第七章 太阳能光伏系统的设计ppt课件.ppt

第七章 太阳能光伏系统的设计,7.1 太阳能光伏系统设计的诸多因素7.2 太阳能光伏系统的设计步骤7.3 太阳能光伏系统的设计方法概要7.4 独立型太阳能光伏系统的设计7.5 住宅用太阳能光伏系统的设计,要建成一个合理、完善的光伏系统，需要进行一系列设计，如考虑不周，可能导致系统无法正常运行。 其中最重要的是容量设计，内容包括确定太阳电池方阵和蓄电池的容量，以及方阵的倾角。,7.1 太阳能光伏系统设计的诸多因素,在设计过程中要清楚负载是用来干什么的，是专用负载还是一般负载。要明确负载的特性。负载是直流的还是交流的，是昼间负载还是夜间负载，也就是考虑是否需要逆变器和蓄电池。要明确负载的大小，针对负载的大小来设计光伏系统的容量。还要明确在何处设置太阳能光伏系统，是在地上还是在建筑物的屋顶上。,1、首先要明确太阳能光伏系统设置的用途以及负载的情况,系统的类型、构成取决于系统使用的目的、负载的特点以及是否有备用电源等。对构成系统的各部分设备的容量进行设计时必须事先决定系统的类型，不同的类型有着不同的设计方式和要求。,2、要明确太阳能光伏系统的类型以及构成,系统类型的确定 系统类型根据是独立系统还是并网系统可以有许多种类。,根据系统的类型来确定系统所需要的装置，如蓄电池、控制器、功率调节器等。,系统装置的选定,太阳电池阵列的设置场所、设置方式较多，可分为建筑物上、地面上设置等。目前，一般在杆柱、屋顶、屋顶平台上以及地面上设置太阳电池阵列。,3、设置场所和设置方式的选定,杆上设置型： 这种方式是将太阳能光伏系统设置在金属、混凝土以及木制的杆、塔上，如公园内的照明、交通指示灯等。,地面设置型 地上设置型分为平地设置以及斜面设置型。平地设置型是在地面上打好基础，然后将台架安装在该基础上。斜面设置型与平地设置型基本相同，只是地面或地基是倾斜的。,屋顶设置型 屋顶设置型可分为整体型、直接型、架子型以及空隙型4种。,整体型为与建筑物相结合进行设置的方式。,直接型是指建材一体型以及将太阳能阵列与屋顶紧靠的设置方式,架子型是指在屋顶上设置的台架上设置太阳能阵列的方式。,空隙型是指与屋顶的倾斜面一致，但在太阳能阵列与屋顶之间留有一定空隙的设置方式。,墙壁设置型 墙壁设置型分为建材一体型、壁面设置型以及窗上设置型。,建材一体型是指利用太阳电池阵列具有发电与壁材的功能，二者兼顾的设置方式。,尚德电力总部办公大楼,壁面设置型是指在墙壁的壁面上设置太阳电池阵列的方式。,窗上设置型是指太阳电池阵列除了具有发电的功能外，还作为窗材使用的方式。,太阳电池阵列如何布置，其方位角和倾斜角的选定是太阳能光伏系统设计时最重要的因素之一。目的就是让太阳电池组件吸收更多的太阳辐射，以使太阳电池单位容量的发电量最大。,4、太阳电池的方位角和倾斜角的选定,太阳电池方位角的选择 太阳电池方阵的方位角是方阵的垂直面与正南方向的夹角(向东偏设定为负角度，向西偏设定为正角度)。一般情况下，方阵朝向正南(即方阵垂直面与正南的夹角为0)时，太阳电池发电量是最大的。,一般情况下，在偏离正南(北半球) 30度时，方阵的发电量将减少约10%-15%，在偏离正南(北半球)60时，方阵的发电量将减少约20%-30%。 但是，在晴朗的夏天，太阳辐射能量的最大时刻是在中午稍后，因此方阵的方位稍微向西偏一些时，在午后时刻可获得最大发电功率。在不同的季节，太阳电池方阵的方位稍微向东或西一些都有获得发电量最大的时候。,一般情况下，我们在计算发电量时，是在方阵面完全没有阴影的前提下得到的。如果受太阳电池设置场所的限制，如屋顶、土地、山、建筑物的阴影等，应极力避免，以适当的方位角进行设置。 如考虑与屋顶、土地、建筑物等的方位角一致，以避开山、建筑物等的阴影的影响。总之，要使阴影对发电量的影响降低到最低程度。,太阳电池倾斜角的选择 倾斜角是太阳电池方阵平面与水平地面的夹角，并希一望此夹角是方阵一年中发电量为最大时的最佳倾斜角度。一年中的最佳倾斜角与当地的地理纬度有关，当纬度较高时，相应的倾斜角也大。