第七章-太陽能光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)課件

第七章太陽能光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第七章太陽能光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)7.1太陽能光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)的諸多因素7.2太陽能光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟7.3太陽能光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法概要7.4獨(dú)立型太陽能光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)7.5住宅用太陽能光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)7.1太陽能光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)的諸多因素要建成一個(gè)合理、完善的光伏系統(tǒng)，需要進(jìn)行一系列設(shè)計(jì)，如考慮不周，可能導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。其中最重要的是容量設(shè)計(jì)，內(nèi)容包括確定太陽電池方陣和蓄電池的容量，以及方陣的傾角。7.1太陽能光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)的諸多因素要建成一個(gè)合理、完善的光伏系統(tǒng)，需要進(jìn)行一系列設(shè)計(jì)，如考慮不⑴在設(shè)計(jì)過程中要清楚負(fù)載是用來干什么的，是專用負(fù)載還是一般負(fù)載。⑵要明確負(fù)載的特性。負(fù)載是直流的還是交流的，是晝間負(fù)載還是夜間負(fù)載，也就是考慮是否需要逆變器和蓄電池。⑶要明確負(fù)載的大小，針對(duì)負(fù)載的大小來設(shè)計(jì)光伏系統(tǒng)的容量。⑷還要明確在何處設(shè)置太陽能光伏系統(tǒng)，是在地上還是在建筑物的屋頂上。1、首先要明確太陽能光伏系統(tǒng)設(shè)置的用途以及負(fù)載的情況⑴在設(shè)計(jì)過程中要清楚負(fù)載是用來干什么的，是專用負(fù)載還是一般負(fù)獨(dú)立系統(tǒng)專用負(fù)載一般負(fù)載直流交流直流交流有蓄電池：路燈、交通指示燈、無線電電源無蓄電池：直流水泵、排風(fēng)扇有蓄電池：照明系統(tǒng)無蓄電池：無應(yīng)用實(shí)例有蓄電池：農(nóng)村無電地區(qū)(小規(guī)模)有蓄電池：農(nóng)村無電地區(qū)(大規(guī)模)無蓄電池：無應(yīng)用實(shí)例無蓄電池：無應(yīng)用實(shí)例獨(dú)立系統(tǒng)專用負(fù)載一般負(fù)載直流交流直流交流有蓄電池：路燈、交通系統(tǒng)的類型、構(gòu)成取決于系統(tǒng)使用的目的、負(fù)載的特點(diǎn)以及是否有備用電源等。對(duì)構(gòu)成系統(tǒng)的各部分設(shè)備的容量進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)必須事先決定系統(tǒng)的類型，不同的類型有著不同的設(shè)計(jì)方式和要求。2、要明確太陽能光伏系統(tǒng)的類型以及構(gòu)成系統(tǒng)的類型、構(gòu)成取決于系統(tǒng)使用的目的、⑴系統(tǒng)類型的確定系統(tǒng)類型根據(jù)是獨(dú)立系統(tǒng)還是并網(wǎng)系統(tǒng)可以有許多種類。⑴系統(tǒng)類型的確定獨(dú)立系統(tǒng)直流負(fù)載直接型直流負(fù)載蓄電池使用型交流負(fù)載蓄電池使用型直、交流負(fù)載蓄電池使用型獨(dú)立系統(tǒng)直流負(fù)載直接型直流負(fù)載蓄電池使用型交流負(fù)載蓄電池使用并網(wǎng)系統(tǒng)有逆潮流無逆潮流切換式地域并網(wǎng)式、小規(guī)模電源系統(tǒng)有蓄電池：緊急情況下使用無蓄電池：一般住宅、建筑物有蓄電池：緊急情況下使用，一般住宅，小負(fù)載用戶無蓄電池：無實(shí)例應(yīng)用有蓄電池：緊急情況下使用，大負(fù)載用戶無蓄電池：太陽能空調(diào)，大負(fù)載用戶并網(wǎng)系統(tǒng)有逆潮流無逆潮流切換式地域并網(wǎng)式、小規(guī)模電源系統(tǒng)有蓄根據(jù)系統(tǒng)的類型來確定系統(tǒng)所需要的裝置，如蓄電池、控制器、功率調(diào)節(jié)器等。⑵系統(tǒng)裝置的選定根據(jù)系統(tǒng)的類型來確定系統(tǒng)所需要的裝置，如蓄電池、太陽電池陣列的設(shè)置場(chǎng)所、設(shè)置方式較多，可分為建筑物上、地面上設(shè)置等。目前，一般在桿柱、屋頂、屋頂平臺(tái)上以及地面上設(shè)置太陽電池陣列。3、設(shè)置場(chǎng)所和設(shè)置方式的選定太陽電池陣列的設(shè)置場(chǎng)所、設(shè)置方式較多，⑴桿上設(shè)置型：這種方式是將太陽能光伏系統(tǒng)設(shè)置在金屬、混凝土以及木制的桿、塔上，如公園內(nèi)的照明、交通指示燈等。⑴桿上設(shè)置型：第七章-太陽能光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)ppt課件⑵地面設(shè)置型地上設(shè)置型分為平地設(shè)置以及斜面設(shè)置型。平地設(shè)置型是在地面上打好基礎(chǔ)，然后將臺(tái)架安裝在該基礎(chǔ)上。斜面設(shè)置型與平地設(shè)置型基本相同，只是地面或地基是傾斜的。⑵地面設(shè)置型⑶屋頂設(shè)置型屋頂設(shè)置型可分為整體型、直接型、架子型以及空隙型4種。

