【精品】專業(yè)論文文獻-淺析獨立光伏系統(tǒng)的設計優(yōu)化

1、淺析獨立光伏系統(tǒng)的設計優(yōu)化淺析獨立光伏系統(tǒng)的設計優(yōu)化【摘?！刻柲馨l(fā)電是指太陽能光伏發(fā)電，光伏發(fā)電是利用半 導光生伏特效應將光能直接轉變?yōu)殡娔艿囊环N發(fā)電技術。太陽光能是 一種非常理想的干凈、安全且隨處可得的清潔能源，因此各國均不斷 地研發(fā)各種相關技術，藉以提高系統(tǒng)發(fā)電效率并降低發(fā)電成本，推廣 普及使用太陽能?！娟P鍵詞】太陽能；光伏發(fā)電；設計；優(yōu)化近年來太陽能（光伏）發(fā)電技術得到了迅速的發(fā)展，雖然在歐美 市場受挫，隨后我國政府緊鑼密鼓的出臺了一系列對光伏產業(yè)扶持的 政策，擴大國內市場，同時硅類太陽能電池組件產品價格下降，我國 各種光伏系統(tǒng)及應用產品不斷涌現，出現了前所未有的可喜局血。然 而稍加分

2、析便可看出，很多產品都沒有經過仔細的最佳化設計，有的 系統(tǒng)和產品是照貓畫虎，以訛傳訛；有的則根本不符合光伏發(fā)電的基 本規(guī)律和工作特點，以致不能保證長期穩(wěn)定可靠地運行，或者配置容 量過大，造成大量浪費，影響了光伏電源的推廣應用。一、獨立光伏系統(tǒng)（光伏離網發(fā)電系統(tǒng)）使用太陽能光伏組件組成太陽電池方陣，在陽光充足情況下，一方面 給負載供電（直流負載，若交流負載需要逆變器），另一方而給蓄電 池組充電，晚上依靠蓄電池組放電供負載使用。通過加入太陽能控制 器對蓄電池的工作狀態(tài)加以控制。在方陣工作時，阻塞二極管防止向 電池方陣反充電，止逆二極管兩端有一定的電壓降，對硅二極管通常 為0. 6?0. 8v；肖特

3、基或錯管0.3v左右。（一般選擇壓降小的）。光伏 發(fā)電系統(tǒng)的規(guī)模依用戶要求而異，按負載增加配置。二、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的容量設計主要介紹太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體配置與設計，即各種電力電 子設備、部件的配置選型和相關附屬設施的設計。1 光伏發(fā)電系統(tǒng)的設計方案光伏發(fā)電系統(tǒng)的設計要本著合理性、實用性、高可靠性和高性價 比（低成本）的原則。做到既能保證光伏系統(tǒng)的長期可靠運行，充分 滿足負載的用電需要，同時又能使系統(tǒng)的配置最合理、最經濟，特別 是確定使用最少的太陽能電池組件功率，協(xié)調整個系統(tǒng)工作的最大可 靠性和系統(tǒng)成本z間的關系，在滿足需要保證質量的前提下節(jié)省投 資，達到最好的經濟效益。2. 與設計相關

4、的因素和技術條件（1）負載性質獨立光伏系統(tǒng)是指沒有任何輔助電源，光伏發(fā)電是唯一電力來源 的電源系統(tǒng)。實際負載的大小及使用情況等可能千變萬化，從全天使用吋間上 來區(qū)分，大致可分為白天、晚上和口天連晚上三種負載。對于僅在口 天使用的負載，多數可以由光伏系統(tǒng)直接供電，減少了由于蓄電池充 放電等引起的損耗，所配備的光伏系統(tǒng)容量可以適當減小。全部晚上 使用的負載其光伏系統(tǒng)所配備的容量就要相應增加。白天連晚上的負 載所需要的容量則在兩者z間。此外，從全年使用時間上來區(qū)分，大 致乂可分為均衡性負載、季節(jié)性負載和隨機性負載。為了簡化，對于 月平均耗電量變化不超過10%的負載也可以當作平均耗電量都相同的 均衡性

5、負載。（2）當地太陽能輻射資源及氣象地理條件太陽照在地面太陽電池方陣上的輻射光的光譜，光強受到大氣質 量、地理位置、當地氣候、氣象、地形等多方面因素的影響，因此在 設計太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)時，應考慮太陽輻射的方位角和傾斜角、峰 值fi照數、連續(xù)陰雨天數及最低氣溫、冰雹等。（3）太陽能電池組件（方陣）的方位角與傾斜角最理想的傾斜角是使太陽能電池年發(fā)電量盡可能大，而冬季和夏 季發(fā)電量差異盡可能小，一般取當地緯度或當地緯度加幾度作為當地 太陽能電池組件安裝的傾斜角。當然如果能夠采用計算機輔助設計軟 件優(yōu)化設計。根據當地緯度初略確定太陽能電池的傾斜角：冃前使用比較普遍的方法為緯度為0。25。時，傾斜角等

