光伏電站設(shè)計(jì)技術(shù) 習(xí)題及解答 項(xiàng)目1-6 太陽能資源 -典型光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

項(xiàng)目1太陽能資源獲取系統(tǒng)解答(參考解答)1.利用傾斜面輻射估算方法，安裝固定安裝方式，估算年輻射量情況。地理名稱地位位置（緯度、經(jīng)度）RETScreen仿真傾斜面估算傾斜角設(shè)計(jì)北京40，1161371.8KWh/m21595KWh/m234°杭州30,1201204KWh/m21266KWh/m221°廣州23,1121228KWh/m21279KWh/m219°銀川38，1061654KWh/m22010KWh/m238°拉薩29，912052KWh/m22388KWh/m233°成都30,1031135KWh/m21213KWh/m224°以下是通過RETScreen或PVSYS軟件獲取內(nèi)容。(1)北京地理位置仿真輻輻照度（水平）傾斜面輻照度及傾斜角設(shè)計(jì)(2)杭州地理位置仿真輻輻照度（水平）傾斜面輻照度及傾斜角設(shè)計(jì)(3)廣州地理位置仿真輻輻照度（水平）傾斜面輻照度及傾斜角設(shè)計(jì)（3）銀川地理位置仿真輻輻照度（水平）傾斜面輻照度及傾斜角設(shè)計(jì)（5）拉薩仿真輻輻照度（水平）傾斜面輻照度及傾斜角設(shè)計(jì)（6）成都仿真輻輻照度（水平）傾斜面輻照度及傾斜角設(shè)計(jì)

2.從上述我國太陽能資源分布情況及單位換算關(guān)系，填寫下表。表2-3我國太陽能資源分布表等級(jí)年總輻射量（MJ/m2）年總輻射量（KWH/m2）平均日輻射量（KWH/m2）極豐富帶＞6300＞1750＞4.79很豐富帶5040-63001400-17503.84-4.79豐富帶3780-50401050-14002.88-3.84一般＜3780＜1050＜2.84解答：（1）年總輻射量（MJ/m2）和（KWH/m2）的單位，可根據(jù)數(shù)據(jù)表查詢，如表1-3我國太陽能資源表中可知。（2）平均日輻射（KWH/m2），可根據(jù)年總輻射量（KWH/m2）除以365天得到。

3.下表是下表是浙江杭州地區(qū)的輻射量數(shù)據(jù)表，請(qǐng)按照要求轉(zhuǎn)換。月份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月輻射量（MJ/m2/d）8.148.759.1112.1714.9014.7218.9016.9914.6212.8510.7610.08峰值日照時(shí)數(shù)（h/d）2.262.432.533.384.144.095.254.724.063.572.992.80解答：根據(jù)1KWh=3.6MJ關(guān)系。如1月平均每天輻射量為8.14MJ/m2;則可轉(zhuǎn)為8.14/3.6等于2.26KWh，即峰值日照時(shí)數(shù)為2.26h。

4.分析說明，利用總輻射表如何測(cè)量太陽反射、直射、散射值。（1）總輻射可測(cè)量所有輻射能量。包括直射、反射和散射。（2）如果總輻射表水平放置，獲得的輻射量為直射和散射。（3）如果總輻射表水平倒置，獲得的輻射量為反射和散射。（4）如果總輻射表水平放置，用工具遮擋直射光（如上方放置遮擋物），獲得的輻射量為散射，通過量表加減也可過的散射和直射量。

5.利用太陽能光側(cè)系統(tǒng)測(cè)量一日太陽能資源情況，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。如下數(shù)據(jù)表，測(cè)量某地水平面上的直射、散射輻照度情況（）：（1）晴朗天氣時(shí)間總輻射W/m2散射W/m2直射W/m221/03/9004:0000021/03/9005:0000021/03/9006:0015.20615.2010.005721/03/9007:00200.5117.58321/03/9008:00406.3154.1252.2121/03/9009:00553.3256.2297.121/03/9010:00698.9285.6413.3121/03/9011:00795321.2473.821/03/9012:00825.3316.2509.121/03/9013:00803253.1549.921/03/9014:00713.6161.9551.721/03/9015:00526.8123.9402.9121/03/9016:00321.4986.799234.6921/03/9017:00118.6951.70366.9921/03/9018:001.19921.19770.001521/03/9019:0000021/03/9020:0000021/03/9021:00000從表中可以看出，水平面的總輻射等于直射和散射之和。也應(yīng)該分析出當(dāng)前為晴朗天氣。陰天情況時(shí)間總輻射W/m2散射W/m2直射W/m208/10/9004:0000008/10/9005:0000008/10/9006:008.20287.59630.606508/10/9007:0062.50557.9974.507208/10/9008:00122.99114.28.792208/10/9009:00156.8145.611.19708/10/9010:00166.5154.412.10108/10/9011:00177.116413.10408/10/9012:00173.39160.712.69808/10/9013:00166.5153.712.808/10/9014:00157.9146.611.30308/10/9015:0094.40587.76.70508/10/9016:0046.09942.7973.302208/10/9017:003.1982.99830.199608/10/9018:0000008/10/9019:0000008/10/9020:00000

