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1、第七章. 光伏系统的总体设计 要建成一个合理、完善的光伏系统，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，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。可能导致系统无法正常运行。 其中最重要的是其中最重要的是容量设计容量设计, ,内容包括内容包括 确定太阳电池方阵和蓄电池的容量确定太阳电池方阵和蓄电池的容量, ,以以 及及方阵的倾角方阵的倾角。一一. . 光伏系统的容量设计光伏系统的容量设计( (一一). ). 设计原则设计原则 光伏系统和产品要根据光伏系统和产品要根据负载的要求负载的要求和和 当地的气象及地理条件当地的气象及地理条件, ,进行专门的优进行专
2、门的优 化设计。化设计。 在充分满足用户负载用电需要的条件在充分满足用户负载用电需要的条件 下下, ,尽量减少太阳电池和蓄电池的容量尽量减少太阳电池和蓄电池的容量, , 以达到可靠性和经济性的最佳结合。以达到可靠性和经济性的最佳结合。要避免盲目追求低成本或高可靠性的要避免盲目追求低成本或高可靠性的 倾向。当前尤其要纠正为了竞争市场倾向。当前尤其要纠正为了竞争市场, , 片面强调经济效益片面强调经济效益, ,任意减小系统容量任意减小系统容量 的现象。的现象。 光伏系统设计的依据是光伏系统设计的依据是: :按月能量平衡按月能量平衡 。( (二二). ). 光伏系统优化设计步骤光伏系统优化设计步骤:
3、 :1. 独立光伏系统的设计 1). 1). 均衡性负载均衡性负载 这类负载每个月份的平均日耗电量都这类负载每个月份的平均日耗电量都 相同，这是独立光伏系统中应用最广泛相同，这是独立光伏系统中应用最广泛 的。的。 对于负载日平均耗电量变化不超过对于负载日平均耗电量变化不超过 10%10%的，也可以当作均衡性负载。的，也可以当作均衡性负载。(1). (1). 确定负载耗电量确定负载耗电量 列出各种用电列出各种用电负载的耗电功率负载的耗电功率、工作工作 电压电压及平均每天及平均每天使用时数使用时数，还要计入，还要计入 系统的辅助设备如控制器、逆变器等系统的辅助设备如控制器、逆变器等 的耗电量。的耗
4、电量。选择蓄电池工作电压选择蓄电池工作电压V V，算出负载平均，算出负载平均 日耗电量日耗电量Q QL L (Ah/d)(Ah/d)。 指定蓄电池维持天数为指定蓄电池维持天数为 n n ( (通常通常n n取取 3737天天) )(2). (2). 计算方阵面上太阳辐照量计算方阵面上太阳辐照量根据当地地理及气象资料，先任意根据当地地理及气象资料，先任意 设定某一倾角设定某一倾角 ，根据前面所介绍的，根据前面所介绍的 Klien S A Klien S A 和和 Theilacker J C Theilacker J C 所发表的计所发表的计 算月平均日辐照量的方法，计算在该算月平均日辐照量的方
5、法，计算在该 倾斜面上的各月平均日太阳辐照量倾斜面上的各月平均日太阳辐照量H Ht t（KWh / mKWh / m2 2 d d）。并得出全年平均太）。并得出全年平均太 阳总辐照量阳总辐照量 - -倾斜面上月平均太阳辐照量与水平面上倾斜面上月平均太阳辐照量与水平面上 月平均太阳辐照量的比值；月平均太阳辐照量的比值； - -水平面上月平均散射辐照量；水平面上月平均散射辐照量； - -水平面上月平均总辐照量；水平面上月平均总辐照量； - -方阵倾角；方阵倾角； - -地面发射率，一般情况下，地面发射率，一般情况下，0.20.2 H Ht t的单位化成（的单位化成（KWh / mKWh / m2
6、2 d d）, ,除以除以 标准辐照度标准辐照度1000w/m1000w/m2 2(h) (h) 在数值上就等于当月平均日在数值上就等于当月平均日峰值峰值日照日照 时数时数 T Tt t ，以后就以单位化成（，以后就以单位化成（KWh / KWh / mm2 2 d d）的）的H Ht t来代替来代替T Tt t 。(3). (3). 算出各月发电盈亏量算出各月发电盈亏量 对于某个确定的倾角，方阵输出的最小电流对于某个确定的倾角，方阵输出的最小电流 应为应为 式中：式中： 1 1为从方阵到蓄电池回路的输入效率为从方阵到蓄电池回路的输入效率 ，包括方阵面上的灰尘遮蔽损失、性能失配及，包括方阵面上
7、的灰尘遮蔽损失、性能失配及 老化、防反充二极管及线路损耗、蓄电池充电老化、防反充二极管及线路损耗、蓄电池充电 效率等。效率等。 2 2为由蓄电池到负载的放电回路效率为由蓄电池到负载的放电回路效率 ，包括蓄电池放电效率、控制器和逆变器的效，包括蓄电池放电效率、控制器和逆变器的效 率及线路损耗等。率及线路损耗等。 同样也可由方阵面上各月平均太阳辐同样也可由方阵面上各月平均太阳辐 照量中的最小值照量中的最小值H Ht mint min得出方阵所需输得出方阵所需输 出的最大电流为出的最大电流为 方阵实际工作电流应在方阵实际工作电流应在 I I minmin和和 I I maxmax 之之 间，可先任意
8、选取一中间值间，可先任意选取一中间值 I I 方阵各月发电量为方阵各月发电量为Q Q g g= N I H = N I Ht t 1 1 2 2 式中：式中：N N 为当月天数，为当月天数， H H t t为该月太阳辐照量。为该月太阳辐照量。各月负载耗电量为各月负载耗电量为Q Q c c= N Q = N QL L从而得到各月发电盈亏量从而得到各月发电盈亏量Q= Q Q= Q g g- Q - Q c c 如果如果Q Q n n，则增大电流，则增大电流 I I ，重新，重新 计算，反之亦然。直到计算，反之亦然。直到 n n1 1 n n，即，即得出得出 方阵输出电流方阵输出电流 I I m m
