光伏系统的设计研究(4)

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要根据发电系统的要求及重要程度来确定。控制器一般由各种电子元器件、仪表、继电器、开关等组成。最简单的系统也可以不用控制器，有些要求有过充放、稳压等功能，而一些复杂的系统，如并网发电的光伏电站(并网发电不在本文的讨论范围内)， 则要求有自动检测、控制、转换等多种功能。 （4）逆变器。

逆变器将太阳能电池方阵输出和蓄电池放出的直流电转换成负载所需的交流电。逆变器主电路由大功率晶体管构成，采用正弦脉宽调制工作制，抗干扰能力强，还有很强的过载及限流保护功能。 （5）阻塞二极管

阻塞二极管也称防反充二极管或隔离二极管，其作用是利用二极管的单向导通特性防止无日照时蓄电池通过太阳能电池方阵放电。对于阻塞二极管的要求是工作电流必须大于方阵的最大输出电流，反向耐压要高于蓄电池组的电压，在方阵工作时，阻塞二极管两端有一定的电压降，对硅二极管通常为0．6～0．8V，对硝特基或锗管为0．3V左右。 1．3．3 太阳能光伏发电系统的分类

从结构特征上来看，光伏发电系统可以分为三种基本类型：独立光伏发电系统、并网光伏发电系统和混合型光伏发电系统。 (1)独立光伏发电系统

独立运行太阳能光伏发电系统的典型结构框图如图1-2所示，主要由光伏电池，蓄电池组，充电器和逆变器四部分构成。光伏电池板作为系统中的核心部分，其作用是将太阳能直接转换为直流形式的电能，一般只在白天有太阳光照的情况下输出能量。系统一般还需要蓄电池作为储能环节，根据负载的需要，当光伏电池发电量大于负载时，光伏电池通过充电器对蓄电池电；当发电量不足时，光伏电池和蓄电池同时对负载供电。如果负载是交流负载，还需要逆变器将直流电转化为交流电。

图1-2 独立光伏发电系统结构框图

(2) 并网光伏发电系统

并网光伏发电系统的基本结构如图1-3所示[9][10]，光伏发电系统与电网连接，其中逆变器起很重要的作用，要求具有与电网连接的功能。目前常用的并网光伏发电系统具有两种结构形式，其不同处在于是否带有蓄电池作为储能环节。带有蓄电池储能环节的

[11]

光伏瓦光伏系统的性能研究

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并网光伏发电系统称为可调度式并网光伏发电系统，由于此系统中逆变器配有主开关和重要负载开关[11]，使得系统具有不间断电源的作用，这对于一些重要负荷甚至某些家庭用户来说具有重要意义。 不带有蓄电池环节的并网光伏发电系统称为不可调度式并网光伏发电系统，在此系统中，并网逆变器将光伏电池板产生的直流电能转化为和电网电压同频、同相的交流电，当主电网断电时，系统自动停止向电网供电。当有日照，光伏系统所产生的交流电能超过负载所需时，多余的部分将送往电网；当负载所需电能超过光伏系统产生的交流电能时，电网自动向负载补充电能。

图1-3 并网光伏发电系统结构框图

（3）混合型光伏发电系统

图1-4为混合型光伏发电系统的基本结构图，它区别于以上两个系统之处是除了增加了一台备用发电机组外，它还可以加入风力发电机。当光伏阵列、风力发电机发电不足和蓄电池电量都不足时，可以启动备用的柴油发电机组，它既可以直接给交流负载供电，又可以经整流器后给蓄电池充电，所以称为混合型光伏发电系统，能量的管理在混合型发电系统中极为重要。混合型发电一般有风光互补发电、光柴混合发电和风光柴混合发电等。

图1-4 混合型光伏发电系统的基本结构图

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1.4中国的太阳能资源及评价

中国地处北半球，幅员辽阔，大部分嫩区位于北纬45以南，有着十分丰富的太阳能资源。据估算，中国陆地表面每年接收的太阳辐射能约50×10千焦(12×l018千卡)[12]，约相当于1700亿吨标煤。全国各地太阳能辐射总达3340--8400兆焦／(米2·年)[140千卡

[12]／(厘米2·年)] 。从全国太阳能辐射总量的分布来看，西藏、青海、新疆、内蒙古南

。

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部、山西、陕西北部、河北、山东、辽宁、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南东部和西部以及台湾省的西南部等广大地区的太阳能辐射总量很大。尤其是青藏高原地区最大，这里平均海拔高度在4000米以上，大气层薄而清洁，透明度高，纬度低，日照时间长。例如被人们成为“日光城”的拉萨市，1961-1970年间的年平均日照时数为3005.7小时[12]相对日照率为68％，年平均晴天为108．5天，阴天为98．8天，太阳总辐射为8160千焦／(米2·年) [195千卡／(厘米2·年)]。比全国其他省、区和同纬度的地区都高。全国以四川和贵州两省的太阳年辐射总量为最小，其中尤以四川盆地为最，那里雨多、雾多，晴天较少。例如素有“雾都”之称的成都市，1961-1970年，年平均日照时数仅为1152．2小时，相对日照率为26％，年平均晴天为24．7天，阴天达244．6天。其它地方的太阳年辐射总量居中。

