第七章_太阳能光伏系统的设计

1、海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日7时45分 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 7.1 太阳能光伏系统设计的诸多因素 7.2 太阳能光伏系统的设计步骤 7.3 太阳能光伏系统的设计方法概要 7.4 独立型太阳能光伏系统的设计 7.5 住宅用太阳能光伏系统的设计 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 要建成一个合理、完善的光伏系统，需要进行一 系列设计，如考虑不周，可能导致系统无法正常 运行。 其中最重要的是容量设计，内容包括

2、确定太阳电 池方阵和蓄电池的容量，以及方阵的倾角。 7.1 7.1 太阳能光伏系统设计的诸多因素太阳能光伏系统设计的诸多因素 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 在设计过程中要清楚负载是用来干什么的，是专用负 载还是一般负载。 要明确负载的特性。负载是直流的还是交流的，是昼 间负载还是夜间负载，也就是考虑是否需要逆变器和 蓄电池。 要明确负载的大小，针对负载的大小来设计光伏系统 的容量。 还要明确在何处设置太阳能光伏系统，是在地上还是 在建筑物的屋顶上。 1 1、首先要明确太阳能光伏系统设置的用途以及负载的情况、首先要

3、明确太阳能光伏系统设置的用途以及负载的情况 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 独立系统 专用负载 一般负载 直流 交流 直流 交流 有蓄电池：路灯、交通指示灯、无线电电源 无蓄电池：直流水泵、排风扇 有蓄电池：照明系统 无蓄电池：无应用实例 有蓄电池：农村无电地区(小规模) 有蓄电池：农村无电地区(大规模) 无蓄电池：无应用实例 无蓄电池：无应用实例 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 系统的类型、构成取决于系统使用的目的、 负载的特点以及是

4、否有备用电源等。对构成系统 的各部分设备的容量进行设计时必须事先决定系 统的类型，不同的类型有着不同的设计方式和要 求。 2 2、要明确太阳能光伏系统的类型以及构成、要明确太阳能光伏系统的类型以及构成 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 系统类型的确定 系统类型根据是独立系统还是并网系统可以有 许多种类。 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 独立系统 直流负载直接型 直流负载蓄电池使用型 交流负载蓄电池使用型 直、交流负载蓄电池使用型 第七章第

5、七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 并网系统 有逆潮流 无逆潮流 切换式 地域并网式、小规模电源系统 有蓄电池：紧急情况下使用 无蓄电池：一般住宅、建筑物 有蓄电池：紧急情况下使用，一般住宅，小负载用户 无蓄电池：无实例应用 有蓄电池：紧急情况下使用，大负载用户 无蓄电池：太阳能空调，大负载用户 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 根据系统的类型来确定系统所需要的装置，如蓄 电池、控制器、功率调节器等。 系统装置的选定 第七章第七章 太阳能光伏系统的设

6、计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 太阳电池阵列的设置场所、设置方式较多， 可分为建筑物上、地面上设置等。目前，一般在 杆柱、屋顶、屋顶平台上以及地面上设置太阳电 池阵列。 3 3、设置场所和设置方式的选定、设置场所和设置方式的选定 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 杆上设置型： 这种方式是将太阳能光伏系统设置在金属、混 凝土以及木制的杆、塔上，如公园内的照明、交通指 示灯等。 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 202

7、1年6月18日 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 地面设置型 地上设置型分为平地设置以及斜面设置型。平地 设置型是在地面上打好基础，然后将台架安装在该基 础上。斜面设置型与平地设置型基本相同，只是地面 或地基是倾斜的。 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 屋顶设置型 屋顶设置型可分为整体型、直接型、架子型以及 空隙型4种。 整体型整体型为与建筑物 相结合进行设置的方式。 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院

8、海南科技职业学院 2021年6月18日 直接型直接型是指建材一体型以及将太阳能阵列与 屋顶紧靠的设置方式 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 架子型架子型是指在屋顶上设置的台架上设置太阳 能阵列的方式。 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 空隙型空隙型是指与屋顶的倾斜面一致，但在太阳 能阵列与屋顶之间留有一定空隙的设置方式。 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 墙壁设置

