太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

1、太陽(yáng)能光伏發(fā)電設(shè)計(jì)思路摘要： 簡(jiǎn)要介紹太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路和組成光伏系統(tǒng)器件選型方法，分析和研究太陽(yáng)能光伏發(fā)電的熱點(diǎn)和核心技術(shù)。前言： 當(dāng)今世界，能源是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)與社會(huì)進(jìn)步的原動(dòng)力。目前所使用之主要能源為化石能源，然而其蘊(yùn)藏量有限，且在開(kāi)發(fā)過(guò)程造成空氣污染、環(huán)境破壞，積極開(kāi)發(fā)低污染及低危險(xiǎn)性的新能源乃為迫切需要。太陽(yáng)能發(fā)電是指太陽(yáng)能光伏發(fā)電，光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)光生伏特效應(yīng)將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N發(fā)電技術(shù)。太陽(yáng)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(guó)均不斷地研發(fā)各種相關(guān)技術(shù)，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(yáng)能。第一部分 太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)原理太陽(yáng)

2、能電池發(fā)電系統(tǒng)（又稱(chēng)光伏發(fā)電系統(tǒng)），從大類(lèi)上分為獨(dú)立（離網(wǎng)）和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)兩大類(lèi)。目前應(yīng)用比較廣泛的光伏發(fā)電系統(tǒng)，主要是在偏遠(yuǎn)地區(qū)可以作為獨(dú)立的電源使用，也可以與風(fēng)力發(fā)電機(jī)或柴油機(jī)等組成混合發(fā)電系統(tǒng)，在城市太陽(yáng)能光伏建筑集成并網(wǎng)發(fā)電得到了快速發(fā)展，光伏發(fā)電與建筑一體化是太陽(yáng)能光伏與建筑的完美結(jié)合，屬于分布式發(fā)電的一種。它能夠減少電網(wǎng)用電，大大減輕公共電網(wǎng)的壓力，就近向電網(wǎng)輸送電力。1.1獨(dú)立的電源使用（光伏離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)） 太陽(yáng)能光伏組件組成太陽(yáng)電池方陣，在陽(yáng)光充足情況下，一方面給負(fù)載供電（直流負(fù)載，若交流負(fù)載需要逆變器），另一方面給蓄電池組充電，晚上依靠蓄電池組放電供負(fù)載使用（如下圖示意）

3、。太陽(yáng)電池方陣控制器負(fù)載阻塞二極管蓄電池 圖1-1直流負(fù)載光伏發(fā)電示意圖在方陣工作時(shí)，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(duì)硅二極管通常為0.60.8V；肖特基或鍺管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(hù)要求而異，按負(fù)載增加配置。簡(jiǎn)單的直流供電系統(tǒng)圖1-2 簡(jiǎn)單直流的光伏水泵系統(tǒng)帶蓄電池的直流（交流）供電系統(tǒng)圖1-3直流負(fù)載的太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)如果有交流負(fù)載，還需要1逆變器將直流電變?yōu)樨?fù)載需要的交流電。市電互補(bǔ)光伏發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)然我們可以選用雙向逆變器，在獨(dú)立的光伏發(fā)電系統(tǒng)中以太陽(yáng)能發(fā)電為主，以普通220V交流市電為補(bǔ)充電能。太陽(yáng)能方陣 雙向逆變器 、控制

4、系統(tǒng)交流負(fù)載 蓄電池市 220V（AC）直流負(fù)載 圖1-4交流及交、直流混合光伏發(fā)電系統(tǒng)以上方案僅供參考。1.2并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)所謂并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)就是太陽(yáng)能組件產(chǎn)生的直流電經(jīng)過(guò)并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合市電電網(wǎng)要求的交流電之后，直接接入公共電網(wǎng)。 考慮到太陽(yáng)能光伏發(fā)電的固有特點(diǎn)，節(jié)約投資，省略蓄電池組并減少充、放電轉(zhuǎn)換帶來(lái)的損耗，當(dāng)今世界太陽(yáng)能發(fā)電有80是并網(wǎng)發(fā)電，限于編者能力、資料來(lái)源和篇幅有限，主要介紹太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)集成（其他知識(shí)請(qǐng)查閱相關(guān)資料）。1.3 光伏發(fā)電與建筑一體化1.3.1光伏發(fā)電屋頂結(jié)構(gòu)和光伏玻璃幕墻結(jié)構(gòu) 把分裝好的光伏組件，根據(jù)用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)不同的供電負(fù)荷的需要，設(shè)計(jì)、配置安

