独立光伏发电系统

量 的百分 比称为放 电深度
。放 电深度 的高低和
电池 的使用 寿命有 很深 的关系 。蓄 电池 的放 电深度 越
深 , 其使用寿命就越短 , 因此在使用时应尽量避免深度
放 电 。通常情 况下 , 如果使用 的是深循环 型蓄 电池 , 可
使用的放 电深度约为
如果使用浅循环蓄 电池 , 可
使用的放 电深度约为
限制 , 能量 转换率高 循环使用 寿命 长 , 放 电深度 深 , 没有 “记忆效应 ” 功率密度高 , 相当于电池的 一 倍 , 体积小 安全系数高 , 长期使用免维护 超低温特性好 , 温度 范 围宽达 一 ℃一 ℃。超级 电容在小型独立光伏
发 电系统 中是理想 的储 能装置 。
超级 ຫໍສະໝຸດ Baidu容 与蓄 电池 的简 单折算 关系如 下
独立光伏发 电系统储 能装置
独立 光 伏 发 电系统 中的储 能装置 通 常 为 阀控 式密
封铅酸蓄 电池组 、铿 电池组或锉离子 电池组 , 以及超级 电容组 。其 中 , 阀控式密封铅酸蓄 电池组最为常见 。由 于单体的蓄 电池和超级 电容的 电压和容量都 比较低 , 所 以系统所需 的容量和 电压等级要用蓄 电池或超级 电容的 串并联成组应用获得 。但是要注意 , 新 旧蓄 电池或超级 电容不能混用 , 不 同结 构或类型 的蓄 电池不能混用 。
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《电力电子
年期
铅酸 蓄 电池 的 内阻并不是常数 , 它 在 充放 电过程 中随时间不断地变化 。铅酸蓄 电池 的内阻很小 , 在小 电 流充放 电的情 况下可 以忽略 , 但是在 大 电流 充放 电时 , 必 须注意 内阻引起 的 电压升高 或 电压 降 。常 用 的铅酸 蓄 电池的内阻等效模型如 图 一 所示 。
一 个最 简 单 的独立光 伏发 电系统 。独立 光伏 发 电系统 自成供 用 电体系 , 功率范围从几毫瓦到几千瓦不等 。为 了保 证在 无光 或者 弱 光 的情 况下 , 负载依 旧可 以获得 持续的电能 , 独立光伏发电系统通常含有储能装置 , 这 些 储能装置 以蓄 电池或超级 电容较为常见 。
无负载需求 , 有足够光照强度 。此时 , 系统简 化 成 充 电器 。若 光 伏 组件 或光 伏 阵列所 能 发 出的 电能 可 以被 储 能 装置 完 全 吸收 , 则 系统 中的 电力 电子控 制 器 可 以工 作在 光伏组件 的最 大功率点跟 踪 的模 式下 。 控 制 的 目标 首 先是光 伏 组件 本 身 , 以最大 限度地 获取 太 阳能 其 次是储 能装置 的充 电 电压 , 以保 护储 能 装 置 若 光伏 组件 或光伏 阵列所 能 发 出的 电能不 能被 储 能 装置 完 全 吸 收 。则 电力 电子 控 制 器 的工 作 点偏 离 光 伏组件 的最大功率点 , 部分太 阳能被抛弃 。控 制的 目标 转 向储能装置 的充 电电压 , 以保护 储 能装置 。
一定放 电条件 下 , 放 电到规 定 的 终止 电压 时所 能给 出 的 电量 , 单位为安 时 , 常 以符号 表示 。
对使用者而言 , 需要注意 的是实 际的铅酸 蓄 电池
可用容量 并不一 定是标称 的额 定 容量 , 它 可 能 比额 定 容量低 , 也 可能比额定容量高 。它与蓄 电池的放 电率和
环境温度有很大 的关系 。蓄 电池放 电电流越大 , 放 电倍
率越高 , 放 电时间就越短 , 放 出的相应容量就少 。反之 ,
如果放 电电流很小 , 放 电倍率也小 , 放 电时间就长 , 放
出的可 用容量 就 多 。蓄 电池 的额 定容量 是在 蓄 电池 温
度为 ℃时测定的 。当蓄 电池的温度 下降时 , 蓄 电池的
大型独立光伏发电系统常常具有母线结构 , 多个 发 电单元和多个负载如图 一 所示 。因为光伏 电源和常 用的储能 装置都是直 流类型 的 , 所 以在大型独立 光伏 发 电系统 中 , 比较适宜 采用直 流母 线系统 。
