太阳能发电系统的设计和应用.pdf

1艾默生深圳公司讲座技术部分2009年 7月 20日 深圳太阳能光伏系统的设计和应用王斯成 研究员国家发改委能源研究所1、光伏发电系统的分类2、太阳能资源评估3、与建筑结合的光伏发电系统（ BIPV ）4、 BIPV 实例5、发电侧并网的大型光伏电站（ LS-PV ）6、聚光太阳电池介绍7、自动跟踪系统介绍8、大型并网光伏电站的设计要点9、光伏发电系统的技术标准目 录231、光伏发电系统分类光伏发电系统分类35独立光伏发电系统配置控制器蓄电池组直流 / 交流逆变器 交流负载直流负载太阳能电池方阵6直流光伏发电系统DC 9W X 2pcsenergy saving lamp12V-5Acharging controllerbattery12V/40Ah20Wp PV module47交流光伏发电系统100Wp PV module21 inchcolor TVcharging controllerbattery 12V/150AhAC energysaving lampDC/AC inverter8光伏电站设备配置图太阳电池蓄电池组输入防雷隔离箱太阳能充电控制器直流 / 交流逆变器输出电子限荷器交流配电设备输出防雷隔离箱可选柴油发电机组可选整流充电设备59风光互补发电系统AC Loads10与建筑结合的并网光伏发电系统（ BIPV）特点：1、并网点在配电侧；2、电流是双向的，可以从电网取电，也可以向电网送电；3、分 “ 上网电价 ”并网方式 ” （双价制）和 “ 净电表计量 ” 方式（平价制）。①太阳电池 ②开关 / 保护 / 防雷 ③电缆 ④并网逆变器 ⑤电度表（光伏电量）611输电（发电）侧大型并网荒漠光伏电站（ LS-PV ）技术特点： 1、在发电侧并网； 2、电流是单方向的； 3、不能自发自用和 “ 净电表计量 ” ，只能给出 “ 上网电价 ” 。122、太阳能资源评估713中国水平面太阳辐射分布图< 2.9 < 1050 < 3780 IV一般2.9 – 3.8 1050 – 1400 3780 – 5040 III较丰富带3.8 – 4.8 1400 – 1750 5040 – 6300 II很丰富带≥ 4.8 ≥ 1750 ≥ 6300 I最丰富带平均日辐射量（ kWh/m 2）年总辐射量（ kWh/ m 2）年总辐射量（ MJ/ m 2）资源带号等级14中国西部 9省太阳辐射资源统计1828.416582.28 1610.80 5798.87 5519.46 6284.31 平均1554.8355597.4281439.66 5182.784848.386156.72云南1511.1345440.08401314.03 4730.514730.514730.51陕西1761.3656340.91401531.62 5513.845513.845868.3山西1849.4926658.17421651.33 5944.85944.85944.8宁夏1738.6656259.19401511.88 5442.785442.786458.52甘肃1962.3247064.37401706.37 6142.936142.936951.76青海1929.8776947.56451678.15 6041.355658.476195.18内蒙古2453.4188832.31302190.55 7885.996088.597910.65西藏1694.6016100.56451473.57 5304.845304.846342.31新疆省会倾斜面年利用小时数（小时）省会倾斜面年总辐射量（ MJ/m2)方阵倾角（度）省会水平面年利用小时数（小时）省会水平面年总辐射量（ MJ/m2)全省年最低总辐射量（ MJ/m2)全省年最高总辐射量（ MJ/m2)省中国西部 9省太阳能资源统计815中国东部 17省太阳辐射资源统计1502.045407.35 1364.65 4912.75 4872.12 4985.16 平均1445.0495202.18351313.68 4729.254729.254729.25上海1636.4795891.33421461.14 5260.115260.115260.11天津1748.4486294.41421561.11 5620.015620.015620.01北京1494.825381.35251423.64 5125.15125.15125.1海南1318.3494746.06351198.50 4314.64314.64751.82浙江1323.2214763.59301225.21 4410.744410.744410.74福建1483.6215341.04351348.75 