05、独立光伏系统设计与应用-V1.2

1光伏系统培训课程——田介花电话： +86 25 52095811 传真： +86 25 52095699 电邮： LiuFeng@ceeg.cn 地址：江苏省南京市江宁经济技术开发区水阁路 6号（ 211153） 2011-10-111目 录1. 独立光伏系统概述2. 光伏水泵3. 户用光伏电源4. 独立光伏电站5. 光伏照明系统2省／自治区 无电县无电村 无电村总数量 无电户总数量行政村 自然村西藏 - 5,254 - 5,740 289,300贵州 - 3,000 377 3,377 1,294,000甘肃 - 871 2,384 3,264 360,173内蒙古 - 960 2,100 3,060 249,590福建 - 960 1,400 2,360 249,590青海 1 773 1,254 2,121 101,000四川 - 1,459 40 1,625 648,300中新疆 - 216 1,095 1,339 316,200宁夏 - - 1,306 1,306 64,000湖北 - 75 975 1,050 121,500河南 - 700 - 700 577,000广西 - 666 34 700 388,600云南 - 528 - 532 1,003,800湖南 - - 518 518 279,500河北 - 357 43 400 13,800陕西 - 344 - 355 289,100112 000国无电户山西 - 259 - 259 112,000海南 - 253 - 253 160,300重庆 - 163 - 166 191,900安徽 - 17 33 50 80,500江西 - 17 33 50 287,000黑龙江 - 13 - 13 9,100辽宁 - 4 - 4 4,800广东 - - - - 50,800合计 7 16,889 11,592 29,242 7,141,853统计1. 用户太阳能电源：[1] 小型电源 10-1000W 不等，用于边远无电地区如高原、海岛、牧区、边防哨所等军民生活用电，如照明、电1、独立光伏系统概述、海岛、牧 、边防哨所等军民 活用 ，如照明、视、收录机等；[2]3-5KW 家庭屋顶并网发电系统；[3] 光伏水泵：解决无电地区的深水井饮用、灌溉。2. 交通领域： 如航标灯、交通 / 铁路信号灯、交通警示/标志灯、路灯、高空障碍灯、高速公路 / 铁路无线电话亭无人值守道班供电等、无人值守道班供电等。3. 通讯 / 通信领域： 太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、广播 / 通讯 / 寻呼电源系统；农村载波电话光伏系统、小型通信机、士兵 GPS供电等。34. 石油、海洋、气象领域： 石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系统、石油钻井平台生活及应急电源、海洋检测设备 气象 水文 测设备等1、独立光伏系统概述洋检测设备、气象 / 水文观测设备等。5. 家庭灯具电源： 如庭院灯、路灯、手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、黑光灯、割胶灯、节能灯等。6. 光伏电站： 10KW-50MW 独立光伏电站、风光（柴）互补电站、各种大型停车厂充电站等。7 小区： 小区照明 泛光灯 楼道灯7. 小区： 小区照明、泛光灯、楼道灯。8. 太阳能建筑： 将太阳能发电与建筑材料相结合使得未来的大型建筑实现电力自给，是未来一大发展方向。工业1、独立光伏系统概述4民用1、独立光伏系统概述独立光伏系统构成1、独立光伏系统概述部件名称:a、太阳能电池 ---- 吸收太阳能 , 将光能转换成直流电能b、控制器 ---- 控制蓄电池的充放电深度 , 延长蓄电池寿命.c 、蓄电池 ---- 储存太阳能电池板产生的电能 , 在必要时 , 向负荷提供直流电力d、逆变器 ---- 将直流输入电力转换成交流电力输出5a、太阳能电池板太阳能电池板是整套照明系统的核心，它将太阳辐射能直接转换成直流电，储存于蓄电池内。