离网光伏系统设计.doc

离网光伏发电系统容量设计

一．任务目标

1.
掌握容量设计步骤和思绪。

2.
掌握光伏发电系统容量设计方法。

3.
了解光伏发电系统容量设计考虑相关原因。

二．任务描述

光伏发电系统容量设计主要包括蓄电池容量、蓄电池串并联数、
光伏发电系统发电量、
光伏组件串并联数计算。
本试验汇报
主要以两种常见计算方法为主。
计算过程中需要注意不一样容量
单位之间换算。

三．任务实施

1.
容量设计步骤及思绪：

光伏发电系统容量设计主要目标是计算出系统在整年内
能够可靠工作所需太阳能电池组件和蓄电池数量。主要步
骤
:

2.
蓄电池容量和蓄电池组设计：

（
1
）基本计算方法及步骤

①将负载需要用电量乘以依照实际情况确定连续阴雨
天数得到初步蓄电池容量。
阴雨天数
选择
可
参考以下
：
一
般
负载
，如
太阳能路
灯等，
可依照
经
验
或
需要在
3-7
内
选取，重
要

负载。如通信、导航、医院救治等，在7-15内选取。
②蓄电池容量除以蓄电池允许最大放电深度。通常情况下，浅循环型蓄电池选取50%放电深度，深循环型蓄电池选取
75%放电深度。
③综合①②得电池容量基本公式为
负载日平均用电量 ´连续阴雨天数蓄电池容量 =
最大放电深度
式中，电量单位是A •h，假如电量单位是W •h，先将W •h折算为A •h，折算关系以下：
负载日平均用电量（ W •h）负载平均用电量 = 系统工作电压
（2）相关原因考虑 上
①放电率对蓄电池容量影响。
蓄电池容量伴随放电率改变而改变，这么会对容量设计产生影响。计算光伏发电系统实际平均放电率。
负载工作时间 ´连续阴雨天数平均放电率（h）= 最大放电深度
å负载工作功率´负载工作时间负载工作时间= å负载工作功率
②温度对蓄电池容量影响。
蓄电池实际容量会伴随温度改变而改变，当温度下降时，蓄电池实际容量下降；温度升高时，蓄电池实际容量略有升高。
蓄电池实际容量与温度关系如图4-3所表示曲线所表示。

图
4-3

蓄电池容量
-
温度修正曲线（
h
200
）

受低温影响
,
蓄电池容量设计还要考虑蓄电池最大放
电深度
,
图
4-4
所表示是通常蓄电池最大放电深度与温度关系
,
蓄电池容量设计可参考
4-4
所得到最大放电深度。

图4-4 蓄电池最大放电深度-温度修正曲线
(3)实际蓄电池容量计算
考虑以上相关原因之后，将关于修正系数代入有
负载日平均用电量 (A•h)´连续阴雨天数 ´放电率修正系数蓄电池容量 = 最大放电深度 ´温度修正系数
（2） 蓄电池串并联数确实定
当计算出所需蓄电池容量后，接下来要确定蓄电池串并联数，计算公式为：
系统工作电压 蓄电池总容量蓄电池串联数 = ， 蓄电池并联数 = 蓄电池标称电压 蓄电池标称容量
（3） 应用举例
建立一套光伏发电系统给一个地处偏远通信基站供电， 该
系统负载有两个：负载一，工作电流为 0.8A，天天工作24h。负载二，工作电流为4.8A，天天工作12h，该系统所处地域天天内平均最低温度为-20摄氏度，系统自给时间为6天，使用深循环工业用蓄电池（最大 DOD 为 80%）。试计算蓄电池组容量。
因为该光伏发电系统所在地域天天内平均最低温度为 -20摄氏度，所以必须修正蓄电池最大允许放电深度。由图4-4 所表示曲线能够确定最大允许放电深度约为50%。
0.8´24+4.8´12
负载工作时间=h=13.71h
0.8+4.8
平均放电率=（13.71´6¸0.5）h=164.52h
依照经典容量-温度改变曲线，与平均放电率计算数值最为