整體型為與建筑物相結(jié)合進(jìn)行設(shè)置的方式。⑶屋頂設(shè)置型整體型為與建筑物相結(jié)合進(jìn)行設(shè)置

直接型是指建材一體型以及將太陽能陣列與屋頂緊靠的設(shè)置方式直接型是指建材一體型以及將太陽能陣列與架子型是指在屋頂上設(shè)置的臺(tái)架上設(shè)置太陽能陣列的方式。架子型是指在屋頂上設(shè)置的臺(tái)架上設(shè)置太陽能

空隙型是指與屋頂?shù)膬A斜面一致，但在太陽能陣列與屋頂之間留有一定空隙的設(shè)置方式?？障缎褪侵概c屋頂?shù)膬A斜面一致，但在太陽⑷墻壁設(shè)置型墻壁設(shè)置型分為建材一體型、壁面設(shè)置型以及窗上設(shè)置型。

建材一體型是指利用太陽電池陣列具有發(fā)電與壁材的功能，二者兼顧的設(shè)置方式。尚德電力總部辦公大樓⑷墻壁設(shè)置型建材一體型是指利用太陽電池陣列具有發(fā)

壁面設(shè)置型是指在墻壁的壁面上設(shè)置太陽電池陣列的方式。壁面設(shè)置型是指在墻壁的壁面上設(shè)置太陽電池

窗上設(shè)置型是指太陽電池陣列除了具有發(fā)電的功能外，還作為窗材使用的方式。窗上設(shè)置型是指太陽電池陣列除了具有發(fā)電太陽電池陣列如何布置，其方位角和傾斜角的選定是太陽能光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)最重要的因素之一。目的就是讓太陽電池組件吸收更多的太陽輻射，以使太陽電池單位容量的發(fā)電量最大。4、太陽電池的方位角和傾斜角的選定太陽電池陣列如何布置，其方位角和傾斜角的⑴太陽電池方位角的選擇太陽電池方陣的方位角是方陣的垂直面與正南方向的夾角(向東偏設(shè)定為負(fù)角度，向西偏設(shè)定為正角度)。一般情況下，方陣朝向正南(即方陣垂直面與正南的夾角為0°)時(shí)，太陽電池發(fā)電量是最大的。

