太陽(yáng)能光伏發(fā)電.ppt

1、太陽(yáng)能發(fā)電簡(jiǎn)介,二00九年四月,河南省科學(xué)院能源研究所,一、太陽(yáng)光伏發(fā)電的現(xiàn)狀,光伏發(fā)電的應(yīng)用正由邊遠(yuǎn)地區(qū)和特殊應(yīng)用向電網(wǎng)電源發(fā)展 由補(bǔ)充能源向代替能源轉(zhuǎn)變,光伏發(fā)電系統(tǒng)的原理及構(gòu)成 光伏系統(tǒng)光伏電池陣列，充放電控制器、逆變器等電子設(shè)備和儲(chǔ)能蓄電池（離網(wǎng)系統(tǒng)）三部分組成。 光伏系統(tǒng)發(fā)電原理：由光伏電池將太陽(yáng)的輻射能轉(zhuǎn)化為電能，通過(guò)控制器保護(hù)蓄電池充放電、再由逆變器將符合要求交流電提供給用戶負(fù)載。,離網(wǎng)光伏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖,并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽(yáng)能光伏陣列，控制器逆變 器和交流配電設(shè)備組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如下圖所示,太陽(yáng)能發(fā)電并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)：由太陽(yáng)能電池把光能轉(zhuǎn)化為電能，通過(guò)并網(wǎng)逆變器逆變?yōu)闈M足電網(wǎng)要

2、求的電壓，一部分用戶自用，多余部分電能送上電網(wǎng)。電力公司將依據(jù)售電電能表記錄的數(shù)值支付給用戶相應(yīng)的費(fèi)用。在夜晚或陰雨天氣發(fā)電量較少，用戶消費(fèi)電能不足時(shí)可購(gòu)買電網(wǎng)的電補(bǔ)充。,二、太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)。,三、太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 1、設(shè)計(jì)原則 1）、性價(jià)比高 2）、充分利用自然條件 3）、安全可靠 2、太陽(yáng)輻射資料收集處理 1）、太陽(yáng)能資源分布 河南地區(qū)年太陽(yáng)能總輻射 量約為5016-5852 MJ/ m2。 日累計(jì)太陽(yáng)輻射量：1116 MJ/ m2,2）、太陽(yáng)輻射資料處理計(jì)算 首先中國(guó)氣象中心記錄氣象情況是按小時(shí)或天記錄，每年的太陽(yáng)輻射量不能

3、代表正真的太陽(yáng)輻射量情況，需要選取一個(gè)時(shí)間段對(duì)太陽(yáng)輻射資料進(jìn)行處理 其次太陽(yáng)能電池安裝和水平面最佳傾角等于當(dāng)?shù)氐木暥龋捎跉庀筚Y料給出的是水平面的太陽(yáng)輻照量，在設(shè)計(jì)時(shí)必須把水平面的太陽(yáng)輻射總輻輻射量轉(zhuǎn)換成等于太陽(yáng)電池安裝傾角面上的太陽(yáng)輻射總輻輻射量。 斜面上的月平均日太陽(yáng)輻射總輻射量I由三部分組成： I=ID +Id+IR （W/m2 ） ID 、Id 、IR分別代表月平均日傾斜面太陽(yáng)直接輻照量 ；散射輻照量、地面反射輻照量 1）月平均日傾斜面太陽(yáng)直接輻照量ID ID =Rb . IDH (W/),斜面上直接輻射照度應(yīng)按時(shí)計(jì)算，設(shè)Rb=斜面上的直接輻射/水平面上的直接輻射照度，計(jì)算公式為： R

4、b =cosT /cosZ T和Z分別為斜面和水平面太陽(yáng)直接輻射的入射角，入射角的計(jì)算公式如下: COS=sinsincosS-sincossinScoss+coscoscosScos+cossinsinScosScos+cossinSsinSsin -入射角；太陽(yáng)入射光線和表面法線之間的夾角； -表面方位角；指傾斜表面法線水平面上的投影與南北方向線的夾角 s-傾斜平面的傾斜角；指傾斜平面與水平面之間的夾角。垂直s= 90，水平面s= 0 -赤緯角；地球中心與太陽(yáng)中心的連線與地球赤道平面的夾角 -時(shí)角；正午時(shí)角為零，每一小時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)角為15,上午為正，下午為負(fù) -當(dāng)?shù)氐乩砭暥?,2）、月平均日