6.分析我國光伏發(fā)電裝機(jī)量。截止2022年底，我國光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)392GW，其中2018年新增裝機(jī)容量為44.26GW，全年光伏發(fā)電量1775億千瓦時(shí)；2019年新增裝機(jī)容量為30.1GW，全年光伏發(fā)電量2242.6億千瓦時(shí)；2020年新增裝機(jī)容量為48.2GW，全年光伏發(fā)電量2605億千瓦時(shí)；2021年新增裝機(jī)容量為54.88GW，全年光伏發(fā)電量3259億千瓦時(shí)；2022年新增裝機(jī)容量約為87.41GW。全年光伏發(fā)電量4071億千瓦時(shí)；2022年我國風(fēng)電、光伏發(fā)電量達(dá)到1.19萬億千瓦時(shí)，比2021年增加2073億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)21%，接近全國城鄉(xiāng)居民生活用電量。項(xiàng)目2光伏電池組件及方陣容量設(shè)計(jì)習(xí)題解答(參考解答)1.查詢我國不同地區(qū)太陽能資源，并設(shè)置合適的最佳傾斜角，使各地區(qū)固定按照的光伏電池傾斜面獲取最大年輻照度。下表為杭州、上海、北京、銀川等地的地理位置情況。按照上述內(nèi)容，請(qǐng)為此地區(qū)的光伏電池方陣設(shè)計(jì)方陣安裝方式。地區(qū)年輻射量方位角傾斜角杭州1204KWh/m20°21°北京1595KWh/m20°34°銀川2010KWh/m20°38°解答：（1）從項(xiàng)目1相關(guān)內(nèi)容內(nèi)容可知。地理名稱地位位置（緯度、經(jīng)度）RETScreen仿真傾斜面估算傾斜角設(shè)計(jì)北京40，1161371.8KWh/m21595KWh/m234°杭州30,1201204KWh/m21266KWh/m221°廣州23,1121228KWh/m21279KWh/m219°銀川38，1061654KWh/m22010KWh/m238°拉薩29，912052KWh/m22388KWh/m233°成都30,1031135KWh/m21213KWh/m224°（2）在方位角設(shè)置上，北半球朝正南，即方位角為0°

2.根據(jù)光伏單體電池特性，分別測(cè)量?jī)蓧K不同光伏電池組件的輸出特性，并繪制光伏電池的伏安特性曲。解答：測(cè)量過程分析。務(wù)必保持光照強(qiáng)度和電池表面的溫度無較大變化。開路點(diǎn)，當(dāng)輸出電池?cái)嚅_時(shí)的電壓。短路點(diǎn)，當(dāng)輸出電池短路時(shí)的電壓。從開路點(diǎn)或短路點(diǎn)，不斷調(diào)整負(fù)責(zé)阻值，時(shí)輸出電壓發(fā)生變化，并記錄當(dāng)前的電壓和電流值。將開路點(diǎn)、短路點(diǎn)，以及不同電壓值下的電流值，按照電壓或電流變化順序連接曲線即可。圖形結(jié)構(gòu)如下圖所示，坐標(biāo)參數(shù)僅供參考。

4.通過實(shí)驗(yàn)方式驗(yàn)證太陽能單體電池的短路電流Isc與光照強(qiáng)度之間的關(guān)系。解答：在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中，需要設(shè)置多種光照強(qiáng)度，并記錄光照響度值。（1）當(dāng)關(guān)照強(qiáng)度最弱時(shí)（可能室內(nèi)是有光的），記錄光照度和電流值（短路電流）（2）不到調(diào)整光強(qiáng)（主要電池表面溫度不要有大變化），記錄光照度和電流值以此類推。圖形結(jié)構(gòu)如下圖所示，坐標(biāo)參數(shù)僅供參考。類似線性關(guān)系。

5.通過實(shí)驗(yàn)方式驗(yàn)證開路電壓與光照強(qiáng)度關(guān)系。解答：在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中，需要設(shè)置多種光照強(qiáng)度，并記錄不同光照強(qiáng)度下的開路電壓。（1）當(dāng)關(guān)照強(qiáng)度最弱時(shí)（可能室內(nèi)是有光的），記錄光照度和開路電壓值（2）不到調(diào)整光強(qiáng)（主要電池表面溫度不要有大變化），記錄光照度和開路電壓值以此類推。發(fā)現(xiàn)關(guān)照強(qiáng)度變化后，開路電壓變化不大，或基本不變。

6.分析影響單體電池最大功率要素，并闡述解決方法。解答（可從內(nèi)部結(jié)構(gòu)和應(yīng)用環(huán)境等角度說明），如：一是內(nèi)部結(jié)構(gòu)：光伏電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，特別是p型半導(dǎo)體、n型半導(dǎo)體和pn結(jié)構(gòu)的組成，對(duì)光子的吸收、載流子的分離和漂移效率有直接影響。解決方法：通過優(yōu)化p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體的厚度和材料，改進(jìn)pn結(jié)構(gòu)，可以提升光伏電池的發(fā)電效率。二是外部環(huán)境：溫度、光照強(qiáng)度、污染和陰影等外部環(huán)境因素會(huì)影響光伏電池的工作效率。例如，溫度升高會(huì)降低光伏電池的工作效率，而光照強(qiáng)度越大，光伏電池的工作效率越高。解決方法：合理安排光伏電池的布局和方位，選擇合適的地理位置，并采取防護(hù)措施，可以有效地改善外部環(huán)境，提高光伏電池的發(fā)電效率。三是太陽輻照強(qiáng)度：太陽的輻照是導(dǎo)致光伏電池產(chǎn)生伏特效應(yīng)的直接影響因素，輻照強(qiáng)度的大小直接影響光伏電池輸出功率的大小。解決方法：合理選擇太陽能電池板的方向和傾斜角，以及選擇合適的設(shè)置場(chǎng)所，以提高接收到的太陽輻照強(qiáng)度，從而提高光伏電池的發(fā)電量。同時(shí)也可以從控制設(shè)備角度出發(fā)，分析電池最大功率的影響要素。

7.用2.3W的光伏單體電池，設(shè)計(jì)功率138W電池組件，并繪制示意圖。解答：需要多少個(gè)2.3W的單體電池：從總功率138W除以2.3W，可以看出，需要60個(gè)單體電池。誤差在允許范圍內(nèi)。可采用6*10片的結(jié)構(gòu)制作組件。