4855.494855.494855.49江苏1449.6245218.65301342.24 4832.084630.65045.26江西1618.7575827.53451407.61 5067.414903.145068.67辽宁1521.955479.02401323.43 4764.364764.365095河南1636.5165891.46401423.06 5123.014761.445123.01山东1377.744959.86351198.03 4312.924047.914312.92湖北1343.414836.28251243.90 4478.034478.035161.46广东1608.2095789.55451398.44 5034.394640.645034.39吉林1378.7734963.58251276.64 4595.914294.114595.91广西1558.3235609.96421391.36 5008.895008.895008.89河北1496.1795386.24501301.03 4683.694442.924683.69黑龙江省会倾斜面年利用小时数（小时）省会倾斜面年总辐射量（ MJ/m2)方阵倾角（度）省会水平面年利用小时数（小时）省会水平面年总辐射量（ MJ/m2)全省年最低总辐射量（ MJ/m2)全省年最高总辐射量（ MJ/m2)省中国东南沿海 17省市太阳辐射资源统计16中国最差 4省太阳辐射资源统计1204.494336.16 1083.03 3898.89 3740.79 4226.81 平均1139.38 4101.78 301054.99 3797.95 3471.07 4672.40 贵州1179.89 4247.62 351053.48 3792.51 3486.96 4229.74 四川1211.50 4361.39 351053.48 3792.51 3792.51 3792.51 安徽1287.19 4633.86 301170.17 4212.60 4212.60 4212.60 湖南省会倾斜面年利用小时数（小时）省会倾斜面年总辐射量（ MJ/m2)方阵倾角（度）省会水平面年利用小时数（小时）省会水平面年总辐射量（ MJ/m2)全省年最低总辐射量（ MJ/m2)全省年最高总辐射量（ MJ/m2)省中国最差 4省太阳辐射资源统计917全国平均不同发电系统的年利用小时数独立光伏电站效率： 60-65% ；建筑并网光伏发电效率： 70-75% ；大型并网光伏电站效率： 75-80% 。1350125011001665.23 1487.73 全国平均1250120010001502.041364.65 东南沿海1540145012501828.411610.80 西北地区开阔地并网系统有效利用时数建筑并网系统有效利用时数独立光伏电站有效利用时数倾斜面年太阳辐射（ kWh/m2)水平面年太阳辐射（ kWh/m2)不同地区18www. RETScreen .net 网站主页1020RETScreen ? 软件的标准分析步骤? Minister of Natural Resources Canada 2001 –2002.113、 与建筑结合的光伏发电（ BIPV)22光伏为什么要与建筑相结合 ?? 建筑能耗占到 50％，光伏发电与建筑结合可以有效地削减建筑用电；? 发电上网最为方便，不需要架设输电线路；? 发电无需额外占地；? 光伏发电可以安装在任何地方而能够被人们接受（风力发电则不同）；? 建筑是最能表现拥有者生活态度和生活方式的事物 。标语写着：不要风能！说明个别人不喜欢风力发电的噪声，而光伏没有噪声，可以被任何人接受。1223与建筑结合的太阳电池组件所应具有的功能24太阳电池的种类? 晶体硅太阳电池 : 圆形或方形的硅片；? 薄膜太阳电池 : 在玻璃或其它材料的衬底上沉积（非晶硅、 CIS, CdTe ）? 复合型太阳电池 (Sanyo, J): 硅材料衬底上沉积非晶硅薄膜。各种薄膜太阳电池 :CIS： 9 %amourphous silicon ： 5％－ 8％CdTe ： 7 to 8 %各种晶体硅太阳电池效率： 12％－ 16 ％1325电气连接方式? 标准太阳电池组件的接线盒是放在组件背后；? 与建筑结合的太阳电池组件：接线盒放在太阳电池组件的侧面。[Source: Flabeg]26设计的选择? 颜色： 太阳电池本身的颜色和太阳电池的背景颜色；? 透光性： 双面玻璃封装，非晶硅薄膜组件，透光性晶体硅太阳电池；? 太阳电池和太阳电池组件的形状： 方形和圆形太阳电池，直边或斜边太阳电池组件；? 