2013年太阳能光伏发电技术期终试卷及答案

2013 年太阳能光伏发电技术期终试卷一、填空题1. 标准的住宅用太阳能发电装置为 3kW，假设设备寿命为 20 年，每天发电 4h，则总共可发电 kWh。2. LCA 指标的含义是生活必需品从制造到废弃过程中直接或间接消耗的能量。若评价对象是 太 阳 能 发 电 ， 则 LCA 包 含 EPT 和 两 个 内 容 。 EPT 是指 。3. 日照强度是指 。4. 光伏电池的变换效率为 。5. 太阳能发电系统中除去光伏电池阵列和台架外，统称外围设备。外围设备主要含有两个重要装置，一是 ，二是 。6. 超级电容器分为三类： （ 1） ，为了储存更多的电荷，极化电极应有尽可 能 大 的 。 正 因 为 如 此 ， 该 电 容 器 以 表 面 活 性 炭 作 为 电 极 ；（ 2） ，是采用金属氧化物或导电聚合物作为特殊电极材料。在电极面积相同的情况下，该电容器有很高的 ； （ 3），在两极分别采用不同的电极材料，一极是形成 电容器的 ，另一极是利用 电容器储能的 。因而它集优点于一体，同时可以具备较高的 和 。7. VRLA 蓄电池充电过程有三个阶段（如下图） ：初期（ oa）电压 ；图 1 蓄电池充电时端电压的变化中期 （ ab） 电压 ， 延续时间较长； b 点开始为充电末期， 电压 ；接近 d 点时，蓄电池中的水被电解，应立即停止充电防止损坏蓄电池。所以对蓄电池充电，通 常 采 用 的 方 法 是 在 初 期 、 中 期 ， 恢 复 蓄 电 池 的 容 量 ； 在 末 期 采用 。8. 为提高发电效率的最大功率点跟踪（ MPPT）控制，现已取得了多种控制算法，其中最常用的是 法和 法。9. 逆变器的基本功能是。二、设计题1. 太阳能发电系统有独立型和系统联系型两种。 独立性常用于小容量用户或无电地区， 需要提供蓄电池等储能设备。系统联系型主要用于大容量用户，可以不带储能装置，但必须和商用电网联网，在允许的情况下可向电力公司出售剩余电力。试画出（ 1）独立系统结构图； （ 2）系统联系型结构图2. 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，最长连续阴雨天为 15 天，两最长连续阴雨天最短间隔天数为 30 天，光伏电池采用云南半导体器件厂生产的 38D975× 400 型组件，组件标准功率为 38W，工作电压为 17.1V，工作电流为2.22A，蓄电池采用免维护铅酸蓄电池，浮充电压为 14V。其水平面年平均日辐射量为12110kJ/m2， Kop 值为 0.885，最佳倾角为 16.13o，试计算光伏电池方阵功率计蓄电池容量。3. MPPT 的实质是实时地改变太阳能电池的工作点电压，使工作点电压始终等于最大功率点处的电压，从而实现最大功率点跟踪。请写出独立光伏发电系统采用的最大功率点跟踪方法的工作步骤。4. 60W 太阳能路灯系统设计。设计条件：太阳能路灯光源功率为 30W 2 只，共 60W，工作电压为直流 12V，每夜累计照明时间为 7h，太阳能电池组件平均每天有效接收光照时间为 4.5h，输出电压为 17.4V。（ 1）计算负载电流；（ 2）计算蓄电池的容量需求；（ 3）计算太阳能电池组件的峰值功率（注：太阳能电池组件预留 20%的容量） 。2013 年太阳能光伏发电技术期终试卷一、填空题1. 标准的住宅用太阳能发电装置为 3kW，假设设备寿命为 20 年，每天发电 4h，则总共可发电 87600 kWh。2. LCA 指标的含义是生活必需品从制造到废弃过程中直接或间接消耗的能量。若评价对象是太阳能发电，则 LCA 包含 EPT 和 CO2 排放 两个内容。 EPT 是指 新能源开发投资的回收时间 。3. 日照强度是指 用单位面积、单位时间表示的能量密度 。4. 光伏电池的变换效率为 100%最大输出功率日照强度 光伏电池受光面积5. 太阳能发电系统中除去光伏电池阵列和台架外，统称外围设备。外围设备主要含有两个重要装置，一是 功率控制器 ，二是 系统联系的保护装置 。6. 超级电容器分为三类： （ 1） 双电层电容器 ，为了储存更多的电荷，极化电极应有尽可能大的 比表面积 。 正因为如此， 该电容器以表面活性炭作为电极； （ 2） 法拉第准电容器 ，是采用金属氧化物或导电聚合物作为特殊电极材料。在电极面积相同的情况下，该电容器有很高的 容量 ； （ 3） 混合型超级电容器 ，在两极分别采用不同的电极材料，一极是形成 双电层 电容器的 炭材料 ，另一极是利用 法拉第准电容器 电容器储能的 金属氧化物电极 。因而它集优点于一体，同时可以具备较高的 比功率 和 循环寿命 。