太阳能光伏发电系统设计

第六章太阳能光伏发电系统设计,太阳能光伏发电系统组成太阳能光伏发电系统设计方法住宅用太阳能光伏发电系统简易设计,6.1 太阳能光伏发电系统组成,太阳能电池板充电控制器蓄电池逆变器,充电控制器,功能：控制充电、放电工作状态，雷电保护，电路短路保护，过充电保护，反充电保护，过放电保护，温度补偿。作用：使系统在不同的光照条件以及不同的负载条件下平稳、安全运行，同时延长蓄电池等器件的寿命。小型控制器用于太阳能户用电源多路控制器用于较大型光伏电站智能控制器主要用于通信系统,独立光伏发电系统,并网光伏发电系统,1）有逆潮流并网系统,2）无逆潮流并网系统,3）切换式并网系统,6.2 太阳能光伏系统设计方法概要,由于气象变化的无规律，负载功率的不确定性以及太阳能电池特性的不稳定等因素的影响，太阳能光伏系统设计比较复杂。太阳能光伏系统的设计方法一般分为解析法和计算机仿真法两种。解析法可分为参数分析法和LOLP法两种。计算机仿真法是利用计算机对日射、不同类型的负载以及系统的状态进行动态计算，实时模拟实际系统状态的方法。,6.2.1 参数分析法,太阳能光伏系统设计时，一般采用根据负载消费量决定太阳能电池容量的方法。但是在安装时，往往出现设置面积受到限制等问题。因此，应事先调查太阳能电池可设置的面积，然后再计算出太阳能电池的容量，最后进行系统的整体设计。,1）阵列容量的计算,简易计算公式：,一般分两种情况计算：负载已经决定时；阵列面积已经决定时。,（1）负载已经决定时,其中，PAS为标准状态时太阳能电池阵列的容量； EL为某期间负载耗电量； GS为标准状态下的日射强度，其值为1kw/m2； D为负载对太阳能光伏系统的依存率； R为设计余量系数，通常在1.11.2范围内； HA为某期间阵列表面得到的日射量； K为综合设计系数，它包括各种损耗与修正。标准状态：太阳质量AM1.5，太阳能电池温度 25,（2）阵列面积已经确定时，就可以根据面积A算出其标准状态下的容量： PAS=SGS A 其中，S为单位面积太阳能电池阵列转换效率。,2）太阳能电池组件的总数,3）太阳能电池阵列年发电量估算,如果已知阵列表面的年日射量HA，太阳能电池阵列标准容量PAS以及综合设计系数K，则可以计算系统的年发电量：,4）蓄电池容量的计算,蓄电池容量的选择要根据负载的情况、日射强度等进行。 （1）负载较稳定的供电系统蓄电池容量计算负载用电不太集中时，可用下式计算 BC=ELNdRb/(CbdUbbv) 其中，EL是日用电量；Nd是无日照连续天数；Rb为蓄电池设计余量系数；Cbd为容量递减系数；Ub为蓄电池可利用放电范围；为蓄电池放电时的电压低下率。以上CbdUbbv三个参数可以由蓄电池的技术资料得到。,（2）根据日射强度来控制负载容量的系统,无论是雨天还是夜间，当需要向负载提供最低电力时，必须考虑无日照的连续期间向最低负载提供电力的蓄电池容量。在这种情况下，容量计算式为：,5）逆变器容量的计算,独立系统，逆变器容量算式为： Pin=PmReRin 其中Pm为负荷的最大容量；Re为突变率； Rin为设计余量系数（一般取1.52.0)对并网系统，选择逆变器容量时，应使其小于太阳能电池阵列的容量，即 Pin=PASCn 这里Cn为递减率，一般取0.80.9。,6.2.2计算机仿真法,计算机仿真法主要用来对太阳能光伏系统进行最优设计以及确定运行模式。仿真时通常以一年为期，利用日射量、温度、风速以及负载等数据进行计算。决定太阳能电池阵列容量、蓄电池容量、负载的非线性电压电流特性以及运行工作点等。,1）各部分的数学模型,（1）太阳能电池阵列设T为在任意日射强度S(W/m2)及任意环境温度Tair ()下的太阳能电池温度，则有： T = Tair +KSK为光伏电池模块的温度系数(m2/W) 。设在参考条件Sref=1000W/m2， Tref=25 下，短路电流为Isc,开路电压为Uoc,最大功率点电流、电压为Im、 Um ，则当光伏阵列电压为U ，其对应的电流为：,其中,为参考日照下电流变化温度系数，为参考日照下电压变化温度系数，Rs为光伏阵列的内阻，DI为电流变化量，DT为温度变化量。,（2）铅蓄电池,铅蓄电池单元端电压Vb 与充放电电流Ib的关系： Vb =Eb- Ib Rsb其中Eb为铅蓄电池单元电动势，Rsb为其内阻。蓄电池系统由Nbs个单元串联、Nbp个串联单元并联组成 ，系统蓄电池单元数量为Nbs Nbp 。因此蓄电池系统端电压VB= Nbs Vb，蓄电池系统总充放电流IB = Nbp Ib,（3）逆变器,逆变器的数学模型需要考虑无负载损失、输入电流损失、输出电流损失等因素，其数学表达式为：,如果逆变器具有最大输出跟踪控制功能，由于逆变器输入电压与阵列的最大输出功率点的动作电压一致，因此逆变器可以在保持最大输出点的状态下工作。此时，逆变器的输入电流与阵列的最大输出点的动作电流一致。实际上，逆变器由于受跟踪响应与日射变动的影响，对最佳工作点的跟踪并非理想，一般会偏离最大输出功率点。因此，计算机仿真时以秒为单位进行仿真，可以使计算结果更加精确。,2