8.分別使用190W單晶組件和115W多晶組件，搭建2KW光伏發(fā)電系統(tǒng)的組件內(nèi)容，測(cè)量實(shí)際情況，填寫下表。組件規(guī)格串聯(lián)情況并聯(lián)情況開路電壓短路電流峰值電壓峰值電流單晶硅190W5232.8*57.82*226.2*57.252*5對(duì)晶硅115W9258.6*93.26*244.5*92.58*2解答：（組件功率調(diào)整，方法相似）（1）單晶硅190W組件。查詢組件參數(shù)。通過查詢，190W的電池組件可能參數(shù)如下：峰值電流7.25A，峰值電壓26.2V。2KW光伏系統(tǒng)，大于需要10-11塊組件。一般采用串聯(lián)數(shù)5，并聯(lián)數(shù)2的結(jié)構(gòu)，共10塊組件。（2）多晶硅115W組件。通過查詢，115W的電池組件參數(shù)可能如下：2KW光伏系統(tǒng)，大于需要17-18塊組件。條件可行情況下，一般采用偶數(shù)?？蛇x用串聯(lián)數(shù)9，并聯(lián)數(shù)2的結(jié)構(gòu)，共18塊組件。

9.分析在純并聯(lián)光伏電池電路如何放置旁路二極管，防止熱斑效應(yīng)的產(chǎn)生。參考如下：

10分析在純串聯(lián)光伏電池電路如何放置旁路二極管，防止熱斑效應(yīng)的產(chǎn)生。參考如下：

11.通過實(shí)驗(yàn)的方式驗(yàn)證熱斑效應(yīng)對(duì)串、并聯(lián)電池組輸出功率的影響。解答：該問題可理解為，在串、并聯(lián)結(jié)構(gòu)下，不同程度的熱斑效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)輸出影響。下面以串聯(lián)結(jié)構(gòu)說明，如圖結(jié)構(gòu)。1.調(diào)節(jié)負(fù)載，使其工作在開路點(diǎn)d，此時(shí)工作電流為零，組開路電壓VGd等于電池1和電池2的開路電壓之和；2.調(diào)節(jié)負(fù)載，使其工作在c點(diǎn)，電池1和電池2都有正的功率輸出；3.調(diào)節(jié)負(fù)載，使其工作在b點(diǎn)，此時(shí)電池1仍然工作在正功率輸出，而受遮擋的電池2已經(jīng)工作在短路狀態(tài)，沒有功率輸出，但也還沒有成為電池1的負(fù)載；4.調(diào)節(jié)負(fù)載，使其工作在短路狀態(tài)a點(diǎn)，此時(shí)電池1仍然有正的功率輸出，而電池2上的電壓已經(jīng)反向，電池2成為電池1的負(fù)載；5.應(yīng)當(dāng)注意到，并不是僅在電池組處于短路狀態(tài)才會(huì)發(fā)生“熱斑效應(yīng)”，從b點(diǎn)到a點(diǎn)的工作區(qū)間，電池2都處于接收功率的狀態(tài)，如旁路型控制器在蓄電池充滿時(shí)將通過旁路開關(guān)將太陽電池短路，此時(shí)就很容易形成熱斑。

通過實(shí)驗(yàn)方式，在串、并聯(lián)電路加入防反充（防逆流）二極管，對(duì)電池組輸出功率的影響。解答：重點(diǎn)從下面問題出發(fā)。防反充二極管的作用之一是防止太陽能電池組件或方陣在不發(fā)電時(shí)，蓄電池的電流反過來向組件或方陣倒送，不僅消耗能量，而且會(huì)使組件或方陣發(fā)熱甚至損壞；作用之二是在電池方陣中，防止方陣各支路之間的電流倒送。這是因?yàn)榇?lián)各支路的輸出電壓不可能絕對(duì)相等，各支路電壓總有高低之差，或者某一支路因?yàn)楣收稀㈥幱罢诒蔚仁乖撝返妮敵鲭妷航档?，高電壓支路的電流就?huì)流向低電壓支路，甚至?xí)狗疥嚳傮w輸出電壓的降低。在各支路中串聯(lián)接入防反充二極管就避免了這一現(xiàn)象的發(fā)生。在獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中，有些光伏控制器的電路上已經(jīng)接入了防反充二極管，即控制器帶有防反充功能時(shí)，組件輸出就不需要再接二極管了。防反充二極管存在有正向?qū)▔航?，串?lián)在電路中會(huì)有一定的功率消耗，一般用的硅整流二極管管壓降為0.7V左右，大功率管可達(dá)1～2V。肖特基二極管雖然管壓降較低，為0.2～0.3V，但其耐壓和功率都較小，適合小功率場(chǎng)合應(yīng)用。

在給定的兩種規(guī)格電池組件樣板，完成電路設(shè)計(jì)，并測(cè)量開路電壓、短路電流、峰值電壓、峰值電流、最大功率（測(cè)量方法與單體電池相同）。并記入如下如下數(shù)據(jù)表。組件規(guī)格串聯(lián)情況并聯(lián)情況開路電壓短路電流峰值電壓峰值電流250W102350V10.4A290V10A110W102390V4.1A320V4A解答：在測(cè)量時(shí)，要盡量保持溫度和關(guān)照強(qiáng)度不變(盡量保持同時(shí)測(cè)量)，假設(shè)光照輕度600W，溫度25攝氏度，并都最大功率輸出。下面給出兩種規(guī)格電池參數(shù)曲線。并填寫上述表格數(shù)據(jù)。電池組件1參數(shù)如下（250W），并10個(gè)組件串聯(lián)：電池組件2參數(shù)如下（110W），并10個(gè)組件串聯(lián)：項(xiàng)目3儲(chǔ)能技術(shù)習(xí)題解答(參考解答)1.簡(jiǎn)述儲(chǔ)能種類及其特點(diǎn)？解答：分類名稱特點(diǎn)物理儲(chǔ)能抽水儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能采用水、空氣等作為儲(chǔ)能介質(zhì)；儲(chǔ)能介質(zhì)不發(fā)生化學(xué)變化化學(xué)儲(chǔ)能鉛酸電池、鋰離子電池、液流電池、熔融鹽電池、鎳氫電池電化學(xué)電容器利用化學(xué)元素做儲(chǔ)能介質(zhì)；充放電過程伴隨儲(chǔ)能介質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)或者變價(jià)其他儲(chǔ)能超導(dǎo)儲(chǔ)能、燃料電池、金屬一空氣電池

