獨(dú)立光伏系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

獨(dú)立光伏系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案?在充分滿足用戶負(fù)載用電需要的條件下,盡量減少太陽(yáng)電池和蓄電池的容量,以達(dá)到可靠性和經(jīng)濟(jì)性的最佳結(jié)合。?光伏系統(tǒng)和產(chǎn)品要根據(jù)負(fù)載的要求和當(dāng)?shù)氐臍庀蠹?/p>

地理?xiàng)l件,進(jìn)行專門的優(yōu)化設(shè)計(jì)。?要避免盲目追求高可靠性或低成本的傾向。?光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)是：按月能量平衡。光伏系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)原則一..光伏系統(tǒng)分類?按供電方式大致可分為三大類：?獨(dú)立系統(tǒng)?

并網(wǎng)系統(tǒng)?混合系統(tǒng)符合,所以必須配備儲(chǔ)能裝置。

?由于獨(dú)立光伏系統(tǒng)沒有備用電源,所以應(yīng)當(dāng)進(jìn)行嚴(yán)

格的優(yōu)化設(shè)計(jì),以達(dá)到既能保證負(fù)載的長(zhǎng)期可靠運(yùn)行,又能使系統(tǒng)規(guī)模最小,節(jié)省投資費(fèi)用的目的。三.獨(dú)立光伏系統(tǒng)?通常是指沒有任何輔助電源,光伏系統(tǒng)是唯一電力 來(lái)源的電源系統(tǒng)。?

在一般情況下,負(fù)載用電規(guī)律和太陽(yáng)日照時(shí)間不相四.負(fù)載類型

?

均衡性負(fù)載：是指每天工作時(shí)間都相同的負(fù)載, 對(duì)于耗電量月平均變化不超過10%的情況,也

可當(dāng)作均衡性負(fù)載。

?季節(jié)性負(fù)載：負(fù)載耗電量隨季節(jié)而變化。

?隨機(jī)性負(fù)載：負(fù)載耗電量沒有一定規(guī)律。 ?先討論用于均衡性負(fù)載的優(yōu)化設(shè)計(jì)

?按使用時(shí)間來(lái)分,大致可分為：.優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟1.確定負(fù)載耗電量:

?分別列出各種用電負(fù)載的耗電功率并乘以每天平均作電壓V,通常為12伏的倍數(shù)。?由此求出負(fù)載每天耗電量:QL

=E/V

單位(Ah/d)使用時(shí)間,累計(jì)求和,得出負(fù)載每天所消耗能量E(Wh)。?根據(jù)蓄電池及逆變器等要求,確定太陽(yáng)電池方陣工2.

計(jì)算方陣面上太陽(yáng)輻照量?先選擇某個(gè)方陣傾角β,根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀蠹暗乩碣Y料,計(jì)算出方陣面上各個(gè)月份的太陽(yáng)輻照量

Ht

(kwh/m

2

?d)。注意:單位換算成

(kwh

/

m2

?

d)

后,在數(shù)值上

即等于每天的峰值日照時(shí)數(shù)。各個(gè)月份的Ht

并不相同,所以對(duì)應(yīng)于某個(gè)方陣傾角β

,有12個(gè)數(shù)值,其中最小的為Htmin

,取平

均值為Ht

。Imax

H

t

?min

?η1

?η2其中:η1是從方陣到蓄電池充電回路的效率;η2是從蓄電池到負(fù)載放電回路的效率。3.算出各月發(fā)電盈虧量

?方陣輸出的最小電流為：

為了滿足負(fù)載耗電量的要求

方陣最佳工作電流應(yīng)在兩者之間,任選一電流I

,只要滿足：Imax

≥

I

≥

Imin?方陣輸出的最大電流為：H

t

?η1

?η2

QL

I

=LminQQ=

其中N為當(dāng)月天數(shù),Ht為該月太陽(yáng)輻照量。

從而得到各月發(fā)電盈虧量：

Δ

Q

=

Q

a

?