9、型 墙壁设置型分为建材一体型、壁面设置型以及窗 上设置型。 建材一体型建材一体型是指利 用太阳电池阵列具有发 电与壁材的功能，二者 兼顾的设置方式。 尚德电力总部办公大楼 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 壁面设置型壁面设置型是指在墙壁的壁面上设置太阳电 池阵列的方式。 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 窗上设置型窗上设置型是指太阳电池阵列除了具有发电 的功能外，还作为窗材使用的方式。 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计

10、 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 太阳电池阵列如何布置，其方位角和倾斜角 的选定是太阳能光伏系统设计时最重要的因素之 一。目的就是让太阳电池组件吸收更多的太阳辐 射，以使太阳电池单位容量的发电量最大。 4 4、太阳电池的方位角和倾斜角的选定、太阳电池的方位角和倾斜角的选定 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 太阳电池方位角的选择 太阳电池方阵的方位角是方阵的垂直面方阵的垂直面与正南方正南方 向的夹角向的夹角(向东偏设定为负角度，向西偏设定为正角 度)。一般情况下，方阵朝向正南(即方阵垂直面与正

11、南的夹角为0)时，太阳电池发电量是最大的。 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 一般情况下，在偏离正南(北半球) 30度时， 方阵的发电量将减少约10%-15%，在偏离正南(北半 球)60时，方阵的发电量将减少约20%-30%。 但是，在晴朗的夏天，太阳辐射能量的最大时刻 是在中午稍后，因此方阵的方位稍微向西偏一些时， 在午后时刻可获得最大发电功率。在不同的季节，太 阳电池方阵的方位稍微向东或西一些都有获得发电 量最大的时候。 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2

12、021年6月18日 一般情况下，我们在计算发电量时，是在方阵面 完全没有阴影的前提下得到的。如果受太阳电池设置 场所的限制，如屋顶、土地、山、建筑物的阴影等， 应极力避免，以适当的方位角进行设置。 如考虑与屋顶、土地、建筑物等的方位角一致， 以避开山、建筑物等的阴影的影响。总之，要使阴影 对发电量的影响降低到最低程度。 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 太阳电池倾斜角的选择 倾斜角是太阳电池方阵平面与水平地面的夹角， 并希一望此夹角是方阵一年中发电量为最大时的最佳 倾斜角度。一年中的最佳倾斜角与当地的地理纬度有 关，

13、当纬度较高时，相应的倾斜角也大。 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 在确定方阵倾角时，一般采用较近似的方法来确定， 一般在我国南方地区，方阵倾角可比当地纬度增加10- 15；在北方地区倾角可比当地纬度增加5-10。 如果当地纬度较大时，倾角增加的角度可小一些，如 青藏高原，倾角不宜过大，可大致等于当地纬度。同时， 为方阵支架的设计、安装方便，方阵倾角常取整数。 海口的纬度是海口的纬度是 20.0320.03，方阵倾，方阵倾 角应如何选择？角应如何选择？ 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技

14、职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 和方位角一样，在设计中也要考虑到屋顶的倾斜 角及积雪滑落的倾斜角等方面的限制条件。 在已建好的屋顶设置时则可与屋顶的倾斜角相同。 在有积雪的地区，为了使积雪能自动滑落，倾斜角一 般选择50 - 60 。 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 设置太阳电池阵列时，要根据设置的规模、 构造、设施方式等决定可设置的面积。 如果受到当地的条件限制时，要考虑地点的 形状、所需的发电容量以及周围的环境等，对太 阳电池阵列进行设计，既要使太阳能光伏系统的既要使太阳能光伏系统的 出力最大，

15、又要使太阳电池阵列美观出力最大，又要使太阳电池阵列美观。 5 5、确定太阳电池可设置的面积、确定太阳电池可设置的面积 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 太阳电池组件的选定 太阳电池组件的选定一般应根据太阳能光伏系统 的规模、用途，外观等而定。太阳电池组件的种类较 多，现在比较常用的是单晶硅、多晶硅以及非晶质硅 太阳电池。还要计算出太阳电池阵列容量。 台架设计 台架设计时应考虑设置地点的状况、环境等因素。 要考虑风压的作用力、固定载荷、积雪载荷(北方地 区)以及地震载荷等。 6 6、太阳电池阵列的设计、太阳电池阵列的设

16、计 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 首先我们要对场所的状况、方位、周围的情况进行调 查，选定设置的场所，并确定可设置太阳电池组件的 面积。 根据负载的状况来确定必要的太阳电池容量，还要确 定选择什么样的太阳电池组件，以及组件的枚数，并 算出所需太阳电池的面积。 根据调查的结果选定太阳电池阵列的设置方式，并判 断设置太阳电池组件的可能性。 7.2 7.2 太阳能光伏系统的设计步骤太阳能光伏系统的设计步骤 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 其

