离网光伏系统设计

离网光伏发电系统容量设计一．任务目标1.掌握容量设计的步骤和思路。2.掌握光伏发电系统的容量设计方法。3.了解光伏发电系统容量设计考虑的相关因素。二．任务描述光伏发电系统容量设计主要涉及蓄电池容量、蓄电池串并联数、光伏发电系统的发电量、 光伏组件串并联数的计算。 本实验报告主要以两种常见的计算方法为主。 计算过程中需要注意不同容量单位之间的换算。三．任务实施1.容量设计的步骤及思路：光伏发电系统容量设计的主要目的是计算出系统在全年内能够可靠工作所需的太阳能电池组件和蓄电池的数量。主要步骤 : 2.蓄电池容量和蓄电池组的设计：（ 1）基本计算方法及步骤①将负载需要的用电量乘以根据实际情况确定的连续阴雨天数得到初步的蓄电池容量。 阴雨天数的选择可参照如下： 一般负载，如太阳能路灯等，可根据经验或需要在 3-7 内选取，重要的负载。如通信、导航、医院救治等，在 7-15 内选取。②蓄电池容量除以蓄电池的允许最大放电深度。一般情况下， 浅循环型蓄电池选用 50%的放电深度， 深循环型蓄电池选用75%的放电深度。③综合①②得电池容量的基本公式为最大放电深度连续阴雨天数负载日平均用电量蓄电池容量式中，电量的单位是 hA ，如果电量的单位是 hW ，先将 hW 折算为 hA ，折算关系如下：系统工作电压）负载日平均用电量（负载平均用电量 hW（ 2）相关因素的考虑上①放电率对蓄电池容量的影响。蓄电池的容量随着放电率的改变而改变， 这样会对容量设计产生影响。计算光伏发电系统的实际平均放电率。最大放电深度连续阴雨天数负载工作时间）平均放电率（ h负载工作功率负载工作时间负载工作功率负载工作时间②温度对蓄电池容量的影响。蓄电池的实际容量会随着温度的变化而变化， 当温度下降时， 蓄电池的实际容量下降； 温度升高时， 蓄电池的实际容量略有升高。蓄电池的实际容量与温度的关系如图 4-3 所示曲线所示。图 4-3 蓄电池容量 -温度修正曲线（ 200h）受低温的影响 ,蓄电池的容量设计还要考虑蓄电池的最大放电深度 ,图 4-4 所示是一般蓄电池的最大放电深度与温度的关系 ,蓄电池容量设计可参考 4-4 所得到的最大放电深度。图 4-4 蓄电池最大放电深度 -温度修正曲线(3)实际蓄电池容量的计算考虑以上相关因素之后，将有关修正系数代入有温度修正系数最大放电深度放电率修正系数连续阴雨天数负载日平均用电量蓄电池容量 )( hA（ 2）蓄电池串并联数的确定当计算出所需的蓄电池容量后， 接下来要确定蓄电池的串并联数，计算公式为：蓄电池标称电压系统工作电压蓄电池串联数 ，蓄电池标称容量蓄电池总容量蓄电池并联数（ 3）应用举例建立一套光伏发电系统给一个地处偏远的通信基站供电， 该系统的负载有两个：负载一，工作电流为 0.8A，每天工作 24h。负载二，工作电流为 4.8A ，每天工作 12h，该系统所处地区每天内的平均最低温度为 -20 摄氏度，系统的自给时间为 6 天，使用深循环工业用蓄电池（最大 DOD 为 80%） 。试计算蓄电池组的容量。因为该光伏发电系统所在地区每天内的平均最低温度为-20 摄氏度， 所以必须修正蓄电池的最大允许放电深度。 由图 4-4所示的曲线可以确定最大允许放电深度约为 50%。h71.13h8.48.0 128.4248.0负载工作时间h52.164h5.0671.13 ）（平均放电率根据典型容量 -温度变化曲线，与平均放电率计算数值最为接近的放电率为 200 小时率，由图 4-3 可知，蓄电池的低温修正系数为 0.75。放电率修正系数可参考蓄电池厂家提供的说明书，此处取 0.85。hA48.1044hA75.05.0 85.06128.4248.0 ）（蓄电池容量（ 4）太阳能电池组件串并联数的设计1.基本计算方法：太阳能电池组件设计的基本思想是满足负载日平均用电量的需求，基本方法是用负载日平均用电量（ A.h）除以电池组件日平均发电量， 得到系统所需组件的并联数目； 将系统工作电压除以太阳能电池组件的峰值电压，得到系统所需组件的串联数目。基本计算公式为 : ）组件日平均用电量（）负载日平均用电量（组件并联数hAhA）组件峰值电压（）系统工作电压（组件串联数V43.1V组件日平均发电量 =组件峰值电流（ A） 峰值日照时数（ h）在计算组件的并联数时，如果负载用电量的单位为 W.h，注意把单位换算成 A.h。系数 1.43 是组件峰值电压与系统工作电压的比值。例如，为工作电压为 12V 的系统供电的组件的峰值电压是 17~17.5V；为工作电压为 24V 的系统供电组件的峰值电压为 34V~34.5V 等。因此为方便计算，用系统工作电压乘以 1.43 即为该组件或整个阵列峰值电压的近似值。2.相关因素的考虑：①组件实际功率的损耗在光伏发电系统的实际应用中， 太阳能电池组件的实际输出功率会因各种因素的影响而有所下降。 灰尘的覆盖、 组件自身的功率衰减、线路的损耗等因素是主要因素。