5、傾斜面太陽(yáng)散射輻照量Id 認(rèn)為太陽(yáng)散射輻射均勻分布，計(jì)算公式： Id=IdH(1+cosS)/2 W/ Id-傾斜面上的散射輻射照度 IdH-水平面上的散射輻射照度 S-傾斜面傾角 3）、月平均日傾斜面太陽(yáng)地面反射輻照量 IR 認(rèn)為地面上的反射輻射是均勻分布的，計(jì)算公式為: IR=G(IDH+IdH)(1+cosS/2) W/ 地面反射率；工程計(jì)算中，取平均值0.2，有雪時(shí)地面取0.7。,3、安裝場(chǎng)地資料 1）收集安裝地點(diǎn)的緯度、經(jīng)度和海拔高度等 2）安裝地點(diǎn)地勢(shì)情況 3）安裝地居民居住的集中度 4）安裝地點(diǎn)的環(huán)境 4、負(fù)載資料收集計(jì)算 阻性負(fù)載：如白熾泡、電子節(jié)能燈、電加熱器等。電流和電壓無(wú)

6、沖擊波。 感性負(fù)載，如電動(dòng)機(jī)、電冰箱、水泵等，電壓超強(qiáng)電流，有沖擊波 電動(dòng)機(jī) 額定電流的5倍，時(shí)間50150ms 電冰箱額定電流的510倍，時(shí)間100200ms 彩色電視機(jī)額定電流的25倍，時(shí)間20100ms 電力電子累負(fù)載，如熒光燈、電視機(jī)、計(jì)算機(jī)等有沖擊波，負(fù)載的峰值電流（振幅系數(shù)1 ）,5、系統(tǒng)配置圖,二、太陽(yáng)光伏發(fā)電系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)計(jì)算 （一）、太陽(yáng)能電池功率設(shè)計(jì)選取 1、太陽(yáng)能電池功率設(shè)計(jì) 求出平均峰值日照時(shí)數(shù)。 將歷年逐月平均傾斜面方陣上的日照總輻射量Ht (kJ/)，除以標(biāo)準(zhǔn)光下輻射量1000w/， Tm=Ht2.7810-4 （h） 負(fù)載功率Q設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)的用電負(fù)荷情況，考慮感性

7、 負(fù)載和公用及發(fā)展情況，對(duì)負(fù)載功率進(jìn)行設(shè)計(jì)。 系統(tǒng)的直流電壓Vd 設(shè)計(jì) 太陽(yáng)能電池組件串聯(lián)數(shù)Ns Ns=（UfUDUc）/Uoc (V) 式中： UD為二極管壓降，一般取0.7V； UC為其它因數(shù)引起的壓降。,Uoc為太陽(yáng)能電池組件的最佳工作電壓。 Uf蓄電池浮充電壓,Uf應(yīng)等于系統(tǒng)的直流電壓Vd1.18。 即：所選蓄電池單體的（最大工作電壓串聯(lián)的電池?cái)?shù)1.18） 光伏發(fā)電系統(tǒng)工作電流Im計(jì)算 計(jì)算公式為： I=Q/Vd .Tm.1.2 .3.4 (Ah) 式中: Q負(fù)載功率(w) 1蓄電池充電效率0.85 2方陣表面由于塵污遮蔽或老化引起的修正系數(shù),通常取0.9 3方陣組合損失修正系數(shù),通常

