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1、第七章.光伏系统的设计一.光伏系统设计内容光伏系统的设计包括:容量设计;电气设计;机械结构设计;建筑设计;热力设计;安全设计;可靠性设计;包装运输设计;安装调试运行设计以及维修检测设计等。其中最重要的是容量设计,内容包括确定太阳电池方阵和蓄电池的容量,以及方阵的倾角。二.光伏系统设计的原则:在充分满足用户负载用电需要的条件下,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。光伏系统和产品要根据负载的要求和当地的气象及地理条件,进行专门的优化设计。要避免盲目追求高可靠性或低成本的倾向。光伏系统设计的依据是:按月能量
2、平衡。三.光伏系统优化设计步骤:根据负载性质不同,设计的要求也不一样.(一)独立光伏系统的设计1.首先讨论应用最广的均衡性负载,这类负载每个月份的平均耗电量都相同.对于负载月平均耗电量变化不超过10%的,也可以当作均衡性负载(1).确定负载耗电量列出各种用电负载的耗电功率、工作电压及平均每天使用时数，还要计入系统的辅助设备如控制器、逆变器等的耗电量。选择蓄电池工作电压V，算出负载平均日耗电量QL(Ah/d)。指定蓄电池维持天数为n(通常n取3~7天)(2).计算方阵面上太阳辐照量根据当地地理及气象资料，先任意设定某一倾角β,根据
3、前面所介绍的KlienSA和TheilackerJC所发表的计算月平均日辐照量的方法，计算在该倾斜面上的各月平均日太阳辐照量Ht（KWh/m2·d），并得出全年平均太阳总辐照量(3).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应为式中：η1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、性能失配及老化、防反充二极管及线路损耗、蓄电池充电效率等。η2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率及线路损耗等。同样也可由方阵面上各月平均太阳辐照量中的最小值Htmin得出方阵所需输出
4、的最大电流为方阵实际工作电流应在Imin和Imax之间，可先任意选取一中间值I方阵各月发电量为Qg=N·I·Ht·η1·η2式中：N为当月天数，Ht为该月太阳辐照量。各月负载耗电量为Qc=N·QL从而得到各月发电盈亏量△Q=Qg-Qc如果△Q<0为亏欠量，表示该月发电量不足，需要由蓄电池提供部分储存的电量。(4).确定累计亏欠量∑∣-⊿Qi∣以两年为单位，列出各月发电盈亏量，如只有一个△Q<0的连续亏欠期，则累计亏欠量即为该亏欠期内各月亏欠量之和。如有两个或以上的不连续△Q<0的亏欠期，则累计亏欠量∑∣-⊿Qi∣应扣除连续两个亏
5、欠期之间⊿Qi为正的盈余量，最后得出累计亏欠量∑∣-⊿Qi∣。(5).决定方阵输出电流将累计亏欠量∑∣-⊿Qi∣代入将n1与指定的蓄电池维持天数n相比较，若n1>n，则增大电流I，重新计算，反之亦然。直到n1≈n，即得出方阵输出电流Im。(6).求出方阵最佳倾角改变倾角，重复以上计算，进行比较，得出最小的方阵输出电流Im值，相应的倾角即为方阵最佳倾角βopt。(7).得出蓄电池及方阵容量求出蓄电池容量为：式中:(DOD)为蓄电池的放电深度,通常取0.3~0.8。光伏方阵容量为:P=k·Im·(Vb+Vd)其中：k为安全系数,通常
6、取1~1.5,可根据负载的重要程度、参数的不确定性以及其他所需要考虑的因素而定；Vb为蓄电池充电电压；Vd为防反充二极管及线路压降。(8).最终决定最佳搭配改变蓄电池维持天数n，重复以上计算，可得到一系列B~P组合。再根据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的最佳组合。(9).总结先指定蓄电池维持天数n;任意选择方阵倾角β;得到满足维持天数要求的方阵输出电流I.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Im,此对应的β即为方阵最佳倾角βopt.由此得出方阵和蓄电池容量.改变维持天数n,可以
7、得到一系列B~P组合,最后确定最佳的B~P容量.案例分析为沈阳地区设计一套太阳能路灯,灯具功率为30W,每天工作6小时,工作电压为12伏,蓄电池维持天数取5天。要求太阳电池方阵和蓄电池的容量及方阵倾角是多少?负载耗电量:沈阳地区纬度是41.440,任意取方阵倾角β=600,算出各月份方阵面上的太阳辐照量Ht选取参数：η1=η2=0.9得到Imax=11.52AImin=5.176A在最大和最小电流值之间取：I=5.5A。算出各月方阵发电量Qa,并列出各月负载耗电量Qc,从而求出各月发电盈亏量△Q具体数值见下表：月份HtQaQcQ
8、a-Qc13.3467462.19465-2.805724.1618519.1442099.13734.4364612.69465147.6944.2092561.76450111.7654.1050566.92465101.9263.8124509.53450
