太阳能电池应用设计简介.pdf

太阳能系统设计简介太阳能系统设计简介随着传 统能源的日益紧缺 ，太阳能的应 用将会越来越广泛 ，尤其太阳能 发电领域在短短 的数年时间内已 发展成为成熟的朝 阳产业。以下为 太阳能系统设计的 简单介绍⑴ 列出基本数据① 确定所有负载功率及连续工作时间② 确定地理位置：经、纬度及海拔高度③ 确定安装地点的气象资料：★ 年（或月）太阳辐射总量或年（或月）平均日照时数★ 年平均气温和极端气温★ 最长连续阴雨天数★ 最大风速及冰雹等特殊气候资料⑵ 确定负载功耗： Q=Σ I · H 其中： I- 负载电流， H-负载工作时间（小时）⑶ 确定蓄电池容量： C = Q *d *1.3 式中： d- 连续阴雨天数 C- 蓄电池标称容量（ 10 小时放电率）C = （ 10～ 20）× Cr / （ 1-d ）4 根据蓄电池容量、充电电压、环境极限温度、太阳电池方阵电压及功率要求，选取适合的太阳电池组件 。以下提供太阳 能路灯系统电池板和蓄电池配置 计算方法：系统基本参数 要求 :如： 12V 蓄电池 系统； 30W 的灯 2 只，共 60 瓦。每天工作 7 小时 ,要求连续阴雨天数为 6 天 . 一：首先 计算出电流：电流 ＝ 60W ÷ 12V ＝ 5 A 二：计算 出蓄电池容量需求：蓄电池 ＝ 5A × 7h × （ 5＋ 1）天 ＝ 5A × 42h ＝ 210 AH 另外为了 防止蓄电池过充和过放，蓄电池一般充 电到 90 ％左右；放电余留 20％左右。所以 210AH 也只 是应用中真正标准的 70 ％左右。三：计算 出电池板的需求峰值（ WP ）：★：电池 板平均每天接受有效光照时间为 4.5 小时（ h）；最少放宽 对电池板需求 20 ％的 预留额。WP ÷ 17.4V ＝ （ 5A × 7h × 120 ％） ÷ 4.5h WP ÷ 17.4V ＝ 9.33 WP ＝ 162 （ W）★ ： 4.5h 每天光照时间为长江中下游附 近地区日照系数。另外在太 阳能路灯组件中，线损、控制器的损耗 、及镇流器或恒流 源的功耗各有不同，实际应用 中可能在 5％ -25 ％左右。所以 162W 也只是理论值，根据实际情况需要有所增加。光伏系统设计和建造中常见的一些问题在建立光伏系统时， 一定要经过仔细的最优化设计， 以确定最适当的光伏方阵和蓄电池组的容量匹配，尽量做到可靠、经济、合理。一定要加以足够的重视，必须改变重器件轻系统的观念。任何疏忽，都可能造成严重后果。1 为了迎合造价低廉的要求， 设计容量明显不足， 有的甚至连最基本的能量守恒定律都不能满足， 这种现象在光伏户用电源或光伏照明电源中并不少见， 经常出故障在所难免， 严重影响了光伏产品的声誉。2 容量过大，增加了投资，造成浪费有些光伏公司在我国工业应用的光伏电源系统， 设计容量往往偏大， 对于一般用途的光伏系统，蓄电池每月的荷电状态也几乎都是 100%（即蓄电池放电深度为零），个别月份也都在80~90% 以上。显然这种设计很不合理。究其原因，与其说是为了增加安全系数，不如说是利益的驱使， 因为多数用户不懂光伏系统设计， 最多只能在光伏组件的价格上讨价还价， 却不知道在总投资上增加了很多不必要的支出。3 蓄电池容量偏大，容易形成充电不足原来的设计方法中， 确定蓄电池容量等于全年各月光伏发电亏欠量总和， 再加上当地连阴雨天数， 这样使得蓄电池容量太大， 相对而言光伏方阵规模太小， 蓄电池本身还有自放电等消耗，会使得蓄电池经常处于欠充状态，系统很难正常工作。