8、取0.9 4逆變效率0.9，在直流系統(tǒng)中取1 太陽(yáng)能電池組件并聯(lián)數(shù)Np Np=m/0 式中:0為選取的太陽(yáng)光伏組建最佳電流,電站太陽(yáng)能電池功率功率 Pz= P0NsNp 式中：Pz光伏組件總功率 P0選取的太陽(yáng)能電池功率功率 已知電站功率，設(shè)計(jì)公式為： Q=PzTm1234 求出負(fù)載功率，再根據(jù)負(fù)載設(shè)計(jì)系統(tǒng)直流電壓，他部分設(shè)計(jì)同上述方法相同。,2、太陽(yáng)能電池組件選取 選取標(biāo)識(shí)完善的太陽(yáng)能電池組件,選取同一批次的太陽(yáng)電池，在同一光照條件下使用,選取注意事項(xiàng) 選取轉(zhuǎn)換效率高、漏電流小的太陽(yáng)電池，目前市場(chǎng)銷售晶體硅太陽(yáng)能電池多為轉(zhuǎn)換效率在1114%。太陽(yáng)電池及組件的選用選用晶體硅太陽(yáng)電池組件時(shí)，要檢

9、查組件有無(wú)下列缺陷： 開(kāi)裂、彎曲、不規(guī)整或損傷的外表面； 有裂紋或破碎的單體電池； 互聯(lián)線或接頭有毛病 電池互相接觸或與邊框相接觸； 密封材料失效； 在組件的邊框和電池之間形成連續(xù)通道的氣泡或脫層； 引線端失效，帶電部件外露； 接線盒安裝不牢固。,（3）選取有旁路二極管的太陽(yáng)光伏組件,防止逆流二極管設(shè)計(jì)選取,二極管要求其能承受1.5倍支路工作電流，二極管的正向壓降要小，反向飽和電流要小。有些控制器具有防反接功能，這時(shí)也可以不接阻塞二極管。 、建材一體型,（二）、蓄電池組容量的設(shè)計(jì)計(jì)算及選取 1、蓄電池組容量的設(shè)計(jì)計(jì)算 蓄電池的容量BC計(jì)算公式為： BC =AQNT（1-C）kr wh 式中：A

10、為安全系數(shù)，取1.11.4之間； Q為負(fù)載日平均耗電量（wh）； N為最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天； T為溫度修正系數(shù)，一般取1.1 C為蓄電池放電深度，設(shè)計(jì)深循環(huán)鉛酸蓄電池取80%， 設(shè)計(jì)淺循環(huán)鉛酸蓄電池取50%。 kr為逆變器等損耗，通常取0.70.8,2、蓄電池選取,根據(jù)設(shè)計(jì)的蓄電池容量和太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的直流電壓(Vd)選配滿足要求規(guī)格型號(hào)的蓄電池。采用多只蓄電池串聯(lián)或并聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)容量要求。,配置蓄電池應(yīng)注意如下幾點(diǎn)： 每只蓄電池應(yīng)有生產(chǎn)合格證，合格證上應(yīng)標(biāo)明蓄電池型號(hào)和生產(chǎn)日期，制造商應(yīng)提供同型號(hào)產(chǎn)品國(guó)家認(rèn)可質(zhì)檢機(jī)構(gòu)出具的質(zhì)檢報(bào)告，蓄電池的存放時(shí)間應(yīng)不超過(guò)6個(gè)月； 同一充放電控制的蓄電池應(yīng)用

11、同一規(guī)格型號(hào)和容量的產(chǎn)品。 蓄電池可由多只串聯(lián)組成，但是并聯(lián)的蓄電池不能超過(guò)4只。 蓄電池的電壓與太陽(yáng)光伏電池組件電壓相匹配,、逆變器功率設(shè)計(jì) 對(duì)于獨(dú)立電源計(jì)算: NC =K（nQg+Qc） 式中：NC逆變器容量w K安全系數(shù)，一般取1.2 n感性負(fù)載啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流，為額定電流的倍數(shù) Qg系統(tǒng)中感性負(fù)載功率 Qc系統(tǒng)中純阻型負(fù)載功率 對(duì)于發(fā)電站計(jì)算: QE/ 式中：逆變器容量w 各相負(fù)荷不平衡系數(shù)，取1.21.5 E用電同時(shí)率80% Q負(fù)載功率kw 負(fù)載功率因素0.8 逆變負(fù)荷率85%,（三）、逆變器功率設(shè)計(jì)及選取,、逆變器選取 逆變器按波形分有正弦波、準(zhǔn)正弦波和方波三種。 根據(jù)標(biāo)志標(biāo)識(shí)選取