太阳电池组件的尺寸： 0,05 to 4 m2? 形变： 弯曲的或柔性的太阳电池组件1427什么地方可以安装太阳电池附加的特性：? 太阳电池与建筑结合后还具有最为重要的特性 ———— 发电。? 传统的建筑材料被太阳电池组件替代后还具有独特的光学效果。 . 安装方式on a in a sloped on a in a flat in front of cold / warm glazed sunshadesloped roof roof flat roof roof the facade facade roof28采用普通太阳电池板的光伏建筑一体化系统? 最普通的安装方式 : 将标准组件通过导轨安装在倾斜的或平面屋顶。1529采用光伏瓦安装的光伏建筑一体化实例荷兰 Lafarge公司30采用标准组件的太阳能光伏建筑一体化实例专用光伏建筑构件与屋面和常规建材的结合天衣无缝采用普通组件安装在托架或导轨上看起来也不错1631安装在平面屋顶上的太阳能发电系统（ 作为建筑材料 ）32安装在南立面上的太阳电池组件1733作为遮阳玻璃非晶硅太阳电池显然优于晶体硅太阳电池电池晶体硅太阳电池制作的玻璃幕墙（光线欠柔和，影像也不太美观）非晶硅太阳电池制作的玻璃幕墙（光线柔和，投影也很和谐）34太阳能遮阳设备1835太阳能遮阳设备36所需要的安装面积? Required area for PV generators with different cell types? 不同朝向安装的太阳电池的发电量 :– 假定向南倾斜纬度角安装的太阳电池发电量为 100；– 其它朝向全年发电量均有不同程度的减少。1937组件的遮挡和通风? 好的通风条件对于冷却太阳电池组件很重要：– 温度升高将减少发电量；– 组件温度取决于安装方式。ggggggdg 22 K0,0 %1,8 %2,1 %2,6 %3,6 %4,8 %5,4 %8,9 %28 K29 K32 K35 K39 K43 K55 KFacade integration, no ventilationRoof integration, no ventil.ationOn / in facade, poor ventil.On / infacade,good ventilationOn / in roof, poor ventilationOn / in roof, good ventil.On roof with large gapFreestanding? 应当尽量避免遮挡 ：– 对于晶体硅太阳电池，很小的遮挡就会引起很大的功率损失；– 遮挡对于薄膜电池的影响要小得多。38并网光伏建筑的电气方案 1： “ 上网电价 ” 方式特点：1、电网公司以高电价收购 PV电量；2、用户缴纳常规低价电费；3、 PV电表接在用户电表之前（电网一侧）。2039并网光伏建筑的电气方案 2： “ 净电表计量 ” 方案特点： 1、电力公司不用高价收购 PV电量； 2、允许抵消用电量（自发自用）；3、 PV计量电表装在用户电表之后（负载一侧）。40“ 净电表计量 ” 三相电接线方案逆变器太阳电池用户缴费的电表计量 PV电量的电表2141“ 防逆流 ” 保护装置工作环境?环境温度：－ 10 oC~＋ 50 oC?相对湿度： 5%~95%?大气压力： 70~105 kPa电源?电压：交流 220V单相 (－ 15%~＋ 10%)?频率： 50Hz ± 1Hz装置额定数据?交流电流： 5A?交流电压： 100V?频率： 50Hz?功耗： ≤ 0.5 VA／相测量精度?交流电流： ± 0.5%?交流电压： ± 0.5%?有功功率： ± 3%?无功功率： ± 3%?频率： ± 0.01Hz 主要功能?方向功率保护?电量计量?故障记录?保护控制信号输出：常开或常闭触点 3对。装置尺寸： 宽×深×高＝ 222× 230× 267mm 4210KVA室外型并网逆变器2243老楼改造 (3)44老楼改造 (4)2345老楼改造 (5)4、 BIPV 实例2447荷兰 1MWp BIPV 项目48柏林火车站 200KWp BIPV 项目2549美国 UNI-Solar 的柔性太阳电池50荷兰零能源、零排放建筑2651德国与建筑结合的光伏发电 BIPV52德国 “ 阿森纳 ” 太阳城 BIPV 之一： 30KWp275330KWp 系统的街头显示系统54日本光伏建筑一体化2855别墅屋顶光伏发电系统2.85KW 德国56德国并网光伏发电项目562957悉尼奥运村大道上的太阳能灯塔58三洋公司太阳能飞艇3059西班牙太阳能方阵605kWp PV Grid Connected System, 1998