《综合智慧能源管理》课件-均衡性负载离网光伏发电系统设计

均衡性负载离网光伏发电系统设计为沈阳地区设计一套太阳能路灯，灯具功率为30W，每天工作6h，工作电压为12V，蓄电池自维持天数为5天，即在没有光伏方阵电力供应的情况下，完全由蓄电池储存的电能供给负载所能维持的天数为5天。试确定光伏组件和蓄电池容量；试确定光伏组件的安装倾角。需求分析30W的LED路灯，每天工作6h，工作电压为12V12V需求分析负载分析，确定其耗电量01计算光伏组件倾斜面上的太阳辐射量02计算各月发电盈亏量ΔQi03确定累计亏欠量04确定光伏方阵输出电流05求出光伏方阵最佳倾角06得出蓄电池及光伏方阵容量07确定最佳配置08负载分析，确定其耗电量PART01列出各种负载（Load）的功率、工作电压和平均每天使用时数；计入控制器、逆变器等耗电量；“幽灵负载”的耗电量；选择蓄电池工作电压，计算负载平均日耗电量QL（Ah/d）；30W的LED路灯，每天工作6h，工作电压为12V12V计算光伏组件倾斜面上的太阳辐射量PART02根据当地地理及气象资料，先任意设定某一倾角β，根据Klien和Theilacker方法计算倾斜面上的太阳各月平均日辐射量Ht，并得出全年平均太阳日总辐射量（

单位为峰值日照小时数，即峰值日照时数（peaksunshinehours）

是将当地的太阳辐照量折算成标准测试条件(辐照度1000W/m2)下的小时数。峰值日照时数（peaksunshinehours）

将当地的太阳辐照量折算成标准测试条件(辐照度1000W/m2)下的小时数峰值日照时数这里我们采用上海电力学院杨金焕的太阳辐射计算软件进行计算，首先选择沈阳地区的太阳辐射数据。沈阳地区纬度41.44°，任意取光伏方阵倾角β＝60°，计算各月倾斜面上的太阳各月平均日辐射量。计算各月发电盈亏量ΔQiPART03对于某个确定的倾角，计算光伏方阵输出的最小电流。因为整个太阳能路灯系统的能量来源（包括负载耗电量和蓄电池储能等）都是光伏方阵将太阳能转换成的电能，如果LED路灯的每天的消耗的电能都完全由光伏方阵提供，即光伏方阵全年发电量正好等于负载全年的耗电量，那么，光伏方阵输出的最小电流采用如下公式进行计算。η1：光伏方阵到蓄电池输入回路效率，包括方阵面上的灰尘遮蔽损失、性能失配、组件老化损失、防反二极管及线路损耗、蓄电池充电效率等；η2：蓄电池到负载的输出回路效率，包括蓄电池放电效率、控制器和逆变器效率及线路损耗等。各（月平均太阳辐射量）只能满足LED路灯的最低电能需求，因为夏天蓄电池充满后，必定有部分能量不能利用。我们知道太阳辐射是波动的，晴天的时候太阳辐射量高，而阴雨天的时候太阳辐射量低。因此，如果按计算光伏方阵容量，那么在阴雨天的时候，太阳辐射量低，则无法满足LED路灯的电能需求。因此，对于某个确定的倾角，我们可以用下式计算光伏方阵输出的最大电流，即通过提高光伏方阵输出来满足辐射量低的时候的路灯用电量。Meteonorm气象软件太阳辐射量数据（佛职院）最小值平均值光伏方阵实际工作电流介于Imin和Imax之间。可先任意选取中间值I，则光伏方阵各月发电量为式中，N为当月天数；Ht为该月倾斜面上的太阳辐射量；各月负载耗电量为各月发电盈亏量为光伏方阵电流取5ALED路灯耗电量折算成每月的总峰值日照数ΔQ>0，为盈余量，发电量大于耗电量ΔQ<0，为欠亏量，发电量小于耗电量ΔQ>0，为盈余量，发电量大于耗电量；多余电能可给蓄电池充电，若蓄电池已经充满，则多余电能为无效能量；ΔQ<0，为欠亏量，发电量小于耗电量；方阵发电量不足，需要由蓄电池提供部分储存的电能。取I＝5.2A确定累计亏欠量PART04以2年为单位，列出各月发电盈亏量，如只有一个ΔQ<0的连续亏欠期，则累计亏欠量即为该亏欠期内各月亏欠量之和；如有两个或两个以上的不连续ΔQ<0的亏欠期，则累计亏欠量

