 型半导导体，加入磷磷可形成 NN 型半导体体，PN 两型半半导体相结合合后，当太阳阳光入射时，产产生电子与电电洞，有电流流通过时，则则产生电力，发发电原理可参参考下图。由于单一太阳能能电池所输出出的电力有限限，为提高其其发电量，将将许多太阳能能电池经串并并联组合封装装程序后，做做成模板，成成为太阳能电电池模板 ( Solaar Moddule ) 。太阳能电池的发发电能源来自自于光的波长长。太阳光是是一种全域

14、波波长。此外白白炽灯的波长长与日光灯的的波长不同。而而太阳能电池池以阳光或白白炽灯之波长长为较适用。而而且太阳能电电池有三种，其其中太阳能电电子计算器上上的太阳能电电池是属于室内型的非非晶 ，如果长期期拿到户外曝曝晒，且串并并联为较大电电压及电流时时，将导致其其内部连结组组织烧断而损损坏。太阳能电池能量量的转换效率率较低，单晶晶硅可以达到到17200，多晶硅硅达到14。1.2充电控制制器：SV226-02AA特征参数 蓄电池过充电电压：28.70.1V 29.110.1V过充恢复电压：26.00.1V蓄电池过放电压压：21.66V0.1V过放恢复电压：25.5VV0.1V电压显示精度：0.1V

15、电流显示精度：0.2A过压保护：332V0.1V工作原理当太阳光照射在在太阳电池板板上，产生充充电电流，给给蓄电池充电电，使蓄电池池电压不断升升高。当蓄电电池电压升高高到过充电压压(28.77V)时，第第一组方阵被被断开，停止止充电，另一一组方阵仍处处于充电状态态。当蓄电池池电压继续升升高到29.1V时，第第二组方阵被被断开，停止止充电。此时时蓄电池不断断给负载供电电，使蓄电池池电压有所下下降，当蓄电电池电压下降降到过充恢复复电压26.0V时，太太阳能电池自自动恢复充电电。总之在有有阳光的情况况下，蓄电池池电压能使终终维持在266V29.1V之间，多多余的能量直直接流向负载载，使蓄电池池工作在

16、浮充充状态。在遇连阴雨天的的情况下，蓄蓄电池将得不不到充电，而而使蓄电池过过放。本设备备具有过放切切离的功能。当当蓄电池电压压下降到过放放电压21.6V时，控控制板上过放放指示灯(红色)亮，同时控控制器中的输输出继电器动动作，切断负负载以保护蓄蓄电池。系统接线图继电器J4继电器J4整流桥控制板蓄电池负载继电器J4继电器J4整流桥-+BAT+PV1+PV2+OUT+BAT-PV1-PV2-OUT-PV1PV2+-+-+-整流桥1.3蓄电池特征参数：额定电压：2VV额定容量：5000Ah（110HR）工作原理在化学电源的装装置中，可以以实现氧化还还原反应中还还原剂失去电电子的氧化过过程和氧化剂剂得

17、到电子的的还原过程，而而且，氧化反反应和还原反反应是在不同同的电极上分分别进行的，由由此便产生了了电流。为了了区别于化学学反应中的氧氧化还原反应应，电池中的的氧化还原反反应习惯称为为电流的成流流反应。为了实现上述的的化学能转变为为电能这一过过程，必须满满足以下条件件：1）化学反应中中失去电子的的氧化过程 （放电时在在负极进行）和和得到电子的的还原过程（放放电时在正极极进行），必必须分别在两两个区域进行行，这不同于于一般化学反反应的氧化还还原反应；2）两电极之间间必须有电解解质溶液或胶胶体；3）电极反应过过程中电子的的传递必须经经过外线路，这这点区别于金金属腐蚀的氧氧化还原过程程。2、设计计算2

18、.1常用术语语直接辐射：太阳阳以平行光线线的方式直接接投射到地面面。占辐射量量的60左左右，影响辐辐射强弱的因因素很多，其其中最主要的的是太阳的高高度角，其次次是大气的透透明度。散射辐射：地面面上收到来自自天穹2的体角向下下的大气等的的散射。占辐辐射量的400左右，影影响散射强弱弱的因素较多多，主要是太太阳的高度角角，其次是太太阳经过大气气的路程长。在在阴雨天，存存在较弱的散散射辐射。标准光强：表征征光辐射强弱弱的单位。11000w/m2为1标准光光强。平均日辐射时数数：表征日辐辐射多少的量量。它是平均均日辐射量与与标准光强之之比。作为太太阳能光伏系系统计算的依依据，是下面面重点讨论的的。日照

19、时数（实照照时数）：太太阳受云层和和天气地物的的影响，实际际照射地面的的时数。可照时数：一天天内太阳从东东地平线到西西地平线所经经历的时数。日照百分率：实实际时数与可可照时数之比比。它是衡量量一个地区的的光照条件。月月日照百分率率作为供电系系统可行性设设计的主要参参考。2.2计算公式式负载日能耗Q=P：负载总功率率；：负载利用率率（全频率取取1.0，载载波机取0.85）；t：工作时间，全全天工作，取取24小时；U：工作电压；辐射时数H=：单位面积上年年平均辐射量量， 单位：KJJ/m2K：转换系数 1KJ=22.77810-1Wh； 1千卡卡=1.1662Wh标准光强：单位位面积上光功功率。

20、10000W/mm2为一个标准准光强。H=2.777810-4（H）太阳能板数量N=K：太阳能电池池板的串连数数量；Q：负载日耗电电量；：蓄电池的效率率， 0.885：电池板的安装装修正系数，（00.90.95）；：电池板工作电电流；(800W/17VV)H：所选地区的的辐射时数。理论上要求蓄电电池的容量 B =B：蓄电池容量量；：蓄电池容量量的利用率，（00.60.7）；Qi：连续续辐射赢余月月份赢余之和和。由于Qi在在不同地区很很难得到相应应数据，故实实际计算中简简化如下：实际应用蓄电池池的组数（仅仅考虑连续阴阴雨天）=：蓄电池组数；D：连续阴雨天天；：单块蓄电池的的容量；：蓄电池容量量的

21、利用率，（00.60.7）；例如：某地要建建一个通信信信号转发站，该该地处偏僻，没没有市电供给给，需要太阳阳能供电。通通信设备电源源功率为800W 工作电电压是24VV，需要全天天候工作。知知该地区倾斜斜面上年平均均辐射量122702KJJ/m，最长阴雨雨天为4天，请请对该设备的的供电系统进进行设计。1）计算日能耗耗Q=PT/U=802424=800 (AH)2）日辐射时数数H=Qs2.77810-4=1277022.778810-4=3.553 (H)3）假如采用880W，峰值值电压是177V，最大功功率电流是44.65A，则则太阳能电池池板的数量为为： N=KQ(HHIKcc)=280(3.5334.650.950.85) =12.07取整：太阳能电电池板的数量量是12块。4）现有2V 500AHH 和 2VV 650AAH 的蓄电电池供选用. 则电池的的数量是：=DQ/Qcc=