2.比較超級(jí)電容儲(chǔ)能與鉛酸蓄電池儲(chǔ)能特點(diǎn)。解答：使用壽命長(zhǎng)，充放電大于50萬次，是鋰離子電池（Li-Ion）電池的500倍，是鎳氫電池（Ni-MH）和鎳鎘電池（Ni-Cd）的1000倍，如果對(duì)超級(jí)電容每天充放電20次，連續(xù)使用可達(dá)50年以上。充電速度快，充電10秒～10分鐘可達(dá)到其額定容量的95％以上。超級(jí)電容器在其額定電壓范圍內(nèi)可以被充電至任意電位，且可以完全放出。而電池則受自身化學(xué)反應(yīng)限制工作在較窄的電壓范圍，如果過放可能造成永久性破壞。(3)產(chǎn)品原材料構(gòu)成、生產(chǎn)、使用、儲(chǔ)存以及拆解過程均沒有污染，是理想的綠色環(huán)保電源。(4)在很小的體積下達(dá)到法拉級(jí)的電容量，無須特別的充電電路和控制放電電路，和電池相比過充、過放都不對(duì)其壽命構(gòu)成負(fù)面影響。(5)保用不當(dāng)會(huì)造成電解質(zhì)泄漏等現(xiàn)象。它內(nèi)阻較大，因而不可以用于交流電路使用。(6)超級(jí)電容器在其額定電壓范圍內(nèi)可以被充電至任意電位，且可以完全放出，而電池則受自身化學(xué)反應(yīng)限制工作在較窄的電壓范圍，如果過放可能造成永久性破壞。(7)超級(jí)電容器與傳統(tǒng)電容器的不同超級(jí)電容器在分離出的電荷中存儲(chǔ)能量，用于存儲(chǔ)電荷的面積越大、分離出的電荷越密集，其電容量越大。

4.一個(gè)離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)負(fù)載如下所示,確定蓄電池容量。解答（案例）：一家用離網(wǎng)光伏發(fā)電負(fù)載用電及類型如下表4-7所示。該地區(qū)最低的光照輻射是1月份，傾斜面峰值日照時(shí)數(shù)為4.0，組件損耗系數(shù)取0.9，離網(wǎng)逆變器工作效率為0.8，蓄電池充放電效率0.9，蓄電池放電效率的修正系數(shù)取1.05，蓄電池的維修保養(yǎng)率取0.8，蓄電池的放電深度取0.5，連續(xù)陰雨天數(shù)取5。表4-7家用離網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)載用電負(fù)載電器名稱規(guī)格型號(hào)耗電功率數(shù)量每日工作時(shí)間日耗電量Wh照明節(jié)能燈11W86528電腦液晶顯示150W281000電冰箱150L100W124800洗衣機(jī)550W11550微波爐1000W122000空調(diào)1.5P1200W144800衛(wèi)星天線50W16300彩色電視21LCD150W16900水泵400W12800總計(jì)3838W11678圖4-25離網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.電池組件選配家用離網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)載為交流負(fù)載，每天消耗電能11678Wh，則逆變器輸入端提供電能為14597.5wh，系統(tǒng)電壓選取48V，所以每天為蓄電池提供304Ah電能。根據(jù)：可計(jì)算出如下表4-5所示的電池組件選型配置方法。304/(2.92*4*0.9*0.9*0.8)=304/(10.53*4*0.9*0.9*0.8)表4-8電池組件選配型號(hào)功率峰值電壓峰值電流串聯(lián)數(shù)并聯(lián)數(shù)總功率W110034.2V2.92A233、4080002125W34.2V3.65A2266500318017.1V10.53496480424534.2V7.162146860530034.2V8.772116600可見，選擇180W電池組件最經(jīng)濟(jì)。2.蓄電池容量選擇該地區(qū)最大連續(xù)陰雨天5天，則蓄電池放電容量為304Ah×5=1520Ah。根據(jù)：11678Wh/24h=486.6wh=120*1.05*486.6/(0.8*0.5*0.8=0.32)=191600wh/48=3991Ah/可得：C=4987.5Ah(3991Ah)。下表為各類蓄電池選型配置情況。3838 394表4-9蓄電池選型與配置電池類型額定電壓V10h放電容量串聯(lián)數(shù)并聯(lián)數(shù)6GFM-80012870-900466GFM-1000121060-1090456GFM-1500121700-1720433.光伏控制器選型根據(jù)上述分析，蓄電池通過控制器每天提供304Ah，則平均流過控制器電流為12.7A，工作電壓為48V?？蛇x擇如下表4-10參數(shù)的光伏控制器。表4-10光伏控制器參數(shù)額定工作電流50A額定工作電壓48V太陽能板電壓<100V浮充電壓54.8V欠壓保護(hù)42.8V欠壓恢復(fù)50.4V4.光伏逆變器選擇系統(tǒng)離網(wǎng)逆變器輸入電壓48V，輸出220V交流電，從負(fù)載工作表可知，負(fù)載最大功率總和為3838W。則可以采用48V轉(zhuǎn)220V的5KW純正弦波光伏逆變器。下表4-11參數(shù)的離網(wǎng)逆變器。輸出電壓220VAC工作電壓48VDC功率5000W瞬間功率100000W輸出波形純正弦波輸出頻率50Hz/60Hz空載損耗<28W效率>90%輸入電壓40-60V保險(xiǎn)絲10A五、系統(tǒng)框圖