17、它设备的选定，如蓄电池、逆变器、接线盒等，并 确定设置场所。 设计施工方案。 根据设计结果购买太阳电池组件以及其它设备，安装 太阳电池组件并对其配线。 安装工事结束后对各个部分进行检查，如不存在问题 则可开始发电。 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 由于太阳光能量变化的无规律性、负载功率 的不确定性以及太阳电池特性的不稳定性等因素 的影响，因此，太阳能光伏系统的设计比较复杂。 太阳能光伏系统的设计方法一般可分为解析解析 法法和计算机仿真法计算机仿真法两种。解析法又分为参数分析 法以及LOLP法。本章主要介绍参数分析法

18、。 7.3 7.3 太阳能光伏系统设计方法概要太阳能光伏系统设计方法概要 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 参数分析法是一种将复杂的非线性太阳能光 伏系统当做简单的线性系统来处理的方法。设计 时可从负载与太阳光的入射量着手进行设计，也 可以从太阳电池组件的设置可能面积着手进行设 计。此方法不仅使用价值高，而且设计方法简单。 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 PAS :标准状态时太阳电池阵列的容量(KW)； EL :某期间负载的消费量(KWh

19、/期间)； D :负载对太阳光伏系统的依存率(1-备用电源的依存率)； R :设计余量系数，通常在1.1-1.2的范围； HA :某期间得到的阵列面积的日射量(KWh/m2期间)； GS :标准状态下的日射强度(1KW/m2)； K :综合设计系数(包括太阳电池组件出力波动的修正、电路损失、机器 损失等). 1 1、阵列容量的计算、阵列容量的计算 负载已决定时负载已决定时 )K/G(H DRE P SA L AS 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 对于住宅用太阳能光伏系统而言，某期间负载总 消费量可用两种方法加以概算

20、：第一种方法是根据电根据电 表的消费量进行推算表的消费量进行推算；另一种方法是根据使用的电气根据使用的电气 设备以及使用时间夹计算，设备以及使用时间夹计算，一般采用如下公式计算： nnL TETETEE 2211 其中：Ek(k=1,2,n)为各电器设备单位时间的消费电量； Tk(k=1,2,n)为各电器设备的使用时间。 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 设置太阳能光伏系统时，有时会受到设置场所的限制， 即太阳电池阵列的设置面积会受到限制。系统设计时需要 根据设置面积算出太阳电池的容量。如果已知设置地点的 日射量HA

21、 ，标准太阳电池阵列的出力PAS 以及综合设计系 数K，则太阳光伏系统的日发电量是： 阵列面积已决定时阵列面积已决定时 ASA pKPHE 标准状态下太阳电池阵列的转换效率为: 100% AG P S AS S 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 组件的总枚数可以由必要的太阳电池容量计算得 到，串联枚数可以根据必要的电压(V)算出。 2 2、太阳电池组件的总枚数、太阳电池组件的总枚数 串联枚数串联枚数= =必要的电压必要的电压每枚组件的最大输出电压每枚组件的最大输出电压(V)(V) 组件的总枚数组件的总枚数= =必要的

22、太阳电池容量必要的太阳电池容量(W)(W)每枚组件的最大出力每枚组件的最大出力(W)(W) 并联枚数并联枚数= =组件的总枚数组件的总枚数串联枚数串联枚数 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 例1：已知某一直流电机的额定功率为120W,工作电压为 24V,如果用功率为30W，动作电压为12V的太阳电池组 件供电，则至少需要多少块该太阳电池组件，如何搭 配。 解：组件总枚数 n总=120W30W=4 组件串联枚数 n串=24V12V=2 组件并联枚数 n并= n总n串=42=2 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光

23、伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 独立型太阳能光伏系统的设计步骤没有统一 的格式，要根据已知条件，如太阳电池设置可能 的面积、负载的情况、所选定的系统等来决定其 设计方法。 7.4 7.4 独立型太阳能光伏系统的设计独立型太阳能光伏系统的设计 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 一般独立型太阳能光伏系统采用以下步骤设计: 1、电器设备消费的必要的电流量的确定。 V P I l 负载所必须的电流： l 负载所必要的电流量： ITI L (P -负载的功率，V -负载的工作电压) (T

