光伏系统设计与工程培训—光伏系统的组成部分

2008 BP SunOasis 光伏系统设计与工程培训 光伏系统的组成部分2 2008 BP SunOasis 光伏系统的组成部分 典型的光伏系统 并网光伏系统示意图 典型的光伏系统包括以下组 成部分： • 光伏组件阵列 • 附加的电力来源 (互补系 统) • 储能蓄电池 (离网系统& 并网系统) • 充电控制器 (离网系统& 并网系统)3 2008 BP SunOasis 光伏系统的组成部分 典型的光伏系统 离网光伏系统示意图 • 逆变器 • 交流与直流相关器 • 熔断器与断路器 • 导体(电缆与导线) • 安装支架 • 远程监控设备4 2008 BP SunOasis 光伏系统的组成部分 附加的电力来源 • 可采用多种不同电力来源 • 主要用于互补系统 • 包括光伏组件、蓄电池、风力发电机、 柴油或液化气发电机以及公共电网 • 电力能量主要来自于光伏部分 • 对于没有公共电网的地区，采用互补 系统可获得最大程度的连续电力 • 增加了整个系统的复杂程度5 2008 BP SunOasis 光伏系统的组成部分 蓄电池 • 可采用不同类型不同电压的蓄电池 • 通常采用VRLA 阀控铅酸免维护蓄电池 (Flooded Lead-Acid, Valve Regulated lead-Acid ) ，镉镍电池 NiCd • 通过串联蓄电池得到需要的电压 • 再并联蓄电池以满足容量需求 • 决定蓄电池选择的因素 • 负载工作电压 • 负载的容量–A h6 2008 BP SunOasis 光伏系统的组成部分 蓄电池 • 荷电状态(SOC) – 蓄电池中留存的能量(Ah)的百分比 • 放电深度(DOD) -蓄电池释放的能量(Ah)的百分比 • 自给天数 – 蓄电池可维持负载工作的天数 • 放电率或充电率 – • C-xx 充电率 – 以该充电电流充电，蓄电池将在‘xx’ 小时被 完全充满。 例如: 50 Ah 的蓄电池, C-10 充电率对应的充 电电流为 5 Amps • 循环寿命(Cycle life) – 蓄电池在其使用寿命结束前能够提供的最 大的充-放电循环次数7 2008 BP SunOasis 光伏系统的组成部分 蓄电池 • 正负极板发生的化学反应 • 放 电期间 - 正极活性物质PbO 2 与负极活性物质海绵状铅Pb 与电 解液H 2 SO 4 进行化学反应生产PbSO 4 ，引 起H 2 SO 4 减少，并在正 极板上生成H 2 O ，引起电解液比重降低。 • 充电期间 - 正极板上PbSO 4 氧化成PbO 2 ，负极板上PbSO 4 还原 成海绵状铅，同时生成H 2 SO 4 ，并消耗水。8 2008 BP SunOasis 光伏系统的组成部分 蓄电池 • 易形成酸分层 • 充电率低，放电深度大，长期处于欠充状态 • 导致蓄电池底部酸浓度高于顶部酸浓度 • 负极板底部硫酸盐化，正极板腐蚀和膨胀，寿命缩短 • 易形成大结晶 • 长期小电流充电易形成较大PbSO 4 颗粒 • 转换为PbO 2 的效率会降低 • 大颗粒减小了PbSO 4 的有效面积，加速极板的极化9 2008 BP SunOasis 光伏系统的组成部分 蓄电池 • 高充电电压设置引起的失效 • 日超充足时，易产生过充，引起其寿命缩短 • 常工作于低荷电状态 • 充电不足或负载超常规放电，也易使蓄电池长期工作在低荷电 状态，使得寿命降低10 2008 BP SunOasis 光伏系统的组成部分 充电控制器 • 离网系统或互补系统中使用的电气设备 • 保护蓄电池避免过充电与过放电 • 提高蓄电池的使用寿命 • 提高负载的使用效益 主要类型: • Shunt Control – 蓄电池充满时, 把光伏 组件阵列的输出分流到内部电阻或功率 模块上，以热的形式消耗掉。一般适用 于小型、低功率系统。11 2008 BP SunOasis 光伏系统的组成部分 充电控制器 • Series / Relay control – 当蓄电池电压到达设定值, PV阵列与蓄电池断开连 接(PV组件处于开路状态)。 适用于小型系统。 • Multi stage controller – 充电电流根据蓄电池的荷电 状 态(SOC) 而改变, 例 如， 低SOC 时提供大充电电流， 蓄电池接近满充状态时则减小充电电流。 满充状态下小充电电流会有益于蓄电池。 • Pulsed Charge Controller – 通过控制高频快速的脉冲电流对蓄电池进行充 电。 蓄电池接近满充状态时将减小脉冲的宽度。 充电控制器的选择: • 控制器的工作电压需要与系统电压相匹配 • 依据光伏阵列及负载的最大电流12 2008 BP SunOasis 光伏系统的组成部分 充电控制器 • Series / Relay control – 当蓄电池电压到达设定值, PV阵列与蓄电池断开连 接(PV组件处于开路状态)。 适用于小型系统。 • Multi stage controller – 充电电流根据蓄电池的荷电 状 态(SOC) 而改变, 例 如， 低SOC 时提供大充电电流， 蓄电池接近满充状态时则减小充电电流。 满充状态下小充电电流会有益于蓄电池。 • Pulsed Charge Controller – 通过控制高频快速的脉冲电流对蓄电池进行充 电。 蓄电池接近满充状态时将减小脉冲的宽度。 低SOC 状态充电脉冲 高SOC 状态充电脉冲13 2008 BP SunOasis 光伏系统的组成部分 铅酸蓄电池常见充电控制方法 • 恒流充电 – 开始充 电电流 偏小，充电后期电流偏大，整个充电过程时间长。 充电效率不高。光伏系统中不宜采用。改进型在充电后期限流。 改进型恒流充电特性14 2008 BP SunOasis 光伏系统的组成部分 铅酸蓄电池常见 充电控制方法 • 恒压充电 – 充电初 期，如 蓄电池放电深度过深，充电电流会很大。如蓄电 池电压过低，后期充电电流过小。光伏小系统中常采用。 恒压充电特性15 2008 BP SunOasis 光伏系统的组成部分 铅酸蓄电池常见 充电控制方法 • 三阶段充电 – 恒流-恒压-小电流浮充，克服恒流与恒压的缺点。 三阶段充电特性16 2008 BP SunOasis 光伏系统的组成部分 光伏系统 充电控制方法 • 蓄电池恒压充电 – 恒压控制电路(常用Buck电路)对蓄电池进行恒压充电。 • 光伏阵列恒电压(CVT)充电 – 温度变化不大时，太阳能光伏阵列最大功率点 输出电压基本稳定，充分利用太阳能。 光伏组件I-V特性曲线17 2008 BP SunOasis 光伏系统的组成部分 光伏系统 充电控制方法 • 最大功率点跟踪(MPPT) 充电 – 完 全 实时的对光伏组件最大功率点进行跟踪。 控制策略本质为自寻优过程，对 阵列当前输出电压与电流进行检测，得到当 前输出功率，再与被存储的前一 阶段的输出功率进行比较，舍小存大，然后 再检测再比较，周而复始，使得光伏阵列动态的工作于最大工作点上。 光伏组件I-V特性曲线18 2008 BP SunOasis 光伏系统的组成部分 充电控制器 充电控制器的选择: • 控制器的工作电压需要与系统电压相匹配 • 依据光伏阵列及负载的最大电流 充电控制器的其他功能: • 深放电保护 • 温度补偿 • 电压/ 电流指示 • 熔断器， 断路器， 防反二极管等保护器件 • 自动均衡充电(Automatic equalization) • 针对不同蓄电池用户自定义设置工作点19 2008 BP SunOasis 光伏系统的组成部分 逆变器： • 主要的功能是将光伏组件阵列产生的直流电转换成期望电压与频率的交流电 • 光伏阵列产生的能量取决于日照辐射的强度、组件温度以及组件的工作点。 • 光伏阵列需要在不同工作环境变量下能够使其能量输出最优化的转换设备。 直流(DC) 交流(AC)20 2008 BP SunOasis 光伏系统的组成部分 逆变器： 集中型逆变器(Central Inverter) ： • 适用于 10 kWp 的并网系统，多个并联的光伏组 件串(String)连接到单台逆变器的直流输入侧。 • 此类逆变器通常具有高转换效率与低损耗。 • 组件的匹配损耗(Mismatching-losses) 已经部分组 件的遮蔽效应也可能造成部分损耗。 • 可靠性 – 单台逆变器的故障将导致与其连接的全 部组件无法输出能量。