8.光伏系统的设计

独 立 均 衡 性 负 载 光 伏 系 统 优 化 设 计 方 框 图
开始 输入
QL
Ht
QL H t12
计算 计算 Qg N12 I g H t
Ig
QL N Q L
Q
i
改变I
n1
Q
QL
i
n1 n 0.1?
N
Y 计算蓄电池和方阵容量
C
Q
i
DOD 2
6）.计算太阳电池方阵容量 P kI g (U b U d ) 5.5 12 66 (w) (可选110w,17v的电池板)
7）.根据以上数据
选12v,105A.h的蓄电池,
选容量17v,110w的太阳电池板。
季节性负载的光伏系统设计
季节性负载----不同季节耗电量不同的负载，如路灯（只晚上工作），光控器件 （有光的白天工作），…这一类系统每一天工作的时间长短随季节都不同，耗电量 自然也都不同，计算其耗电量与每一天白天（或黑夜）的长短有关。 每一天从日落到日出之间的无光照小时数为
H t 1389.19 kw h / (m2 a)
4).计算方阵应供给的电流 I g QL
H t12
（取
1
2 0.9
）
（ H t 只取其数值）
月应供给电量 Qg N12 I g H t =（见p187第3列）。
用户月耗电量 QL N Q L =（见p187第4列）。 h) 全年电量亏欠量 Qi =174.28 (A· 全年亏欠电量相当于用户用电量的天数 n
P kI g (U b U d )
例
欲在沈阳安装一套太阳电池供电的路灯（工作电压12伏，功率30瓦， 每天工作6小时），如何选用什么规格的太阳电池方阵和蓄电池(n=5)？
( 一般为蓄电池安全，选取n=3～5天,DOD=0.3～0.8) (沈阳气象资料p182)
1.用电量需求分析
确定供电模式
(峰值日照时数其实质是辐照能量） 峰值日照时数与太阳辐照量的关系：
Tt
Ht 1000 w m2
（数值相等）
蓄电池的维持天数 蓄电池容量的单位
n
在没有电力供应的情况下，完全由蓄电池储存 的电量供给负载时蓄电池所能维持的天数。
表示电能容量的单位是(w·h)，在已知工作电压(v) 时经常用 电量容量（A·h）表示，它们之间的关系是
太阳电池组件功率
P kI g (U b U d )
K---安全系数（取1.05～1.3）
逆变器容量
CN k (mPL PR )
m---涌浪电流系数
PL ---感性负载功率 PR ---电阻性负载功率
容量设计（计算）步骤小结：
1）.计算用电器的日用电量
QL
,
[
A h ] d
2）.根据当地气象资料计算太阳在地面的日照能量
辐照度对太阳电池的影响
辐照度在400～1000w/㎡间， 开路电压不变， 光电流与太阳光辐照度成正比, 峰值功率与太阳光辐照度成正比。
设计的基本原则
联网供电系统只需考虑多发电. 独立供电系统还要考虑供需平衡.
