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1、太阳能光伏发电技术,第7章 太阳能光伏发电的系统连系技术,7.1 对光伏发电控制器的特殊要求,光伏控制器是太阳能光伏发电系统中，能自动防止蓄电池组过充电和过放电并具有简单测量功能的电子设备。由于蓄电池组被过充电或过放电后将严重影响其性能和寿命，充放电控制器在光伏系统中一般是必不可少的。,7.1 对光伏发电控制器的特殊要求,光伏控制器的功能 （1）高压（HVD）断开和恢复功能：控制器应具有输入高压断开和恢复连接的功能。 （2）欠压（LVG）告警和恢复功能：当蓄电池电压降到欠压告警点时，控制器应能自动发出声光告警信号。 （3） 低压（LVD）断开和恢复功能：这种功能可防止蓄电池过放电。通过一种继电
2、器或电子开关连结负载，可在某给定低压点自动切断负载。当电压升到安全运行范围时，负载将自动重新接入或要求手动重新接入。有时，采用低压报警代替自动切断。,7.1 对光伏发电控制器的特殊要求,光伏控制器的功能 （4）保护功能： 防止任何负载短路的电路保护。 防止充电控制器内部短路的电路保护。 防止夜间蓄电池通过太阳电池组件反向放电保护。 防止负载、太阳电池组件或蓄电池极性反接的电路保护。 在多雷区防止由于雷击引起的击穿保护。 （5）温度补偿功能：当蓄电池温度低于时，蓄电池应要求较高的充电电压，以便完成充电过程。相反，高于该温度蓄电池要求充电电压较低。,7.1 对光伏发电控制器的特殊要求,光伏控制器的
3、主要参数 1 太阳电池输入路数：112路 2 最大充电电流： 3 最大放电电流： 4 控制器最大自身耗电不得超过其额定充电电流的1% 5 通过控制器的电压降不得超过系统额定电压的5% 6 输入输出开关器件：继电器或MOSFET模块 7 箱体结构：台式、壁挂式、柜式 8 工作温度范围：15C - 55 9 环境湿度：90,7.1 对光伏发电控制器的特殊要求,光伏控制器的分类 光伏控制器基本上可分为五种类型：并联型、串联型、脉宽调制型、智能型和最大功率跟踪型。 并联型控制器： 当蓄电池充满时，利用电子部件把光伏阵列的输出分流到内部并联电阻器或功率模块上去，然后以热的形式消耗掉。一般用于小型、低功率
4、系统。这类控制器很可靠，没有如继电器之类的机械部件。 串联型控制器： 利用机械继电器控制充电过程，并在夜间切断光伏阵列。一般用于较高功率系统，继电器的容量决定充电控制器的功率等级。 脉宽调制型控制器：它以脉冲方式开关光伏阵列的输入。当蓄电池趋向充满时，脉冲的频率和时间缩短。这种充电过程形成较完整的充电状态，它能增加光伏系统中蓄电池的总循环寿命。 智能型控制器： 采用单片机对光伏电源系统的运行参数进行高速实时采集，并按照一定的控制规律由软件程序对单路或多路光伏阵列进行切离/接通控制。 最大功率跟踪型控制器：检测太阳电池的电压U和电流I，保证太阳电池始终运行在最大功率点，以充分利用太阳电池方阵的输
5、出能量。同时采用PWM调制方式，使充电电流成为脉冲电流，以减少蓄电池的极化，提高充电效率。,7,太阳能路灯的优点： 1、市电照明路灯安装复杂：市电照明路灯工程中首先要铺设电缆，需要进行电缆沟的开挖、铺设暗管、管内穿线、回填等大量基础工程。然后进行长时间的安装调试，如任何一条线路有问题，则要大面积返工。而且地势和线路要求复杂、人工和辅助材料成本高昂。太阳能路灯安装简便：太阳能安装时，不用铺设复杂的线路，只要做一个水泥基座，然后用不锈钢螺丝固定就可。,太阳能路灯的介绍,8,太阳能路灯的优点： 2、市电照明路灯电费高昂：市电照明路灯工作中需要支付固定高昂的电费，并且需要长期不间断对线路和其它配置进行
