太阳能停车棚系统设计

1、类型：课程设计名称：太阳能停车棚系统设计关键词：电池组件；光伏发电；停车棚引言太阳能作为清洁能源在社会上的用途逐渐增加。太阳能车棚是未来的发展方向，有良好的发展前 景。在全国各地推广太阳能停车棚，可以减少电动自行车对公共电网的依赖，有利 于在国民中普及绿 色能源的观念。太阳能停车棚，包括由多个支撑柱支撑的遮阳板、包含有多个电池板的太阳能电池组件结构、控 制系统，电池板通过导线与光伏阵列分流箱连接，该光伏阵列分流箱通过直流断路 器与光伏系统控制 器连接，该光伏系统控制器与蓄电池组连接，该蓄电池组依次通过独立光 伏逆变器、双电源转换开关 与可给汽车充电的多个充电桩连接；充电桩还通过双电源转换开 关

2、与市电电网电缆连接；太阳能发电 还与市电电网并网；对太阳能电池组件结构也进行了改进。夜间可进行照明，可给停放的汽车充电，将 多余的电能并入市电电网，也可由市电电网自动补充电能给充电桩，同时电能的利用率有了较大的提 高。充分有效的利用了太阳能这一可再生的情节能源并到达节能效果。吴少波在光伏发电-电动汽车充电一体化停车棚的研制中主要进行了对太阳能光伏发电电气 系统设计和停车棚主体结构的设计，包括场地位置的选择、光伏板阵列顶棚倾角和方位角的确定、顶 棚钢管支柱的尺寸确定。其结语为：该实验项目完美的展现并验证了太阳能光伏发电与电动汽车停 车、充电及公共电网的有机融合，太阳能光伏建筑一体化电动汽车充电停

3、车棚与电网结合可以减轻汽 车充电对电网的冲击，而在无电地方可给过路电动汽车临时补充能量，达到发电、停车、充电三不 误，同时其新颖的外观让人赏心悦目，达到美化环境的作用。上海海事大学经管学院管理科学与工程研究生王伟在太阳能光伏发电停车棚节能减排方案研 究中主要对太阳能光伏发电停车棚构建方案进行了设计、构建可行性进行可行性研究、太阳能停车 棚系统的节能减排效果分析。其结论为：构建太阳能光伏发电停车棚在经济上是可行的，其带来的好 处不仅是节能，也能很大程度地推广新能源汽车的使用从而达到减排的效果，可以说是一举两得。第一章光伏发电系统的组成1.1太阳能电池目前太阳能电池使用的多晶硅材料，大多是含有大量

4、单晶颗粒的集合体，或用废次单晶 硅材料和冶 金级硅材料融合浇铸而成，然后注入石墨铸模中，即得多晶硅锭。这种硅锭铸成立方体后通过切片加工成 方形太阳能电池片，提高了材料利用率和方便组装。多晶硅太阳能电池与单晶硅太阳能电池的制作工艺差 不多，其光电转换率约12%左右，稍低于单晶硅太阳能电池，但其材料制造简便，节约电耗，总的生产 成本较低，因此得到大量发展。随着传统的煤炭、石油等燃料、能源逐渐减少，并且对全球环境造成的危害日显突出，世界各国纷 纷都把目光投向可再生绿色能源的开发和利用，以期维持人类长远的可持续发展。太阳能以其独有的无 污染、可自由利用、取之不尽、用之不竭的优势成为人类利用的重点。越来

5、越多的国家开始实行“阳光计 划”，开发利用太阳能资源进行发电发热。太阳能作为无污染的新型能源越来越受到社会的重视，相关应用技术层出不穷，如太阳能路灯、太 阳能庭院灯、太阳能草坪灯等。太阳能光伏发电应用实验平台采用完全商用的太阳能电池板，控制器、蓄 电池、逆变器及路灯等，使得大家可以真正了解太阳能光伏发电过程及现场应用。描述蓄电池特性的参数有很多，主要的有：容量荷电状态、放电深度、自放电率、放电速率、效率 等，下面介绍其中一些参数的概念。蓄电池的容量蓄电池的容量就是蓄电池储存电能的能力。通常以充足电后的蓄电池放电至其端 电压到规定的终止电压时，电池所放出的总电量。蓄电池的荷电状态蓄电池的荷电状态

