户用型独立光伏系统设计

户用型独立光伏系统设计 在能源短缺，环境污染日益严重的今天，充分开发并合理利用太阳能是世界各国政府可持 续发展的能源战略决策，其中光伏发电最受瞩目。太阳能光伏发电安全可靠，无噪声，无污染无 需消耗燃料，故障率低，维护简单，建设周期短，无需架设输电线路，可以独立完成发电供电任 务。这些优点都是常规发电和其他发电方式所不及的。 一、独立光伏系统的组成 通常的独立光伏发电系统主要由太阳电池方阵、蓄电池、控制器以及阻塞二极 管组成。 蓄电池组是太阳电池方阵的贮能装置，其作用是将方阵在有日照时发出的多余 电能贮存起来，在晚间或阴雨天供负载使用。 3 i1 _ s! `* }7 n 在光伏发电系统中，蓄电池处于浮充放电状态，夏天日照量大，除了供给负载用电 外，还对蓄电池充电；在冬天日照量少，这部分贮存的电能逐步放出，在这种季节 性循环的基础上还要加上小得多的日循环，白天方阵给蓄电池充电， （同时方阵还要 给负载用电） ， 晚上则负载用电全部由蓄电池供给。 因此， 要求蓄电池的自放电要小， 而且充电效率要高，同时还要考虑价格和使用是否方便等因素。常用的蓄电池有铅 酸蓄电池和硅胶蓄电池，要求较高的场合也有价格比较昂贵的镍镉蓄电池。 肖特基或锗管 0.3V 左右。也称作为反充二极管或隔离二极管，其作用是利用二 极管的单向导电性阻止无日照时蓄电池通过太阳电池方阵放电。对阻塞二极管的要 求是工作电流必须大于方阵的最大输出电流，反向耐压要高于蓄电池组的电压。在 方阵工作时，阻塞二极管两端有一定的电压降，对硅二极管通常为 0.6V。 太 设计太阳电池组件要满足光照最差季节的需要。在进行太阳电池组件设计的时候， 首先要考虑的问题就是设计的太阳电池组件输出要等于全年负载需求的平均值。在 那种情况下，太阳电池组件将提供负载所需的所有能量。但这也意味着每年都有将 近一半的时间蓄电池处于亏电状态。蓄电池长时间内处于亏电状态将使得蓄电池的 极板硫酸盐化。而在独立光伏系统中没有备用电源在天气较差的情况下给蓄电池进 行再充电，这样蓄电池的使用寿命和性能将会受到很大的影响，整个系统的运行费 用也将大幅度增加。太阳电池组件设计中较好的办法是使太阳电池组件能满足光照 最恶劣季节里的负载需要，也就是要保证在光照情况最差的情况下蓄电池也能够被 完全地充满电。这样蓄电池全年都能达到全满状态，可延长蓄电池的使用寿命，减 少维护费用。如果在全年光照最差的季节，光照度大大低于平均值，在这种情况下 仍然按照最差情况考虑设计太阳电池组件大小，那么所设计的太阳电池组件在一年 中的其它时候就会远远超过实际所需，而且成本高昂。这时就可以考虑使用带有备 用电源的混合系统。但是对于很小的系统，安装混合系统的成本会很高；而在偏远 地区，使用备用电源的操作和维护费用也相当高，所以设计独立光伏系统的关键就 是选择成本效益最好的方案。 蓄电池的设计思想是保证在太阳光照连续低于平均值的情况下负载仍可以正常工 作。我们可以设想蓄电池是充满电的，在光照度低于平均值的情况下，太阳电池组 件产生的电能不能完全填满由于负载从蓄电池中消耗能量而产生的空缺，这样在第 一天结束的时候，蓄电池就会处于未充满状态。如果第二天光照度仍然低于平均值， 蓄电池就仍然要放电以供给负载的需要，蓄电池的荷电状态继续下降。也许接下来 的第三天第四天会有同样的情况发生。但是为了避免蓄电池的损坏，这样的放电过 程只能够允许持续一定的时间，直到蓄电池的荷电状态到达指定的危险值。为了量 化评估这种太阳光照连续低于平均值的情况，在进行蓄电池设计时，我们需要引入 一个不可缺少的参数：自给天数，即系统在没有任何外来能源的情况下负载仍能正 常工作的天数。这个参数让系统设计者能够选择所需使用的蓄电池容量大小。 一般来讲，自给天数的确定与两个因素有关：负载对电源的要求程度；光伏系统安 装地点的气象条件即最大连续阴雨天数。通常可以将光伏系统安装地点的最大连续 阴雨天数作为系统设计中使用的自给天数，但还要综合考虑负载对电源的要求。对 于负载对电源要求不是很严格的光伏应用， 我们在设计中通常取自给天数为 3～ 5 天。 考虑光伏系统的安装地点，如果在很偏远的地区，必须设计较大的蓄电池容量，因 为维护人员要到达现场需要花费很长时间。 光伏系统中使用的蓄电池有镍氢、镍镉电池和铅酸蓄电池，但是在较大的系统中考 虑到技术成熟性和成本等因素，通常使用铅酸蓄电池。在下面内容中涉及到的蓄电 池没有特别说明指的都是铅酸蓄电池。 蓄电池的设计包括蓄电池容量的设计计算和蓄电池组的串并联设计。首先，给出计 算蓄电池容量的基本方法。 考虑的计算修正因子，我们可以得到如下蓄电池容量的最终计算公式。 蓄电池容量 ＝ C LL C TNKQ 0 K 为安全系数， K 取 1.2 ； LQ 为日平均耗电量， 即等于工作电流乘以日工作小时数； LN 为最长阴雨天数； 0T 为温度修正系数，取 1； CC 为放电深度； 建立一套 300W光伏供电系统给一个地处偏远地区照明供电。工作电流为 5 安培每天 工作 24 小时。 该系统所处的地点的 24 小时平均最低温度为 2℃， 系统的自给时间 ( 最 大阴雨天数）为 5 天。使用深循环工业用蓄电池（最大 DOD为 80％） 。因为有光照时 电池处在充电状态，所以电池的每天工作时间取为 14 小时。 因为该光伏系统在所地区的 24 小时平均最低温度为 2℃，所以必须修正蓄电池的最 大允许放电深度。由最大放电深度——蓄电池温度的关系图我们可以确定最大允许 放电深度为 75％。温度修正因子为 1 因此蓄电池容量为： 蓄电池容量＝ 75.0 155142.1 ＝ Ah560