6、维护或更换，维护成本逐年递增。太阳能路灯具免电费：太阳能路灯是一次性投入，无任何维护成本，长期受益。,太阳能路灯的介绍,9,太阳能路灯的优点： 3、市电照明路灯存在安全隐患：市电照明路灯在施工质量、景观工程的改造、材料老化、供电不正常、水电气管道的冲突等方面都会带来诸多安全隐患。 太阳能路灯没有安全隐患：太阳能路灯是超低压产品，运行安全可靠。太阳能路灯的其它优势：绿色环保。,太阳能路灯的介绍,太阳能路灯应用：,10,太阳能路灯的介绍,太阳能路灯应用：,11,太阳能路灯的介绍,太阳能路灯的工作原理：,12,太阳能路灯是利用太阳能电池板，白天接收太阳辐射能并转化为电能经过充放电控制器储存在蓄电池中
7、，夜晚当照度逐渐降低，充放电控制器侦测到这一值后动作，蓄电池对灯头放电。蓄电池放电10小时后，充放电控制器动作，蓄电池放电结束。充放电控制器的主要作用是控制路灯打开和关闭，同时保护蓄电池，延长蓄电池使用寿命。,太阳能路灯的介绍,太阳能路灯的工作原理：,13,太阳能路灯的介绍,太阳能路灯的设计原则：,14,1、从功能上道路照明系统的主要功能是保证交通安全，提高交通运输效率、保障人身安全、提供舒适环境。 2、在满足道路照明各项功能需要的基础上，提高道路照明系统的能效，降低系统功耗，节约能源，减少污染，以达到节能和环保的目的。 3、另外还要结合当地的光资源情况，当地阴雨天气情况，电池板受灰尘覆盖、温
8、度影响、控制器、蓄电池的各种效率等实情况进行综合考虑。,太阳能路灯的介绍,太阳能路灯的设计要求：,15,（1）电池板功率的计算和选用。 （2）蓄电池容量、充放电控制和充放电状态显示。 （3）连续阴雨天五天路灯仍能照明。(4）光线暗时路灯自动点亮，早上光线强时路灯自动熄灭。 （5）系统断电时可以保存用户所设定的各种参数。,太阳能路灯的介绍,太阳能路灯的控制方案选择：,16,太阳能路灯跟普通路灯控制电路功能基本一样，都是为了完成晚上亮灯，早晨熄灯的作用。国内外常用的控制器有单独的光控制型、时钟控器型、经纬型控制器型等，但由于其工作原理不同，各有优缺点。,太阳能路灯的介绍,太阳能路灯的控制方案选择：
9、,17,单独的光控型一般采用感光探头，当晚上光线弱时，自动开启路灯；早上光线较强时，自动关闭路灯，达到自动控制的作用。但在实际使用中，感光探头难以判断各种干扰光线，经常会产生误动作。,太阳能路灯的介绍,太阳能路灯的控制方案选择：,18,采用时钟控器型的路灯控制器，要预先设定开关时间，使路灯按时亮灯、准时熄灯，从而达到自动控制的目的。优点是定时开关预先设定的开关时间不受外界干扰，除本身故障外不会产生误动作。缺点是不能根据季节变化和特殊的天气情况自动变换开关时间，需人工经常调整开关时间，费时费力，不利于节省电力。,太阳能路灯的介绍,太阳能路灯的控制方案选择：,19,经纬型控制器采用单片机技术，模拟
10、日照规律，晚上能自动开灯、早晨能自动关灯。它采取光控开关时间的优点，克服了光控开关易受干扰的缺点，取钟控器时间准确之长处，克服了定时开关不会自动变换开关时间之短处。目前路灯控制常采用这种控制方式，但其价格较高，在路灯中使用将会增加不必要的成本。,太阳能路灯的介绍,太阳能路灯系统的总体框图：,20,太阳能路灯的介绍,太阳能路灯的光源的选择：,21,光源尽量选直流光源。目前常见的光源有直流节能灯、高频无极灯、低压钠灯和LED光源。LED 作为半导体光源，其发展势头强劲，是太阳能路灯最为理想的光源。本系统采用LED光源，结合成都市区的实际情况 ，我们采用高效太阳能LED路灯（光源功率50W，DC24
11、V），规格50只LED、每只1 W 。,太阳能路灯的介绍,太阳能路灯的光源的选择：,22,太阳能路灯的介绍,太阳能电池板倾角的确定：,23,由地点的经纬度及海拔等决定以下以成都为例说明。如成都市位于东经1025410453和北纬3005 3126之间，平均海拔高度500m。查相关资料，纬度和太 阳能电池板倾角的关系确立太阳能电池板的倾角为38。经验如下：,太阳能路灯的介绍,太阳能电池板倾角的确定：,24,纬度和太阳能电池板倾角的关系,太阳能路灯的介绍,太阳能电池板组件功率的确定：,25,成都全年平均日照时数为 10421412小时则平均每日峰值日照时数为：10423652.87 小时/日,太阳
