50KW太阳能光伏发电供电系统优化设计

中国新技术新产品2012 NO.11China New Technologies and Products 高 新 技 术中国新技术新产品50KW 太阳能光伏发电供电系统优化设计于昆伦 林爱晖 周友初（ 湖南城建职业技术学院， 湖南 湘潭 411101）1 光伏发电系统设计原则光伏发电系统的设计包括两个方面： 容量设计和硬件设计 。 光伏发电系统容量设计就是要计算出光伏发电系统在全年内能够可靠工作所需的太阳能电池组件和蓄电池的数量 。 光伏发电系统硬件设计是根据实际情况选择合理的硬件设备，包括太阳能组件的选型 、 支架设计 、 逆变器的选择 、 电缆的选择 、 控制测量系统的设计 、 防雷设计和配电设计等 。1.1 先进性： 根据当地太阳日照条件 、 电源设施及用电负载的特性，利用太阳能资源建设光伏发电系统， 既节能环保， 又能避免采用市电铺设电缆的巨大投资，是先进性的电源建设方案 。1.2 完整性：太阳能光伏发电系统包括电池组件 、 蓄电池 、 控制器 、 逆变器等部件， 光伏发电系统可以独立对外提供电源，与其他用电负载和市电电源配套，形成一个完整的离网和并网的光伏发电系统 。1.3 可扩展性：随着太阳能光伏发电技术的发展，光伏发电系统的功能也越来越强大 。 这就要求光伏发电系统能适应系统扩张和升级， 在系统需要升级时， 可直接对系统进行模块扩张， 而原来的设备器件等可以保留，以使光伏发电系统具有良好的可扩展性 。1.4 智能化程度：所设计的太阳能光伏发电系统，在使用过程中应不需要任何人工的操作，控制器可以根据太阳能电池组件和蓄电池的容量情况控制负载端的输出 。 所有的功能由微处理器自动控制 。光伏发电系统设计必须具有高可靠性，保证在较恶劣条件下正常使用，同时要求系统的易操作性和易维护性，便于用户操作和日常维护 。2 太阳能电池方阵设计2.1 太阳能光伏发电系统容量的计算太阳能光伏发电系统容量的计算需要的基本参数有：2.1.1 确定所有负载功率及连续工作时间 。2.1.2 确定太阳能电池组件的安装地理位置， 如经度 、 纬度及海拔高度等 。2.1.3 确定安装地点的气象资料， 如年太阳能辐射总量或年平均日照时数 、 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 。太阳能电池组件设计的主要原则，是要满足平均气候条件下负载的每日用电需求，应为天气条件有低于和高于平均值的情况，所以要保证太阳能电池组件和蓄电池在天气条件下有别于平均值的情况下协调工作 。在太阳能电池组件设计中较好的方法是使太阳能电池组件能满足光照最恶劣季节里的负载需求，也就是要保证在光照最差的情况下蓄电池也能被完全的充电，这样蓄电池全年都能达到全满充电状态，可延长蓄电池的使用寿命， 减少维护费用 。2.2 太阳能电池组件太阳能电池组件的日输出功率与太阳能电池组件中电池片数的串联数量有关，太阳能电池在光照下的电压随着温度的升高而降低，从而导致太阳能电池组件的电压随着温度升高而降低 。 太阳能电池生产商根据太阳能电池组件的工作的不同气候条件，设计了不同的组件： 36 片串联与 33 片串联组件 。36 片太阳能电池组件主要适用于高温环境应用， 采用 36 片太阳能电池组件的串联设计使得太阳能电池即使在高温下也可以在I mp附近工作 。33 片串联的太阳能电池组件适用于在温和气候条件下使用， 33 片串联组件在标准条件下， 太阳能电池组件的 Vmp 为 16V， 稍高于额定电压 12V 的蓄电池充电所需的电压 。在设计中主要是满足太阳能电池组件的工作电流和功率这两个参数 。 同时还要根据目前太阳能电池材料 、 工艺水平和使用寿命的要求， 使太阳能组件面积合适 。 并让单体太阳能电池之间的连接可靠，以使组合损失较小 。2.3 太阳能电池组件串联数 Ns太阳能电池组件按一定数目串联起来，就可获得做需要的工作电压， 但是， 太阳能电池组件串联数 Ns 必须适当 。 串联数太小， 串联电压低于蓄电池浮冲电压，方阵就不能对蓄电池充电 。 如果串联的片数太多使输出电压远高于蓄电池浮冲电压时，蓄电池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端电压等于合适的蓄电池浮冲电压时， 才能达到最佳的充电状态 。 