24、-负载工作的时间，单位：小时) 2、确定必要的太阳电池的电流。 修正系数平均日照时间 负载所必要的电流量 S I 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 例2:一直流负载荧光灯的电压为12V，功率为4W，该荧光灯 作为庭院灯使用，每天夜间使用5小时。已知该地的平均 日照时间为3小时，太阳电池的修正系数是0.6，求必要 的太阳电池电流。 解：负载所必须的电流为: 0.34A 12V 4W V P I 负载所必要的电流量: hA .715h0.34AITIL 必要的太阳电池的电流为： A4.90 .60h3 hA .71 SI

25、 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 3、蓄电池容量的计算。 温度修正因子允许的最大放电深度 日平均负载所需电量自给天数 蓄电池容量 C 所选单个蓄电池容量 量系统所需蓄电池的总容 蓄电池并联数 蓄电池标称电压 负载标称电压 蓄电池串联数 蓄电池串联数蓄电池并联数蓄电池总数 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 在例2中，如果该地的最长阴雨天数为7天，蓄电池 的最大放电深度为0.5，温度修正系数是0.75，求必要 的蓄电池容量。如果选用12V/8

26、Ah的蓄电池，该如何 串并联。(已知负载所必要的电流量是 IL =1.7Ah) 解： 则必要的蓄电池容量为：hA7 .31 .505.70 7h1.7A C 4 hA8 hA7 .31 蓄电池并联数 1 12V V12 蓄电池串联数 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 4、太阳电池方阵电压的确定 二极管电压降满充电系数蓄电池公称电压方阵电压 5、确定太阳电池串并联的连接方法 每枚组件最大输出电压 方阵电压 太阳电池串联枚数 输出电流每枚太阳电池组件最大 必要的太阳电池电流 太阳电池并联枚数 第七章第七章 太阳能光伏系统

27、的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 在例2中，如果蓄电池满充电系数是1.2，二极管电压 降为0.7V，求太阳电池最大出力电压。如果选用15V/0.5A 的太阳电池，应如何串并联。(必要的太阳电池的电流为： IS =0.94A) 解：太阳电池最大出力电压为：15.1V0.71.2V12Vm 1 15 .115 太阳电池串联枚数 2 0.5A 0.94A 太阳电池并联枚数 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 6、如果负载为交流负载，则还需要选择逆变器，选定 逆变器时，需要计算

28、出逆变器的输人、输出电流。 ）交流电压（ ）负载功率（ ）逆变器的输出电流（ V W A 转换效率）系统电压（ ）负载功率（ ）逆变器的输入电流（ V W A 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 例3：已知某一计算机的功率为24W，工作电压为220V， 如果用太阳能光伏系统给它供电，如果逆变器的转换 效率为0.9，求该逆变器的输出电流和输入电流。 解： A1.10 20V2 4W2 A）逆变器的输出电流（ 2.24A 0.912V 24W A ）逆变器的输入电流（ 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计

29、 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 例4：用光伏系统给以收音机(AC220V、50Hz、24w)供电， 假如用12V蓄电池给收音机供电，每天工作6小时，太阳电 池的修正系数为0.6，当地平均日照时间为3小时，逆变器 的效率为0.8，求必要的太阳电池电流。如果蓄电池满充 电系数是1.2，二极管电压降为0.7V，求太阳电池最大出 力电压。 解：负载所必要的直流电流为： 2.5A 0.812V 24W V P I 负载工作所必要的电流量：h15A6h2.5A ITIL 必要的太阳电池的电流为： 6.25A .80h3 h15A S I 太阳电池最大出力电压为：15.1V0.71.2V12Vm 第七章第七章 太阳能光伏系统的设计太阳能光伏系统的设计 海南科技职业学院海南科技职业学院 2021年6月18日 目前，住宅用太阳能光伏系统一般为有逆潮流的 并网系统，现简要说明一下设计步骤。 7.5 7.5 住宅用太阳能光伏系统的设计住宅用太阳能光伏系统的设计 首先要对房屋进行必要的调查，包括房屋的结构、 形状、方位、周围的状况等; 确定可设置太阳电池场所的面积; 确定功率调节器输出电压; 确定选择什么规格的太阳电池组件; 确定太阳电池组件的串联数目; 确定太阳电池组件的并联数目； 对此系统的年发电量进