5.分析鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)、工作原理、技術(shù)參數(shù)等。參考解答：（1）鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)主要由正極板、負(fù)極板、接線端子、隔板、安全閥、電解溶液、跨橋、電池蓋、接頭密封材料及附件等部分組成。（2）工作原理。蓄電池通過充電過程將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，使用時(shí)通過放電將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。鉛酸蓄電池充放電反應(yīng)原理化學(xué)反應(yīng)式為：PbO2＋2H2SO4＋Pb=PbSO4＋2H2O＋PbSO4當(dāng)鉛酸蓄電池接通外電路負(fù)載放電時(shí)，正極板上的PbO2和負(fù)極板的Pb都變成了PbSO4，電解液的硫酸變成了水；充電時(shí)，正負(fù)極板上的PbSO4分別恢復(fù)原來的PbO2和Pb，電解液中的水變成了硫酸。（3）技術(shù)參數(shù)。(1)蓄電池的容量。處于完全充電狀態(tài)下的鉛酸蓄電池在一定的放電條件下，放電到規(guī)定的終止電壓時(shí)所能給出的電量稱為電池容量，以符號(hào)C表示。(2)放電率。根據(jù)蓄電池放電電流的大小，放電率分為時(shí)間率和電流率。時(shí)間率是指在一定放電條件下，蓄電池放電到終了電壓時(shí)的時(shí)間長(zhǎng)短。(3)終止電壓。終止電壓是指在蓄電池放電過程中，電壓下降到不宜再放電時(shí)（非損傷放電）的最低工作電壓。(4)電池電動(dòng)勢(shì)。蓄電池的電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于蓄電池達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的開路電壓。(5)浮充壽命。蓄電池的浮充壽命是指蓄電池在規(guī)定的浮充電壓和環(huán)境溫度下，蓄電池壽命終止時(shí)浮充運(yùn)行的總時(shí)間。(6)循環(huán)壽命。蓄電池經(jīng)歷一次充電和放電，稱為一個(gè)循環(huán)（一個(gè)周期）。(7)過充電壽命。過充電壽命是指采用一定的充電電流對(duì)蓄電池進(jìn)行連續(xù)過充電，一直到蓄電池壽命終止時(shí)所能承受的過充電時(shí)間。(8)自放電率。蓄電池在開路狀態(tài)下的儲(chǔ)存期內(nèi)，由于自放電而引起活性物質(zhì)損耗，每天或每月容量降低的百分?jǐn)?shù)稱為自放電率。(9)電池內(nèi)阻。電池的內(nèi)阻不是常數(shù)，而是一個(gè)變化的量，它在充放電的過程中隨著時(shí)間不斷的變化，這是因?yàn)榛钚晕镔|(zhì)的組成、電解液的濃度和溫度都在不斷變化。(10)比能量。比能量是指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出的電能，單位分別是Wh/kg或Wh/L。6.蓄電池型號(hào)為12GFM-800的蓄電池，表示什么意思？解答：24V，固定式閥控密封型蓄電池，20小時(shí)率額定容量為800Ah。例如：6QA-120表示有6個(gè)單體電池串聯(lián)，標(biāo)稱電壓為12V，啟動(dòng)用蓄電池，裝有干荷電式極板，20小時(shí)率額定容量為120Ah。GFM-800表示為1個(gè)單體電池，標(biāo)稱電壓為2V，固定式閥控密封型蓄電池，20小時(shí)率額定容量為800Ah。6-GFMJ-120表示有6個(gè)單體電池串聯(lián)，標(biāo)稱電壓為12V，固定式閥控密封型膠體蓄電池，20小時(shí)率額定容量為120Ah。

7.下表為南都電源幾組蓄電池型號(hào)，如果要設(shè)計(jì)一個(gè)蓄電池容量C為3330AH的蓄電池組，應(yīng)該如何選擇。電池類型10h放電容量3h放電容量1h放電容量CFM-800870～900620～673.3403～469.3GFM-10001060～1090825～900625～675GFM-15001700～17201216～1237800～850解答：由于為定義蓄電池組的系統(tǒng)電壓，僅從蓄電池組的并聯(lián)數(shù)考慮。方案1：用2組1500Ah電池并聯(lián)使用。上述測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，1500Ah的電池容量比較富余，其10h容量平均可以達(dá)到1700Ah，如果采用2組并聯(lián)，容量可以達(dá)到3330Ah以上，可以滿足要求。這一方面的優(yōu)點(diǎn)是容量可以達(dá)到要求并有點(diǎn)富余，同時(shí)只需要2組電池，維護(hù)相應(yīng)較少，電池占的空間要少。方案2：用4組1000Ah電池并聯(lián)使用。1000Ah電池10h的放電平均容量為1060Ah，如果采用4組并聯(lián)，其容量可以達(dá)到4240Ah，足以達(dá)到3330Ah，容量比較富余。方案3：用4組800Ah電池并聯(lián)使用。800Ah電池10h的放電平均容量為880Ah，如果采用4組并聯(lián)，其容量可以達(dá)到3500Ah，足以達(dá)到3330Ah，容量比較富余。這一方案優(yōu)點(diǎn)是使用4組為800Ah的電池并聯(lián)，容量更充分、富余；其缺點(diǎn)是要并聯(lián)使用4組電池，相對(duì)于1500Ah的電池，成本要增加，所占用的場(chǎng)地或則體積和空間要增加，維護(hù)工作也要大些。所以，最好選用用2組1500Ah電池并聯(lián)使用。項(xiàng)目4光伏直流控制設(shè)備習(xí)題解答(參考解答)分析太陽能光伏控制器蓄電池檢測(cè)控制電路的工作原理。解答：檢測(cè)控制電路是由帶回差控制的運(yùn)算放大器組成。A1比較器及相關(guān)電路為過電壓檢測(cè)控制電路。A1的同相輸入端由R1等電阻提供對(duì)應(yīng)“過電壓切斷”的基準(zhǔn)電壓，而反相輸入端接被測(cè)蓄電池，當(dāng)蓄電池電壓小于“過電壓切斷電壓”時(shí)，A1的反相輸入電位小于相同輸入電位，則其輸出端G1由低點(diǎn)平跳變至高電平，可使后續(xù)的充電回路開關(guān)閉合，即重新接通充電回路。