⑴太陽電池方位角的選擇一般情況下，在偏離正南(北半球)30°度時(shí)，方陣的發(fā)電量將減少約10%-15%，在偏離正南(北半球)60°時(shí)，方陣的發(fā)電量將減少約20%-30%。但是，在晴朗的夏天，太陽輻射能量的最大時(shí)刻是在中午稍后，因此方陣的方位稍微向西偏一些時(shí)，在午后時(shí)刻可獲得最大發(fā)電功率。在不同的季節(jié)，太陽電池方陣的方位稍微向東或西一些都有獲得發(fā)電量最大的時(shí)候。一般情況下，在偏離正南(北半球)30°度時(shí)，方一般情況下，我們?cè)谟?jì)算發(fā)電量時(shí)，是在方陣面完全沒有陰影的前提下得到的。如果受太陽電池設(shè)置場(chǎng)所的限制，如屋頂、土地、山、建筑物的陰影等，應(yīng)極力避免，以適當(dāng)?shù)姆轿唤沁M(jìn)行設(shè)置。如考慮與屋頂、土地、建筑物等的方位角一致，以避開山、建筑物等的陰影的影響?？傊?，要使陰影對(duì)發(fā)電量的影響降低到最低程度。一般情況下，我們?cè)谟?jì)算發(fā)電量時(shí)，是在方陣面完全沒⑵太陽電池傾斜角的選擇傾斜角是太陽電池方陣平面與水平地面的夾角，并希一望此夾角是方陣一年中發(fā)電量為最大時(shí)的最佳傾斜角度。一年中的最佳傾斜角與當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥扔嘘P(guān)，當(dāng)緯度較高時(shí)，相應(yīng)的傾斜角也大。⑵太陽電池傾斜角的選擇在確定方陣傾角時(shí)，一般采用較近似的方法來確定，一般在我國(guó)南方地區(qū)，方陣傾角可比當(dāng)?shù)鼐暥仍黾?0°-15°；在北方地區(qū)傾角可比當(dāng)?shù)鼐暥仍黾?°-10°。如果當(dāng)?shù)鼐暥容^大時(shí)，傾角增加的角度可小一些，如青藏高原，傾角不宜過大，可大致等于當(dāng)?shù)鼐暥?。同時(shí)，為方陣支架的設(shè)計(jì)、安裝方便，方陣傾角常取整數(shù)。海口的緯度是20.03°，方陣傾角應(yīng)如何選擇？在確定方陣傾角時(shí)，一般采用較近似的方法來確定，一和方位角一樣，在設(shè)計(jì)中也要考慮到屋頂?shù)膬A斜角及積雪滑落的傾斜角等方面的限制條件。在已建好的屋頂設(shè)置時(shí)則可與屋頂?shù)膬A斜角相同。在有積雪的地區(qū)，為了使積雪能自動(dòng)滑落，傾斜角一般選擇50°-60°。和方位角一樣，在設(shè)計(jì)中也要考慮到屋頂?shù)脑O(shè)置太陽電池陣列時(shí)，要根據(jù)設(shè)置的規(guī)模、構(gòu)造、設(shè)施方式等決定可設(shè)置的面積。如果受到當(dāng)?shù)氐臈l件限制時(shí)，要考慮地點(diǎn)的形狀、所需的發(fā)電容量以及周圍的環(huán)境等，對(duì)太陽電池陣列進(jìn)行設(shè)計(jì)，既要使太陽能光伏系統(tǒng)的出力最大，又要使太陽電池陣列美觀。5、確定太陽電池可設(shè)置的面積設(shè)置太陽電池陣列時(shí)，要根據(jù)設(shè)置的規(guī)模、⑴太陽電池組件的選定太陽電池組件的選定一般應(yīng)根據(jù)太陽能光伏系統(tǒng)的規(guī)模、用途，外觀等而定。太陽電池組件的種類較多，現(xiàn)在比較常用的是單晶硅、多晶硅以及非晶質(zhì)硅太陽電池。還要計(jì)算出太陽電池陣列容量。⑵臺(tái)架設(shè)計(jì)臺(tái)架設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮設(shè)置地點(diǎn)的狀況、環(huán)境等因素。要考慮風(fēng)壓的作用力、固定載荷、積雪載荷(北方地區(qū))以及地震載荷等。6、太陽電池陣列的設(shè)計(jì)⑴太陽電池組件的選定6、太陽電池陣列的設(shè)計(jì)⑴首先我們要對(duì)場(chǎng)所的狀況、方位、周圍的情況進(jìn)行調(diào)查，選定設(shè)置的場(chǎng)所，并確定可設(shè)置太陽電池組件的面積。⑵根據(jù)負(fù)載的狀況來確定必要的太陽電池容量，還要確定選擇什么樣的太陽電池組件，以及組件的枚數(shù)，并算出所需太陽電池的面積。⑶根據(jù)調(diào)查的結(jié)果選定太陽電池陣列的設(shè)置方式，并判斷設(shè)置太陽電池組件的可能性。7.2太陽能光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟⑴首先我們要對(duì)場(chǎng)所的狀況、方位、周圍的情況進(jìn)行調(diào)查，選定設(shè)置⑷其它設(shè)備的選定，如蓄電池、逆變器、接線盒等，并確定設(shè)置場(chǎng)所。⑸設(shè)計(jì)施工方案。⑹根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果購買太陽電池組件以及其它設(shè)備，安裝太陽電池組件并對(duì)其配線。⑺安裝工事結(jié)束后對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行檢查，如不存在問題則可開始發(fā)電。⑷其它設(shè)備的選定，如蓄電池、逆變器、接線盒等，并確定設(shè)置場(chǎng)所由于太陽光能量變化的無規(guī)律性、負(fù)載功率的不確定性以及太陽電池特性的不穩(wěn)定性等因素的影響，因此，太陽能光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜。太陽能光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法一般可分為解析法和計(jì)算機(jī)仿真法兩種。解析法又分為參數(shù)分析法以及LOLP法。本章主要介紹參數(shù)分析法。7.3太陽能光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法概要由于太陽光能量變化的無規(guī)律性、負(fù)載功率參數(shù)分析法是一種將復(fù)雜的非線性太陽能光伏系統(tǒng)當(dāng)做簡(jiǎn)單的線性系統(tǒng)來處理的方法。設(shè)計(jì)時(shí)可從負(fù)載與太陽光的入射量著手進(jìn)行設(shè)計(jì)，也可以從太陽電池組件的設(shè)置可能面積著手進(jìn)行設(shè)計(jì)。此方法不僅使用價(jià)值高，而且設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單。參數(shù)分析法是一種將復(fù)雜的非線性太陽能光PAS:標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)太陽電池陣列的容量(KW)；EL:某期間負(fù)載的消費(fèi)量(KW·h/期間)；D:負(fù)載對(duì)太陽光伏系統(tǒng)的依存率(1-備用電源的依存率)；R:設(shè)計(jì)余量系數(shù)，通常在1.1-1.2的范圍；HA:某期間得到的陣列面積的日射量(KW·h/m2·期間)；GS:標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的日射強(qiáng)度(1KW/m2)；K:綜合設(shè)計(jì)系數(shù)(包括太陽電池組件出力波動(dòng)的修正、電路損失、機(jī)器損失等).1、陣列容量的計(jì)算⑴負(fù)載已決定時(shí)PAS:標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)太陽電池陣列的容量(KW)；1、陣列容量對(duì)于住宅用太陽能光伏系統(tǒng)而言，某期間負(fù)載總消費(fèi)量可用兩種方法加以概算：第一種方法是根據(jù)電表的消費(fèi)量進(jìn)行推算；另一種方法是根據(jù)使用的電氣設(shè)備以及使用時(shí)間夾計(jì)算，一般采用如下公式計(jì)算：其中：Ek(k=1,2,…n)為各電器設(shè)備單位時(shí)間的消費(fèi)電量；