5、裝太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)。在城市將太陽(yáng)能光伏發(fā)電與建筑裝飾結(jié)合起來(lái)，安裝在建筑物屋頂或光伏幕墻，是光伏發(fā)電系統(tǒng)與建筑裝飾美化聯(lián)用一體化解決方案的典范。第二部分 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的容量設(shè)計(jì)主要介紹太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體配置與設(shè)計(jì)，即各種電力電子設(shè)備、部件的配置選型和相關(guān)附屬設(shè)施的設(shè)計(jì)。2.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要本著合理性、實(shí)用性、高可靠性和高性?xún)r(jià)比（低成本）的原則。做到既能保證光伏系統(tǒng)的長(zhǎng)期可靠運(yùn)行，充分滿足負(fù)載的用電需要，同時(shí)又能使系統(tǒng)的配置最合理、最經(jīng)濟(jì)，特別是確定使用最少的太陽(yáng)能電池組件功率，協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)工作的最大可靠性和系統(tǒng)成本之間的關(guān)系，在滿足需要保證質(zhì)量的前提下

6、節(jié)省投資，達(dá)到最好的經(jīng)濟(jì)效益。與設(shè)計(jì)相關(guān)的因素和技術(shù)條件1）系統(tǒng)用電負(fù)載的特性 由于用途不同，耗電功率、用電時(shí)間、對(duì)電源可靠性的要求等各不相同。有的用電設(shè)備有固定的耗電規(guī)律，這些因素相當(dāng)復(fù)雜，原則上需要對(duì)每個(gè)發(fā)電系統(tǒng)單獨(dú)進(jìn)行計(jì)算，對(duì)一些無(wú)法確定數(shù)量的影響因素，只能采用一些系數(shù)來(lái)進(jìn)行估量。2）當(dāng)?shù)靥?yáng)能輻射資源及氣象地理?xiàng)l件太陽(yáng)照在地面太陽(yáng)電池方陣上的輻射光的光譜，光強(qiáng)受到大氣質(zhì)量、地理位置、當(dāng)?shù)貧夂颉庀?、地形等多方面因素的影響，因此在設(shè)計(jì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)考慮太陽(yáng)輻射的方位角和傾斜角、峰值日照數(shù)、連續(xù)陰雨天數(shù)及最低氣溫、冰雹等。 太陽(yáng)能電池組件（方陣）的方位角與傾斜角 最理想的傾斜角是

7、使太陽(yáng)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(dāng)?shù)鼐暥然虍?dāng)?shù)鼐暥燃訋锥茸鳛楫?dāng)?shù)靥?yáng)能電池組件安裝的傾斜角。當(dāng)然如果能夠采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件優(yōu)化設(shè)計(jì)。根據(jù)當(dāng)?shù)鼐暥瘸趼源_定太陽(yáng)能電池的傾斜角： 緯度為 025時(shí)，傾斜角等于緯度； 緯度為2640時(shí)，傾斜角等于緯度加上510； 緯度為4155時(shí)，傾斜角等于緯度加上1015； 緯度為55以上時(shí)，傾斜角等于緯度加上1520；太陽(yáng)能電池組件及方陣的設(shè)計(jì)方法 太陽(yáng)能電池組件的設(shè)計(jì)原則是要滿足平均天氣條件（太陽(yáng)輻射量）下負(fù)載每日用電量的需求，也就是說(shuō)太陽(yáng)能電池組件的全年發(fā)電量要等于負(fù)載全年用電量。1） 根據(jù)各種數(shù)據(jù)直接計(jì)算出太陽(yáng)能電池組