簡(jiǎn)述鉛蓄電池充電、放電特性。鉛酸蓄電池放電特性鉛蓄電池的放電特性就是指蓄電池的在恒定流放電狀態(tài)下的電解液相對(duì)密度ρ(15℃)、蓄電池端電壓Uf隨放電時(shí)間變化的規(guī)律,電解液相對(duì)密度是隨放電時(shí)間的增大按直線規(guī)律減小的。放電過程中，蓄電池兩端電壓的變化規(guī)律由三個(gè)階段組成.鉛酸蓄電池充電特性充電過程中，電解液相對(duì)密度基本以直線逐漸上升。這是因?yàn)椴捎玫攘鞒潆姡潆姍C(jī)每單位時(shí)間向蓄電池輸入的電量相等，每單位時(shí)間內(nèi)電解液中的水變?yōu)榱蛩岬牧恳不鞠嗟取３潆娺^程中，鉛蓄電池端電壓上升的規(guī)律由四個(gè)階段組成：

分析典型光伏控制器的選配方法。解答：主要從以下因素考慮。（1）系統(tǒng)工作電壓指太陽能發(fā)電系統(tǒng)中蓄電池組的工作電壓，這個(gè)電壓要根據(jù)直流負(fù)載的工作電壓或交流逆變器的配置來確定，一般有12V、24V、48V、110V和220V等。（2）光伏控制器的額定輸入電流和輸入路數(shù)光伏控制器的額定輸入電流取決于太陽能電池組件或方陣的輸入電流，光伏控制器的額定輸入電流應(yīng)等于或大于太陽能電池的輸入電流。（3）光伏控制器的額定負(fù)載電流光伏控制器的額定負(fù)載電流是光伏控制器輸出到直流負(fù)載或逆變器的直流輸出電流，該數(shù)據(jù)要滿足負(fù)載或逆變器的輸入要求。除上述主要技術(shù)數(shù)據(jù)要滿足設(shè)計(jì)要求以外，使用環(huán)境溫度、海拔高度、防護(hù)等級(jí)和外形尺寸等參數(shù)以及生產(chǎn)廠家和品牌

簡(jiǎn)述定電壓、功率反饋法、擾動(dòng)觀測(cè)法等最大功率點(diǎn)跟蹤方法的原理。（1）定電壓法：當(dāng)日照強(qiáng)度較高時(shí)，曲線的最大功率點(diǎn)幾乎都分布在一條垂直線的兩側(cè)，這說明光伏陣列的最大功率輸出點(diǎn)大致對(duì)應(yīng)于某一恒定電壓，構(gòu)成了定電壓跟蹤式的MPPT控制。（2）功率反饋法： 功率反饋法的基本原理是通過采集太陽能電池陣列的直流電壓值和直流電流值，采用硬件或者軟件計(jì)算出當(dāng)前的輸出功率，由當(dāng)前的輸出功率P和上次記憶的輸出功率來控制調(diào)整輸出電壓值。（3）擾動(dòng)觀測(cè)法：先讓光伏組件按照某一電壓值輸出，測(cè)得它的輸出功率，然后再在這個(gè)電壓的基礎(chǔ)上給一個(gè)電壓擾動(dòng)（增加電壓或減小電壓），再測(cè)量輸出功率，比較測(cè)得的兩個(gè)功率值，如果功率值增加了，則繼續(xù)給相同方向的擾動(dòng)，如果功率值減少了，則給反方向的擾動(dòng)。

簡(jiǎn)述直流匯流箱的結(jié)構(gòu)和選配方法。解答：主要從相關(guān)技術(shù)參數(shù)選擇角度出發(fā)進(jìn)行選配。直流匯流箱絕緣防護(hù)等級(jí)要達(dá)到IP65。同時(shí)可接入多路路以上的太陽電池串列?？筛鶕?jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。每路電流，需要滿足實(shí)際峰值電流需求。每路光伏組串具有二極管防反保護(hù)功能，配有光伏專用避雷器，正極負(fù)極都具備防雷功能，采用正負(fù)極分別串聯(lián)的四極斷路器提高直流耐壓值，可承受的直流電壓值不小于DC1000V。直流匯流箱還裝設(shè)有浪涌保護(hù)器，具有防雷功能。