6、于緯 度；緯度為26。40。時，傾斜角等于緯度加上5。10。；緯度為 41°55。時，傾斜角等于緯度加上10。15。；緯度為55。以上 時,傾斜角等于緯度加上15。-20° o實際上，即使緯度相同的兩個地方，其太陽輻照量的大小及組成 往往相差很大，如拉薩和重慶的緯度基本相同(僅差0.18° ),而水 平面上的太陽輻照量卻要相差一倍以上，顯然加上相同的度數作為方 陣傾角是不妥當的。本文建議借助相關計算機軟件進行計算，精確度 更高。(4) 溫度影響眾所周知，在太陽電池溫度升高吋，其開路電壓要下降，輸出功 率會減少。所以，有些設計方法在最后確定方陣容量吋，考慮太陽電 池

7、溫度系數的影響，從而增大容量。然而，這種把方陣當作全年都處 在最高溫度下工作，顯然是個保守的方法。實際上，現在常用的36 片太陽電池串聯為12v蓄電池充電的標準組件，已經考慮了夏天溫度 升高的影響。而且，通常夏天太陽輻射強度較大，方陣發(fā)電量常有盈 余，完全可以彌補由于溫度升高所減少的電能，因此在計算太陽電池 容量時可以不必考慮溫度的影響。在特殊情況下，只要增加系統(tǒng)的安 全系數即可。不過在溫度較低時，蓄電池輸出容量要受到影響，在冬 天工作溫度低于0°c時，應適當加以考慮。3. 太陽能電池組件及方陣的設計方法太陽能電池組件的設計原則是要滿足平均天氣條件(太陽輻射 量)下負載每日用電量的需

8、求，也就是說太陽能電池組件的全年發(fā)電 量要等于負載全年用電量。(1) 根據各種數據直接計算出太陽能電池組件或方陣的功率， 根據計算結果選配或定制相應功率的電池組件，進而得到電池組件的 外形尺寸和安裝尺寸；另一種方法是選定尺寸符合要求的電池組件， 根據該組件峰值功率、峰值工作電流和h發(fā)電量等數據，結合各種數 據進行設計計算，在計算中確定電池組件的串、并聯數及總功率。(2) 基本計算方法：電池組件的并聯數二負載13平均用電量(ah) /組件fl平均發(fā)電量 (ah)其中，組件日平均發(fā)電量二組件峰值工作電流(a) x峰值日照吋 數(h)電池組件的串聯數二系統(tǒng)工作電壓(v) x系數1.43/組件峰值工

9、作電壓(v)電池組件(方陣)總功率(w)二組建并聯數x組件串聯數x選定組件峰值輸出功率(w)設計時要考慮造成組件功率衰降的各種因素按10%的損耗，交流 逆變器轉換效率的損失也按10%計算。蓄電池充電損耗5%10%。(3) 實用計算公式：電池組件的并聯數二負載13平均用電量(ah) /組件fl平均發(fā)電量 (ah) x逆變器效率系數。電池組件的串聯數二系統(tǒng)工作電壓(v) x系數1.43/組件峰值工 作電壓(v)電池組件(方陣)總功率(w)二組件并聯數x組件串聯數x選定 組件的峰值輸出功率(w)o4. 蓄電池和蓄電池組的設計方法蓄電池的任務是在太陽能輻射不足時，保證系統(tǒng)負載的正常用 電。蓄電池的設計

10、主要包括蓄屯池容量和串、并聯組合設計。(1) 蓄電池容量二負債日平均用電量(ah) x連續(xù)陰雨天數/最 大放電深度。平均放電率(h)二連續(xù)陰雨天數x負載工作吋間/最大放電深度。負載工作吋間二工負載功率x負載工作吋間/工負載功率。(2) 實用蓄電池容量計算公式：蓄電池容量二負載h平均用電量(ah) x連續(xù)陰雨天數x放電率 修正系數/最大放電深度x低溫修正系數。蓄電池串聯數二系統(tǒng)工作電壓/蓄電池標稱電壓。蓄電池并聯數二蓄電池總容量/蓄電池標稱容量。三、總結獨立光伏系統(tǒng)必須進行最優(yōu)化設計，綜合考慮其可靠性和經濟性 指標，最終確定最佳的太陽電池方陣和蓄電池容量組合。計算傾斜面 上月平均太陽輻照量，可采用klien和theilacker提出的計算方法。 方陣的最佳傾角按照負載的性質、當地的氣象及地理條件以及滿足蓄 電池維持天數等條件的不同而改變，可以通過比較不同角度時滿足負 載要求的最小容量配置來確定。通常對于不同的蓄電池維持天數，其 方陣的最佳傾角不一定相同。一般情況下，溫度對于光伏方陣t作的 影響可以不必考慮。參考文獻：1沈輝，曾祖勤太陽能光伏發(fā)電技術m北京:化學t業(yè)出出 版社，2005.張鵬0光伏發(fā)電自動跟蹤系統(tǒng)的設計d 哈爾濱：哈爾濱理 工大學，2009.3 wenham s r, green m a, watt m e, applied photovoltaic