,在确定方阵倾角时，一般采用较近似的方法来确定，一般在我国南方地区，方阵倾角可比当地纬度增加10-15；在北方地区倾角可比当地纬度增加5-10。 如果当地纬度较大时，倾角增加的角度可小一些，如青藏高原，倾角不宜过大，可大致等于当地纬度。同时，为方阵支架的设计、安装方便，方阵倾角常取整数。,海口的纬度是20.03，方阵倾角应如何选择？,和方位角一样，在设计中也要考虑到屋顶的倾斜角及积雪滑落的倾斜角等方面的限制条件。 在已建好的屋顶设置时则可与屋顶的倾斜角相同。在有积雪的地区，为了使积雪能自动滑落，倾斜角一般选择50 - 60 。,设置太阳电池阵列时，要根据设置的规模、构造、设施方式等决定可设置的面积。 如果受到当地的条件限制时，要考虑地点的形状、所需的发电容量以及周围的环境等，对太阳电池阵列进行设计，既要使太阳能光伏系统的出力最大，又要使太阳电池阵列美观。,5、确定太阳电池可设置的面积,太阳电池组件的选定 太阳电池组件的选定一般应根据太阳能光伏系统的规模、用途，外观等而定。太阳电池组件的种类较多，现在比较常用的是单晶硅、多晶硅以及非晶质硅太阳电池。还要计算出太阳电池阵列容量。台架设计 台架设计时应考虑设置地点的状况、环境等因素。要考虑风压的作用力、固定载荷、积雪载荷(北方地区)以及地震载荷等。,6、太阳电池阵列的设计,首先我们要对场所的状况、方位、周围的情况进行调查，选定设置的场所，并确定可设置太阳电池组件的面积。根据负载的状况来确定必要的太阳电池容量，还要确定选择什么样的太阳电池组件，以及组件的枚数，并算出所需太阳电池的面积。根据调查的结果选定太阳电池阵列的设置方式，并判断设置太阳电池组件的可能性。,7.2 太阳能光伏系统的设计步骤,其它设备的选定，如蓄电池、逆变器、接线盒等，并确定设置场所。设计施工方案。根据设计结果购买太阳电池组件以及其它设备，安装太阳电池组件并对其配线。安装工事结束后对各个部分进行检查，如不存在问题则可开始发电。,由于太阳光能量变化的无规律性、负载功率的不确定性以及太阳电池特性的不稳定性等因素的影响，因此，太阳能光伏系统的设计比较复杂。 太阳能光伏系统的设计方法一般可分为解析法和计算机仿真法两种。解析法又分为参数分析法以及LOLP法。本章主要介绍参数分析法。,7.3 太阳能光伏系统设计方法概要,参数分析法是一种将复杂的非线性太阳能光伏系统当做简单的线性系统来处理的方法。设计时可从负载与太阳光的入射量着手进行设计，也可以从太阳电池组件的设置可能面积着手进行设计。此方法不仅使用价值高，而且设计方法简单。,PAS :标准状态时太阳电池阵列的容量(KW)；EL :某期间负载的消费量(KWh/期间)；D :负载对太阳光伏系统的依存率(1-备用电源的依存率)；R :设计余量系数，通常在1.1-1.2的范围；HA :某期间得到的阵列面积的日射量(KWh/m2期间)；GS :标准状态下的日射强度(1KW/m2)；K :综合设计系数(包括太阳电池组件出力波动的修正、电路损失、机器损失等).,1、阵列容量的计算,负载已决定时,对于住宅用太阳能光伏系统而言，某期间负载总消费量可用两种方法加以概算：第一种方法是根据电表的消费量进行推算；另一种方法是根据使用的电气设备以及使用时间夹计算，一般采用如下公式计算：,其中：Ek(k=1,2,n)为各电器设备单位时间的消费电量； Tk(k=1,2,n)为各电器设备的使用时间。,设置太阳能光伏系统时，有时会受到设置场所的限制，即太阳电池阵列的设置面积会受到限制。系统设计时需要根据设置面积算出太阳电池的容量。如果已知设置地点的日射量HA ，标准太阳电池阵列的出力PAS 以及综合设计系数K，则太阳光伏系统的日发电量是：,阵列面积已决定时,标准状态下太阳电池阵列的转换效率为:,组件的总枚数可以由必要的太阳电池容量计算得到，串联枚数可以根据必要的电压(V)算出。,2、太阳电池组件的总枚数,串联枚数=必要的电压每枚组件的最大输出电压(V),组件的总枚数=必要的太阳电池容量(W)每枚组件的最大出力(W),并联枚数=组件的总枚数串联枚数,例1：已知某一直流电机的额定功率为120W,工作电压为24V,如果用功率为30W，动作电压为12V的太阳电池组件供电，则至少需要多少块该太阳电池组件，如何搭配。