因此，设计时组件功率损耗按 10%计算。②逆变器的损耗逆变器在实现各种功能时，要消耗一定的电能，不同的逆变器损耗的电能不同。一般情况下，设计时逆变器转换的损失按10%计算。如果负载是直流负载时，逆变器的损耗不计。③蓄电池充电的损耗由于蓄电池在转换储存电能的过程中产生热量，电解水蒸发等产生一定的损耗， 即蓄电池的充电效率根据蓄电池的不同可在90%~95%选取。因此在设计时，也要根据蓄电池的不同，将电池组件的功率增加 5%~10%，以抵消蓄电池充电过程的损耗。（ 3）实际组件串并联数的确定在考虑上述各种因素的影响后，引入相关修正系数得：逆变效率组件损耗系数充电效率）组件日平均用电量（）负载日平均用电量（组件并联数hAhA）组件峰值电压（）系统工作电压（组件串联数V43.1V(4)应用举例在一个偏远地区建设的光伏发电系统为以下负载供电 :荧光灯 4 盏 ,每盏功率 40W,每天工作 4H,电视机 1 台 ,每台功率为 70W,每天工作 5H，系统工作电压为 24V.选用组件参数 :峰值电压为17.4V,峰值电流为 5.75A.当地的峰值日照时间为 3.43H.修正因数 :充电效率为 0.9,组件损耗系数为 0.9,试确定组件的数目 . 24.17 43.124组件串联数39.09.09.043.375.5 2457014404组件并联数632 （并）（串）总的光伏组件数4 .容量的其他设计方法⑴蓄电池组容量的计算蓄电池的容量 Bc 计算公式为hTNQA COLLBC式中 ,A---- 安全系数 ,取之在 1.1~1.4 之间Q L --负载日平均用电量 ,单位为 hA 。NL －最长连续阴雨天数T O -温度修正系数 ,一般在 0℃以上取 1,-10~0℃取 1.1,-10℃以下取 1.2 hC -蓄电池放电深度 ,一般铅蓄电池取 0.75,碱性镉镍蓄电池取0.85。(2) 光伏组件串联数 NSUUUUUU OCCDfOCR )(NSU R --光伏阵列输出最小电压 ,单位为 V U OC --光伏组件的最佳工作电压，单位为 V U f --蓄电池浮充电压 ,单位为 V U D --二极管导通电压 ,一般取 0.7V U C --其他因数引起的压降 ,单位为 V 蓄电池的浮充电压和所选的蓄电池参数有关 ,应等于在最低温度下所选蓄电池单体的最大工作电压乘以串联的电池数。(3) 光伏组件并联数 N p在确定 Np 之前 ,先确定其相关量的计算方法。①将光伏阵列安装地点的太阳能水平面日辐射量 Ht,转换成在标准光强下的平均日辐射时数 (水平面日辐射量参见表 4-1) 10000/778.2HH t式中 , )mKJ0(2.778/1000 2 为将日辐射量换算为标准光强 )mW1000( 2下的平均日辐射时间的系数②光伏组件日发电量 Qp CKHIQ ZOPOCp式中 ： I OC - 光伏组件的最佳工工作电流 ,单位为 A K OP - 斜面修正系数 (参照本项目任务 1) CZ - 修正系数 ,主要为组合 ,衰减 ,灰尘 ,充电效率等的损失 ,一般取 0.8 ③两组最长连续阴雨天之间的最短间隔天数 Nw,此数据为本设计的独特之处 ,主要考虑要在此段时间内将亏损的蓄电池电量补充起来 ,需补充的蓄电池容量：)( hANQAB LLcb光伏组件并联数 Np 的计算方法为：)()( NQQNBN wpcb LWp并联的光伏组件数需考虑在两组连续阴雨天之间的最短间隔天数内所发电量 ,不仅供负载使用 ,还需补足蓄电池在最长连续阴雨天内所亏损电量。⑷ 光伏阵列的功率计算根据光伏组件的串并联数 ,即可得出所需光伏阵列的功率。NNPP PSO式中 ,Po----光伏组件的额定功率。(5)设计实例以广州某地面卫星接收站为例 ,负载电压为 12V,功率为 25W,每天工作 24H，最长连续阴天数为 15 天，两个最长连续阴雨天最短间隔天数为 30 天，太阳能电池采用某厂生产的 38D975X400 型组件，组建标准功率为 38W，工作电压为 17.1V，工作电流为2.22A，蓄电池采用铅酸免维护蓄电池，浮充电压为 14V.其水平面的年平均日辐射量为 12110KJ/m2， KOP 为 0.885， 最佳倾角为16.13，计算蓄电池容量及光伏阵列功率 . ①蓄电池容量 Bc )(1200)(75.0/115)12/2425(2.1hTO hAhAcLLc NQAB③光伏阵列功率 P 192.01.17/)17.014()(NS UUUUUU OCCDfOCRhAhACKHIQ ZOPOCp 29.58.0885.0)10000/778.2(1211022.2hAhANQAB LLcb 90015)12/2425(2.1hAhAQ L 5012/242515)3029.5/()5030900(( )() NQQNBN wpcb LWp故光伏阵列功率：WWNNPP PSO 57015138