太阳能光伏系统设计

(4). 确定累计亏欠量∑∣-⊿Qi∣
• 以两年为单位，列出各月发电盈亏
量，如只有一个△Q < 0的连续亏欠期，
则累计亏欠量即为该亏欠期内各月亏欠
量之和。如有两个或以上的不连续△Q
< 0的亏欠期，则累计亏欠量 ∑∣-
⊿Qi∣应扣除连续两个亏欠期之间△ Qi
为正的盈余量，最后得出累计亏欠量 ∑∣-⊿Qi∣。
• 在充分满足用户负载用电需要的条件 下,尽量减少太阳电池和蓄电池的容量, 以达到可靠性和经济性的最佳结合。
• 要避免盲目追求低成本或高可靠性的 倾向。当前尤其要纠正为了竞争市场, 片面强调经济效益,任意减小系统容量 的现象。
• 光伏系统设计的依据是:按月能量平衡。
(二). 光伏系统优化设计步骤:
(5). 决定方阵输出电流 • 将累计亏欠量 ∑∣-⊿Qi∣代入
n1
Qi
QL
• 将 n1与指定的蓄电池维持天数 n 相 比较，若 n1 > n，则增大电流 I ，重新 计算，反之亦然。直到 n1≈ n，即得出 方阵输出电流 I m。
(6). 求出方阵最佳倾角
• 改变倾角，重复以上计算，进行比较， 得出最小的方阵输出电流 I m值，相应
V d 为防反充二极管及线路压降。
(8). 最终决定最佳搭配
• 改变蓄电池维持天数n，重复以上计算， 可得到一系列B ~ P组合。再根据产品 型号及单价等因素，进行经济核算，最 后决定蓄电池及光伏方阵容量的最佳组 合。
开始
输入纬度、倾角、H、 Hb
估算方阵电流最大值、最小值
改变 I (Imin<I<Imax) Qa、Qc、Δ Q
光伏系统的总体设计
• 要建成一个合理、完善的光伏系统， 需要进行一系列设计，如考虑不周，可 能导致系统无法正常运行。
• 其中最重要的是容量设计,内容包括确 定太阳电池方阵和蓄电池的容量,以及 方阵的倾角。
一. 光伏系统的容量设计
(一). 设计原则
• 光伏系统和产品要根据负载的要求和 当地的气象及地理条件,进行专门的优 化设计。
1. 独立光伏系统的设计 • 1). 均衡性负载 • 这类负载每个月份的平均日耗电量都 相同，这是独立光伏系统中应用最广泛 的。 • 对于负载日平均耗电量变化不超过10% 的，也可以当作均衡性负载。
(1). 确定负载耗电量
• 列出各种用电负载的耗电功率、工作 电压及平均每天使用时数，还要计入系 统的辅助设备如控制器、逆变器等的耗 电量。
• 选取参数：η1=η2= 0.9 得到
实例分析
例1，为沈阳地区设计一套太阳能路灯， 灯具功率为30W ，每天工作6小时，工作 电压为12伏，蓄电池维持天数取5天。要 求太阳电池方阵和蓄电池的容量及方阵倾 角是多少? • 负载耗电量:
30 6 Ql 12 15Ah
• 沈阳地区纬度是41.44°，任意取方阵倾 角β = 60 °，算出各月份方阵面上的太 阳辐照量Ht
Ht
R D Hd 1 cos 1 cos
2H
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2
• 太R阳-倾辐斜照面量上的月比平值均；太阳辐照量与水平面上月平均
• •
H-水d-水平平面面上上月月平平均均总散辐射照辐量照；量；
• H-方阵倾角；
• -地面发射率，一般情况下，0.2

• Ht的单位化成（KWh / m2 ·d）,除以 标准辐照度1000w/m2
确定累计亏欠量
N |n1- n|<0.1
Y
N
判断是否
最佳倾角
Y
确定蓄电池及方阵容量
(9). 总结
• 先指定蓄电池维持天数n；任意选择方 阵倾角β；得到满足维持天数要求的方阵
输出电流I 。再改变方阵倾角，求出满 足维持天数要求的方阵最小输出电流Im ， 此时对应的β即为方阵最佳倾角βopt 。由 此得出方阵和蓄电池容量。改变维持天 数n ，可以得到一系列B~P组合，最后确 定最佳的蓄电池和方阵搭配容量。
的倾角即为方阵最佳倾角βopt。
(7). 得出蓄电池及方阵容量 • 求出蓄电池容量为：
B

Qi
DOD
• 式中: (DOD)为蓄电池的放电深度,通 常取 0.3 ~ 0.8 。
光伏方阵容量为:
P = k ·I m ·( V b + V d ) • 其中：k 为安全系数,通常取1~1.5,可根 据负载的重要程度、参数的不确定性、 温度的影响以及其他所需要考虑的因素 而定；V b为蓄电池充电电压；
• 方阵各月发电量为
Q g = N ·I·H t·η1·η2 • 式中：N 为当月天数， H t为该月太阳辐照量。 • 各月负载耗电量为
Q c = N ·QL • 从而得到各月发电盈亏量
△Q= Q g - Q c • 如果△Q < 0 为亏欠量，表示该月发电量不足，需要由
蓄电池提供部分储存的电量。
•
Tt

H t kwh / m2 1000 w / m2
Ht
(h)
• 在数值上就等于当月平均日峰值日照 时数 Tt ，以后就以单位化成（KWh / m2 ·d）的Ht来代替Tt 。
(3). 算出各月发电盈亏量 • 对于某个确定的倾角，方阵输出的最小电流应为
• 方式阵中面：上η的1为I灰m从尘in方遮阵蔽H到损蓄t 失Q电、L1池性回能路2失的配输及入老效化率、，防包反括充
二极管及线路损耗、蓄电池充电效率等。η2为由蓄电 池到负载的放电回路效率，包括蓄电池放电效率、控 制器和逆变器的效率及线路损耗等。
• 同样也可由方阵面上各月平均太阳辐 照量中的最小值Ht min得出方阵所需输出 的最大电流为
I max

QL
Htmin 1
2
• 方阵实际工作电流应在 I min和 I max 之 间，可先任意选取一中间值 I
• 选择蓄电池工作电压V，算出负载平均 日耗电量QL (Ah/d)。 • 指定蓄电池维持天数为 n
(通常n取 3~7天)
Ht
(2). 计算方阵面上太阳辐照量 根据当地地理及气象资料，先任意
设定某一倾角β，根据前面所介绍的 Klien S A 和 Theilacker J C 所发表的计 算月平均日辐照量的方法，计算在该倾 斜面上的各月平均日太阳辐照量Ht （KWh / m2 ·d）。并得出全年平均太 阳总辐照量