多功能太阳能停车棚的设计

多功能太阳能停车棚设计

摘要：本项目利用太阳能光伏阵列发电，电能可用于给电动车辆的充电，也可用于给笔记本电脑、手机等便携设备充电和使用，夜间还可提供节能照明。系统节能环保，减少二氧化碳排放，符合低碳经济、绿色环保的全球性发展趋性。

本项目需要完成多功能太阳能停车棚的设计，其中包括结构设计、电能变换系统、节能照明及控制系统、储能及充放电控制系统和总体设计。

关键词：太阳能、光伏阵列、电动车充电、逆变器、蓄电池。Abstract: We use solar energy photovoltaic array to generate electricity, the electricity can be used to charge for electrically driven vehicle, laptop, mobile phone and other portable equipment. It can also provide power for illumination at night. The system is energy saving and environmentally friendly. It lets out less carbon dioxide and accords with the trend of low carbon(LC) economic and the globalization of green environment.

We will achieve the designing of multifunction solar motor pool which includes structure design, electric energy transformation system, energy conservation illumination , control system, energy storation and charge-discharge control system and the totally design.

Keywords: Solar energy, photovoltaic array, charging for electrically driven vehicles, iverter and storage battery.

一、结构设计

在进行光伏阵列设计时，为了能让光伏阵列更多地获取太阳辐射能量和更多的日照时间，除了提高光伏阵列材料的能量转换效率等问题外，还要考虑放置光伏阵列方位和倾斜角的最佳设计方案。这些设计都要涉及相关的各种太阳角等变量的计算问题。

太阳光线与光伏阵列表面法线之间的夹角，称为太阳入射角θ。对于光伏阵列表面来说，从任意角度入射的太阳光线均可分解为垂直分量和水平分量两部分，其中只有垂直分量的辐射可以被有效吸收，而平行分量则对于获取太阳能能量毫无价值。所以通常希望太阳光入射角θ越小越好。

下面用三角函数的计算形式分别列出各种有关太阳角变量之间的关系。公式中符号对应变量如下：太阳入射角θ、光伏阵列倾斜角β、光伏阵列方位角γ、太阳赤纬度δ（赤纬度是地心与太阳中心的连线与天赤道之间的夹角，反应了地球绕太阳公转的规律，春分或秋分时候，太阳直射在赤道，δ为0，夏至时δ=23°27′，冬至时δ=-23°27′）、当地纬度 、太阳时角θh、太阳高度角α、太阳方位角。

1.1高度角

任意条件下的太阳高度角α为

h θδϕδϕαcos cos cos sin sin sin += （1） 在这里我们不考虑时角h θ，令其为0（即正午时候的角度）。这样就得到

sin sin sin cos cos cos()sin[90()]o αϕδϕδϕδϕδ=+=-=±-（2） 若ϕ<δ,则正午时分太阳在天顶的北方，该地区

sin sin[90()]o αϕδ=-- （3）

90o αϕδ=-+ （4）

若ϕ>δ,则正午时分太阳在天顶的南方，该地区

sin sin[90()]o αϕδ=+- （5）

90o αϕδ

=+- （6）

1.2方位角

太阳电池方阵的方位角是方阵的垂直面与正南方向的夹角（向东偏设定为负角度，向西偏设定为正角度）。一般情况下，方阵朝向正南（即方阵垂直面与正南的夹角为0°）时，太阳电池发电量是最大的。在偏离正南（北半球）30°度时，方阵的发电量将减少约10％～15％；在偏离正南（北半球）60°时，方阵的发电量将减少约20％～30％。但是，在晴朗的夏天，太阳辐射能量的最大时刻是在中午稍后，因此方阵的方位稍微向西偏一些时，在午后时刻可获得最大发电功率。在不同的季节，太阳电池方阵的方位稍微向东或西一些都有获得发电量最大的时候。

1.3位置安放

阴影对发电量的影响一般情况下，我们在计算发电量时，是在方阵面完全没有阴影的前提下得到的。因此，如果太阳电池不能被日光直接照到时，那么只有散射光用来发电，此时的发电量比无阴影的要减少约10％～20％。因此选择一个无阴影遮挡的地区尤其重要。考虑到十二块电极板所占地是比较大的，学校又多有树木、楼房等遮挡，故经过多方面考察，选取理学院楼顶作为地址。

1.4抗风性

虽然极板放在南侧建筑顶层，周围的建筑可以起到一定的挡风作用，但到了风大的冬季，这远远是不够的。电池板的面积较大，受风很大，所以应将支架在楼顶用水泥浇筑固定。

二、电能变换系统

光伏阵列产生的电一般需经过一定的变换使用，电能变换系统的主要工作方式包括直流变换为交流和直流变换为直流两种，利用逆变器直流变换为交流，利用Boost-Buck电路直流变换为直流。

2.1 逆变器

逆变器是把蓄电池输出的直流电变成交流电的装置，照明负载为交流负载时须使用，直流时不必使用，我国室外照明一般为220 V、50 Hz 交流，因此，逆变器多为DC 24 V（或12 V、36 V）/AC 220 V的电压形式．逆变器也应具有电路短路保护、欠压保护、过流保护、反接保护及雷电保护等功能。

按隔离方式逆变器可分为独立光伏逆变器和并网光伏逆变器。在这