Tk(k=1,2,…n)為各電器設(shè)備的使用時(shí)間。對(duì)于住宅用太陽能光伏系統(tǒng)而言，某期間負(fù)載設(shè)置太陽能光伏系統(tǒng)時(shí)，有時(shí)會(huì)受到設(shè)置場(chǎng)所的限制，即太陽電池陣列的設(shè)置面積會(huì)受到限制。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)設(shè)置面積算出太陽電池的容量。如果已知設(shè)置地點(diǎn)的日射量HA，標(biāo)準(zhǔn)太陽電池陣列的出力PAS以及綜合設(shè)計(jì)系數(shù)K，則太陽光伏系統(tǒng)的日發(fā)電量是：⑵陣列面積已決定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下太陽電池陣列的轉(zhuǎn)換效率為:設(shè)置太陽能光伏系統(tǒng)時(shí)，有時(shí)會(huì)受到設(shè)置場(chǎng)所的限制，組件的總枚數(shù)可以由必要的太陽電池容量計(jì)算得到，串聯(lián)枚數(shù)可以根據(jù)必要的電壓(V)算出。2、太陽電池組件的總枚數(shù)串聯(lián)枚數(shù)=必要的電壓÷每枚組件的最大輸出電壓(V)組件的總枚數(shù)=必要的太陽電池容量(W)÷每枚組件的最大出力(W)并聯(lián)枚數(shù)=組件的總枚數(shù)÷串聯(lián)枚數(shù)組件的總枚數(shù)可以由必要的太陽電池容量計(jì)算得到，串例1：已知某一直流電機(jī)的額定功率為120W,工作電壓為24V,如果用功率為30W，動(dòng)作電壓為12V的太陽電池組件供電，則至少需要多少塊該太陽電池組件，如何搭配。解：組件總枚數(shù)n總=120W÷30W=4