4 安装时不注意光伏方阵的方向及倾角对于固定式光伏方阵， 通常都要求朝向赤道， 倾斜安装。 这样有两个好处： 一是全年方阵面上接收的太阳辐射量要比水平放置的多； 二是由于蓄电池有额定容量的限制， 夏季太阳辐射量大， 蓄电池充满后， 就不能再充， 这会造成能量的浪费。 而冬天往往由于太阳辐射量小而使得蓄电池充电不足。在方阵倾斜放置时，会使方阵面上冬季月份接收的太阳辐射量增加，夏季月份接收的太阳辐射量削弱， 使得全年趋于均衡， 这样对蓄电池充电有利。 所以， 在独立光伏电源系统中， 除了光伏方阵安装在车、 船等运动的底座上， 由于无法保证方阵面随时朝向赤道， 只能水平放置外， 一般情况下方阵面都应倾斜安装， 其倾角根据使用地点不同而有个最佳值。 然而， 有些厂家生产的太阳能庭院灯等产品， 竟然将挂在外墙上等， 这些都会影响光伏系统的正常工作。5 不重视太阳电池组件的性能匹配在较大容量的光伏系统中， 往往要将许多太阳电池组件串、 并联，以满足负载的需要。 由于制造过程中， 各片太阳电池的性能参数不可能完全保持一样， 所以在封装组件时， 要将单体太阳电池进行选配， 使工作电流相近的串成一组。 否则， 只要有一片太阳电池的工作电流偏低， 就会影响整串电池的电流输出。 同样， 在安装较大容量的光伏系统时， 由于各块组件的性能有差别， 也应将工作电流相近的串在一起， 在并联时挑选工作电压相近的， 否则会影响总的输出功率。这点在实际安装时常常容易忽视。目前常用的光伏组件一般都是由 36 片太阳电池串联起来， 给 12V 蓄电池充电，由于晶体硅太阳电池的电压温度系数大约为 -2.3mv/ 0c，随着温度升高，最佳工作电压会下降，所以有的生产厂家将组件中的单体太阳电池片增加到 38 片串联，以保证夏天高温时充电的需要。其实，在多数情况下并无必要，因为在标准测试条件下，一块组件的峰值工作电压约为17.3V，当温度上升到 60 0C 时，峰值工作电压降为 14.4V ，仍可勉强充电，当然这时充电效率会下降， 但应考虑到夏天天热时， 太阳辐射量也大， 有一定补偿作用。 而且对一般地区而言，夏天高温天数毕竟不多，每个组件要增加 1/18 的成本，全年可能得不偿失。所以除了常年高温的热带地区以外，没有必要采用 38 片太阳电池的组件。6 控制器功能不适当对于光伏系统的正常运行， 控制器起着相当大的作用。 不同用途和规模的光伏系统， 对控制器功能的要求不一样。 控制器的好 坏直接影响到太阳能系统的组件 寿命以及整个系统的可靠性，一：应该选择 功耗较低，充电效率高的的控制 器，控制器 24 小时不间断工 作，如其自身功耗 较大， 则会消耗部分电能 ,最好选择功耗在 1 毫安（ MA ） 以下的控制器 。二：应该注重控制器对蓄电池等组 件的保护功能， 像具有涓流充 电模式的控制器就可以很好的 保护蓄电池，增加蓄电池的寿命，另外设置控 制器欠压保护值时，尽量把欠压保护值 调在 ≥ 11.1V ，防止 蓄电池过放。三 : 控制器的防水 ，控制器一般装于灯罩 、电池箱中 ，一般也不会进水 ，但在实际工程案例中 控制器端子的连接线往往因为雨 水顺着连接线流入控制器造成 短路。7 线路安排不当，接触不良光伏方阵发出的是低压直流电， 如果连接负载的线径较细， 线路太长， 就可能造成线路末端压降太大， 以至负载不能正常工作。 所以连线要尽量粗而短。 此外， 在连接处应尽可能采用焊接， 如用接线柱， 导线端最好焊上接线鼻。 由于接线处螺钉未拧紧而形成松动， 或因为腐蚀、 生锈等原因造成连接处接触不良， 甚至断路等故障情况时有发生。 所以安装时一定要保证连接牢靠。