,解：组件总枚数 n总=120W30W=4 组件串联枚数 n串=24V12V=2 组件并联枚数 n并= n总n串=42=2,独立型太阳能光伏系统的设计步骤没有统一的格式，要根据已知条件，如太阳电池设置可能的面积、负载的情况、所选定的系统等来决定其设计方法。,7.4 独立型太阳能光伏系统的设计,一般独立型太阳能光伏系统采用以下步骤设计:,1、电器设备消费的必要的电流量的确定。,负载所必须的电流：,负载所必要的电流量：,(P -负载的功率，V -负载的工作电压),(T -负载工作的时间，单位：小时),2、确定必要的太阳电池的电流。,例2:一直流负载荧光灯的电压为12V，功率为4W，该荧光灯作为庭院灯使用，每天夜间使用5小时。已知该地的平均日照时间为3小时，太阳电池的修正系数是0.6，求必要的太阳电池电流。,解：,负载所必须的电流为:,负载所必要的电流量:,必要的太阳电池的电流为：,3、蓄电池容量的计算。,在例2中，如果该地的最长阴雨天数为7天，蓄电池的最大放电深度为0.5，温度修正系数是0.75，求必要的蓄电池容量。如果选用12V/8Ah的蓄电池，该如何串并联。(已知负载所必要的电流量是 IL =1.7Ah),解：,则必要的蓄电池容量为：,4、太阳电池方阵电压的确定,5、确定太阳电池串并联的连接方法,在例2中，如果蓄电池满充电系数是1.2，二极管电压降为0.7V，求太阳电池最大出力电压。如果选用15V/0.5A的太阳电池，应如何串并联。(必要的太阳电池的电流为：IS =0.94A),解：太阳电池最大出力电压为：,6、如果负载为交流负载，则还需要选择逆变器，选定逆变器时，需要计算出逆变器的输人、输出电流。,例3：已知某一计算机的功率为24W，工作电压为220V，如果用太阳能光伏系统给它供电，如果逆变器的转换效率为0.9，求该逆变器的输出电流和输入电流。,解：,例4：用光伏系统给以收音机(AC220V、50Hz、24w)供电，假如用12V蓄电池给收音机供电，每天工作6小时，太阳电池的修正系数为0.6，当地平均日照时间为3小时，逆变器的效率为0.8，求必要的太阳电池电流。如果蓄电池满充电系数是1.2，二极管电压降为0.7V，求太阳电池最大出力电压。,解：负载所必要的直流电流为：,负载工作所必要的电流量：,必要的太阳电池的电流为：,太阳电池最大出力电压为：,目前，住宅用太阳能光伏系统一般为有逆潮流的并网系统，现简要说明一下设计步骤。,7.5 住宅用太阳能光伏系统的设计,首先要对房屋进行必要的调查，包括房屋的结构、形状、方位、周围的状况等;确定可设置太阳电池场所的面积;确定功率调节器输出电压;确定选择什么规格的太阳电池组件; 确定太阳电池组件的串联数目;确定太阳电池组件的并联数目；对此系统的年发电量进行估算，看能否满足负载的需求。,例5：经调查，某用户屋顶可设置太阳电池组件的面积是36m2，家庭内的年总消费量为3000kWh，该地年平均日射电量为3.92kWh/m2，功率调节器的输人电压DC 22OV。如果选用规格为100W,35V,985mm885mm的太阳电池组件，该如何设计。（已知负载对太阳电池的依存率为1，设计余量系数R为0.58。）,解：分析题意：,1.确定每天必要的太阳电池容量：,2.确定太阳电池组件的必要枚数：,3.确定太阳电池组件的串联枚数：,此组太阳电池组件的面积为：,6.可估算系统的年发电量为：,4.确定太阳电池组件的并联枚数：,5.由以上得知可设置太阳电池组件的容量为：,即一年的发电量为3966.2kw，能满足年3000KW的需要。,1、一直流负载荧光灯的电压为12V，功率为6W，该荧光灯作为庭院灯使用，每天夜间使用6小时。已知该地的平均日照时间为3小时，太阳电池的修正系数是0.8，求必要的太阳电池电流。 2、某一计算机的功率为36W，工作电压为220V，每天工作6小时，如果选用12V的蓄电池给它供电，逆变器的转换效率为0.8，当地的平均日照时间为3小时，太阳电池的修正系数是0.8，求必要的太阳电池电流。,作业：,