7. VRLA 蓄电池充电过程有三个阶段（如下图） ：初期（ oa）电压 快速上升 ；图 1 蓄电池充电时端电压的变化中期（ ab）电压 缓慢上升 ，延续时间较长； b 点开始为充电末期，电压 开始上升 ；接近 d 点时，蓄电池中的水被电解，应立即停止充电防止损坏蓄电池。所以对蓄电池充电，通常采用的方法是在初期、中期 快速充电 ，恢复蓄电池的容量；在末期采用 小电流长期补充电 。8. 为提高发电效率的最大功率点跟踪（ MPPT）控制，现已取得了多种控制算法，其中最常用的是 观察 法和 电导增量 法。9. 逆变器的基本功能是 将直流电转变为交流电 。二、设计题1. 太阳能发电系统有独立型和系统联系型两种。 独立性常用于小容量用户或无电地区， 需要提供蓄电池等储能设备。系统联系型主要用于大容量用户，可以不带储能装置，但必须和商用电网联网，在允许的情况下可向电力公司出售剩余电力。试画出（ 1）独立系统结构图； （ 2）系统联系型结构图解：光伏电池阵列 逆变器 交流负荷蓄电池直流电 交流电太阳光独立系统结构图光伏电池阵列 逆变器 交流负荷直流电 交流电太阳光电力网系统联系型结构图2. 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，最长连续阴雨天为 15 天，两最长连续阴雨天最短间隔天数为 30 天，光伏电池采用云南半导体器件厂生产的 38D975× 400 型组件，组件标准功率为 38W，工作电压为 17.1V，工作电流为2.22A，蓄电池采用免维护铅酸蓄电池，浮充电压为 14V。其水平面年平均日辐射量为12110kJ/m2， Kop 值为 0.885，最佳倾角为 16.13o，试计算光伏电池方阵功率计蓄电池容量。解： （ 1）蓄电池容量 Bc LLPQ NV025 11.2 24 1512 0.751200L Lc cKQ N TBCAh（ 2）光伏电池方阵功率 P 串联数为14 0.7 117.10.92 1RsDCf d cDCUNUU U UU光伏电池组件的日发电量2.7782.22 12110 0.885 0.8100005.29P oc op zQ I HK CAh光伏电池组件的日安时数251.2 24 1512900cb L LB KQ NAh并联数为900 30 50 155.29 30cb w LPP wB N QNQ N故光伏电池方阵功率为038 1 15 570s pP P N N（ 3）计算结果该地面维修接收站需光伏电池方阵功率为570W，蓄电池容量为 1200Ah。6 3. MPPT 的实质是实时地改变太阳能电池的工作点电压， 使工作点电压始终等于最大功率点处的电压， 从而实现最大功率点跟踪。 请写出独立光伏发电系统采用的最大功率点跟踪方法的工作步骤。解：步骤 1 用微处理器作为该最大功率点跟踪控制器，检测太阳能电池光伏阵列的输出电压 Vn、电流 In。步骤 2 微处理器判断当前输出电压 Vn 和上一控制周期的输出电压采样值 Vb 之差 Δ V，若 Δ V=0，则判断当前输出电流 In 和上一控制周期的输出电流采样值 Ib之差 Δ I ；若 Δ V≠0 ，则判断 Δ I/ Δ V 是否等于 -I/V 。步骤 3 根据步骤 2 的判断结果，若 Δ I=0，则 Vb=Vn， Ib=In；若 Δ I/ Δ V= - I/V ，则 Vb=V n， Ib=In。步骤 4 根据步骤 3 的判断结果，若 Δ I ≠0，则判断 Δ I >0 否；若 Δ I/ Δ V≠ - I/V ，则判断 Δ I/ Δ V>-I/V 否。步骤 5 根据步骤 4 的判断结果，若 Δ I>0，则微处理器控制方波发生电路和与该电路串接脉宽调制脉冲形成电路， 产生脉宽调制脉冲去减小连接在太阳能电池光伏阵列输出端的 BUCK 电路的占空比，并使得 Vb=V n， Ib=In。若 Δ I/ Δ V>-I/V ， 则微处理器按步骤 5 的方法减小占空比， 并使得 Vb=V n，Ib=In；若 Δ I/ Δ V<-I/V ， 则微处理器按步骤 5 的方法增大占空比， 并使得 Vb=V n，Ib=In；若 Δ I<0， 则则微处理器按步骤 5 的方法增大占空比， 并使得 Vb=Vn， Ib=I n。4. 60W 太阳能路灯系统设计。 设计条件： 太阳能路灯光源功率为 30W 2 只， 共60W，工作电压为直流 12V，每夜累计照明时间为 7h，太阳能电池组件平均每天有效接收光照时间为 4.5h，输出电压为 17.4V。最长连续阴雨天为 5 天。（ 1）计算负载电流；解： I=60W/12V=5A 7 （ 2）计算蓄电池的容量需求；解： C=5A× 7h× (5+1)=210(Ah) （ 3）计算太阳能电池组件的峰值功率（注：太阳能电池组件预留 20%的容量） 。解： Wp=(5A× 7h× 120%)× 17.4V/4.5h=162(W)