光伏发电系统课件.pptx
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1、内容概要 : 1、太阳能光伏发电系统的构成; 2、太阳能光伏发电系统的工作原理; 3、太阳能光伏发电系统的分类; 4、简要介绍太阳能光伏电站建设流程。,1.1 太阳能光伏发电系统的构成 通过太阳能电池将太阳能辐射能转换成电能的发电系统称为太阳能光伏发电系统,也可叫太阳能电池发电系统。 太阳能光伏发电系统完整的配置主要由太阳能光伏组件或方阵、直流接线箱、控制器、逆变器、交流配电箱(系统)、蓄电池组、防雷接地系统、监控测量系统等组成。其中,需要选配的内容主要是:太阳能电池组件的形状和尺寸的确定、直流接线箱(成品)的选型、控制器的选型、逆变器的选型、交流配电柜(成品)的选型、蓄电池的选型、监控测量系
2、统及其软件的选型及直流输送电缆的选型等。而需要设计的内容主要有:太阳能电池组件及方阵的设计、直流接线箱的设计、交流配电柜的设计、防雷接地系统的设计等。 太阳能光伏发电系统完整的配置构成如图1-1所示。,一、太阳能光伏发电系统的构成,图1-1太阳能光伏发电系统完整的配置构成图,1.1.1 太阳能电池组件及方阵的设计 太阳能电池组件的设计就是满足负载年平均日用电量的要求。所以,设计和计算太阳能电池组件大小的基本方法就是用负载平均所需的用电量为基本数据,以当地太阳能敷设资源参数、年辐射总量等数据为参照,并结合一些相关因素数据或系数综合计算而得出的,可得到三个实用的计算公式:,备注:太阳能光伏发电系统
3、效率参数: 蓄电池的充电效率一般取0.9; 交流逆变器的转换效率一般取0.85; 太阳能电池组件的损耗综合系数一般取0.9。,计算举例:某地建设一个移动通信基站的太阳能光伏供电系统,该系统采用直流负载,负载工作电压48V,用电量每天150Ah,该地区最低的光照辐射是1月份,其倾斜面峰值日照数是3.5h,选定125W太阳能电池组件,其主要参数:峰值功率125W、峰值工作电压34.2V、峰值工作电流3.65A,计算太阳能电池组件使用数量及太阳能电池方阵的组合设计。 根据上述条件,并确定组件损耗系数为0.9,充电效率系数为0.9。因该系统是直流系统,所以不考虑逆变器的转换效率系数。 计算:,根据以上
4、计算数据,采用就高不就低的原则,确定电池组件并联数是15块,串联数是2块,共需125W电池组件30块构成电池方阵。太阳能电池方阵串并联示意图如图1-2所示。,1.1.2 直流接线箱的选型、设计 直流接线箱也叫直流配电箱,小型太阳能光伏发电系统一般不用直流接线箱,电池组件的输出线就直接接到了控制器的输入端子上。直流接线箱主要是在中、大型太阳能光伏发电系统中,用于把太阳能电池组件方阵的多路输入电缆集中输入、分组连接,不仅使连接线井然有序,而且便于分组检查、维护,当太阳能电池方阵局部发生故障时,可以局部分离检修,不影响整体发电系统的连续工作。 直流接线箱一般由逆变器生产厂家或专业厂家生产并提供成型产
5、品。选用时主要考虑根据光伏方阵的输入路数、最大工作电流和最大输出功率等参数进行选择。当没有成型产品提供或成品不符合系统要求时,就要根据实际需要自己设计制作了。 多路输入直流接线箱内部电路图如图1-3所示:,图1-3 多路输入直流接线箱内部电路图,1.1.3 光伏控制器的选型 控制器是太阳能光伏发电系统的核心部件之一,也是平衡系统的主要组成部分。在小型光伏发电系统中,控制器主要用来保护蓄电池。在大型系统中,控制器担负着平衡光伏系统能量,保护蓄电池及整个系统正常工作和显示系统工作状态等重要作用,控制器可以单独使用,也可以和逆变器等合为一体。 光伏控制器应具有以下功能 : 防止蓄电池过充电和过放电,
6、延长蓄电池寿命; 防止太阳能电池板或电池方阵、蓄电池极性接反; 防止负载、控制器、逆变器和其他设备内部短路; 具有防雷击引起的击穿保护; 具有温度补偿的功能; 显示光伏发电系统的各种工作状态,包括:蓄电池(组)电压、负载状态、电池方阵工作状态、辅助电源状态、环境温度状态、故障报警等。,在选择光伏控制器时要根据系统功率、系统直流工作电压、电池方阵输入路数、蓄电池组数、负载状况以及用户的特殊要求等确定光伏控制器的类型。控制器的选型一般要考虑下列几项技术指标: 1、系统工作电压:指太阳能发电系统中蓄电池(组)的工作电压,这个要根据直流负载的工作电压或交流逆变器的配置选型确定,一般有12V,24V,4