6、SOC用来反映蓄电池的剩余容量。其数值上定义为蓄电池剩余容量占其总容量 的百分比。蓄电池的放电深度放电深度是指蓄电池放出的容量占其能放出的总容量的百分比放电速率 放电速率简称放电率，常用时率和倍率表示。时率是以放电时间表示的放电速率，即 以某电流放电至规定终止电压所经历的时间。倍率是电池放电电流的数值为额定容量数值的倍数。如放电 电流表示为0.1C。，对于一个60Ah （C。）的电池，即以0.1 *60=6A的电流放电，C的下脚标 表示放电时率。自放电现象当电池处于非工作状态时，虽然没有电流流过蓄电池，但是电池内的活性物质与电解液之间自发的反应却一直在进行，造成电池内的化学能量损耗，使电池的容

7、量下降，称这种现象为电池的自 放电。自放电现象和环境温度有关。当温度较高时，自放电现象比较明显。但自放电一般不会损伤电池， 只要蓄电池重新充满，仍可以照常使用。蓄电池寿命蓄电池的寿命通常分为循环寿命和浮充寿命两种。蓄电池的容量减少到规定值之前，蓄电池的充放 电循环次数成为循环寿命。在正常使用条件下，蓄电池浮充供电的时间成为浮充寿命，通常蓄电池的浮充寿命可达10年以上。蓄电池的寿命与放电深度、充电电压和环境温 度密切相关。1.2发电原理太阳能电池表面有一层金属薄膜似的半导体薄片，当太阳光照射时，薄片的另一侧和金属薄膜之间 将产生一定的电压，这一现象称为光生伏打效应（简称光伏效应），太阳能电池就是

8、产生光生伏打效应 （简称光伏效应）的半导体器件。通常由硅材料制成，因此，太阳能电池又称为光伏电池。太阳能光伏 电池正是一种利用光伏效应直接将光能转化为电能的装置，1954年世界第一块实用化太阳能电池在美 国贝尔实验室问世，并首先应用于空间技术。当时太阳能电池的转换效率为8% 1973年世界爆发石油危机，从此之后，人们普遍对于太阳能电池关注， 近十几年来，随着世界能源短缺和环境污染等问题日趋严重，太阳能电池的清洁性、安全性、长寿命， 免维护以及资源可再生性等优点更加显现。由于单个太阳能电池功率极小，所以在实际应用中是将许多 单个太阳电池经过串、并联组合并进行封装后构成太阳电池组件使用。光伏阵列就

9、是由许多太阳电池组 件经过相应的串、并联后构成。硅太阳能池的结构及工作原理：硅太阳能电池的外形及基本结构如图2.1。基本材料为P型单晶硅，厚度为0.3 0.5mm左右。上表面为N+型区，构成一个P附结。顶区表面有栅状金属电极，硅片背面为 金属底电极。上下电极分别与N+区和P区形成欧姆接触，整个上表面还均匀覆盖着减反射膜。当入发 射光照在电池表面时，光子穿过减反射膜进入硅中，能量大于硅禁带宽度的光子在N+区，PN+结空间 电荷区和P区中激发出光生电子一一空穴对。各区中的光生载流子如果在复合前能越过耗尽区，就对 发光电压作出贡献。光生电子留于N+区，光生空穴留于P区，在PN+结的两侧形成正负电荷的

10、积累，产生光生电压，此为光生伏打效应。当光伏电池两端接 一负载后，光电池就从P区经负载流至N+区，负载中就有功率输出。太阳能电池各区对不同波长光的 敏感型是不同的。靠近顶区的光生电流对短波长的紫光（或紫外光）敏感，约占总光源电流的5- 10% （随N+区厚度而变），PN+结空间电荷的光生电流对可见光敏感，约占5流右。电池基体区域产生的 光生电流对红外光敏感，占80- 90%是光生电流的主要组成部分。 2ciu 图1.1太阳能电池结构及工作原理图一块N形硅片表面，用扩散的方法掺入一些P型杂质，形成PN结，光这就是一块硅光电池。当 照射在PN上时，如光子能量hv大于硅的禁带宽度E时，则价带中的电子