靠近放电率为200小时率，由图4-3可知，蓄电池低温修正系数为0.75。放电率修正系数可参考蓄电池厂家提供说明书，此处取0.85。
（0.8´24+4.8´12）´6´0.85
蓄电池容量=A •h=1044.48A •h
0.5´0.75
（4）太阳能电池组件串并联数设计
1.基本计算方法：
太阳能电池组件设计基本思想是满足负载日平均用电量需求，基本方法是用负载日平均用电量（A.h）除以电池组件日平均发电量，得到系统所需组件并联数目；将系统工作电压除以太阳能电池组件峰值电压，得到系统所需组件串联数目。基本计算公式为:
负载日平均用电量（ A •h）组件并联数 =
组件日平均用电量（ A •h）
系统工作电压（V）´1.43 组件串联数 = 组件峰值电压（V）
组件日平均发电量=组件峰值电流（A）´峰值日照时数（h）
在计算组件并联数时，假如负载用电量单位为W.h，注意把单位换算成 A.h。
系数 1.43是组件峰值电压与系统工作电压比值。比如，为工作电压为12V 系统供电组件峰值电压是17~17.5V；为工作电压为24V 系统供电组件峰值电压为34V~34.5V 等。所以为方便计算，用系统工作电压乘以 1.43即为该组件或整个阵列峰值电压近似值。
2.相关原因考虑：
①组件实际功率损耗
在光伏发电系统实际应用中，太阳能电池组件实际输出功率会因各种原因影响而有所下降。灰尘覆盖、组件本身功率衰减、线路损耗等原因是主要原因。所以，设计时组件功率损耗按10%计算。
②逆变器损耗
逆变器在实现各种功效时，要消耗一定电能，不一样逆变器损耗电能不一样。通常情况下，设计时逆变器转换损失按
10%计算。假如负载是直流负载时，逆变器损耗不计。
③蓄电池充电损耗
因为蓄电池在转换储存电能过程中产生热量，电解水蒸发等产生一定损耗，即蓄电池充电效率依照蓄电池不一样可在 90%~95% 选取。所以在设计时，也要依照蓄电池不一样，将电池组件功率增加5%~10% ，以抵消蓄电池充电过程损耗。
（3）实际组件串并联数确实定
在考虑上述各种原因影响后，引入相关修正系数得：
负载日平均用电量（ A •h）
组件并联数 = 组件日平均用电量（ A •h）´充电效率´组件损耗系数 ´逆变效率
系统工作电压（V）´1.43 组件串联数 = 组件峰值电压（V）
(4)应用举例
在一个偏远地域建设光伏发电系统为以下负载供电:荧光灯4盏,每盏功率40W,天天工作4H,电视机1台,每台功率为70W, 天天工作 5H，系统工作电压为 24V.选取组件参数:峰值电压为
17.4V,峰值电流为5.75A.当地峰值日照时间为3.43H.修正因数:
充电效率为0.9,组件损耗系数为0.9,试确定组件数目.
24´1.43
组件串联数=»2
17.4
4´40´4+1´70´5

组件并联数= 24 »3
5.75´3.43´0.9´0.9´0.9
总光伏组件数 =（串）2 ´（并）3 =6
4 .容量其余设计方法 ⑴蓄电池组容量计算蓄电池容量Bc 计算公式为
B =AQ N Th
C L L OC
式中,A----安全系数,取之在1.1~1.4之间
Q --负载日平均用电量,单位为A •h。
L
N －最长连续阴雨天数
L
T -温度修正系数,通常在 0℃以上取 1,-10~0℃取 1.1,-10℃以下
O
取1.2
h -蓄电池放电深度,通常铅蓄电池取 0.75,碱性镉镍蓄电池取
C
0.85。
(2) 光伏组件串联数N
S
N =UU =(U +U +U )U
S ROC f D COC
U --光伏阵列输出最小电压,单位为V
R
U --光伏组件最好工作电压，单位为V
OC
U --蓄电池浮充电压,单位为V
f
U --二极管导通电压,通常取0.7V
D
U --其余因数引发压降,单位为V
C
蓄电池浮充电压和所选蓄电池参数关于,应等于在最低温度下所选蓄电池单体最大工作电压乘以串联电池数。
(3) 光伏组件并联数N
p
在确定Np 之前,先确定其相关量计算方法。
①将光伏阵列安装地点太阳能水平面日辐射量 Ht,转换成在标准光强下平均日辐射时数(水平面日辐射量参见表4-1)
H =H ´2.778/10000
t
式中, 2.778/10000(KJm2)为将日辐射量换算为标准光强1000(W m2) 下平均日辐射时间系数 ②光伏组件日发电量Qp
Q =I H K C
p OC OP Z
式中 ：I - 光伏组件最好工工作电流,单位为A
OC
K - 斜面修正系数(参考本项目任务1)
OP
C - 修正系数,主要为组合,衰减,灰尘,充电效率等损失,
Z
通常取0.8
③两组最长连续阴雨天之间最短间隔天数 Nw,此数据为本设计独特之处,主要考虑要在此段时间内将亏损蓄电池电量
补充起来,需补充蓄电池容量：
B =A Q N (A•h) cb L L
光伏组件并联数Np 计算方法为：
N p =(Bcb +N W Q L)(Q pN w)
并联光伏组件数需考虑在两组连续阴雨天之间最短间隔天数内所发电量,不但供负载使用,还需补足蓄电池在最长连续阴雨天内所亏损电量。
⑷ 光伏阵列功率计算
依照光伏组件串并联数,即可得出所需光伏阵列功率。
P =P N N
O S P
式中,Po----光伏组件额定功率。
(5)设计实例
以广州某地面卫星接收站为例,负载电压为12V,功率为25W,天天工作24H，最长连续阴天数为15天，两个最长连续阴雨天最短间隔天数为30天，太阳能电池采取某厂生产38D975X400 型组件，组建标准功率为 38W ，工作电压为 17.1V，工作电流为 2.22A，蓄电池采取铅酸免维护蓄电池，浮充电压为14V.其水平面年平均日辐射量为12110KJ/m2，KOP 为0.885，最好倾角为
16.13，计算蓄电池容量及光伏阵列功率.
①蓄电池容量Bc
B =AQ N Th =[1.2´(25´24/12)´15´1/0.75](A•h)=1200(A•h)
c L L Oc
③光伏阵列功率P
N =UU =(U +U +U )U =(14+0.7+1)/17.1=0.92»1
S ROC f D COC
Q =I H K C =2.22´12110´(2.778/10000)´0.885´0.8A•h»5.29A•h
p OC OP Z
B =AQ N =1.2´(25´24/12)´15 A•h=900A•h
cb L L
Q =25´24/12A•h=50A•h
L
N p =(Bcb +N W Q L)(Q pN w)=(900+30´50)/(5.29´30)»15
故光伏阵列功率：
P =P N N =38´1´15W =570W
O S P