12、能路灯的介绍,太阳能电池板组件功率的确定：,26,计算每日负载耗电量为：500Wh24V21Ah 计算所需太阳电池的总充电电流为： 21Ah1.02/(2.87h0.9)10.3A 其中： 0.9: 蓄电池的充电效率 1.02: 20年内太阳电池衰降，方阵组合损失，尘埃遮挡等综合系数。,太阳能路灯的介绍,太阳能电池板组件功率的确定：,27,保证全年能有效地对蓄电池组件充电。因此，太阳能电池组件在任何季节的工作电压须满足V Vf +Vd +Vi=27.4+0.7V+4.5V=32.6V式中，Vf 为蓄电池组件浮充电压； Vd 为因阻塞二极管和线路直流损耗引起的压降； Vi 为因温度升高引起的压降
13、。,太阳能路灯的介绍,太阳能电池板组件功率的确定：,28,厂商出售的太阳能电池组件所标出的标称工作电压和输出功率最大值（ Wp ），都是在标准状态下测试的结果。由太阳能电池组件的温度特性曲线可知，当温度升高时，其工作电压有较明显的下降，可用下式计算因温度升高而引起的压降Vi 。Vi= a（tmax-25）Va,太阳能路灯的介绍,太阳能电池板组件功率的确定：,29,式中，a 是太阳能电池组件的温度系数，对单晶硅和多晶硅电池组件来说，a=0.005，对非晶硅电池组件来说，a=0.003； Tmax 为太阳能电池组件的最高工作温度（4560）； Va 为太阳能电池组件的标称工作电压。,太阳能路灯的介
14、绍,太阳能电池板组件功率的确定：,30,太阳能电池组件板的功率： Pa=IaVaK/1-a(Tmax-25)=5*36*1.2/1-0.005（50-25）=216/0.875=246W 式中，a、T max取值与上面相同，K 为考虑一些未知工作因素，而引入的安全系数，可根据电压等级，数据准确程度，运行环境等，在1.051.30 之间选取。,太阳能路灯的介绍,太阳能电池板组件功率的确定：,31,根据上述计算本设计可选两块TW180（35D）单晶硅电池板并联TW180（35D）的技术参数如下：,太阳能路灯的介绍,太阳能蓄电池容量的选择：,32,=21Ah*（5+1）/0.68=186Ah0.68
15、为放电深度。因此选择12V，200Ah免维护式铅酸蓄电池，2块 串联。串联后电压24V，200Ah,太阳能路灯的介绍,太阳能控制器的选择:,33,本系统控制器选用TYK-3 SDRC型 太阳能路灯智能控制器。,太阳能路灯的介绍,该控制器当没有阳光时，光强降到启动点，控制器延时10分钟确认启动信号后，开通负载，负载开始工作；当有阳光时，光强升到启动点，控制器延时10分钟确认关闭输出信号后关闭输出，负载停止工作。,太阳能控制器的技术参数:,34,太阳能路灯的介绍,太阳能路灯照明方式的设计：,35,道路及与其有关的特殊场所的照明方式分常规照明和高杆照明两种。常规照明有单侧布置、双侧交错布置、双侧对称
16、布置、横向悬索布置、和中心对称布置五种基本布灯方式：如下图所示：,太阳能路灯的介绍,太阳能路灯照明方式的设计：,36,太阳能路灯的介绍,太阳能路灯照明方式的设计：,37,采用常规照明方式时灯具的配光类型布灯方式安装高度和间距应满足下表表的规定。且灯具的悬挑长度不宜超过安装高度的1/4,灯具的仰角不宜超过15。,太阳能路灯的介绍,太阳能路灯照明方式的设计：,38,表灯具的配光类型及布灯方式与安装高度间距的关系,太阳能路灯的介绍,太阳能路灯照明方式的设计：,39,本系统中所用灯具属于截光型灯具，且采用单侧布置。所以该路灯的安装高H=Weff Weff为路面有效宽度，假设路面的有效宽度为5米，则安装高度为H =5米。安装间距=3*5=15米。,太阳能路灯的介绍,太阳能灯具照度和亮度均度的要求：,40,安装灯具的照度和亮度均度应符合城市道路照明标准规定,太阳能路灯的介绍,太阳能灯具照度和亮度均度的要求：,41,太阳能路灯的介绍,太阳能的最终效果：,42,太阳能路灯的介绍,太阳能路灯的安装：,