11、跃迁到导带，产生电子空穴 对。因为PN结阻挡层的电场方向指向P区，所以，任阻挡层电场的作用下，被光激发的电子移向N区 外侧，被光激发的空穴移向P区外侧，从而在硅光电池与PN结平行的两外表而形成电势差，P区带正 电，为光电池的正极，N区带负电，为光电池的负极。照在PN结上的光强增加，就有更多的空穴流向 P区，更多的电子流向N区，从而硅光电池两外侧的电势差增加。如上所述，在光的作用下，产生一定 方向一定大小的电动势的现象，叫作光生伏特效应。白天太阳光照射到太阳能组件上，使太阳能电池组件产生一定幅度的直流电压，把光能转换为电 能，再传送给智能控制器，经过智能控制器的过充保护，将太阳能组件传来的电能输

12、送给蓄电池进行储 存；而储存就需要有蓄电池，所谓蓄电池即是贮存化学能量，于必要时放出电能的一种电气化学设备。1.3停车棚光伏发电技术现已逐渐步入成熟，太阳能光伏产品也从原来的特殊专业化用途逐渐向市场化的消 费类产品发展，其应用范围扩展到了各个领域.把太阳能与智能车库运用到一起，既可以为车辆遮风挡 雨，又可以实现太阳能发电的新型太阳能车库，实现了太阳能光伏利用与建筑一体化的个性化创新.太阳能停车棚是利用太阳能电池板构建棚顶，然后将该装置所产生的电能供停在车棚下的新能源汽 车使用的一种特制停车棚，即在停车棚上铺设太阳能电池组件，实现上面太阳能发电，下面车辆遮阳挡 雨。太阳能光伏停车棚不仅具有良好的

13、吸热性，有效解决了夏天车内温度过高难以入内的问题，而且可 以为日益普及的电动汽车充电，机具实用性。这一方面充分有效利用了太阳能这一可再生的清洁能源并 达到节能效果，另一方面有力的推广了新能源汽车的使用达到减排的效果。1.4论文的主要内容太阳能光伏车棚主要由太阳电池组件阵列、支架系统、照明及控制逆变系统、充电装置系统和防雷 及接地系统组成。支架系统主要包括支撑立柱、固定在支撑立柱之间的斜梁、搭接在斜梁上用于支撑太 阳电池组件阵列的导轨及固定太阳电池组件阵列的紧固件等；照明及控制逆变系统包括直流汇流箱、光 伏控制器、逆变器、交流配电柜及节能灯等；充电装置系统包括充电桩及充电装置，防雷及接地系统包

14、括防雷针、避雷针、引下线及接地体等。本次论文的主要内容就是对太阳能停车棚进行设计，包括：组件设计、支架系统设计、充电系统设 计、防雷接地系统设计等等。第二章结构及工作原理分析、及部件选型2.1结构及工作原理分析太阳能停车棚，包括由多个支撑柱支撑的遮阳板、包含有多个电池板的太阳能电池组件结构、控 制系统，电池板通过导线与光伏阵列分流箱连接，该光伏阵列分流箱通过直流断路器与光伏系统控制器 连接，该光伏系统控制器与蓄电池组连接，该蓄电池组依次通过独立光伏逆变器、双电源转换开关与可 给汽车充电的多个充电桩连接；充电桩还通过双电源转换开关与市电电网电缆连接；太阳能发电还与市 电电网并网；对太阳能电池组件

15、结构也进行了改进。夜间可进行照明，可给停放的汽车充电，将多余的 电能并入市电电网，也可由市电电网自动补充电能给充电桩，同时电能的利用率有了较大的提高。充分 有效的利用了太阳能这一可再生的情节能源并到达节能效果。结构图如图2.1所示。图2.1光伏发电原理图2.2部件选型2.2.1电池片选型由于技术和材料原因，单一电池的发电量是十分有限的，实用中的太阳能电池是单一电池经串、 并联组成的电池系统，称为电池组件（阵列）。单一电池是一只硅晶体二极管，根据半导体材料的电子 学特性，当太阳光照射到由P型和N型两种不同导电类型的同质半导体材料构成的P-N结上时，在一定的条件下，太阳能辐射被半导体材料吸收，在导