1、独立光伏系统概述太阳能电池主要有单晶硅、多晶硅、非晶硅和化合物（ Cds ， CdTE等）电池等很多种类，太阳能照明系统主要使用单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池。b、控制器控制器是对太阳能系统的电源进行控制和管理的设备，对蓄电池进行过充电保护、反充电保护、过放电保护、温度补偿等1、独立光伏系统概述偿等。6c、蓄电池蓄电池的作用是把有阳光时太阳能电池板发出来的电能储存起来，供没有阳光时使用。1、独立光伏系统概述太阳能系统使用的蓄电池主要有铅酸蓄电池和胶体蓄电池。d、逆变器控制器是对太阳能系统进行控制和管理的设备，对蓄电池进行过充电保护、反充电保护、过放电保护、温度补偿等。1、独立光伏系统概述7系统构成1、独立光伏系统概述1目 录1. 独立光伏系统概述2. 光伏水泵3. 户用光伏电源4. 独立光伏电站5. 光伏照明系统8应用范围荒山、沙漠治理2、光伏水泵420亿美元2、光伏水泵9省、区 草地总面积 (亿亩 ) 适宜载畜量（万羊单位）合 计 可利用面积全国 40.5715 33.7806 13961.4300 内蒙古 10.7296 8.7032 2443.8100 7 9056 6 6163 1834 69中国牧2、光伏水泵新疆 7.9056 6.6163 1834.69青海 7.6180 6.5484 2370.6700 西藏 8.4909 7.0024 2546.3600 甘肃 1.8284 1.5178 751.5300 四川 2.2857 1.9627 2324.6400 云南 0.3525 0.2623 292.3200 陕西 0.3331 0.3299 187.3900 宁夏业省（区）天然草 0.2448 0.2088 97.0900 黑龙江 0.2063 0.1899 298.2800 山西 0.0152 0.0112 9.4700 河北 0.2443 0.1965 356.9000 辽宁 0.0542 0.0435 194.4000 吉林 0.2630 0.1877 253.8900 地面积我国五大草原草地面积统计表2、光伏水泵区域名称 草地面积（万 K㎡） 占全国草地面积（ %）东北草原区 4115.8 11.85蒙宁草原区 4854.5 13.98西北草原区 9065.0 26.11青藏草原区 13036.2 37.54西南草原区 3650.3 10.51全国草地面积 34721.8 10010呼伦贝尔草原2、光伏水泵浑善达克沙地疏林灌丛草场2、光伏水泵11严重退化的灌丛草地2、光伏水泵沙进人退草地砾石化与沙尘天气草地沙漠化12草原沙化退化景观2、光伏水泵过度放牧下的天然草场的利用现状13农业灌溉2、光伏水泵苦咸水淡化人畜生活用水14直流无刷电机 容积泵2、光伏水泵光伏水泵直流深井系列深井交流离心水泵直流有刷电机（无蓄电池）离心泵交流系列地表水灌溉离心泵系统组成:?水泵2、光伏水泵?控制器?光伏组件?支架?水位传感器?其它配件15深井泵基本概念? 扬程? 流量地面2、光伏水泵流? 静水位? 动水位? 井口压力? 扬水管直径H2 H1H3静水位动水? 泵下井深度? 扬水管长? 井的总深? 井管内径吸入口地表泵基本概念? 动吸程?2、光伏水泵静吸程? 流量? 静水位? 动水位? 压力水头? 扬程? 总扬程 =动吸程 +静吸程 +扬程 +压力水头16光伏水泵的设计步骤? 收集用户信息：确切知道井深、动水位、静水位、水箱高度和扬水高度 每日需水量 太阳能资源2、光伏水泵水箱高度和扬水高度、每日需水量、太阳能资源等；? 根据用户提供的信息计算出水泵的总水头（或总扬程）和流量；? 根据总水头和流量和水泵厂家的水泵参数选择水泵的功率 并确定采用直流水泵还是交流水泵泵的功率，并确定采用直流水泵还是交流水泵，或是地表泵，如果是交流水泵需要选择合适的光伏逆变器；? 根据耗电量确定太阳能电池方阵功率。