7、8V,110V和220V等。 2、额定输入电流和输入路数:控制器的额定输入电流取决于太阳能电池组件或方阵的输入电流,选型时控制器的额定输入电流应太阳能电池的输入电流。 控制器的输入路数要太阳能电池方阵的设计输入路数。小功率控制器一般只有一路太阳能电池方阵输入,大功率控制器通常采用多路输入,每路输入的最大电流=额定输入电流/输入路数,因此,各路电池方阵的输入电流应控制器每路允许输入的最大电流值。 3、控制器的额定负载电流:也就是控制器输入到直流负载或逆变器的直流输入电流,该数据要满足负载或逆变器的输入要求。 除上述主要技术数据要满足设计要求以外,使用环境温度、海拔温度、保护等级和外形尺寸等参数以
8、及生产厂家和品牌也是控制器配置选型时要考虑的因素。,图1-4 小型光伏控制器,1.1.4 光伏逆变器的选型 将直流电能变换成为交流电能的过程成为逆变,完成逆变功能的电路成为逆变电路,而实现逆变过程的装置成为逆变器或逆变设备。太阳能光伏系统中使用的逆变器是一种将太阳能电池所产生的直流电能转换为交流电能的转换装置。它使转换后的交流电的电压、频率与电力系统交流电的电压、频率相一致 ,以满足为各种交流用电装置、设备供电及并网发电的需要。 光伏逆变器是太阳能光伏发电系统的主要部件和重要组成部分,为了保证太阳能光伏发电系统的正常运行,对逆变器的正确配置选型显得尤为重要。逆变器的配置选型除了要根据整个光伏发
9、电系统的各项技术指标并参考生产厂家提供的产品样本手册来确定外,一般还要重点考虑下列几项技术指标: 1、额定输入功率 额定输入功率表示逆变器向负载供电的能力。额定输入功率高的逆变器可以带更多的用电负载。选用逆变器时应首先考虑具有足够的额定功率,以满足最大符合下设备对电功率的要求,以及系统的扩容及一些,临时负载的接入。当用电设备以纯电阻负载为主或功率因数大于0.9时,一般选取逆变器的额定输出功率比用电设备总功率大10%15%。 2、输出电压的调整性能 输出电压的调整性能表示逆变器输出电压的稳压能力。一般逆变器产品都给出了之久输入电压在允许波动范围变动时,该逆变器输出电压的波动偏差的百分率,通常称为
10、电压调整率。高性能的逆变器应同时给出当负载由零向100%变化时,该逆变器输出电压的偏差百分率,通常称为负载调整率。性能优良的逆变器的电压调整率应3%,负载调整率应6%。 3、整机效率 之际效率表式逆变器自身功率损耗的大小。容量较大的逆变器还要给出满负荷工作和低负荷工作下的效率值。一般kW级以下的逆变器的效率应为80% 85%;10kW级的效率应为85% 90%;更大功率的效率必须在90% 95%以上。逆变器的效率高低对光伏发电系统提高有效发电量和降低发电成本有重要影响,因此选用逆变器要尽量进行比较,选择整机效率高一些的产品。,4、启动性能 逆变器应保证在额定负载下可靠启动。高性能的逆变器可以做
11、到连续多次满负荷启动而不损坏功率开关器件及其他电路。小型逆变器为了自身安全,有时采用软启动或限流起动措施或电路。 以上几条是作为逆变器设计和选购的主要依据,也是评价逆变器技术性能的重要指标。,图1-5 微电脑全自动逆变器,1.1.5 交流配电柜的选型、设计 交流配电柜是太阳能光伏发电系统中,连接在逆变器与交流负载之间的接收和分配电能的电力设备,它主要由开关类电器(如空气开关、切换开关、交流接触器等)、保护类电器(如熔断器、防雷器等)、测量类电器(如电压表、电流表、电能表、交流互感器等)以及指示灯、母线排等组成。交流配电柜按照负荷功率大小分为大型配电柜和小型配电柜;按照使用场所的不同,分为户内型