16、带和价带中产生非平 衡载流子即电子和空穴。同于P-N结势垒区存在着较强的内建静电场，因而能在光照下形成电流密度J，短路电流Isc，开路电压Uoco若在内建电场的两侧面引出电极并接上负载，理 论上讲由P-N结、连接电路和负载形成的回路，就有光生电流流过，太阳能电池组件就实现了对负载 的功率P输出。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。太阳能电池主要分为晶体硅电池 和薄膜电池两类，前者包括单晶硅电池、多晶硅电池两种，后者主要包括非晶体硅太阳能电池、铜铟镓 硒太阳能电池和碲化镉太阳能电池。太阳能电池：太阳电池是将太阳光直接转换为电能的最基本元件。但单体太阳电池是不能直接做 为电源使

17、用的。因为单体电池薄而脆，容易碎裂，其电极的耐湿，耐腐蚀性能也还不能满足长期裸露使 用的要求，而且单体太阳电池的工作电压太低，远不能满足一般用电设备的电压要求。因而需根据使用 要求将若干单体电池进行适当的连接并经过封装后，组成一个可以单独对外供电的最小单元即组件。一个停车位的面积大约为15平方米，假设共有15个车位，那么每个车棚太阳电池板有效安装面 积为225平方米，按照每块电池组件功率为250W进行计算，每个太阳能停车棚安装的太阳电池组件 容量为30KW.系统转化效率按80%+算，平均日照峰值时间以衢州为例，其日照峰值时间为3.53小时计算，一 天的发电量为：30*3.53*80%=84.7

18、2度国内多晶硅太阳能电池近年来发展迅速，国产高效多晶平板电池组件多倍大型光伏电站选用，尤 其是单块组件功率为250-285WP时，电池效率达到17%-18%通过一系列的国际认证，能保证光伏组 件输出功率达到25年以上，电池效率和稳定性均处于世界先进水平。所以对电池组件我们选择使用峰值功率为250WP的多晶硅电池组件，选型是选用墨格品牌的电池片。2.2.2蓄电池选型铅酸蓄电池是一种以酸性水溶液为电解质的酸性蓄电池。铅酸蓄电池的正极板活性物质为二氧化 铅(PbOz )，负极板活性物质为金属铅(Pb )，电解质为硫酸水溶液，工作时正、负极板分别进行以下 化学反应：PbO2(s)+2e-+SO42-(

19、aq)+4H+(aq)=PbSO4(s)+2H2O(l)(2-1)Pb(s)-2e-+SO42-(aq)=PbSO4(s)(2-2)上述化学反应方程式为一个可逆反应，其中正向为铅酸蓄电池的放电过程，反向为铅酸蓄电池的 充电过程。放电过程中由于硫酸不断被消耗，而且电池反应还不断生成水(H2 O)，所以电池中的电解液浓度不断降低。充电过程与放电过程正好相反，正、负两极的硫酸铅分别反应生成 二氧化铅和海绵状铅，同时不断生成硫酸，使电池中的电解液浓度回升。蓄电池组是太阳电池方阵的贮能装置，其作用是将方阵在有日照时发出的多余电能贮存起来，在晚 间或阴雨天供负载使用。在光伏发电系统中，蓄电池处于浮充放电状

20、态，夏天日 照量大，除了供给负载 用电外，还对蓄电池充电；在冬天日照量少，这部分贮存的电能逐步 放出，在这种季节性循环的基础上 还要加上小得多的日循环，白天方阵给蓄电池充电，(同 时方阵还要给负载用电)，晚上则负载用电全部 由蓄电池供给。因此，要求蓄电池的自放电 要小，而且充电效率要高，同时还要考虑价格和使用是否方 便等因素。光伏发电系统中的蓄 电池频繁处于充电一放电的反复循环中，过充电和深放电的不利情况时 有发生，故对光伏电站中的蓄电池有如下要求：1、具有深循环放电性能。2、充放电循环寿命长。3、对过充电、过放电耐受能力强。4、当电池不能及时补充充电时，能有效抑制小颗粒硫酸铅的生长。5、富液