独立光伏 发 电系统一般直接与用户端相 连 , 在 实 际设 计施 工 中必 须考 虑 防雷 接地 的 问题 。
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第四讲 独立光伏发电系统
一
北京交通大学电气工程学院 王健强
在我们的读者 中 , 许多人都使用过太 阳能供 电的 电子计算器 。计算器上有一块长条形的太 阳能 电池 , 把 它对准光就会在液晶屏幕上有数字显示 。其实 , 这就是
有 负载需求 , 有足够的光照强度 , 光伏组件或 光 伏 阵列 所能 发 出的 电能大于 负载需求 , 且多余 的 电 能 可 以被 储 能 装置 完全 吸收 , 则 系统 中的 电力 电子控 制器 同样 可 以工作在 光 伏组件 的最 大功率 点跟踪 的模 式下 。控制的 目标 首先是光伏组件本身 , 以最大 限度地 获取太 阳能 其次是储能装置的充 电电压 , 以保护储能 装置 。
·
一
独立光伏发 电系统 中的电力电子控制器
独立光伏发 电系统 中可用 的 电力 电子控 制器 类型有 很多 , 主要根据 系统容量和负载类型来选择 。电力 电子 控 制器 的主要作用一是在可能的条件下尽可能多地 吸收 太 阳能 , 二 是控 制 蓄 电池 组 或超级 电容 器 组 的 充放 电 。
在 使用 交流负载的情 况下 , 系统 中还要包含逆 变器 。 电力 电子控 制器 按蓄 电池组 或超 级 电容 器 组 充 电
独立光伏发电系统结构
独立光伏 发 电系统尽管规模大小相差很大 , 但是 其典型结构基本相 同 , 如 图 一 所示 。整个系统 以单块 光伏 电池组件或多块光伏 电池组件 串并联 形成的光伏
光伏组件 光伏组瑞物 · 电控力创电器子 ’
逆变餐
图 一 独立光伏发电系统的典型结构框图
光伏姐惭·电控力制电器子’ 日 , , , 负劫飞
。蓄 电池的可用放 电深度受环
境温度 的影响 , 温度越低 , 可用放 电深度越小 。蓄 电池
在 通 常 的情 况下 不允 许 过 放 电 。过 放 电对 蓄 电池 不 仅
会造成损 害 , 而且这种损 害很可能是不 可恢 复 的 。
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以上 , 更适合在 电动 自行车 、电动汽车和大 中型独立光 伏 发 电系统 中作 为储能装置 。
超级 电容
超 级 电容 的 电容量 比普 通 的 电解 电容 器 大 得 多 , 达 到法拉级 。超 级 电容 的特点是能量 以电能方 式存储 , 能量转换率高 充 电速度快 放 电电流仅受 内阻和发热
在 一 些独 立 的供 用 电系统 中 , 光 伏 发 电还 与其 他 的发电形式共存或互补 , 形成独立混合 发电系统 , 如风 光柴蓄独 立 混合 发 电系统 。大型 的独立光伏 发 电系统 和独立混合 发 电系统常用于偏远地 区的农牧 民家庭供 电或道 路远 程 监控 、通讯 基 站 等 。
阵列作为 唯一 的能量 来源 。为 了在 可 能 的情 况下实现 对光伏组件 的最大功率 跟踪 , 以获取尽可能多的 电能 , 独立 光伏 系统在 光 伏 电池 组件 与储 能 装置 或 负荷 之 间 都要有 电力 电子控 制器 来进行 能量转 换 , 这 些 电力 电 子控 制器一般 也具 有 充放 电控 制 功 能 。如果最 终 负载 是交流 , 系统 中还要有逆变器 。除此 以外 , 许多独立光 伏系统 还具有监控 、显示等辅助功能 。
有负载需求 , 无足够光照强度 。此时 , 光伏组 件或光 伏阵列不 能发出 电能 , 系统 简化成储能装置 独 立 向负载供 电 。若储能装置在正常的工作区间 , 则在 电 力 电子控 制器 的控 制下 向负载供 电 。控 制 的 目标 是储 能装置 的放 电 电压 和放 电电流 , 以保 护储能装置 。
是 首先检 测蓄 电池组 或超级 电容器 组 的剩 余 电量 , 再
根据其剩余 电量进行控 制 , 如调节 负载的工作时间等 。