2、光伏水泵172、光伏水泵光伏水泵灌溉系统示意图2、光伏水泵18光伏水泵系统 (CEEGSI-SPA)系列：? 深井潜水系列2、光伏水泵? 产品规格 ： 1.1kW ～ 30kW? 最大扬程： 400m? 最大流量： 170m3/h地表水泵（单级双吸泵）?? 产品规格： 10KW～ 100KW? 最大扬程： 50m? 最大流量： 2000m3/h1目 录1. 独立光伏系统概述2. 光伏水泵3. 户用光伏电源4. 独立光伏电站5. 光伏照明系统19户用独立光伏系统原理图3、户用光伏电源家用电源3 、户用光伏电源控逆蓄一体机20系统描述? 户用独立光伏系统由太阳能电池组件、控逆蓄一体机和交流负载三个主要部分组成 其中太阳能3 、户用光伏电源体机和交流负载三个主要部分组成，其中太阳能电池组件产生的电能接入到光伏电源中的控制器输入端（控逆蓄一体机的背面），通过控制器给蓄电池充电，并控制充电电流保证蓄电池不会过充；蓄电池的电能通过逆变器转换成 220V/50Hz交流电，供交流负载使用，同时逆变器在蓄电池欠压时自动停机以避免蓄电池由于过放造成损坏。? 独立光伏分为 20W、 40W、 100W、 200W、 300W、600W 、 1000W 、 2000W 、 3000W 等规格。其特点为 电源部分（包括逆变器 电池充电控制器3 、户用光伏电源? 其特点为：电源部分（包括逆变器，电池充电控制器、蓄电池）为一个整体，集成在一个金属箱体内，组件和支架各是单独两个部分。另其中 2000W 、 3000W和以上的系统电源的控制器、逆变器安装在一个金属箱内，蓄电池使用专用支架摆放。其中箱体有： 20W60W 200W （含 100 150 和? 其中箱体有： 、 60W、 200W （含 100 、 150 和200W ，摆放一层电池）、 600W （含 300W 、 500W 、600W 摆放二层电池）、 1000W 、 2000W 等规格21适用范围? 适用于山区海岛、草原牧民、边防哨所等无电或少电地区和场所3 、户用光伏电源少电地区和场所。? 特点：控逆蓄一体化设计，多重电气保护功能（过流过压、蓄电池过充过放、电极反接保护）。b、风光互补系统3 、户用光伏电源22风光互补系统工作原理? 风光互补系统是利用太阳能电池、风力发电机（将交流电3 、户用光伏电源转化为直流电）将发出的电能存储到蓄电池组中，当用户需要用电时，逆变器将蓄电池组中储存的直流电转变为交流电供用户使用? 夜间和阴雨天无阳光时可由风能发电，晴天由太阳能发电，在既有风又有太阳的情况下两者同时发挥作用，实现了全天候的发电功能，比单用风机或太阳能更经济、科学、实用。风光互补系统的技术优势? 由于太阳能与风能的互补性强，风光互补发电系统在资源3 、户用光伏电源上弥补了风电和光电独立系统在资源上的缺陷。同时，风电和光电系统在蓄电池组和逆变环节是可以通用的，所以风光互补发电系统的造价可以降低，系统成本趋于合理。234、便携式电源箱3 、户用光伏电源便携式光伏电源箱的性能特点：? 提箱式设计，系统内部集成了所有控制部件、光伏组件蓄3 、户用光伏电源电 池和照明设备等? 具有过冲、过放、过压、输出过载、短路、反接、过热等报 警和保护功能；? 操作面板有交流、直流输出最大功率 100W/150W,支持多路输出；24光伏能源用于水泵、家用的 综合应用3 、户用光伏电源光伏直流水泵系统1目 录1. 独立光伏系统概述2. 光伏水泵3. 户用光伏电源4. 独立光伏电站5. 光伏照明系统25独立光伏电站设计a、影响设计的诸多因素光照：太阳照在地面太阳能电池方阵上的辐射光的光谱 光强受到大气层厚度（即大4、独立光伏电站光照：太阳照在地面太阳能电池方阵上的辐射光的光谱、光强受到大气层厚度（即大气质量）、地理位置、所在地的气候和气象、地形地物等的影响，其能量在一日、一月和一年内都有很大的变化，甚至各年之间的每年总辐射量也有较大的差别。转换效率：太阳能电池方阵的光电转换效率，受到电池本身的温度、太阳光强和蓄电池电压浮动的影响，而这三者在一天内都会发生变化，所以太阳能电池方阵的光电转换效率也是变量。