21、式电池在静态环境中使用时，电解液不易层化。6具有免维护或少维护的性能。7、低温下具有良好的充电、放电特性；充放电特性对高温不敏感。8、蓄电池各项性能一致性好，无需均衡充电。9、具有较高的能量效率。10、具有较高的性能价格比。综合以上条件，选择铅酸蓄电池是比较合适的。223控制器选型控制器:控制器的主要功能是使太阳能发电系统始终处于发电的最大功率点附近，以获得最高效率。而充电控制通常采用脉冲宽度调制技术即PWMI制方式，使整个系统始终运行于最大功率点Pm附近区域。放电控制主要是指当电池缺电、系统故障，如电池开路或接反时切断开 关。目前日立公司研制出了既能跟踪调控点Pm又能跟踪太阳移动参数的向日葵

22、式控制器，将固定电池组件的效率提高了 50%左右。在不同类型的光伏发电系统中控制器各不相同，其功能多少及复杂程度差别很大，需根据发电系 统的要求及重要程度来确定。控制器主要由电子元器件、仪表、继电器、开关等组成。在简单的太阳电 池，蓄电池系统中，控制器的作用是保护蓄电池，避免过充，过放。若光伏电站并网供电，控制器则需 要有自动监测、控制、调节、转换等多种功能。如果负载用的是交流电，则在负载和蓄电池间还应配备 逆变器，逆变器的作用就是将方阵和蓄电池提供的低压直流电逆变成220伏交流电，供给负载使用。智能控制器的作用是控制太阳能灯系统的工作状态，如照明灯的光控或设置开关、调光、雷电保护、电路短路保

23、护、最大功率点跟踪等，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。控制器是光伏照明及控制系统的关键组件主要由单片机及逻辑电 路组成，有了优良性能 的控制器，系统才能顺利工作，同时可延长蓄电池等器件的使用寿命.2.2.4逆变器选型逆变器：是将直流电转换成交流电的设备。由于太阳能电池和蓄电池是直流电源，而负载是交流负 载时，逆变器是必不可少的。逆变器按运行方式，可分为独立运行逆变器和并网逆变器。逆变器：因为 光伏电池发出来的电是直流电，如果光伏发电系统是并交流电网运行或者给交流负载供电，那么就需要逆变器进行直流/交流的变换。通俗的讲，逆变器是一种将直流电 (DC转化为交流电(AC

24、的装置。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。型号选型为：GC1-20K2.2.5充电柜选型充电柜机：为了最大限度的提高充电的效率，考虑到车棚里停放的车众多，使用空间自由度较 大。可采用三面直充，底部接电源的壁挂式充电柜机。其造型为三面设计，三个方向同时使用，避免单 一方向充电较拥挤，充电效率低的弊端。可提供足够多的充电插头，供人们使用。型号选型为：特斯 拉充电桩专用配电箱，700*500*250cm2.2.6汇流箱选型汇流箱：在太阳能光伏发电系统中，为了减少太阳能光伏电池阵列与逆变器之间的连线使用到汇 流箱。为了提高系统的可靠性和实用性，在光伏防雷汇流箱里配置了光伏专用直流防雷模块、直流熔断

25、器和断路器等，方便用户及时准确的掌握光伏电池的工作情况，保证太阳能光伏发电系统发挥最大功效。型号选型为:ST-PD-30227变压器选型升压变压器：变压器是一种常见的电气设备，可用来把某一数值的交变电压变换为同频率的另一-8 -数值的交变电压。升压变压器就是用来把低数值的交变电压变换为同频率的另一较高数值交变电压的变 压器。型号选型为：TDGC2-30KVA2.3本章总结本章对太阳能停车棚的结构和工作原理进行了分析。对系统需要的部件进行选型：电池片、蓄电 池、控制器、汇流箱、充电柜、变压器、逆变器。通过对部件的选型更能熟悉了解系统的运行与工作的 流程。第二章系统设计太阳能光伏车棚主要由太阳电池

26、组件阵列、支架系统、照明及控制逆变系统、充电装置系统和防雷 及接地系统组成。支架系统主要包括支撑立柱、固定在支撑立柱之间的斜梁、搭 接在斜梁上用于支撑太 阳电池组件阵列的导轨及固定太阳电池组件阵列的紧固件等；照明及控制逆变系统包括直流汇流箱、光 伏控制器、逆变器、交流配电柜及节能灯等；充电装置系 统包括充电桩及充电装置，防雷及接地系统包 括防雷针、避雷针、引下线及接地体等。3.1太阳能电池方阵设计通常的独立光伏发电系统主要由太阳电池方阵、蓄电池、控制器以及阻塞二极管组成，其方框图3.1如下：图3.1独立光伏发电系统图3.1.1太阳能电池方阵的作用太阳能电池方阵是太阳能光伏发电系统的重要组成部分