9、。 (6). (6). 求出方阵最佳倾角求出方阵最佳倾角 改变倾角，重复以上计算，进行比较改变倾角，重复以上计算，进行比较 ，得出最小的方阵输出电流，得出最小的方阵输出电流 I I m m值，相值，相 应的倾角即为应的倾角即为方阵最佳倾角方阵最佳倾角 optopt。(7). (7). 得出蓄电池及方阵容量得出蓄电池及方阵容量 求出蓄电池容量为：求出蓄电池容量为： 式中式中: (DOD): (DOD)为蓄电池的放电深度为蓄电池的放电深度, ,通通 常取常取 0.3 0.8 0.3 0.8 。光伏方阵容量为光伏方阵容量为: :P = k I P = k I m m ( V ( V b b+ V +
10、 V d d ) ) 其中：其中：k k 为安全系数为安全系数, ,通常取通常取11.5,11.5,可根可根 据负载的重要程度、参数的不确定性据负载的重要程度、参数的不确定性 、温度的影响以及其他所需要考虑的、温度的影响以及其他所需要考虑的 因素而定；因素而定；V V b b为蓄电池充电电压；为蓄电池充电电压；V V d d为防反充二极管及线路压降。为防反充二极管及线路压降。(8). (8). 最终决定最佳搭配最终决定最佳搭配 改变蓄电池维持天数改变蓄电池维持天数n n，重复以上计，重复以上计 算，可得到一系列算，可得到一系列B PB P组合。再根据组合。再根据 产品型号及单价等因素，进行经济
11、核产品型号及单价等因素，进行经济核 算，最后决定蓄电池及光伏方阵容量算，最后决定蓄电池及光伏方阵容量 的最佳组合。的最佳组合。(9). (9). 总结总结 先指定蓄电池维持天数先指定蓄电池维持天数n n；任意选择方任意选择方 阵倾角阵倾角 ；得到满足维持天数要求的方得到满足维持天数要求的方 阵输出电流阵输出电流I I 。再改变方阵倾角，求出。再改变方阵倾角，求出 满足维持天数要求的方阵最小输出电流满足维持天数要求的方阵最小输出电流I Im m ，此时对应的，此时对应的 即为方阵最佳倾角即为方阵最佳倾角 opt opt 。由此得出方阵和蓄电池容量。改变维。由此得出方阵和蓄电池容量。改变维 持天数
12、持天数n n ，可以得到一系列，可以得到一系列BPBP组合，组合， 最后确定最佳的蓄电池和方阵搭配容量最后确定最佳的蓄电池和方阵搭配容量 。实例分析实例分析例例1 1，为沈阳地区设计一套太阳能路灯，为沈阳地区设计一套太阳能路灯， 灯具功率为灯具功率为30W 30W ，每天工作，每天工作6 6小时，工作小时，工作 电压为电压为1212伏，蓄电池维持天数取伏，蓄电池维持天数取5 5天。要天。要 求太阳电池方阵和蓄电池的容量及方阵求太阳电池方阵和蓄电池的容量及方阵 倾角是多少倾角是多少? ? 负载耗电量负载耗电量: :沈阳地区纬度是沈阳地区纬度是41.4441.44，任意取方阵倾，任意取方阵倾 角角
13、 = 60 = 60 ，算出各月份方阵面上的太，算出各月份方阵面上的太 阳辐照量阳辐照量H Ht t选取参数：选取参数： 1 1= = 2 2= 0.9 = 0.9 得到得到I Imaxmax=11.52A =11.52A I Iminmin=5.176A=5.176A在最大和最小电流值之间取：在最大和最小电流值之间取：I I = 5.2A = 5.2A 。算出各月方阵发电量算出各月方阵发电量Q Q g g,并列出各月并列出各月 负载耗电量负载耗电量Q Qc ,从而求出各月发电盈亏从而求出各月发电盈亏 量量Q Q具体数值见下表：具体数值见下表：月份月份H Ht tQ Q g gQQc cQ Q
14、 g g- Q- Qc c1 13.34673.3467436.98436.98465465-28.016-28.0162 24.16184.1618490.82490.8242042070.82170.8213 34.43644.4364579.27579.27465465114.27114.274 44.20924.2092531.12531.1245045081.11881.1185 54.10504.1050536.536.46546570.99870.9986 63.81243.8124481.74481.7445045031.73531.7357 73.48933.4893455.
15、6455.6465465-9.4006-9.40068 83.66023.6602477.92477.9246546512.91612.9169 94.20564.2056531.42531.4245045081.42381.423 10104.03994.0399527.49527.4946546562.49362.493 11113.31693.3169419.13419.13450450-30.871-30.871 12122.93472.9347383.19383.19465465-81.808-81.808由表中可见，当年由表中可见，当年7 7月和月和11121112月及次年月及次年1 1 月都是亏欠量，所以有两个亏欠期，其月都是亏欠量，所以有两个亏欠期，其 中中7 7月份亏欠量月份亏欠量-9.4006 -9.4006 ，但是在，但是在8 8月份就月份就 有盈裕量有盈裕量12.916 12.916 ，可以全部补足。因此，可以全部补足。因此 全年累计亏欠量全年累计亏欠量 - -Q Qi i 是是1111月到月到1 1月份月份 的亏欠量之和的亏欠量之和140.69 140.69 。 代入公式：代入公式：