Q

c

方陣各月發(fā)電量為：

Qa

=N

?I

?Ht

?η1

?η2如果得到的△Q

為負(fù)值,表示該月方陣發(fā)電量不足,需要由蓄電池提供部分儲(chǔ)存的容量。

而負(fù)載各月耗電量為：

Q

c

=

N

?

Q

L4.確定累計(jì)虧欠量?以兩年為單位,列出各月發(fā)電盈虧量。?如有兩個(gè)或以上的不連續(xù)△Q<0的虧欠期,則累計(jì)虧欠量∑∣-△Qi

∣應(yīng)扣除連續(xù)兩個(gè)虧欠期之間⊿Qi為正的盈余量,最后得出累計(jì)虧欠量∑∣-△Qi

∣。?如只有一個(gè)△Q<0的連續(xù)虧欠期,則累計(jì)虧欠量即為該虧欠期內(nèi)各月虧欠量之和。?根據(jù)當(dāng)?shù)剡B陰雨天數(shù)等情況,指定一個(gè)蓄電池維持天數(shù)n

,一般取n

=3~7天。?將n1與指定的蓄電池維持天數(shù)n相比較，若n1

>n

，則增大電流I，重新計(jì)算，

反之亦然。直到n1

≈n

，即得出方陣輸

∑

?

ΔQiL∑?

ΔQi

代入下式:決定方陣輸出電流

出電流I

m。?將累計(jì)虧欠量5.n

=Q16.求出方陣最佳傾角

?改變傾角，重復(fù)以上計(jì)算，進(jìn)行比較，得出最小的方陣輸出電流Im值，相應(yīng)的傾角即為方陣最佳傾角

βopt。B

∑?

ΔQi=

(DOD)?η2式中(DOD)為蓄電池的放電深度通常?。?DOD)=0.3~0.8?光伏方陣容量為P

=

k

·

I

m

·

(V

b

+

V

d

)其中：k為安全系數(shù)；Vb為蓄電池充電電壓；V

d

為防反充二極管及線路等壓降。7.得出蓄電池及方陣容量?蓄電池容量為：

8.最終決定最佳搭配

?改變蓄電池維持天數(shù)n，重復(fù)以上計(jì)算，可得到一系列B

~

P組合。

?再根據(jù)產(chǎn)品型號(hào)及單價(jià)等因素，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算，

最后決定蓄電池及光伏方陣容量的最佳組合。輸入緯度、傾角、

H、Hb估算方陣電流最大值、最小值改變I(I

m

in<I<I

m

a

x)Q

a

、Q

c

、Δ

Q確定累計(jì)虧欠量判斷是否確定蓄電池及方陣容

量|n1-n|<0.1Y開始最佳傾角NNY

?為沈陽(yáng)地區(qū)設(shè)計(jì)一套太陽(yáng)能路燈,燈具功率為30W,每天工作6小時(shí),工作電壓為12伏,蓄電池維持天數(shù)取

5天。要求太陽(yáng)電池方陣和蓄電池的容量及方陣傾角?負(fù)載耗電量：Q

L

=

=

15

(

Ah

/

d

)?沈陽(yáng)地區(qū)緯度是41.440

,任意取方陣傾角β=600

,算出各月份方陣面上的太陽(yáng)輻照量Ht選取參數(shù)：η1

=η2

=0.9得到Imax

=11.52A

Imin

=5.

176A實(shí)例分析是多少??

?在最大和最小電流值之間?。篒=5.5A。?算出各月方陣發(fā)電量Qa

,并列出各月負(fù)載耗電量Qc

,從而求出各月發(fā)電盈虧量ΔQ

。

.具體數(shù)值見下表：月份HtQaQcQa-

Qc 13.3467462.19465-2.805724.1618519.1442099.137 34.4364612.69465147.6944.2092561.76450111.7654.1050566.92465101.9263.8124509.5345059.52873.4893481.8846516.88483.6602505.4946540.48894.2056562.08450112.08104.0399557.9346592.925113.3169443.31450-6.6901

123.9347405.30465-59.701代入公式：n1

=

=4.6131,因此可以減少方陣電流,另取I=5.4A,重新進(jìn)行計(jì)算,得到下表：∑

?