21 2008 BP SunOasis 光伏系统的组成部分 逆变器： 组串逆变器(String Inverter): • 组件阵列被分成若干组串，各自连接到逆变器 • 减少了匹配损耗与遮蔽损耗 • 可靠性较好 • 大型光伏系统不适用 • 增加系统复杂程度22 2008 BP SunOasis 光伏系统的组成部分 逆变器: 多组串逆变器(Multi String inverters): • 由组串逆变器发展而来 • 集成了针对组串的多种技术 • 提高了灵活性 离网逆变器(Off-Grid inverters): • 转换直流为交流供给交流负载使用 • 同时也可利用其他电力来源给电池充电 (AC / DC) 互补系统逆变器(Hybrid Inverters): • 交流侧耦合多种发电设备 • 需同时对多种电力来源进行协同控制 • 互补系统的关键设备之一23 2008 BP SunOasis 光伏系统的组成部分 逆变器: • 方波输出(Square Ware) • 准正弦输出(Quasi-Sine Wave) • 正弦输出(Sine Wave)24 2008 BP SunOasis 光伏系统的组成部分 汇线箱、熔断器、断路器与电缆 直流汇线箱： • 将光伏组串的电流汇集起来送至逆变器直 流输出侧或充电控制器 • 大型光伏系统可使用多级汇线箱 熔断器与断路器： • 依据组串/ 阵列的最大电流对设备进行保护25 2008 BP SunOasis 光伏系统的组成部分 电缆： • 光伏系统的重要组成部分 • 系统中主要损耗来源之一 • 通常系统中的直流损耗大于交流损耗 • 通常电缆选取的原则是电缆造成的损耗3% • 导体的材料 • 铝 – 成本较低， 损耗较大 • 铜 – 成本较高， 损耗较小 • 针对不同的应用场合选用不同类型的电缆 汇线箱、熔断器、断路器与电缆26 2008 BP SunOasis 光伏系统的组成部分 • 提高系统电压可选择较小规格的电缆 • 汇线箱/ 逆变器的安装位置尽量靠近光伏组件阵列 汇线箱、熔断器、断路器与电缆 错误的连接 正确的连接27 2008 BP SunOasis 光伏系统的组成部分 安装支架： • 可选择不同类型的安装支架 • 屋顶安装 通常选择的类型 – SCHUCO, SOL 50, 28 2008 BP SunOasis 光伏系统的组成部分 安装支架： • Roof integrated – Solrif, Sol 25i, intersole • Facades – Curtain wall profiles • Ballasts - consoles29 2008 BP SunOasis 光伏系统的组成部分 安装支架： • 跟踪型支架(Trackers) – 水 平轴 Axis in horizontal position oriented to the south30 2008 BP SunOasis 光伏系统的组成部分 安装支架： • 安装支架 (Trackers) – Polar Axis Axis oriented to the south and tilted at an angle equal to the latitude31 2008 BP SunOasis 光伏系统的组成部分 安装支架: • 跟踪型支架(Trackers) – Azimuth Axis Rotation on a vertical axis32 2008 BP SunOasis 光伏系统的组成部分 安装支架： • 跟踪型支架(Trackers) – Double Axis Second axis Vertical axis Always perpendicular to the sun33 2008 BP SunOasis 光伏系统的组成部分 安装支架： Trackers – Azimuth Trackers – Polar34 2008 BP SunOasis 光伏系统的组成部分 安装支架： • Holding devices for PV on structures • Diamond fasteners • Mupro Clips35 2008 BP SunOasis 光伏系统的组成部分 远程监控设备： • 日辐射探头、风速仪、组件及环境温度检测 探头等 • 汇线箱中可集成电压电流检测器件 • 逆变器具备与PC 通信功能 • 相关的监控操作软件 • 通过互联网远程监控运行数据36 2008 BP SunOasis 光伏系统的组成部分 远程监控设备： 光伏组件 显示终端 数据收集 气象数据 远程电脑 数据 RS 232 /RS 485 link2008 BP SunOasis THANK YOU !!!