蓄电池：蓄电池组也是工作在浮充电状态下的，其电压随方阵发电量和负载用电量的变化而变化。蓄电池提供的能量还受环境温度的影响。系统效率：太阳能电池充放电控制器由电子元器件制造而成，它本身也需要耗能，而使用的元器件的性能、质量等也关系到耗能的大小，从而影响到充电的效率等。负载：负载的用电情况，也视用途而定，如通信中继站、无人气象站等，有固定的设备耗电量。而有些设备如灯塔、航标灯、民用照明及生活用电等设备，用电量是经常有变化的。b 、蓄电池组容量设计太阳能电池电源系统的储能装置主要是蓄电池 与太阳能电池方阵配套4 、独立光伏电站太阳能电池电源系统的储能装置主要是蓄电池。与太阳能电池方阵配套的蓄电池通常工作在浮充状态下，其电压随方阵发电量和负载用电量的变化而变化。它的容量比负载所需的电量大得多。蓄电池提供的能量还受环境温度的影响。为了与太阳能电池匹配，要求蓄电池工作寿命长且维护简单。（ 1）蓄电池的选用能够和太阳能电池配套使用的蓄电池种类很多，目前广泛采用的有铅酸免维护蓄电池、普通铅酸蓄电池和碱性镍镉蓄电池三种。国内目前主要使用铅酸免维护蓄电池 因为其固有的“免”维护特性及对环境较少污染的特点 很适合用于性能可靠的池，因为其固有的 免 维护特性及对环境较少污染的特点，很适合用于性能可靠的太阳能电源系统，特别是无人值守的工作站。普通铅酸蓄电池由于需要经常维护及其环境污染较大，所以主要适于有维护能力或低档场合使用。碱性镍镉蓄电池虽然有较好的低温、过充、过放性能，但由于其价格较高，仅适用于较为特殊的场合。另外近期市场上出现一种新型电池，称为硅能电池，理论上储电能力和温度稳定性较好，但其实际的性能还需要时间的检验。26（ 2）蓄电池组容量的计算蓄电池的容量对保证连续供电是很重要的。在一年内，方阵发电量各月份有很大差别。方阵的发电量在不能满足用电需要的月份，要靠蓄电池的电能给以补足；在超过用电需要的月份，是靠蓄电池将多余的电能储存起来。所以方阵发电量的不足和过剩值，是确定蓄电池容量的依据之一。同样，连续阴雨天期间的负载用电也必须从蓄电池 得 所以 这期间的耗电量也是确定蓄电池容量的 素之4 、独立光伏电站电池取得。所以，这期间的耗电量也是确定蓄电池容量的因素之一。因此，蓄电池的容量 BC计算公式为：BC=A × QL× NL× TO／ CC （ Ah）式中： A为安全系数，取 1.1 ～ 1.4 之间；QL为负载日平均耗电量，为工作电流乘以日工作小时数；NL 为最长连续阴雨天数；TO为温度修正系数，一般在 0 ℃以上取 1 ，－ 10 ℃以上取 1.1 ，－ 10 ℃以下取 1.2 ；CC为蓄电池放电深度，一般铅酸蓄电池取 0.75 ，碱性镍镉蓄电池取 0.85。太阳能电池方阵设计（ 1）太阳能电池组件串联数 Ns将太阳能电池组件按一定数目串联起来，就可获得所需要的工作电压，但是，4 、独立光伏电站将太阳能电池组件按 定数目串联起来，就可获得所需要的工作电压，但是，太阳能电池组件的串联数必须适当。串联数太少，串联电压低于蓄电池浮充电压，方阵就不能对蓄电池充电。如果串联数太多使输出电压远高于浮充电压时，充电电流也不会有明显的增加。因此，只有当太阳能电池组件的串联电压等于合适的浮充电压时，才能达到最佳的充电状态。计算方法如下：Ns=UR/Uoc= （ Uf ＋ UD＋ Uc） /Uoc式中： UR为太阳能电池方阵输出最小电压；Uoc 为太阳能电池组件的最佳工作电压；Uf 为蓄电池浮充电压；UD为二极管压降，一般取 0.7V ；UC为其它因数引起的压降。27（ 2）太阳能电池组件并联数 Np在确定 NP之前，我们先确定其相关量的计算方法。① 太阳能电池组件日发电量 QpQp=Ioc × H× Kop × Cz （Ah ）4 、独立光伏电站式中： Ioc 为太阳能电池组件最佳工作电流；H为峰值日照时数Kop 为斜面修正系数（参照表 1 ）；Cz 为修正系数，主要为组合、衰减、灰尘、充电效率等的损失，一般取 0.8 。