12、產(chǎn)品 選取與輸入、輸出電壓一致的逆變器 根據(jù)輸入的直流電壓和交流輸出電壓及功率和相數(shù)要求選取逆變器。要求直流輸入電壓有較寬的適應(yīng)范圍。 壽命長(zhǎng)、可靠性高 根據(jù)負(fù)載的沖擊性決定逆變器的功率余量，所選控制器的耐過(guò)載能力強(qiáng)，在短時(shí)間內(nèi)能夠承載大于自身額定功率的1.5倍負(fù)載工作； 要求具有較高的效率。由于目前太陽(yáng)電池的價(jià)格偏高，為了。,最大限度地利用太陽(yáng)電池，提高系統(tǒng)效率，必須設(shè)法提高逆變電源的效率。轉(zhuǎn)換效率應(yīng)大于85%，待機(jī)或低負(fù)載時(shí)損耗小 選取供電穩(wěn)定、噪聲小、產(chǎn)生諧波小，啟動(dòng)或停止平穩(wěn)的逆變器 輸出頻率變化范圍小。出電壓范圍不能超過(guò)額定值10%；輸出頻率變化范圍501Hz。 并網(wǎng)逆變器選取，查看

13、是否可以獨(dú)立運(yùn)行（如果是帶有蓄電池運(yùn)行，是否是停電時(shí)間可以使用） 選取易讀取電量的逆變器 選取售后服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)多的產(chǎn)品。,技術(shù)參數(shù)表：,（四）、控制器設(shè)計(jì)及選取 1、控制器設(shè)計(jì) 控制器的設(shè)計(jì)根據(jù)控制器最大電流通過(guò)能力設(shè)計(jì)?？刂破鬏斎牖芈窇?yīng)耐受1.2-1.3倍的蓄電池最大充電電流，輸出回路應(yīng)能耐受1.3-1.5倍的系統(tǒng)最大負(fù)載電流。,2、控制器選取 所選控制器應(yīng)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)的電壓、電流相匹配，可根據(jù)以下指標(biāo)配置： 額定電壓(V)；額定電流Ip (A)；最大太陽(yáng)能電池組件功率(KWp)；太陽(yáng)能電池組數(shù)N；每路太陽(yáng)能電池電流Ib( A )；太陽(yáng)能電池與蓄電池之間( V ) 電壓降落；蓄電池與負(fù)載之間( V

14、 ) 電壓降落；使用海拔高度等 有些系統(tǒng)控制與逆變制作成一體機(jī)，要把控制與逆變要求一起考慮了。 為了有效的利用太陽(yáng)能，選取有最大功率跟蹤（MPPT）的控制器。待機(jī)或低負(fù)載時(shí)損耗小的控制器。 控制器應(yīng)具有：防反沖電保護(hù)、蓄電池電壓過(guò)充過(guò)放保護(hù)、欠壓保護(hù)、輸出過(guò)載保護(hù)、輸出短路保護(hù)、太陽(yáng)能電池、蓄電池反接保護(hù)等功能。,6、控制器技術(shù)參數(shù)表 ：,(五)、太陽(yáng)能電池方陣傾角的確定,經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)的最佳傾角可以使太陽(yáng)能電池組件能夠接收到更多的太陽(yáng)輻射，從而提高系統(tǒng)發(fā)電量。 太陽(yáng)電池安裝傾角分為：面向南固定角度（角度與當(dāng)?shù)鼐暥纫恢拢?，按季跟蹤太?yáng)節(jié)調(diào)整角度、跟蹤太陽(yáng)自動(dòng)節(jié)調(diào)整角度等形式。,1、固定角度,緯度