8、件或方陣的功率，根據(jù)計(jì)算結(jié)果選配或定制相應(yīng)功率的電池組件，進(jìn)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(jù)該組件峰值功率、峰值工作電流和日發(fā)電量等數(shù)據(jù)，結(jié)合各種數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，在計(jì)算中確定電池組件的串、并聯(lián)數(shù)及總功率。2） 基本計(jì)算方法：電池組件的并聯(lián)數(shù)負(fù)載日平均用電量(Ah)/組件日平均發(fā)電量（Ah）其中，組件日平均發(fā)電量組件峰值工作電流（A）峰值日照時(shí)數(shù)（h）電池組件的串聯(lián)數(shù)系統(tǒng)工作電壓（V）系數(shù)1.43組件峰值工作電壓（V）電池組件（方陣）總功率（W）組建并聯(lián)數(shù)組件串聯(lián)數(shù)選定組件峰值輸出功率（W）A設(shè)計(jì)時(shí)要考慮造成組件功率衰降的各種因素按10的損耗，交

9、流逆變器轉(zhuǎn)換效率的損失也按10計(jì)算。B蓄電池充電損耗5103） 實(shí)用計(jì)算公式：電池組件的并聯(lián)數(shù)負(fù)載日平均用電量（Ah）組件日平均發(fā)電量（Ah）逆變器效率系數(shù)電池組件的串聯(lián)數(shù)系統(tǒng)工作電壓（V）系數(shù)1.43組件峰值工作電壓（V）電池組件（方陣）總功率（W）組件并聯(lián)數(shù)組件串聯(lián)數(shù)選定組件的峰值輸出功率（W）蓄電池和蓄電池組的設(shè)計(jì)方法 蓄電池的任務(wù)是在太陽(yáng)能輻射不足時(shí)，保證系統(tǒng)負(fù)載的正常用電。蓄電池的設(shè)計(jì)主要包括蓄電池容量和串、并聯(lián)組合設(shè)計(jì)。1） 蓄電池容量負(fù)債日平均用電量（Ah）連續(xù)陰雨天數(shù)最大放電深度平均放電率（h）連續(xù)陰雨天數(shù)負(fù)載工作時(shí)間最大放電深度負(fù)載工作時(shí)間負(fù)載功率負(fù)載工作時(shí)間負(fù)載功率2） 實(shí)

10、用蓄電池容量計(jì)算公式：蓄電池容量負(fù)載日平均用電量（Ah）連續(xù)陰雨天數(shù)放電率修正系數(shù)最大放電深度低溫修正系數(shù)蓄電池串聯(lián)數(shù)系統(tǒng)工作電壓蓄電池標(biāo)稱(chēng)電壓蓄電池并聯(lián)數(shù)蓄電池總?cè)萘啃铍姵貥?biāo)稱(chēng)容量 其他簡(jiǎn)易計(jì)算公式和設(shè)計(jì)方法太陽(yáng)能電池組件功率用電器功率（W）用電時(shí)間（h）當(dāng)?shù)胤逯等照諘r(shí)數(shù)(h)損耗系數(shù)蓄電池容量(Ah)用電器功率(W)用電時(shí)間(h)系統(tǒng)電壓(V)連續(xù)陰雨天數(shù)(h)系統(tǒng)安全系數(shù)并網(wǎng)光伏（光伏建筑一體化）發(fā)電系統(tǒng)容量的設(shè)計(jì)與計(jì)算1）光伏方陣發(fā)電量的計(jì)算年發(fā)電量（KWh）當(dāng)?shù)啬昕傒椛淠埽↘Whm2）光伏方陣面積(m2)電池組件轉(zhuǎn)換效率修整系數(shù) 即：PHAKA- 光伏建筑一體化發(fā)電光伏組件占用的屋頂