27、。顶棚材料：顶棚材料使用PC阳光板，PC阳光板是国际上普遍采用的塑料建筑材料，有其他建筑装饰材料（如玻璃、有机玻璃等）无 法比拟的优点，有“不碎玻璃”之称。具有透光性、抗撞击、防紫外线、防结霜等方面具有优良的性3.1.2方位角和倾斜角众所周知，太阳每天东升西落，太阳的运动轨迹是遵循的一定规律的，可以通过当地的经纬度和当 前的时间可以计算出此时的太阳高度角和方位角。太阳高度是决定地球表面获得太阳热能数量的最重要 的因素。而对于地球上的某个地点来说，太阳高度是指太阳光的入射 方向和地平面之间的夹角，专业上 讲太阳高度角是指某地太阳光线与该地作垂直于地心的地表切线的夹角。太阳方位角即太阳所在的方位，

28、 指太阳光线在地平面上的投影与当地子午线 的夹角，可近似地看作是翌立在地面上的直线在阳光下的阴 影与正南方的夹角。方位角以正南方向为零，由南向东向北为负，由南向西向北为正，如太阳在正东方， 方位角为-90。，在正东北方时，方位为-135。，在正西方时方位角为90。具体推导太阳的高度角和方位角的过程如下：-11 -N为积日，丫为当前的年份。所谓积日，就是日期在年内的顺序号，例如：1月1日其积日为I,平年12月31日的积日为365，闰年则为366，等等。0为日角，0=2 n t / 365. 2422(3.1)在式(3.1)中，t=N 一 N0No=79. 6764+0.2433x(Y-1985)

29、-(Y-1985)十 4(3.2)地球绕太阳公转的轨道平面称黄道面，而地球的自转轴称极轴。极轴与黄道面不是垂直相交。而是 呈66. 50角，并且这个角度在公转中始终维持不变。正是由于这一原因形成了每 日中午时刻太阳高度 的不同，以及随之而来的四季的变迁。日地中心的连线与赤道面间的夹 角每天均处在变化之中，这个角 度称为太阳赤纬角。它在春分和秋分时刻等于零，而在夏至和冬至时刻有极值，分别为正负23. 442 ， 即23027,也就是南北回归线上。由于太阳赤纬角在周年运动中任何时刻的具体值都是严格己知的，所以 赤纬角L。有如下表达式：L=(0.3723+23.2567 X sin 9 +0.114

30、9 X sin2 9 +0.1712 X sin3 9 +0.758 X cos 9 +0.3656 X cos2 9 +0.0201 X cos3 9 ) Xn* 180(3.3)真正的太阳在黄道上的运动不是匀速的，而是时快时慢但人们的实际生活需要一种均匀不变的时间 单位，太阳在黄道上运行的速度不均匀，又因黄道和天赤道不在同一平面内，所以一年中真太阳日的长 短不一样，用它来计时很不方便。因此，真太阳日的长短也就各不相同。在天文学中为了弥补这一缺陷， 假想有一天体在天球赤道上以匀速由西向东运行；此速 度等于太阳在黄道上运行的平均速度。这个假想 的天体，称为“平太阳”。平太阳相继两次下中天所经历

31、的时间(即一年内真太阳日的平均值)叫平太阳 日。平太阳日比恒星同约长4分 钟。一个平太阳日分为24平太阳小时。平太阳时S是基本均匀的时间 计量系统，与人们的生活息息相关。由于平太阳是假想的，因而无法实际观测它，但它可以间接地从真太 阳时So求 得。反之，也可以由平太阳时来求真太阳时。为此，需要一个差值来表达二者的关系，这个 差值就是时差。以E表示，即S0=S+S。计算时差的公式如式(3.4):E=0.0028-1.9857xsin 9 +9.9059 X sin2 9 7.0924 X cos 9 一 0.6882 X cos2 9(3.4)由于真太阳的周年视运动是不均匀的，因此，时差也随时都