15、 025，傾角等于緯度； 緯度 2640，傾角等于緯度加 510； 緯度 4155，傾角等于緯度加 1015； 緯度55， 傾角等于緯度加 1520,2、跟蹤太陽(yáng)自動(dòng)節(jié)調(diào)整角度,太陽(yáng)能電池方陣跟蹤太陽(yáng),目的是使電池方陣的主光軸始終與太陽(yáng)光線相平行。不斷跟蹤太陽(yáng),使電池方從日出到日落始終對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng),以提高太陽(yáng)能的利用率。 太陽(yáng)能電池方陣的跟蹤可以分為跟蹤太陽(yáng)能高度角和太陽(yáng)方位角和跟蹤太陽(yáng)的赤緯角和時(shí)角。,(六)、太陽(yáng)能電池方陣前后間距的計(jì)算,式中：緯度 H遮光物最高點(diǎn)與光伏方陣最低的垂直距離m； D光伏方陣與遮光物或太陽(yáng)電池前后排最小距離m。,（七）、電站防雷擊設(shè)計(jì)與安裝,1、按照GB50057建

16、筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的要求增設(shè)避雷措施或采用原建筑避雷設(shè)施，太陽(yáng)光伏系統(tǒng)安裝盡可能處在建筑物上避雷系統(tǒng)的保護(hù)中或。 2、電站的避雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在發(fā)電系統(tǒng)的安裝輸入避雷器和輸出避雷器，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)備工作電壓，選擇合適保護(hù)電壓的避雷器，并將所有設(shè)備的金屬外殼接地。 3、降低太陽(yáng)光伏方陣的位置。太陽(yáng)光伏方陣的頂部至少要比建筑物最高避雷帶(針)低06米，并與避雷帶(針)保持1米左右的距離。 4、加高避雷帶(針)的高度。如果建筑原有安裝高度的避雷帶(針)不足已保護(hù)太陽(yáng)光伏方陣，則適當(dāng)予以加高，也可再裝新的避雷帶(針)，并與原有避雷帶(針)焊接在一起，其搭接長(zhǎng)度不小于避雷帶(針)直徑的6倍。要特別注意的是，前

17、后兩種避雷帶(針)的規(guī)格應(yīng)一致。若空間限制無(wú)法滿足太陽(yáng)光伏方陣與避雷帶(針)的距離要求時(shí)，可考慮將太陽(yáng)光伏方陣金屬架與避雷帶(針)相連。 5 、將電氣設(shè)備的任何部分都與大地間作良好的電氣聯(lián)接,（八）、風(fēng)壓載荷的確定,抗風(fēng)要求一定要根據(jù)各地區(qū)風(fēng)力參數(shù)予以計(jì)算,式中：W太陽(yáng)光伏陣列陣列受到的風(fēng)載（N）； K1 風(fēng)載體型系數(shù)，取1.5； K2 風(fēng)壓高度變化系數(shù) W0 基本風(fēng)壓（N/）,指一般空曠平坦地面，10年離地面10m處統(tǒng)計(jì)值，可由各地氣象部門提供。在設(shè)計(jì)時(shí)規(guī)定采用的基本風(fēng)壓應(yīng)確定不小于250N/的數(shù)值； F 太陽(yáng)光伏陣列最高的垂直面積。,根據(jù)計(jì)算的太陽(yáng)光伏方陣所受到的風(fēng)載能力，確定相應(yīng)的防風(fēng)固定措施。,（九）、導(dǎo)線線徑的確定 （1）線的長(zhǎng)度選擇 ，因?yàn)檩斎胼敵鲭妷憾急容^低，所以在電纜設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循最短原則。 （2）線徑的確定 直流輸入線徑的計(jì)算 太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)要盡量減少系統(tǒng)損耗，但同時(shí)要兼顧系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，一般的光伏發(fā)電系統(tǒng)中因電壓降而產(chǎn)生的損失一般為2%。直流輸出線徑的計(jì)算計(jì)算公式：,S= . L /u2 式中 : S導(dǎo)線截面積 P負(fù)載功率 L導(dǎo)線長(zhǎng)度。 電阻率； u端電壓,（十）、限荷及配電線路設(shè)計(jì)、 電子限荷器設(shè)計(jì)選取，根據(jù)系統(tǒng)額定電壓、電流承載能力設(shè)計(jì)選配電子限荷器，能精確