②两组最长连续阴雨天之间的最短间隔天数 Nw，此数据为本设计之独特之处，主要考虑要在此段时间内将亏损的蓄电池电量补充起来，需补充的蓄电池容量为 Bcb ，太阳能电池组件并联数 Np 的计算方法为：Np= （ Bcb ＋ Nw× QL） / （ Qp× Nw）上式的表达意为：并联的太阳能电池组组数 在两组连续阴雨天之间的最短间隔天数上式的表达意为：并联的太阳能电池组组数，在两组连续阴雨天之间的最短间隔天数内所发电量，不仅供负载使用，还需补足蓄电池在最长连续阴雨天内所亏损电量。（ 3）太阳能电池方阵的功率计算根据太阳能电池组件的串并联数，即可得出所需太阳能电池方阵的功率 P：P=Po × Ns × Np （ W）式中： Po 为电池组件的额定功率。 Ns 为串联数， Np 为并联数。独立光伏电站案例？？？281目 录1. 独立光伏系统概述2. 光伏水泵3. 户用光伏电源4. 独立光伏电站5. 光伏照明系统a、杀虫灯5、光伏照明系统29灭虫灯的工作原理它利用太阳能电池板将太阳光直接转换成电能，提供能源给设备的日常使用，然后利用昆虫天生具有的趋光性、趋波5、光伏照明系统性、趋色性的生理构造，利用光谱变频技术突破了传统杀虫灯使用单一光波段的局限性，使有效光波范围更广，诱杀害虫种类及数量更多。夜晚害虫们被杀虫灯的特制灯光及波长所吸引，便会奋不顾身的扑过来，而在光源的外围有一高压电网，害虫们便会在飞往灯光的过程中触电身亡，从而达到良好的杀虫效果。灭虫灯的应用范围? 产品被广泛应用于农业、各类果园、蔬菜基地、茶园、有机水稻、甘蔗、烟草、花生、棉花、花卉、林场、城镇绿化、公园5、光伏照明系统稻、 蔗、 草、 、棉 、 卉、 、城镇 、公等各种需要灭虫的场所，是害虫的克星。为广大农作物种植基地生产无公害优质的农产品以及取得有机认证和发展观光生态农业提供了可靠的科技保障，是一种高科技无污染的物理灭虫设备。30灭虫灯的产品优势? a、诱杀范围大，使用寿命长。一台可辐射 30亩面积，使用寿命长达 10年。? b、灭虫效果好，剿杀效率高。 害虫生长周期 ：卵 - 幼虫 - 蛹 - 成虫（蛾） - 卵 利用蛾的趋光性，诱而杀之，诱杀率在 85% 以上。而雌蛾又是下生代母体（一雌体可产卵 100-500 粒），剿杀害虫雌体，可达到杀一灭百，杜绝繁殖的功效，切断害虫的繁殖链，使来年害虫数量大幅减少 。5、光伏照明系统? c、使用范围广，作用种类多，可诱杀一千余种害虫。天坤可适用各种农林作物，茶园，水稻粮田基地，棉田，蔬菜基地，林木，花卉，果园，养殖等均可使用，且杀虫的过程，对环境无任何污染，节能环保对人畜无毒无害。? d 、实现无公害，为民减负担 。天坤太阳能杀虫灯减少甚至杜绝农药使用，没有污染，天坤有利于保持生态平衡，消除农产品的二次污染。农户可逐步摆脱使用农药的沉重负担。利国，利民又利已。? e. 提高产量和质量，增产增收。长期使用后产量提高 10%— 25%以上，个别地区高达 100%以上，并且达到无公害农产品、绿色有机食品的种植生产标准，提高了农产品品质。? f. 恢复生态平衡，增加益虫数量保护害虫的天敌。因为太阳能杀虫灯在杀虫的过程不会产生任何有毒物质，不会有任何残留物质，保护了各种害虫的天敌和益虫，不会像农药等剧毒化学物质污染空气水源土壤和杀死益虫、青蛙、鸟类，因此逐步恢复当地的生态平衡，回归自然，也最终保护了人类的健康类的健康。? g、节能环保，安全方便 。天坤利用太阳光能，开发使用新能源，响应符合国家提倡推广使用清洁能源，太阳能杀虫灯而且安装方便，不用架设常规电。节约了能源，又节约了耗材费用。有利于耕作又利于排除了常规电不安全的因素。? h 、经济实惠，物美价廉 。一次投入，多年受益，节约费用，据对部分地区菜农，果农调查，每亩地需要喷洒农药每年平均 80 元，最高达 200 元以上，而使用该机每年平均费用不足 10 元。? i 、该机性能稳定，质量可靠，结构合理，抗风力强，高低角度可随时调节，使用方便。其外型美观大方，连片安装还可形成农业观光旅游的亮点。? j 、绿色环保、保护环境、自然和谐、健康人类。杀虫效果5、光伏照明系统