12、配电柜和户外型配电柜;按照电压等级不同,分为低压配电柜和高压配电柜。 中小型太阳能光伏发电系统一般采用低压供电和输送方式,选用低压配电柜就可以满足输送和电力分配的需要。大型光伏发电系统大都采用高压配供电装置和设施输送电力,并入电网,因此要选用符合大型发电系统需要的高低压配电柜和升、降变压器等配电设施。 交流配电柜一般可以由逆变器生产厂家或专业厂家设计生产并提供成型产品。当没有成型产品提供或成品不符合系统要求时,就要根据实际需要自己设计制作了。图1-6是一款最简单的交流配电柜产品的内部电路图。,图1-6 最简单的交流配电柜电路图,无论是选购或者设计生产光伏发电系统用交流配电柜,都要符合下列各项要
13、求: (1)选型和制造都要符合国标要求,配电和控制回路都要采用成熟可靠的电子线路和电力电子器件。 (2)操作方便,运行可靠,双路输入时切换动作准确。 (3)发生故障时能够准确、迅速切断事故电流,防止故障扩大。,(4)在满足需要、保证安全性能的前提下,尽量做到体积小、重量轻、工艺好、制造成本低。 (5)当在高海拔地区或较恶劣的环境条件下使用时,要注意加强机箱的散热,并在设计时对低压电器元件的选用留有一定余量,以确保系统的可能性。 (6)交流配电柜的结构应为单面或双面门开启结构,以方便维护、检修及更换电器元件。 (7)配电柜要有良好的保护接地系统。主接地点一般焊接在机柜下方的箱体骨架上,前后柜门和
14、仪表盘等都应有接地点与柜体相连,以构成完整的接地保护,保证操作及维护检修人员的安全。 (8)交流配电柜还要具有负载过载或短路的保护功能。当电路有短路或过载等故障发生时,相应的断路器应能自动跳闸或熔断器熔断,断开输出。,图1-7 低压交流配电柜,1.1.6 监控测量系统与软件的选型 太阳能光伏发电中的监控测量系统是各相关企业针对太阳能光伏发电系统开发的软件平台,一般可配合逆变器系统对系统进行实时监视记录和控制,系统故障记录与报警以及各种参数的设置,还可通过网络进行远程监控和数据传输。监控测量系统运行界面一般可以显示:当前发电功率、日发电量累计、月发电量累计、年发电量累计、总发电量累计、累计减少C
15、O2排放量等相关参数。逆变器各种运行数据提供RS485接口与监控测量系统主机连接。监控测量系统一般用在中大型光伏发电系统中,可根据光伏发电系统的重要性和投资预算等因素考虑选用。,图1-7 太阳能光伏发电监控测量系统显示界面,1.1.7 蓄电池和蓄电池组的选型、设计 蓄电池的任务是太阳能辐射量不足时,保证系统负载的正常用电。要能在几天内保证系统的正常工作,就需要在设计师引入一个气象条件参数:联系阴雨天数。这个参数一般计算时是以当地最大连续阴雨天数为设计参数,但也要综合考虑负载对电源的要求。 蓄电池的设计主要包括蓄电池容量的设计计算和蓄电池组串并联组合的设计。三个实用的蓄电池容量计算公式:,在实际
16、应用中,要尽量选择大容量的蓄电池以减少并联的数目,这样做的目的是尽量减少蓄电池之间的不平衡所造成的影响。并联组数越多,发生蓄电池不平衡的可能性就越大,一般要求并联的蓄电池数量不得超过4组。,计算举例:某地建设一个移动通信基站的太阳能光伏供电系统,该系统采用直流负载,负载工作电压48V,该系统有两套设备负载,一套设备工作电流为1.5A,每天工作24h;另一套设备工作电流为4.5A,每天工作12h。该地区的最低气温是-20,最大连续阴雨天数为6天,选用深循环型蓄电池,计算蓄电池组的容量和串并联数量及连接方式。 根据上述条件,并确定最大放电深度系数为0.6,低温修整系数为0.7。 计算:为求得放电率
17、修正系数,先计算该系统的平均放电率。,150小时率属于慢放电率,在此可以根据蓄电池生产厂商提供的资料查出的该型号蓄电池在150h放电速率下的蓄电池容量进行修正。也可以按照经验进行估算,150h放电率下的蓄电池容量会比标称容量增加15%左右,在此确定放电修正系数为0.85。带入公式计算,先计算负载平均用电量:,根据以上计算结果和蓄电池手册参数资料,可选择2V/600Ah蓄电池或2V/1200Ah蓄电池,这里选择2V/600Ah型。,根据以上计算结果,共需要2V/600Ah蓄电池48块构成蓄电池组,其中每24块串联后,2串并联,如图1-8所示,图1-8 蓄电池组串、并联连接示意图,1.1.8 防雷
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