离网光伏系统设计清晰整齐.docx

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离网光伏系统设计清晰整齐

离网光伏发电系统容量设计

一．任务目标

1.掌握容量设计的步骤和思路。

2.掌握光伏发电系统的容量设计方法。

3.了解光伏发电系统容量设计考虑的相关因素。

二．任务描述

光伏发电系统容量设计主要涉及蓄电池容量、蓄电池串并联数、光伏发电系统的发电量、光伏组件串并联数的计算。

本实验报告主要以两种常见的计算方法为主。

计算过程中需要注意不同容量单位之间的换算。

三．任务实施

1.容量设计的步骤及思路：

光伏发电系统容量设计的主要目的是计算出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。

主要步骤:

2.蓄电池容量和蓄电池组的设计：

（1）基本计算方法及步骤

将负载需要的用电量乘以根据实际情况确定的连续阴雨天数得到初步的蓄电池容量。

阴雨天数的选择可参照如下：

一般负载，如太阳能路灯等，可根据经验或需要在3-7内选取，重要的负载。

如通信、导航、医院救治等，在7-15内选取。

蓄电池容量除以蓄电池的允许最大放电深度。

一般情况下，浅循环型蓄电池选用50%的放电深度，深循环型蓄电池选用75%的放电深度。

综合得电池容量的基本公式为

式中，电量的单位是，如果电量的单位是，先将折算为，折算关系如下：

（2）相关因素的考虑

上

放电率对蓄电池容量的影响。

蓄电池的容量随着放电率的改变而改变，这样会对容量设计产生影响。

计算光伏发电系统的实际平均放电率。

温度对蓄电池容量的影响。

蓄电池的实际容量会随着温度的变化而变化，当温度下降时，蓄电池的实际容量下降；温度升高时，蓄电池的实际容量略有升高。

蓄电池的实际容量与温度的关系如图4-3所示曲线所示。

图4-3蓄电池容量-温度修正曲线（200h）

受低温的影响,蓄电池的容量设计还要考虑蓄电池的最大放电深度,图4-4所示是一般蓄电池的最大放电深度与温度的关系,蓄电池容量设计可参考4-4所得到的最大放电深度。

图4-4蓄电池最大放电深度-温度修正曲线

（3）实际蓄电池容量的计算

考虑以上相关因素之后，将有关修正系数代入有

（2）蓄电池串并联数的确定

当计算出所需的蓄电池容量后，接下来要确定蓄电池的串并联数，计算公式为：

，

（3）应用举例

建立一套光伏发电系统给一个地处偏远的通信基站供电，该系统的负载有两个：

负载一，工作电流为0.8A，每天工作24h。

负载二，工作电流为4.8A，每天工作12h，该系统所处地区每天内的平均最低温度为-20摄氏度，系统的自给时间为6天，使用深循环工业用蓄电池（最大DOD为80%）。

试计算蓄电池组的容量。

因为该光伏发电系统所在地区每天内的平均最低温度为-20摄氏度，所以必须修正蓄电池的最大允许放电深度。

由图4-4所示的曲线可以确定最大允许放电深度约为50%。

根据典型容量-温度变化曲线，与平均放电率计算数值最为接近的放电率为200小时率，由图4-3可知，蓄电池的低温修正系数为0.75。

放电率修正系数可参考蓄电池厂家提供的说明书，此处取0.85。

（4）太阳能电池组件串并联数的设计

1.基本计算方法：

太阳能电池组件设计的基本思想是满足负载日平均用电量的需求，基本方法是用负载日平均用电量（A.h）除以电池组件日平均发电量，得到系统所需组件的并联数目；将系统工作电压除以太阳能电池组件的峰值电压，得到系统所需组件的串联数目。

基本计算公式为:

组件日平均发电量=组件峰值电流（A）峰值日照时数（h）

在计算组件的并联数时，如果负载用电量的单位为W.h，注意把单位换算成A.h。

系数1.43是组件峰值电压与系统工作电压的比值。

例如，为工作电压为12V的系统供电的组件的峰值电压是17~17.5V；为工作电压为24V的系统供电组件的峰值电压为34V~34.5V等。

因此为方便计算，用系统工作电压乘以1.43即为该组件或整个阵列峰值电压的近似值。

2.相关因素的考虑：

组件实际功率的损耗

在光伏发电系统的实际应用中，太阳能电池组件的实际输出功率会因各种因素的影响而有所下降。

灰尘的覆盖、组件自身的功率衰减、线路的损耗等因素是主要因素。

因此，设计时组件功率损耗按10%计算。

逆变器的损耗

逆变器在实现各种功能时，要消耗一定的电能，不同的逆变器损耗的电能不同。

一般情况下，设计时逆变器转换的损失按10%计算。

如果负载是直流负载时，逆变器的损耗不计。

蓄电池充电的损耗

由于蓄电池在转换储存电能的过程中产生热量，电解水蒸发等产生一定的损耗，即蓄电池的充电效率根据蓄电池的不同可在90%~95%选取。

因此在设计时，也要根据蓄电池的不同，将电池组件的功率增加5%~10%，以抵消蓄电池充电过程的损耗。

（3）实际组件串并联数的确定

在考虑上述各种因素的影响后，引入相关修正系数得：

（4）应用举例

在一个偏远地区建设的光伏发电系统为以下负载供电:

荧光灯4盏,每盏功率40W,每天工作4H,电视机1台,每台功率为70W,每天工作5H，系统工作电压为24V.选用组件参数:

峰值电压为17.4V,峰值电流为5.75A.当地的峰值日照时间为3.43H.修正因数:

充电效率为0.9,组件损耗系数为0.9,试确定组件的数目.

4.容量的其他设计方法

蓄电池组容量的计算

蓄电池的容量Bc计算公式为

式中,A----安全系数,取之在1.1~1.4之间

--负载日平均用电量,单位为。

－最长连续阴雨天数

-温度修正系数,一般在0℃以上取1,-10~0℃取1.1,-10℃以下取1.2

-蓄电池放电深度,一般铅蓄电池取0.75,碱性镉镍蓄电池取0.85。

（2）光伏组件串联数

--光伏阵列输出最小电压,单位为V

--光伏组件的最佳工作电压，单位为V

--蓄电池浮充电压,单位为V

--二极管导通电压,一般取0.7V

--其他因数引起的压降,单位为V

蓄电池的浮充电压和所选的蓄电池参数有关,应等于在最低温度下所选蓄电池单体的最大工作电压乘以串联的电池数。

（3）光伏组件并联数

在确定Np之前,先确定其相关量的计算方法。

将光伏阵列安装地点的太阳能水平面日辐射量Ht,转换成在标准光强下的平均日辐射时数（水平面日辐射量参见表4-1）

式中,为将日辐射量换算为标准光强下的平均日辐射时间的系数

光伏组件日发电量Qp

式中：

-光伏组件的最佳工工作电流,单位为A

-斜面修正系数（参照本项目任务1）

-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

两组最长连续阴雨天之间的最短间隔天数Nw,此数据为本设计的独特之处,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：

光伏组件并联数Np的计算方法为：

并联的光伏组件数需考虑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。

光伏阵列的功率计算

根据光伏组件的串并联数,即可得出所需光伏阵列的功率。

式中,Po----光伏组件的额定功率。

（5）设计实例

以广州某地面卫星接收站为例,负载电压为12V,功率为25W,每天工作24H，最长连续阴天数为15天，两个最长连续阴雨天最短间隔天数为30天，太阳能电池采用某厂生产的38D975X400型组件，组建标准功率为38W，工作电压为17.1V，工作电流为2.22A，蓄电池采用铅酸免维护蓄电池，浮充电压为14V.其水平面的年平均日辐射量为12110KJ/m2，KOP为0.885，最佳倾角为16.13，计算蓄电池容量及光伏阵列功率.

蓄电池容量Bc

光伏阵列功率P

故光伏阵列功率：