独立光伏发电系统容量设计
独立 光伏 发 电系 统容量设 计 目的是计 算 出系统 正
有负载需求 , 有足够的光照强度 , 光伏组件或 光伏 阵列所 能 发 出的 电能小于 负载需 求 。此 时太 阳能 发 出的 电能 完全被 负载吸收 , 而且 储能装置要 向负载 供 电 。此时 , 系统 中的 电力 电子控制器工作在光伏组件 的最 大功 率 点 跟踪模 式 下 。控 制 的 目标 首 先是光伏组 件本身 , 以最大 限度地 获取太 阳能 其次是储能装置的 放 电电压 和放 电 电流 , 以保 护储 能装置 。
容量会下降 。
铅酸蓄 电池的电压随蓄 电池的荷 电状态
变
化 , 其 中荷 电状 态 是指 蓄 电池在 使用 一段 时 间后 的剩
余 电量 。荷 电状态越高 , 蓄 电池 的电压就越高 。蓄 电池
在放 电的过程 中 , 其荷 电状态逐步降低 , 蓄 电池的端 电
压 也随之下降 。
铅 酸蓄 电池在使 用过 程 中放 出的容量 占其 额 定容
过程控制可分为旁路型 、串联型和脉宽调制型 按放 电
控 制过程 可分 为常规 过放 电控 制型和剩 余容量 放 电全
过程控制型 。
旁路 型控 制器 主要是 把 电力 电子开 关器 件 并联 到
光伏 电池组件上 , 不需要充 电时可 以把光伏 组件短 路 或分流到泄放 电阻上 串联 型主要 是把 电力 电子开 关
有负载需求 , 有足够的光照强度 , 光伏组件或 光伏 阵列所 能发 出的 电能大于 负载需求 , 但多余 的 电 能不能被储 能装置完全吸收 。此时 , 电力 电子控 制器 的 工作点偏离光伏组件 的最大功率点 , 部分太 阳能被抛 弃 , 控制的 目标转 向储能装置 的充电电压 , 以保护储能 装置 。
器件 串联 到 回路 中 , 不需要 充 电时可 以把光伏组件 开
路 脉宽调制型控制器是 以
方式工作的 , 利用 电
力 电子 开 关器 件 的 占空 比调 节 控 制 充放 电 电流 , 需 要
时可 实 现最 大 功 率 跟 踪控 制 。常 规 放 电过程 控 制器 只
设 定过放 电压 , 一 旦 蓄 电池组 或超 级 电容器 组放 电到 此 电压 , 就将 电源和负载断开 剩余 电量全过程控制型
仿能单元
储能单元
储能单万玩
图 一 直流母线型大型独立光伏发电系统结构图
】
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独立光伏发电系统工作方式
独 立光 伏 发 电系统 的工作 方 式 有 多种 。在 正 常工 作 中 , 独立光伏发 电系统会经历所有下述工作方式 。
阀控式密封铅酸蓄 电池 阀控 式密封铅 酸蓄 电池 以铅 为极 板材料 , 使用硫 酸 电解质溶液 , 具有免维护 、无 电解液溢 出 、不排放氢 气 和 酸 雾 、安 全性 好 的优 点 , 但 是 它 对 过 充 电 比较敏 感 , 经过长时间反复充 电后 , 电解液易干涸 。蓄 电池的 使用寿命一般不超过 年 。 铅酸蓄 电池重要的电参数包括 蓄 电池容量 、荷 电 状态 、放 电率 、浮充电压 、放 电深度 、终止 电压 、电池 内阻等 。蓄 电池容量 是指处于 完全 充 电状 态 的 电池 在
铿 离子 电池 目前有 液态锉 离 子 电池 和 聚合物铿 离
子 电池两类 , 它们的电极材料是铿离子化合物 。铿离子
电池具有工作 电压高 , 单体工作 电压达
能量密度
高 无记忆效应 自放 电小 循环寿命长的优点 , 但是
铿 离子 电池对 过 充 比较敏感 , 使用 时必须配 备 电池管
理系统
。铿离子 电池的单体容量可 以做 到
图 一 铅酸蓄电池的内阻等效模型
铿 电池和锉离子 电池
铿 电池 是 一 类 由铿 金属 或铿 合 金 为 负极 材 料 , 使
用 非水 电解 质溶液 的 电池 。铿 电池具有 更高 的能量 重
量 比、能量体积 比 单体 电压高达
自放 电小 耐
低温 但是安全性能较差 。多用于便携设备 , 如手机 电
池 、笔记 本 电脑 电池 。