ΔQi

L與要求的維持天數(shù)5天相比要小。?由表中可見,當(dāng)年11~12月和次年1月都是虧欠量,但這是一個(gè)連續(xù)虧欠期?？偺澢妨浚骸?/p>

?

ΔQi

=

69.196AhQ月份HtQaQcQa-

Qc13.3467453.79465-11.20924.1618509.7042089.699 34.4364601.55465136.5544.2092551.55450101.5554.1050556.6146591.61363.8124500.2645050.26373.4893473.124658.122583.6602496.3046531.29794.2056551.86450101.86104.0399547.7846582.781113.3169435.25450-14.75

123.9347397.93465-67.07?由表中可見,當(dāng)年11~12月和次年1月還都是虧欠量,這是一個(gè)連續(xù)虧欠期?？偺澢?由此求出n1

=6.2019,與要求的維持天數(shù)n=5天相比要大。因此應(yīng)該再增加方陣電流,再取I=5.47565A,重復(fù)以上步驟,得到的結(jié)果如下表：

量為93.029Ah

。月份HtQaQcQa-

Qc13.3467460.15465-4.85224.1618516.8442096.839 34.4364609.98465144.98 44.2092559.27450109.2754.1050564.4146599.41163.8124507.2745057.27273.4893479.7546514.75183.6602503.2546538.25094.2056559.59450109.59104.0399555.4646590.455113.3169441.35450-8.6528

123.9347403.51465-61.495?由表中可見,當(dāng)年11~12月和次年1月還都是虧欠量,總虧欠量為74.49998Ah。

?由此求出n1

=4.999天,與要求的維持天數(shù)

n=5天基本相符。由此確定電流?。篒=5.47565A

。?接著再改變傾角,用同樣電流,比較累計(jì)虧欠

量(或n1)

。試取傾角β=620

,重復(fù)以上計(jì)算,得到下表：月份HtQaQcQa-

Qc13.3480460.33465-4.669924.1466514.9642094.958 34.3920603.98465138.98 44.1324549.8545099.84654.0143551.9446586.94163.7220495.2445045.24373.4128469.244654.241683.5917493.8446528.83194.1526552.54450102.54104.0174552.3746587.386113.3153441.13450-8.8727

122.9386404.04465-60.959

佳傾角。?本例中,最后得出I=5.47356A

,相應(yīng)的角

度是β

=620

,各月的盈虧情況如下表?由表中可見,當(dāng)年11~12月和次年1月還都是虧欠量?？偺澢妨繛?4.501Ah。?由此求出n1

=4.9668天,與上面的

n1

=4.999天更小,可見取傾角620要比600更好。同樣繼續(xù)改變傾角,得出與維持天數(shù)

n=5天基本相符的最小電流,該角度即為最月份HtQaQcQa-

Qc13.3480460.15465-4.845624.1466514.7642094.762 34.3920603.75465138.75 44.1324549.6445099.63754.0143551.7346586.73063.7220495.0545045.05473.4128469.064654.062483.5917493.6446528.64294.1526552.33450102.33104.0174552.1646587.157113.3153440.96450-9.0411

122.9386403.89465-61.113本例最后得出,方陣工作電流：Im

=5.47356A所對(duì)應(yīng)的角度,即為方陣最佳傾角：

βpot

=620結(jié)果得到蓄電池容量為：B=104.18Ah太陽(yáng)電池方陣容量為：P=95.05W?

?

??