对独立供电系统的设计要求
1.适合不同用户要求（需求、环境、使用者水平） 2.可靠性、安全、经济 在满足需求条件下，尽量减小太阳电池和蓄电池的容量。 3.便于操作和安装 4.适用性强，选用部件最好用标准件
第八讲 光伏供电系统的设计
设计的基本数据
单体太阳电池，输出电压0.45～0.5v，工作电流20～25mA/c㎡. 太阳电池组件，标准组件36片，输出电压17.5v，配12v蓄电池。
温度对太阳电池的影响
在 20 1000 C 间，温度升高，开路电压下降而光电流略有上升， 功率下降，功率的温度系数为 3.5 103 / 0C .（参考数值）。
（H t 在下面的计算中只用其数值）
用户的日用电量
QL
30w 6 h / d 15 ( A h / d ) 12v
地面平均日照能量 H t 3.809 kw h / (m2 d )
3).计算方阵应供给的电流 （取
Ig QL H t12
1 2 0.9 ）
7）.计算太阳电池方阵容量
P kI g (U b U d ) =243.6 (w)
8）.根据以上数据 选12v,250A.h的蓄电池, 选容量17v,250w的太阳电池板。
另一种比较简单的计算容量的方法
太阳电池组件 功率[kwp]
P
QL -----系统用电器的年消耗电能，[kw· h/a]
41.440 -----沈阳的纬度

----太阳赤纬角,在（p22）查出
2）.计算用户的年用电量 365 365 30w (t 1) h / d 5(t 1) QL ( ) ( ) (A h / d) 12v 2 t 1 t 1 各月份用电量在p187表8-10的第4列。 3）.根据沈阳气象资料(p182)太阳在地面的平均年照度能量
Qi Qg QL
全年连续亏欠月份电量之和为
Q
i
上述亏欠电量相当于负载用电量的天数为 n1 （全年缺电天数） 缺电天数n1与蓄电池维持天数 n 相比较，
n1 > n n1 < n
Q
QL
i
表示供电电流太小，应该增大太阳电池的供电电流重新计算。 表示供电电流过大，重新计算应该减小太阳电池的供电电流。
例 欲在沈阳安装一套太阳电池供电的路灯（工作电压12v，功率30w，每天夜晚 工作，蓄电池维持天数 n=5 ），如何选用什么规格的太阳电池方阵和蓄电池。 1.用电量需求分析 确定供电模式 太阳电 池方阵 蓄电池
路灯(12v,30w)
1).计算每天路灯的工作时间 (t-1)（共有365个数值）。
t 24 2 cos 1 ( tan tan ) 15
太阳电池方阵的日均发电量应为
Q g 1 2 I g H t
太阳电池方阵的日均发电量应为
Q g 1 2 I g H t
（ H t 只取其数值）
月发电量应为 Qg N12 I g H t （N为当月天数） 负载月耗电量为 QL N Q L 当月电量亏盈为
( Q L 为日用电量)
（但在下面的计算中 H t 只用其数值）
Ht
,
[
kw h ] m2 d
3).计算太阳电池方阵应供给的电流 I g H L t 1 2
Q
计算方阵月应发电量 Qg N12 I g H t
计算用户月耗电量 QL N Q L
i
计算全年连续亏欠月份亏欠电量之和 Q
( Qi Qg QL )

（亏欠电量只计算12月和1月）
Q
QL
i
1
>5
(表示应加大供电流)
5).经过加大电流的多次反复计算，由n1和n的关系，确定方阵应输出的合理电流 Ig=5.4756（A） 6）.计算蓄电池容量(DOD=0.8)
C
Q
i
DOD 2
=242. (A· h)
(可选250 A· h,12v的蓄电池) (可选250w,17v的电池板)
（单位
[
kw h ] m2 d
）
根据当地辐射资料，达到一定辐照度时，太阳一天在地面的辐照能量.
【太阳电池的发电量(或功率)、太阳电池的输出电流都与辐照量成比例。】
峰值日照时数 Tt
(单位 [
h ] d
)
将当地日照量折算成标准测试条件( (1000w / m2 ) )下的小时数。 即当地从早到晚的日照量相当于标准测试条件下多少小时的日照量。
Ig
15 4.862 ( A) 3.809 0.9 0.9
H t12月12 QL 15 5.176 ( A) 2.935 0.9 0.9
再计算12月份的 月应供给电量 Qg
I12月
暂取 I=5.2 (A)
N12 I g H t