11、、受光外墻立面有效面積；-組件轉(zhuǎn)換效率，單晶硅18，多晶硅組件16；修正系數(shù)KK1K2K3K4K5其中K1為太陽(yáng)能電池長(zhǎng)期運(yùn)行性能衰降修正系數(shù)，一般取0.8；K2為灰塵遮擋玻璃及溫度升高造成組件功率下降修正，取0.82；K3為線路損耗修正，取0.95；K4為逆變器效率，一般取0.85，也可根據(jù)逆變器廠商提供技術(shù)參數(shù)確定；K5為光伏方陣朝向及傾斜角修正系數(shù)，具體參數(shù)查表。2） 根據(jù)負(fù)載耗電量計(jì)算光伏方陣的面積光伏組件（方陣）面積年耗電總量當(dāng)年總輻射能電池組件轉(zhuǎn)換效率修正系數(shù)APHK 太陽(yáng)能輻射能量的換算1、）太陽(yáng)能輻射能量不同單位之間的換算1卡（cal）4.1868焦（J）1。16278毫瓦時(shí)（

12、mWh）1千瓦時(shí)（KWh）3.6兆焦(MJ)1千瓦時(shí)米平方（KWh/m2）=3.6兆焦/米平方（MJ/m2）=0.36千焦/厘米平方（KJ/cm2）100毫瓦時(shí)/厘米平方（mWh/cm2）=85.98卡/厘米平方（cal/cm2）1兆焦/米平方(MJ/m2)=23.889卡/厘米平方(cal/cm2)=27.8毫瓦時(shí)/厘米平方(mWh/cm2)2、）太陽(yáng)能輻射能量與峰值日照時(shí)數(shù)之間的換算輻射能量換算成峰值日照系數(shù)：a.當(dāng)輻射量的單位為卡/厘米平方時(shí)，則：年峰值日照小時(shí)數(shù)=輻射量0.0116（換算系數(shù)） 例如：某地年水平面輻射量139千卡/厘米2（kcal/m2）,電池組件傾斜面上的輻射量152

13、.5千卡/厘米2（kcal/cm2）,則年峰值日照小時(shí)數(shù)為：152500卡/厘米2（cal/cm2）0.0116=1769h,峰值日照時(shí)數(shù)=1769365=4.85h.b.當(dāng)輻射量的單位為兆焦/米平方（MJ/m2）時(shí)，則：年峰值日照小時(shí)數(shù)=輻射量3.6（換算系數(shù)） 例如：某地年水平輻射量為5497.27兆焦/米2（MJ/m2）,電池組件傾斜面上的輻射量為副348。82兆焦/米2（MJ/m2）,則年峰值日照小時(shí)數(shù)為：6348。82（MJ/m2）3.6=1763.56h,峰值日照時(shí)數(shù)=1763。56365=4.83h.c.當(dāng)輻射量的單位為千瓦時(shí)/米2（KWh/m2）時(shí)，則：峰值日照小時(shí)數(shù)=輻射量3

14、65 例如：北京年水平面輻射量為1547.31千瓦時(shí)/米2（KWh/m2）,電池組件傾斜面上的輻射量為1828.55千瓦時(shí)/米2(KWh/m2),則峰值日照小時(shí)數(shù)為：1828.55(KWh/m2)365=5.01hd.當(dāng)輻射量的單位為千焦/厘米2（KJ/cm2）時(shí)，則：年峰值日照小時(shí)數(shù)=輻射量0.36（換算系數(shù)） 例如：拉薩年水平面輻射量為777.49千焦/厘米2（KJ/cm2），電池組件傾斜面上的輻射量為881.51千焦/厘米2（KJ/cm2），則年峰值日照小時(shí)數(shù)為：881.51（KJ/cm2）0.36=2448.64h，峰值日照時(shí)數(shù)=2448.64h365=6.71h第三部分 太陽(yáng)能光伏發(fā)