組件串聯(lián)枚數(shù)n串=24V÷12V=2

組件并聯(lián)枚數(shù)n并=n總÷n串=4÷2=2例1：已知某一直流電機(jī)的額定功率為120W,工作電壓為24V獨(dú)立型太陽能光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟沒有統(tǒng)一的格式，要根據(jù)已知條件，如太陽電池設(shè)置可能的面積、負(fù)載的情況、所選定的系統(tǒng)等來決定其設(shè)計(jì)方法。7.4獨(dú)立型太陽能光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)獨(dú)立型太陽能光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟沒有統(tǒng)一一般獨(dú)立型太陽能光伏系統(tǒng)采用以下步驟設(shè)計(jì):1、電器設(shè)備消費(fèi)的必要的電流量的確定。負(fù)載所必須的電流：負(fù)載所必要的電流量：(P-負(fù)載的功率，V-負(fù)載的工作電壓)(T-負(fù)載工作的時(shí)間，單位：小時(shí))2、確定必要的太陽電池的電流。一般獨(dú)立型太陽能光伏系統(tǒng)采用以下步驟設(shè)計(jì):1、電器設(shè)備消費(fèi)的例2:一直流負(fù)載熒光燈的電壓為12V，功率為4W，該熒光燈作為庭院燈使用，每天夜間使用5小時(shí)。已知該地的平均日照時(shí)間為3小時(shí)，太陽電池的修正系數(shù)是0.6，求必要的太陽電池電流。解：負(fù)載所必須的電流為:負(fù)載所必要的電流量:必要的太陽電池的電流為：例2:一直流負(fù)載熒光燈的電壓為12V，功率為4W，該熒光燈作3、蓄電池容量的計(jì)算。3、蓄電池容量的計(jì)算。在例2中，如果該地的最長(zhǎng)陰雨天數(shù)為7天，蓄電池的最大放電深度為0.5，溫度修正系數(shù)是0.75，求必要的蓄電池容量。如果選用12V/8A·h的蓄電池，該如何串并聯(lián)。(已知負(fù)載所必要的電流量是IL=1.7A·h)解：則必要的蓄電池容量為：在例2中，如果該地的最長(zhǎng)陰雨天數(shù)為7天，蓄電池的最4、太陽電池方陣電壓的確定5、確定太陽電池串并聯(lián)的連接方法4、太陽電池方陣電壓的確定5、確定太陽電池串并聯(lián)的連接方法在例2中，如果蓄電池滿充電系數(shù)是1.2，二極管電壓降為0.7V，求太陽電池最大出力電壓。如果選用15V/0.5A的太陽電池，應(yīng)如何串并聯(lián)。(必要的太陽電池的電流為：IS=0.94A)解：太陽電池最大出力電壓為：在例2中，如果蓄電池滿充電系數(shù)是1.2，二極管電6、如果負(fù)載為交流負(fù)載，則還需要選擇逆變器，選定逆變器時(shí)，需要計(jì)算出逆變器的輸人、輸出電流。6、如果負(fù)載為交流負(fù)載，則還需要選擇逆變器，選定逆變器時(shí)，需例3：已知某一計(jì)算機(jī)的功率為24W，工作電壓為220V，如果用太陽能光伏系統(tǒng)給它供電，如果逆變器的轉(zhuǎn)換效率為0.9，求該逆變器的輸出電流和輸入電流。解：例3：已知某一計(jì)算機(jī)的功率為24W，工作電壓為220V，如果例4：用光伏系統(tǒng)給以收音機(jī)(AC220V、50Hz、24w)供電，假如用12V蓄電池給收音機(jī)供電，每天工作6小時(shí)，太陽電池的修正系數(shù)為0.6，當(dāng)?shù)仄骄照諘r(shí)間為3小時(shí)，逆變器的效率為0.8，求必要的太陽電池電流。如果蓄電池滿充電系數(shù)是1.2，二極管電壓降為0.7V，求太陽電池最大出力電壓。解：負(fù)載所必要的直流電流為：負(fù)載工作所必要的電流量：必要的太陽電池的電流為：太陽電池最大出力電壓為：例4：用光伏系統(tǒng)給以收音機(jī)(AC220V、50Hz、24w目前，住宅用太陽能光伏系統(tǒng)一般為有逆潮流的并網(wǎng)系統(tǒng)，現(xiàn)簡(jiǎn)要說明一下設(shè)計(jì)步驟。7.5住宅用太陽能光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)⑴首先要對(duì)房屋進(jìn)行必要的調(diào)查，包括房屋的結(jié)構(gòu)、形狀、方位、周圍的狀況等;⑵確定可設(shè)置太陽電池場(chǎng)所的面積;⑶確定功率調(diào)節(jié)器輸出電壓;⑷確定選擇什么規(guī)格的太陽電池組件;

⑸確定太陽電池組件