=（见p182）。 用户月耗电量 QL N Q L =450（A· h） =140.69 (A· h)
重新计算直到 n1 = n， 表示方阵的供电电流合理。
蓄电池容量
C
Q ----全年连续亏欠月份电量之和
i
Q
i
DOD 2
DOD---蓄电池放电深度（取0.3～0.8） 2 ----蓄电池到负载的回路效率
Ig --- 方阵的供电电流 Ub ---蓄电池电压 Ud ---防反冲二极管电压
电量容量(A·h）=能量容量 (w·h)/工作电压(v)
太阳电池供电系统容量（功率）的设计（计算）
根据独立供电系统设计原则
Qg QL
Q L ----用电器的日用电量（或能量）,
[
Q g ----太阳电池组的日均发电量（能量）,
wh A h ] [ 2 ] m d d
Qg H

H t ----当地水平面上日辐照量（能量）, [ m 2 d ]
太阳电 池方阵 蓄电池组
30w 6 h / d 15 ( A h / d ) 12v
节能灯(12v,30w)
w h ) d
1）.计算用户的日用电量
QL
或
Q L 30w 6h / d 180 (
2）.根据沈阳气象资料(p182)太阳在地面的平均日照能量
H t 3.809 kw h / (m2 d )
----太阳电池组件的转换系数
kw h
太阳电池方阵应输出的电流（供电电流）
Ig
QL 1 2Tt
Tt -----峰值日照时数，单位
h [ ] d
1 ----方阵到蓄电池的回路效率
QL 1 2 H t
2 ----蓄电池到负载的回路效率
---（注意这里公式中的 H t 只取其数值）
2 t 24 cos 1 ( tan tan ) 15
----当地纬度 ----当日太阳赤纬角（p22）
每一天从日出到日落之间的有光照小时数为
t 2 cos 1 ( tan tan ) 15
考虑日出前半小时和日落后半小时内天空尚有余光，夜晚路灯工作的 时间应为 (t 1) 小时,而计算白天的工作的时间则应为 (t 1) 小时。 这在计算耗电量时应该注意。 但太阳电池工作时间不能这样计算，太阳电池有最低工作光照度。
独立供电系统设计的基本思路
用户用电量分析 当地辐射资料 使用环境及使用者水平
确定供电模式（交、直流）
容量计算（设计）
逆变器功率
太阳电池组件容量 系 系 统
安
蓄电池容量 设 配 计 置
统
装
设计步骤
1.确定供电模式
同时确定对电源的要求： 电压、电流、功率、 功率因子、频率、波型等。
太阳光伏独立供电模式
n1
计算全年亏欠电量相当于用户用电量的天数
Q
QL
i
4).根据n1 和蓄电池的维持天数n,反复计算后确定方阵输出的合理电流Ig(A) 5）.计算蓄电池容量
C
Q
i
DOD 2
6）.计算蓄太阳电池方阵容量 P kI g (U b U d ) 7）.根据以上数据确定蓄电池、方阵等的型式、规格、排列。最后安装。
电视机的消磁圈和显示器 额定电流的2～5倍，时间20～100ms.
3.太阳电池容量设计（计算）
设计原则： 是供需平衡(按月平均能量计算供需平衡)。 具体计算应包括： 太阳电池的功率、蓄电池的容量、逆变器的容量计算。 计算时应结合当地的气象、地理条件， 并兼顾可靠性、经济性。
几个概念
太阳日辐照量
Ht
n1
全年连续电量亏欠量 Qi
全年亏欠电量相当于用户用电量的天数
Q
QL
iLeabharlann Baidu
=9.38>5 (表示应加大供电流)
4).经过加大电流的多次反复计算，由n1和n的关系，确定方阵应输出的合理电流 Ig=5.4756（A） 5）.计算蓄电池容量(DOD=0.8)C
Q
i
DOD 2
h),12v的蓄电池) =104.2 (A· h) (可选105(A·
太阳电 池方阵 控制器 DC 蓄电池组 DC 12v直流负载 9v直流负载
太阳电 池方阵
控制器
DC 蓄电池组 逆变器 DC
12v直流负载 9v直流负载 交流负载1 交流负载2
2.用电量需求分析，计算出总用电量（电荷量或总用功率）
用电性质（照明？电视?听广播？经济情况？商业用户？） 负载特性（交流？直流？有无冲击性?电阻性？电感性？电子类？） 电阻类如白炽灯、节能灯、电阻丝等，无冲击电流。 电感性负载如电动机、电冰箱、水泵等，有冲击性。 电子类负载如荧光灯、电视机、计算机等，有冲击电流。 浪涌电流估计 电动机 额定电流的5～8倍，时间50～150ms. 电冰箱 额定电流的5～10倍，时间100～200ms.