计算方法如下：Ns=V R/V OC=(VF+V D+V C)/V OC式中， VR 为太阳能电池方阵输出最小电压； VOC 为太阳能电池组件的最佳工作电压；V F 为蓄电池浮冲电压； VD 为二极管的管压降， 一般取 0.7V， VC 为其他原因引起的压降 。3 蓄电池组设计3.1 配套蓄电池的选择太阳能光伏发电系统采用的储能装置是蓄电池，与太阳能电池方阵配套的蓄电池通常工作在浮冲状态下，其电压随太阳能电池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 。 目前广泛使用的有 VRLA 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VRLA 蓄电池，因为固有的免维护特性以及对环境较少的污染特点，很适合性能要求可靠的太阳能光伏发电系统 。3.2 太阳能电池与蓄电池及负载的匹配若一天要把 12V/40A· h 的蓄电池充满，可选用电压为 15-18V 、 电流为 4A 的太阳能电池组件， 或选电流为 1A 的太阳能电池板用四块并联使用 。 如果要求两天将蓄电池充满，那么太阳能电池组件选 2A 的电流即可 。 充电时，太阳能电池的电压要高于蓄电池端电压的 20%-30% 。如 12V/10A · h 的蓄电池充满后，可供12V/10W 的负载工作 8h。 10W 负载的工作电流为 I=P/V=10/12=0.8A 。 蓄电池按 10 小时放电率计算， 正常放电电流为 1A， 考虑到效率问题， 所以负载可以正常工作 8-10 小时 。 如用 40W 负载， 电流为 40/12=3.3A ， 负载就智能工作 2-3 小时 。3.3 蓄电池组串 、 并联设计每个蓄电池都有它的标称电压，为了达到负载所需的标称工作电压，将蓄电池串联起来给负载供电，需要串联的蓄电池的个数等于负载的标称电压除以蓄电池的标称电压 。 即串联蓄电池数 =负载的标称电压 /蓄电池标称电压当计算出作序的蓄电池的单体串联数后，还要决定选择多少个单体蓄电池进行并联得到所需的蓄电池容量 。 这可以有多种选择， 如， 如果计算出的蓄电池容量为为 500A·h， 那么可选择单体 500A· h 的蓄电池， 也可选择两个 250A· h 单体蓄电池或五个 100A· h的单体蓄电池并联 。 但是在实际工程设计中应尽量减少并联的数量， 一般来说， 并联的数目不要超过 4 组 。4 太阳能光伏发电系统的设计方法4.1 确定负载功率： W=Σ I× H式中， I 为负载电流； H 为负载工作时间（ h） 。4.2 确定蓄电池容量： C=W× D× 1.3式中， D 为连续阴雨天数； C 为蓄电池标称容量 （ 10 小时放电率 ） 。4.3 确定太阳能电池方阵倾角 β4.4 计算太阳能电池方阵 β 倾角下的辐射量摘 要 ： 随着科学技术的发展， 为了保护环境， 人们尽可能地使用清洁能源， 其中太阳能能源是取之不尽， 用之不绝的新型能源 。 本文从工程设计的角度阐明怎样优化设计方案， 提高太阳能光伏发电系统的效率 。关键词 ： 太阳能； 光伏发电； 优化设计中图分类号 ： TK511 文献标识码 ： A基金项目 ： 湖南城建职业技术学院科研资助项目 （ 10KTZ05） 湖南省教育厅资助科研项目 （ 10C0086）。16- -中国新技术新产品2012 NO.11China New Technologies and Products 中国新技术新产品高 新 技 术井下作业管 （ 杆 ） 自动测长系统研制高文龙 宋 阳 杨 雄（ 中国石油辽河油田公司沈阳采油厂， 辽宁 新民 110316）摘 要 ： 起 、 下管杆作业是修井作业的主要工艺之一， 在下管杆作业前必须对管杆进行测量， 以满足设计要求 。 传统的管杆测长主要是靠人工用米尺来完成， 而这种测量方法容易发生测量数据不准， 测长和计算耗时费力等现象 。 针对这种情况， 研制开发了井下作业管杆自动测长系统 。 该系统采用安装在井口护板内的位移传感器传递测长启动信号， 钢丝绳上的测长传感器进行测长， 满足了井下采油作业测长的工艺要求， 降低了操作者的劳动强度， 提高了工作效率 。关键词 ： 井下作业； 自动； 测长中图分类号 ： TV52 文献标识码 ： A图 2 钢丝绳测长器及其辅助装置示意图1-编码器 2- 大绳轮 3- 小绳轮 4- 计数器 5- 计数器轴6-压紧装置 7- 壳体 8- 连杆 9-轴 10-支架17- -