簡(jiǎn)述直流防雷配電柜的結(jié)構(gòu)和選配方法。（1）直流防雷配電柜主要由直流輸入斷路器、防反二極管、光伏防雷器。直流專用電壓儀表：顯示直流母線的直流電壓值；直流專用電流儀表：顯示直流母線的直流電流值；直流專用斷路器：閉合或斷開直流母線電壓，方便用戶操作；避雷器：配有光伏專用高壓防雷器,正極負(fù)極都具備防雷功能;（2）選配方法：主要考慮每路最大輸入電流、輸入路數(shù)、最大陣列開路電壓滿足實(shí)際直流配電柜選配的選擇要求。例如最大輸入電流/路為40A。例如輸入路數(shù)為20，是指直流配電柜輸入可連接20個(gè)匯流箱。項(xiàng)目5光伏交流控制設(shè)備習(xí)題解答(參考解答)1.簡(jiǎn)述離網(wǎng)、并網(wǎng)逆變器的主要特點(diǎn)。解答（總結(jié)參考）：（1）離網(wǎng)逆變器的主要特點(diǎn)獨(dú)立運(yùn)行：離網(wǎng)逆變器不需要外界的電力支持，可以自給自足地運(yùn)行。清潔能源：離網(wǎng)逆變器通過太陽能系統(tǒng)運(yùn)作，不產(chǎn)生任何污染物和二氧化碳的排放，實(shí)現(xiàn)真正的清潔能源，節(jié)省能源成本。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：離網(wǎng)逆變器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)太陽能電池板所發(fā)出的電流、電壓、功率、負(fù)載情況等信息，保證運(yùn)行的準(zhǔn)確性。適應(yīng)性強(qiáng)：離網(wǎng)光伏逆變器可以適應(yīng)各種環(huán)境條件下的運(yùn)行，其輸出電能穩(wěn)定可靠，不受距離和空間的限制。安全可靠：離網(wǎng)光伏逆變器具有過壓保護(hù)、短路保護(hù)、過流保護(hù)等多重安全保護(hù)措施，確保運(yùn)行過程中的安全性。（2）并網(wǎng)逆變器的主要特點(diǎn)：系統(tǒng)的功率高、成本低：并網(wǎng)逆變器的最大特點(diǎn)是將光伏電池輸出都工作在最大功率點(diǎn)處，極大的提高光伏發(fā)電效能，并且減小了“陰影”和“熱斑”問題，各個(gè)交流逆變模塊獨(dú)立工作，大大提高光伏系統(tǒng)的擴(kuò)展性和冗余性，實(shí)現(xiàn)逆變器并網(wǎng)的“即插即用”的特點(diǎn)。波形失真率低：并網(wǎng)逆變器純正弦波輸出時(shí)，波形失真率一般小于5%。穩(wěn)壓精度高：額定負(fù)載狀態(tài)下，并網(wǎng)逆變器的輸出精度一般不大于±3%。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇多樣：并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu)對(duì)整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的安全性、發(fā)電效率、穩(wěn)定可靠性等具有重要影響。通常分隔離型和非隔離型二種，隔離型又分為工頻隔離和高頻隔離二種，非隔離型又可分為單級(jí)并網(wǎng)逆變器和多級(jí)型并網(wǎng)逆變器。

2.簡(jiǎn)述逆變器的主要技術(shù)參數(shù)特點(diǎn)。(l)額定輸出功率。額定輸出功率表示逆變器向負(fù)載或電網(wǎng)供電的能力。備總功率大10%～15%。并網(wǎng)逆變器的額定輸出功率與太陽電池功率之比～般為90%。(2)輸出電壓的調(diào)整性能。輸出電壓的調(diào)整性能表征逆變器輸出電壓的穩(wěn)壓度。一般逆變器都給出當(dāng)直流輸入電壓在允許波動(dòng)范圍內(nèi)變化時(shí)，該逆變器輸出交流電壓波動(dòng)偏差的百分率，即電壓調(diào)整率。性能好的逆變器的電壓調(diào)整率應(yīng)小于等于3%。(3)整機(jī)效率。整機(jī)效率表征逆變器自身功率損耗的大小。目前，先進(jìn)逆變器最大效率大于96.5%，MPPT效率大于99%。(4)啟動(dòng)性能。所選用的逆變器應(yīng)能保證在額定負(fù)荷下可靠啟動(dòng)。高性能逆變器可以做到連續(xù)多次滿負(fù)荷啟動(dòng)而不損壞功率開關(guān)器件及其他電路。另外，對(duì)逆變器還有一些重要的技術(shù)參數(shù)指標(biāo)，如：(l)輸出電壓的波形失真度：對(duì)正弦波逆變器，應(yīng)規(guī)定允許的最大波形失真度（或諧波含量）。通常以輸出電壓的總波形失真度表示，其值應(yīng)不超過5%（單相輸出允許10%）。(2)額定輸出頻率：對(duì)于包含電機(jī)之類的負(fù)載，如洗衣機(jī)、電冰箱等，由于其電機(jī)最佳頻率工作點(diǎn)為50Hz，頻率過高或者過低都會(huì)造成設(shè)備發(fā)熱，降低系統(tǒng)運(yùn)行效率和使用壽命，所以逆變器的輸出頻率應(yīng)是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的值，通常為工頻50Hz，正常工作條件下其偏差應(yīng)在±1%以內(nèi)。(3)負(fù)載功率因數(shù)：表征逆變器帶感性負(fù)載或容性負(fù)載的能力。正弦波逆變器的負(fù)載功率因數(shù)為0.7-0.9，額定值為0.9。

3.簡(jiǎn)述光伏逆變器分類及功能。解答

4.簡(jiǎn)述光伏逆變器電路構(gòu)成及工作原理。 解答：在實(shí)際應(yīng)用中，除了小功率光伏逆變器主電路采用這種單級(jí)的(DC-AC)轉(zhuǎn)換電路外，中、大功率逆變器主電路都采用兩級(jí)(DC-DC-AC)或三級(jí)(DC-AC-DC-AC)的電路結(jié)構(gòu)形式。一般來說，中、小功率光伏發(fā)電系統(tǒng)的太陽能電池組件或方陣輸出的直流電壓都不太高，而且功率開關(guān)管的額定耐壓值也都比較低，因此逆變電壓也比較低，要得到220V或者380V的交流電，無論是推挽式還是全橋式的逆變電路，其輸出都必須加工頻升壓變壓器。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，新型光伏逆變器電路都采用高頻開關(guān)技術(shù)和軟開關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)高功率密度的多級(jí)逆變。這種逆變電路的前級(jí)升壓電路采用推挽逆變電路結(jié)構(gòu)，但工作頻率都在20kHz以上，升壓變壓器采用高頻磁性材料做鐵芯，因而體積小、重量輕。低電壓直流電經(jīng)過高頻逆變后變成了高頻高壓交流電，又經(jīng)過高頻整流濾波電路后得到高壓直流電（一般均在300V以上），再通過工頻逆變電路實(shí)現(xiàn)逆變得到220V或者380V的交流電，整個(gè)系統(tǒng)的逆變效率可達(dá)到90%以上，目前大多數(shù)正弦波光伏逆變器都是采用這種三級(jí)的電路結(jié)構(gòu)，如圖5-7所示。其具體工作過程是：首先將太陽能電池方陣輸出的直流電（如24V、48V、110V、220V等）通過高頻逆變電路逆變?yōu)椴ㄐ螢榉讲ǖ慕涣麟?，逆變頻率一般在幾千赫茲到幾十千赫茲，再通過高頻升壓變壓器整流濾波后變?yōu)楦邏褐绷麟?，然后?jīng)過第三級(jí)DC-AC逆變?yōu)樗枰?20V或380V工頻交流電。半導(dǎo)體功率開關(guān)器件在控制電路的作用下以l/l00s的速度開關(guān)，將直流切斷，并將其中一半的波形反向而得到矩形的交流波形，然后通過電路使矩形的交流波形平滑，得到正弦交流波形。

