防雷器
與您分享光伏系統(tǒng)解決方案。
光伏系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)
簡單的獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)如圖1所示,它由太陽能電池陣列、防反充二極管、電流控制器、儲電池和逆變器等組成。對于光伏并網(wǎng)系統(tǒng),還包括并網(wǎng)逆變器和連接裝置等。
1. 太陽能光伏電池列陣
常用的太陽能電池主要是硅太陽能電池,此外還有塑料太陽能電池、半導(dǎo)體液結(jié)太陽能電池等。太陽能電池可分為固態(tài)電解質(zhì)太陽能電池、離子液體電解質(zhì)太陽能電池、聚合物電解質(zhì)太陽能電池和有機(jī)太陽能電池等。
2. 防反充二極管(阻塞二極管)
其作用是避免由于太陽能電池列陣在陰雨天和晚上不發(fā)電時或出現(xiàn)斷路故障時,蓄電池組通過太陽能電池列陣放電。
3. 蓄電池組
蓄電池組的作用是貯存太陽能電池方陣受光照時所發(fā)出的電能,并隨時向負(fù)載供電,使得負(fù)載一直在額定功率下運行,并能夠克服由于日照波動引起的問題。目前與太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)配套的蓄電池主要是鉛酸蓄電池和鎘鎳蓄電池。
4. 充放電控制器
充放電控制器是能自動防止蓄電池組過充電和過放電的設(shè)備,一般還具有簡單的測量功能。蓄電池組經(jīng)過過充電或過放電后會嚴(yán)重影響其性能和壽命,所以充放電控制器一般是不可缺少的。充放電控制器,按照其開關(guān)器件在電路中的位置,可分為串聯(lián)控制型和分流控制型:按照其抑制方式,可分為開關(guān)控制(含單路和多路開關(guān)控制)型和脈寬調(diào)制(PWM)控制(含最大功率跟蹤控制)型。開關(guān)器件,可以是繼電器,也可以是MOS晶體管。但脈寬調(diào)制(PWM)控制器,只能用MOS晶體管作為開關(guān)器件。
5. 逆變器
逆變器是將直流電變換成交流電的裝置。逆變器按運行方式,可分為獨立運行逆變器和并網(wǎng)逆變器。獨立運行的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)通過獨立運行逆變器為交流負(fù)載供電;并網(wǎng)運行的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)通過并網(wǎng)逆變器將發(fā)出的電能饋人電網(wǎng)。逆變器按輸出波型又可分為方波逆變器和正弦波逆變器。方波逆變器的電路簡單,造價低,但諧波分量大,一般用于幾百瓦以下和對諧波要求不高的系統(tǒng);正弦波逆變器的成本高,但可以適用于各種負(fù)載。從長遠(yuǎn)看,晶體管正弦波(或準(zhǔn)正弦波)逆變器將成為太陽能發(fā)電用逆變器的發(fā)展主流。
現(xiàn)在商用的太陽電池矩陣的光電轉(zhuǎn)換效率15%-17%,非常低,如果逆變器效率低,將太陽電池好不容易轉(zhuǎn)換來的電能損耗掉,十分可惜,因此,要求逆變器效率高。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,某些類型的逆變器的效率已達(dá)到95%以上。
太陽能光伏系統(tǒng)的設(shè)計
一、光伏系統(tǒng)的分類:1. 獨立太陽能供電系統(tǒng)2. 簡單的直流系統(tǒng)3. 直流--交流供電系統(tǒng)4. 并網(wǎng)系統(tǒng)5. 混合供電系統(tǒng)(風(fēng)光、光油等)也可以不這么分類,我喜歡這么分。
二、光伏系統(tǒng)的構(gòu)成:太陽電池組件、充放電控制器、逆變器、計算機(jī)監(jiān)控、蓄電池等。
三、光伏系統(tǒng)的容量設(shè)計:主要包括負(fù)載用電量估算,太陽電池數(shù)量估算,蓄電池容量計算,最佳安放角度等等。
1. 蓄電池容量的計算(也有很多人用自己的經(jīng)驗公式)這里要講下幾個概念:
自給天數(shù):我個人理解的就是沒有太陽的情況下還能正常工作的天數(shù)。一般可可以用當(dāng)?shù)氐淖畲筮B續(xù)陰雨天數(shù)作為自給天數(shù)。
最大放電深度:蓄電池允許最大的放電深度,超過這個深度就不能正常工作,一般是個定值。
基本公式:(每天負(fù)載用電量*自給天數(shù))/最大放電深度=蓄電池容量
其中和蓄電池容量有關(guān)的兩個因素:蓄電池放電率和溫度,如果考慮這兩個因素就要更復(fù)雜點。
蓄電池的串聯(lián)和并聯(lián)和干電池的是一樣的,就不多說了。
還可以這樣算c=3.75DP(P為平均負(fù)荷容量,D為最大無光照天數(shù),這是個簡化的公式,默認(rèn)的逆變率是80%,放電深度是50%,蓄電池放電效率的修正系數(shù)取1.05)
2. 光伏組件方陣的設(shè)計:基本公式:
并聯(lián)數(shù)量=日平均負(fù)載/組件日輸出
串聯(lián)數(shù)量=系統(tǒng)電壓/組件電壓
如果需要更準(zhǔn)確就要修正,通常將太陽電池輸出減少10%和將負(fù)載增加10%
最佳角度的計算要涉及到和多符號,這些符號不好寫出來。
四、光伏系統(tǒng)的硬件設(shè)計 基礎(chǔ)設(shè)施、接地和防雷設(shè)計等等。
五、電子電路部分
包括充放電控制器、逆變器、遠(yuǎn)動技術(shù)(遙控,遙信,遙測,遙調(diào))的應(yīng)用等。
太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計方法
太陽能光伏系統(tǒng)的設(shè)計是個復(fù)雜的問題。設(shè)計時,必須首先考慮用戶的要求、安裝地點的氣候條件、系統(tǒng)中各部件和器件的技術(shù)特性、經(jīng)濟(jì)條件的制約關(guān)系等因素。同時,太陽能時刻變化著,其積累值不確定。太陽能電池的性能也存在波動。因此,要使太陽能光伏系統(tǒng)的設(shè)計達(dá)到最優(yōu)化,是相當(dāng)麻煩的。
太陽能光伏系統(tǒng)的設(shè)計方法,大致可分為解析方法和模擬方法兩種類型。解析方法要首先建立表示系統(tǒng)動態(tài)的代數(shù)式,然后要使用電腦或設(shè)計圖線按照公式依次順序求解,以求得設(shè)計中所必需的未知數(shù)。解析法典型方法有LOLP(Loss of load probability)法和參數(shù)分析法。LOLP法可在設(shè)計上反映獨立系統(tǒng)的停電概率。參數(shù)分析法是將復(fù)雜的非線性太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作簡化為線性系統(tǒng)。模擬法是將系統(tǒng)的狀態(tài)動態(tài)地表現(xiàn)成太陽輻射與負(fù)荷等的模型,也就是再現(xiàn)系統(tǒng)的工作狀態(tài)。它是一種適合于利用計算機(jī)的方法。
1. 獨立光伏系統(tǒng)的設(shè)計
獨立光伏系統(tǒng)的設(shè)計,傳統(tǒng)上是利用光伏系統(tǒng)安裝地點的長期月平均日輻射量及負(fù)載日平均所需能量進(jìn)行設(shè)計,該方法顯得比較粗糙。現(xiàn)代的設(shè)計方法是采用仿真與優(yōu)化設(shè)計。
獨立光伏系統(tǒng)的仿真與優(yōu)化設(shè)計,基本方法是首先建立系統(tǒng)仿真模型,包括光伏陣列輸出功率模型、蓄電池模型等,然后選定目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù),建立優(yōu)化數(shù)學(xué)模型,再利用合適的優(yōu)化方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。圖2所示為優(yōu)化的決策過程圖。
圖2 決策過程圖
2.并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計
并網(wǎng)發(fā)電在光伏市場中的份額逐年增加,占據(jù)了主導(dǎo)地位。2003年并網(wǎng)發(fā)電的市場份額達(dá)到了55.5%。這在人類能源變革中具有重要意義,它標(biāo)志著光伏發(fā)電由邊遠(yuǎn)地區(qū)離網(wǎng)應(yīng)用和特殊應(yīng)用向電網(wǎng)電源發(fā)展,由補(bǔ)充能源向替代能源轉(zhuǎn)變,人類社會己開始為建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的能源體系努力。其它各種應(yīng)用,如農(nóng)村離網(wǎng)、通訊和信號、商業(yè)應(yīng)用以及消費品等都保持著穩(wěn)步發(fā)展,并繼續(xù)發(fā)揮光伏發(fā)電的獨特優(yōu)勢。
光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是并網(wǎng)逆變器。系統(tǒng)大多采用三相橋式電路結(jié)構(gòu),圖3所示為光伏并網(wǎng)逆變器的主電路,采用的是電壓型逆變的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。它需要對三相橋臂施加幅值、頻率相等而相位相差120O的三相對稱正弦波調(diào)制信號。逆變電壓通過電感與電網(wǎng)相連實現(xiàn)并網(wǎng)運行。系統(tǒng)控制目標(biāo)是逆變器輸出的正弦波電流的頻率和相位與電網(wǎng)電壓的頻率和相位相等,并網(wǎng)電流的大小由光伏陣列輸出的功率決定。
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