32、在变化着，但与地点无关，一年当中有4次为零，并有4次达到极大。如图3.2所示：图3.2 一年内时差的曲线变化图9 t为时角，h为当前的小时数，m为当前的分钟数，s为当前的秒数。Lon为本地的经 度，Lat为 本地的纬度。0 t=(h 一 12)+(m 一(120 n/ 180 Lon) X4X 180/n +Et) /60+(s/3600)x15 X/ 180(3.5)Lat为本地的纬度，H为此刻的高度角，D为此刻的方向角。H=arcsin(sinLat X sinLt+cosLat X cosLt X cos 01)(3.6)由公式3.1 3.6,可以通过当地的经度和纬度值以及当前的时间，精

33、确计算出此刻的太阳高度角 和方位角。太阳电池方阵的方位角是方阵的垂直面与正南方向的夹角(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(即方阵垂直面与正南的夹角为0)时，太阳电池发电量是最大的。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。因此，确定方阵的最优倾角是光伏发电系统中不可缺少的一个重要

34、环节。对于方阵倾角的选择应 结合以下要求进行综合考虑：连续性。一年中太阳辐射总量大体上是连续变化的，多数是单调升降，个 别也有少量起伏，但一般不会大起大落。均匀性。选择倾角，最好使方阵表面上全年接收到的日平均辐 射量比较均匀，以免夏天接收辐射量过大，造成浪费；而冬天接受到的辐射量太小，造成蓄电池过放以 至损坏，降低系寿命，影响系统供电稳定性。？极大性。选择倾角时，不但要使方阵表面上辐射量最弱 的月份获得最大的辐射量，同时还要兼顾全年日平均辐射量不能太小。同时，对特定的情况要作具体分 析。如，有些特殊的负载（灌溉用水泵、制冷机等，）夏天消耗功率多，方阵倾角的取值当然应使得方阵夏日接收辐射量相对冬

35、 天要多才合适。建造发电站时，需要根据现场经纬度不同，调节组件倾斜角度，以获得最大的太阳辐射，倾斜角 是太阳电池方阵平面与水平地面的夹角，并希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，当纬度较高时，相应的倾斜角也大。总的来说，太阳能辐 射获取量幅度呈抛物线表现，最高点即为辐射量最大的组件角度。除了考虑倾斜角的设计，还需要参照 一些当地的限制条件，例如屋顶的倾斜角度，积雪滑落角度和倾斜角等，对于具体设计某一个方阵的倾 斜角还应综合地进一步同实际情况结合起来考虑，以得出最合理，最适合的设计。通过建立倾斜面太阳辐射计算模型和太阳能电池输出功率模型，基

36、于中国建筑热环境分析专 用气象数据集的水平面太阳辐射逐时数据，计算倾斜面逐时太阳辐射，并进一步计算太阳能电池逐时发 电功率，从而确定不同地区太阳能板的最佳倾角，研究技术路线如图3.3所示。斜面上太阳辐射计 算模型集热太阳能板放置最佳，倾角室外干球温度圭伏电池发电模型光伏发电板放置最佳倾图3.3技术路线3.1.2旁路二极管为了防止光伏电池由于热斑效应而遭受破坏，需要在光伏电池组件的正、负极两端并联一个旁路二 极管，实现电流的旁路，保护光伏阵列。为了避免由于光伏电池方阵在阴雨天和夜晚不发电时或者出现 短路故障时，蓄电池组通过光伏电池方阵放电，这就需要在方阵中加入防反充二极管，又称为阻塞二极 管。阻

37、塞二极管串联在方阵的电路中，起单向导通的作用，它必须能承受足够大的电流，而且正向压降 要小，反向饱和电流要小。一般选用合适的整流二极管作为阻塞二极管。除了电方面的保护，还要考虑 机械方面的保护，如防风、防雨、防雹能力，另外，为了防止鸟粪沾污光伏电池表面引起热斑效应，还需要在方阵顶上特别安装驱鸟器。光 伏阵列的电气连接图如图3.4所示：3.2支架系统设计太阳能光伏车棚的支架系统主要包括支撑立柱、固定在支撑立柱之间的斜梁、搭接在斜梁上用于支 撑太阳电池组件阵列的导轨及固定太阳电池组件阵列的紧固件等。其车棚俯视图如图3.5所示：图3.5车棚俯视图3.3照明系统设计光伏照明及控制系统的工作原理：在能电