5.簡(jiǎn)述單相推挽式逆變器工作原理。解答：該電路由2只共負(fù)極功率開關(guān)VT1、VT2和1個(gè)帶有中心抽頭的升壓變壓器組成。若輸出端接阻性負(fù)載時(shí)，當(dāng)t1≤t≤t2時(shí)，VT1功率管加上柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)U1，VT1導(dǎo)通，VT2截止，變壓器輸出端端輸出正電壓；當(dāng)t3≤t≤t4時(shí)，VT2功率管加上柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)U2時(shí)，VT2導(dǎo)通，VT1截止，變壓器輸出端端輸出負(fù)電壓。因此變壓輸出電壓Uo為交流方波；若輸出端接感性負(fù)載，則變壓器內(nèi)的電流波形連續(xù)。VT1VT1VT2VD2VD1U2UoU1AC輸出+-t1t2t3t4

6.什么是孤島效應(yīng)，單獨(dú)運(yùn)行檢測(cè)方式有哪些。解答：在光伏并網(wǎng)發(fā)電過程中，由于光伏發(fā)電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行，當(dāng)電力系統(tǒng)由于某種原因發(fā)生異常而停電時(shí)，如果光伏發(fā)電系統(tǒng)不能隨之停止工作或與電力系統(tǒng)脫開，則會(huì)向電力輸電線路繼續(xù)供電，這種運(yùn)行狀態(tài)被形象的稱為“孤島效應(yīng)”。在逆變器電路中，檢測(cè)出光伏系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)行狀態(tài)的功能稱為單獨(dú)運(yùn)行檢測(cè)。檢測(cè)出單獨(dú)運(yùn)行狀態(tài)，并使光伏系統(tǒng)停止運(yùn)行或與電力系統(tǒng)自動(dòng)分離的功能就叫單獨(dú)運(yùn)行停止或孤島效應(yīng)防止。單獨(dú)運(yùn)行檢測(cè)方式分為被動(dòng)式檢測(cè)和主動(dòng)式檢測(cè)兩種方式。

7.簡(jiǎn)述雷電對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的危害性。解答：雷電對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的危害性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：直擊雷的危害：直擊雷是指雷電直接擊中光伏發(fā)電系統(tǒng)中的設(shè)備，產(chǎn)生強(qiáng)大的電流和電壓，對(duì)設(shè)備造成嚴(yán)重的損壞。直擊雷的電壓峰值通?？蛇_(dá)幾萬伏甚至更高，電流峰值可達(dá)幾十安培，破壞性極強(qiáng)。直擊雷不僅會(huì)直接損壞光伏板、逆變器等設(shè)備，還可能引發(fā)火災(zāi)等安全事故。雷電感應(yīng)的危害：雷電感應(yīng)是指雷電產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場(chǎng)，導(dǎo)致附近的導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流。這些感應(yīng)電流和電壓會(huì)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)中的設(shè)備造成損壞，同時(shí)可能引發(fā)電擊等安全事故。雷電波侵入的危害：雷電波侵入是指雷電產(chǎn)生的沖擊波沿著電纜等線路侵入到光伏發(fā)電系統(tǒng)中，導(dǎo)致設(shè)備損壞。雷電波侵入會(huì)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)中的設(shè)備和線路造成損壞，甚至可能引發(fā)火災(zāi)等安全事故。

8.簡(jiǎn)述直擊雷的防范措施。解答：從光伏發(fā)電系統(tǒng)角度來看，主要從如下方面：在直擊雷防范措施過程中，一般宜采用抑制型或屏蔽型的直擊雷保護(hù)措施，如安裝接閃器，以減小直擊雷擊中的概率。并盡量采用多根均勻布置的引下線。因?yàn)槎喔戮€的分流作用可降低引下線沿線壓降，減少側(cè)擊的危險(xiǎn)，并使用引下線泄流產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度減小。另外，引下線的均勻布置可使引下線泄流產(chǎn)生的電磁場(chǎng)在建筑物內(nèi)空間內(nèi)部部分抵消，以抑制感應(yīng)雷的產(chǎn)生強(qiáng)度。接地體可采用環(huán)型地網(wǎng)，引下線宜連接在環(huán)型地網(wǎng)的四周，這樣有利于雷電流的散流和內(nèi)部電位的均衡。避雷針、避雷帶(線)、避雷網(wǎng)是直接接受雷擊的，統(tǒng)稱為接閃器。接閃器的金屬桿，稱為避雷針；接閃器的金屬線，稱為避雷線或架空地線；接閃器的金屬帶、金屬網(wǎng)，稱為避雷帶。接閃器的避雷針、避雷線和避雷帶，應(yīng)根據(jù)實(shí)際選用。

9.簡(jiǎn)述光伏系統(tǒng)接地系統(tǒng)組成及實(shí)施方法。解答：光伏發(fā)電系統(tǒng)的接地包括以下幾個(gè)方面。防雷接地：為了防止各種雷電所引起的雷電流的損害，避雷針、避雷帶(線)以及低壓避雷器，連接架空線路的電纜金屬外皮必須可靠接地。工作接地：為保證安全，逆變器的中性點(diǎn)、電壓和電流互感器的二次繞組必須接地。保護(hù)接地：為防止出現(xiàn)正常情況下不帶電、而在絕緣材料損壞后或其他