六.光控太陽(yáng)能照明系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)?光控照明系統(tǒng)的特點(diǎn)是以自然光線的強(qiáng)弱來(lái)決定

的工作時(shí)間不一樣,因此負(fù)載耗電量也不相同。

?此特點(diǎn)與太陽(yáng)日照時(shí)間的規(guī)律正好相反,夏天日照時(shí)間長(zhǎng),輻照量大,但燈具需要照明的時(shí)間短;而冬

天日照時(shí)間短,輻照量小,而燈具需要照明的時(shí)間中的工作條件是最苛刻的。?光控照明系統(tǒng)不同于獨(dú)立光伏系統(tǒng),設(shè)計(jì)時(shí)必須特 別仔細(xì)考慮。

負(fù)載工作時(shí)間長(zhǎng)短的。天黑開燈,天亮關(guān)燈。每天 長(zhǎng),所以此類光控照明系統(tǒng)在太陽(yáng)能光伏電源應(yīng)用

?先估計(jì)需要照明的時(shí)間

從日落到日出之間的無(wú)日照小時(shí)數(shù)為：

t

=24?2/15cos?1

(tan?

?tan

δ)

δ每天都在變化,所以t也每天在變。?不同地區(qū)t的差別很大

如?？诘貐^(qū)(?

=20.030)

：哈爾濱地區(qū)(?

=20.030)

：夏至?xí)rt=8.5h

,冬至?xí)rt=15.5h?？梢娋暥仍礁?晚間需要照明時(shí)間相差越大。

式中：?

為當(dāng)?shù)鼐暥?δ為太陽(yáng)赤緯δ=23.45)時(shí)，t=10.1h

；δ=-23.45)時(shí)，t=13.2h。夏至(6月21日冬至(12月21日?一般情況下,日出前半小時(shí)和日落后半小時(shí)內(nèi),天空尚有余光。為了節(jié)約起見,可以不必開燈。

如負(fù)載的工作電流為i

負(fù)載耗電量應(yīng)為：Qi

=(t

?1)?i各月耗電量則為：

Qc

=

N

?

Qi

其中：N是當(dāng)月天數(shù)

顯然，各個(gè)月份的耗電量都不相同,夏天少,

冬天多這是季節(jié)性負(fù)載的工作特點(diǎn)。定每天工作時(shí)間t

,才能求得各天的耗電量：

Qi

=

(t

?

1)

?

i

仍以上面的實(shí)例來(lái)進(jìn)行分析：光控太陽(yáng)能照明系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟與獨(dú)立光伏系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟相同,只是每天的耗電

量不一樣。所以一開始不是統(tǒng)計(jì)確定每天的耗電量QL

。而是先得出工作電流i

,然后根據(jù)上述方法確具功率為30W

,工作電壓為12伏,蓄電池維持天

方陣傾角是多少?

再應(yīng)用公式：

t

=24?2/15cos?1

(tan?

?tan

δ)求出每天工作時(shí)間t最后由公式：

Qi

=(t

?1)?i

算得各天耗電量,其余步驟與前相同,得到如下結(jié)果：

首先求出負(fù)載工作電流：

i

=

=

=

2.5(A)

數(shù)取5天。要求太陽(yáng)電池方陣和蓄電池的容量及為沈陽(yáng)地區(qū)設(shè)計(jì)一套光控太陽(yáng)能路燈,燈HtQaQcQa-

Qc

3.34071045.01056.3-11.2694.10441159.6879.36280.283

4.29391343.2874.57468.5943.98131205.2740.82464.39

3.82541196.6671.85524.78

3.53541070.2603.94466.28

7

3.25451018.0645.75327.2883.44741078.4726.50351.89 94.03611221.8805.41416.373.96121239.1941.23297.873.3022999.631001.1-1.433312

2.9377918.931080.5-161.57月份11

206511?太陽(yáng)電池方陣容量為：P=216.3W?與上面討論的獨(dú)立光伏系統(tǒng)比較：?太陽(yáng)電池方陣傾角為：β=620?蓄電池容量為：B=104.18Ah?太陽(yáng)電池方陣容量為：P=95.05W

?由以上計(jì)算最后得出：?太陽(yáng)電池方陣傾角為：?蓄電池容量為：β=660B=242.5Ah?光控太陽(yáng)能照明系統(tǒng)冬天工作時(shí)間長(zhǎng),耗電量多,夏天耗電量少。?