15、電系統(tǒng)的整體配置與相關(guān)設(shè)計(jì) 詳細(xì)敘述太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則、步驟和內(nèi)容，以及光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的整體配置和選型設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)規(guī)范，主要包括光伏組件、光伏控制器、交流逆變器、組件支架及固定方式確定與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、直流匯流箱、所用電纜、交流配電系統(tǒng)、監(jiān)控和測(cè)量系統(tǒng)等。太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的配置構(gòu)成：光伏方陣支架基礎(chǔ)設(shè)計(jì)直流接線箱控制、逆變交流配電、并網(wǎng)控制選型設(shè)計(jì)綜合配電監(jiān)控測(cè)量系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)編程組態(tài)蓄電池選型防雷接地、防靜電系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)2.2 設(shè)計(jì)步驟決定光伏發(fā)電系統(tǒng)配置和連接方式，每一組光伏電池組件的電流和電壓太陽(yáng)電池進(jìn)行適當(dāng)?shù)拇?、并?lián)，組成相應(yīng)電壓等級(jí)的光伏發(fā)電系統(tǒng)；由于太陽(yáng)的方位角和高度角每

16、日每時(shí)都在作周期性的變化。一個(gè)完善的太陽(yáng)電池發(fā)電系統(tǒng)需要考慮很多因素，進(jìn)行各種設(shè)計(jì)，如電氣性能設(shè)計(jì)、熱力設(shè)計(jì)、靜電屏蔽設(shè)計(jì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等等，最主要的是根據(jù)使用要求，決定太陽(yáng)電池方陣和蓄電池規(guī)模，以滿足正常工作的需求；光伏發(fā)電系統(tǒng)總的設(shè)計(jì)原則是在保證滿足負(fù)載用電需要的前提下，確定最少的太陽(yáng)電池組件，以盡量減少投資，即同時(shí)考慮可靠性及經(jīng)濟(jì)性。2.2.1決定方陣發(fā)電量的因素 光照條件：。 太陽(yáng)電池方陣的光電轉(zhuǎn)換效率：由于轉(zhuǎn)換效率受到電池本身的溫度和太陽(yáng)光強(qiáng)、蓄電池電壓浮動(dòng)等因素的影響，因而方陣的輸出功率也隨著這些因素的改變而出現(xiàn)一些波動(dòng)。 太陽(yáng)電池發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟1) 列出基本數(shù)據(jù)所有負(fù)載的名稱(chēng)

17、、額定工作電壓、耗電功率、用電時(shí)間、有無(wú)特殊要求等。當(dāng)?shù)氐牡乩砦恢茫喊ǖ孛?、?jīng)度、緯度、海拔等。當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料：主要有逐月平均太陽(yáng)總輻射量，直接輻射及散射量，年平均氣溫及極端氣溫，最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天數(shù)、最大風(fēng)速及冰雹等特殊氣候情況。這些氣象數(shù)據(jù)需取積累幾年或幾十年的平均值。只要根據(jù)算出的太陽(yáng)電池方陣的電壓及功率，參照生產(chǎn)廠家提供的太陽(yáng)電池組件的性能參數(shù)，選取合適的型號(hào)即可，根據(jù)安裝面積和規(guī)格尺寸排列組合安裝光伏組件陣列。Electrical specifications of SST 230-60P Polycrystalline solar moduleTypeSST 230-60PElect

18、rical typical dataPmpp Wp230VocV36.7IscA8.54Vmpp V29.4Impp A7.83Practical module efficiency15.75%Maximum system voitag V1000Voltage temperature coefficients-0.36%/KCurrent temperature coefficients+0.03%/KPower temperature coefficients-0.53%/KSeries fuse ratingA15Cells610 pieces polycrystalline solar cells series strings (156mm156mm)Junction boxwith 6 bypass diodesCablelength 900 mm, 14 mm2Front glassWhite toughened safety glass, 3.2 mmCell encapsulati