应扣除连续两个亏欠期之间ΔQi为正的盈余量，最后得出累计亏欠量

。亏欠期7月份亏欠量－9.4006Ah，但8月份盈余量12.916Ah，可以全部补足。因此，不必计入7月份亏欠量。全年累计亏欠量为11月到次年1月份的亏欠量之和。n1

比要求的蓄电池自维持天数5天大得多，表示所取的光伏方阵电流太小，因此要增加方阵电流，重新进行计算。确定光伏方阵输出电流PART05将累计亏欠量

代入下式：n1>n（蓄电池自维持天数），表示所考虑的电流太小，以致亏欠量太大，所以应该增大电流I，重新计算；n1<n，表示所考虑的电流太大，应该减小电流I，直到n1≈n，即得到光伏方阵输出电流Im。纬度41.44度、倾角60度最大值6.31A、最小值4.86A取I=5.2An1=9.38天，n1-n=4.38天纬度41.44度、倾角60度最大值6.31A、最小值4.86A取I=5.3A仍不满足纬度41.44度、倾角60度最大值6.31A、最小值4.86A取I=5.4A仍不满足纬度41.44度、倾角60度最大值6.31A、最小值4.86A取I=5.47565An1=4.999天，n1-n=-0.001天，满足条件注意，这只是倾角为60度时满足维持天数的方阵电流，并不一定是方阵最小电流。不断重复以上步骤，最终确定I＝5.47565A。求出光伏方阵最佳倾角PART06改变光伏方阵倾角，重复以上计算（（3）计算各月发电盈亏量Δqi；（4）确定累计亏欠量；（5）确定光伏方阵输出电流），反复进行比较，得出最小的光伏方阵输出电流Im值，此时相应的倾角即为光伏方阵的最佳倾角βopt。纬度41.44度、倾角61度最大值6.31A、最小值4.86A取I=5.47565An1=4.999天，n1-n=-0.001天，满足条件仍不满足最大值6.31A、最小值4.86An1=4.999天，n1-n=-0.001天，满足条件纬度41.44度、倾角62度取I=5.47351A满足条件得出蓄电池及光伏方阵容量PART07蓄电池容量为式中，DOD为蓄电池的放电深度，通常取0.3～0.8。根据已知条件就可以求出蓄电池容量。以上复杂的运算过程，主要是为了确定光伏方阵的最佳工作电流，从而确定光伏方阵容量确定光伏方阵的容量k为安全系数，通常取1.05～1.3，可根据负载重要程度、参数的不确定性、负载使用时间、温度的影响等因素；Ub为蓄电池充电电压；Ud为防反二极管及线路等的电压降。确定最佳配置PART08如果改变蓄电池自维持天数n，重复以上计算，可得到一系列B～P组合。再根据产品型号及单价等因素，进行经济核算，决定蓄电池及光伏方阵容量的最佳组合；对光伏组件和蓄电池数量进行验算，确定其串联后的电压符合设计要求，否则还要重新选择每个光伏组件和蓄电池的容量。为沈阳地区设计一套太阳能路灯，灯具功率为30W，每天工作6h，工作电压为12V，蓄电池自维持天数为2天，即在没有光伏方阵电力供应的情况下，完全由蓄电池储存的电能供给负载所能维持的天数为2天。试确定光伏组件和蓄电池容量；试确定光伏组件的安装倾角。为沈阳地区设计一套太