38、池组件白天向蓄电池组件充电，晚上蓄电池则给照明负载 供电。智能控制器的控制下，太阳控制系统采用MPPTJ术，实现最大功率点跟踪在充电控制过程中， 控制系统通过测量太阳能电池的电压和电流实时检测太阳能电池的最大 功率输出，判断太阳能电池此时的输出功率是否达到最大，若不在最大功率点运行，贝U调整脉宽、调制输出占空比、改变充电电流，再次进行实时采样，并作出是否改变占空比的判断。通过这样的寻优过 程，可保证太阳能电池始终运行在最大功率点，提高光电转换效率。在给照明负载供电过程中，控制器需实现太阳能与市电互补的功能，当白天太阳能电池的发电量不足以提供 照明负载供电，需切换到公网供电。通过对蓄电池电压的监

39、测，当蓄电池电压不足时，由市电直接向照 明负载供电，避免了蓄电池电压不足时照明负载不亮的情况。太阳能车棚光伏照明及控制系统主要由太阳能电池组件、智能控制器、蓄电池和照明光源等组成， 它们构成了一个独立的照明系统。照明及控制逆变系统包括直流汇流箱、光伏控制器、逆变器、交流配电 柜及节能灯等。配电柜：是指分动力配电柜和照明配电柜、计量柜等配电系统的末级设备。型号选型为：AKR1-5-。 在线软启动柜照明系统要求：智能便捷，能提供充足照明让车主快速安全地行驶进出停车场。耐用可靠，性能稳定，日常维护管理简易。能与安防监控相匹配使用，不会对停车场的安保工作造成不良影响。节能环保，降低运营成本，提升停车场

40、管理服务形象。3.4充电系统设计充电装置系统包括充电桩及充电装置。光伏照明及控制系统的工作原理：在能电池组件白天向蓄电池组件充电，晚上蓄电池则给照明负载 供电。智能控制器的控制下，太阳控制系统采用MPPTJ术，实现最大功率点跟踪。在充电控制过程 中，控制系统通过测量太阳能电池的电压和电流实时检测太阳能电池的最大功率输出，判断太阳能电池 此时的输出功率是否达到最大，若不在最大功率点运行，贝U调整 脉宽、调制输出占空比、改变充电电 流，再次进行实时采样，并作出是否改变占空比的判断。通过这样的寻优过程，可保证太阳能电池始终 运行在最大功率点，提高光电转换效率。在给照明负载供电过程中，控制器需实现太阳

41、能与市电互补的功能，当白天太阳能电池的发电量不足以提供 照明负载供电，需切换到公网供电。通过对蓄电池电压的监测，当蓄电池电压不足时，由市电直接向照 明负载供电，避免了蓄电池电压不足时照明负载不亮的情况。照明供电方式有交流和直流两种，光伏系统提供的是直流电，传统光源要想使用太阳能，还要增 加逆变电路，中间能量损耗要大于使用LE D灯，在这样的情形下，理想的选择当然是使用LE D 灯。L E D已经更加接近普通照明的要求，在过去几年中，L E D的光色指标有了极大的提高。但LED作为太阳能照明系统的光源，还有不足的地方：一是性能不稳定；二是寿命 短。3.5防雷接地系统设计防雷及接地系统包括防雷针、

42、避雷针、引下线及接地体等。建筑物的防雷设计，应认真调查地质、 地貌、气象、环境等条件和雷电活动规律，以及被保护物的特点等，因地制宜地采取防雷措施，做到安全 可靠、技术先进、经济合理。本工程接地系统采用TN C S系统，TN- C S系统由两个接地系统组成，第一部分是TN- C系统，第二部分是TN- S系统，分界面在N线与PE线的连接点。该系统一般用在建筑物的供电由区 域变电所引来的场所，进户之前采用TN- C系统，进户处做重复接地，进户后变成TN- S系统。TN- C系统前面已做分析。TN- S系统的特点是：中性线N与保护接地线PE在进户时共同接地后，不能再 有任何电气连接。该系统中，中性线N常会带电，保护接地线PE没有电的来源。PE线连接的设备外壳及金属构件在系统正常运行时，始终不会带电。因此TN-S 接地系统明显提高了人及物的安全性。同时只要我们采取接地引线