中国太阳能的分布具有如下一些主要特点：①太阳能的高值中心和低值中心都处于北纬22。～35。一带，青藏高原是高值中心，四川盆地是低值中心；②太阳年辐射总量，西部地区高于东部地区，而且除西藏和新疆两个自治区以外，基本上是难不低于北部；③由于南方多数地区云雾雨多，在北纬30。～40。地区，太阳能的分布情况与一般的太阳能随纬度而变化的规律相反，太阳能不是随着纬度的增加而减少，而是随着纬度的增 加而增加。为了按照各地不同条件更好的利用太阳能，中国气象专家根据各地接收太阳总辐射量的多少，将全国划分为如表1-4五类地区[12]:

在上述五类地区中，一、二、三

类地区，年日照时数大于2000小时，年辐射总量高于586千焦／厘米2(140千卡／厘米2)，是我国太阳能资源丰富或较丰富的地区，面积较大，约占全国总面积的2／3以上，具有利用太阳能的良好条件；四、五类地区，虽然太阳能资源较差，但也不是均无利用价值，其中有的地方是有可能开发利用的。

根据表1-4中国太阳能资源的分布和特点，并和纬度相当的日本、美国的太阳能资源相比较，可对中国的太阳能资源做以下评价：除四川盆地和与其毗邻的地区外和与其毗邻的地区外，中国绝大多数地区的太阳能资源相当丰富，和美国类似，比日本优越得多，特别是青藏高原中南部的太阳能资源尤为丰富，接近世界上最著名的撒哈拉大沙漠。总之，中国是太阳能资源丰富的国家，具有得天独厚的开发利用太阳能的优越资源条件。

地区分类 全年日照时数 h 太阳辐射年总量 kJ/cm2 相当于燃烧标准煤kg 包括地区 与国外相当的地区

光伏瓦光伏系统的性能研究

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一 3200-3300 670-835 230-280 宁夏北部，甘肃北部，新疆东南部，印度和巴基斯青海西部和西藏西部 坦北部 印度尼西亚一带 二 3000-3200 586-670 200-230 河西西北部，山西北部，内蒙古南部，甘肃中部，青海东部，西藏东南部和新疆南部 三 2200-3000 502-586 170-200 北京，天津，山东，河南，河北东南部，新疆北部，吉林，辽宁，云南，陕西北部，甘肃东南部，四川西部，广东南部，福建南部，江苏北部，安徽北部，黑龙江，台湾西南部 美国华盛顿地区 四 1400-2200 419-502 140-170 湖北，湖南，江西，浙江，广西，意大利米兰地广东北部，陕西南部，江苏南部，安徽南部，台湾东北部，福建北部 区 五 1000-1400 335-419 110-140 四川和贵州 巴黎和莫斯科 1-4 中国太阳能资源分布

1.5 本文的主要工作

1．搜集有关太阳能电池、蓄电池和光伏系统的基础知识，掌握国内外对光伏系统的研究状况,以及对中国太阳能资源的的统筹评估。

2.在基于搜集的资料的基础上，研究光伏瓦光伏系统，并制定合理的实验方案，针对日常的光伏瓦测定相关实验数据。

3.总结数据，分析光伏瓦光伏系统的主要影响因素和蓄电池的充放电特性,考察陕西本地的太阳能实际辐射状况,发现该系统的不足之处及在实际应用中出现的前所未有的现象和问题，作出解释和解决对策。

4.评估该光伏瓦光伏系统的性能,以及对光伏瓦光伏系统整个系统实际投入及回收的分析。

5.对全文做出总结和展望。

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第二章 光伏瓦光伏系统发电及应用的研究

2.1 光伏瓦光伏系统的设计

2.1.1太阳能光伏瓦方阵的基础设计

太阳光伏瓦是将太阳能电池板和陶瓷瓦片经过封装工艺很好地结合起来,能够适用家用或大面积屋顶,以及在下雨天能够起到瓦片的作用,在有光照的情况下可以发电,而且此光伏瓦采用镜面设计,容易清理上面的脏污,增加屋顶的美观程度,取代了屋顶的材料耗费,所以光伏瓦是一种绿色,无污染,节能,安装简单,移动不受限制,能适应各种恶劣环境等优势集于一身的发电设计。

太阳能光伏瓦方阵是由3*4太阳能光伏瓦组件串并联而成，面向南方，与水平线成40°倾向角，其光伏瓦的规格如表2-1所示。

工作参数 Performance parameter 开路电压Voc 3.66 V 短路电流Isc 2.47 A 工作电压Vpm 3 V +/-3% 工作电流Ipm 2.33 A +/-3% 最大功率Pmax 1 W +/-3% Irradiance 1000 W/M2 温度系数 25 ℃

产品尺寸（mm） 302*220

表2-1 光伏瓦规格参数

2.1.2 蓄电池、光伏控制器、逆变器的设计

（1）蓄电池和负载的设计

蓄电池的规格采用(65HA.24V.1A)铅蓄电池,其工作参数如表2-2所示，负载采用日用的（220V.105W）白炽灯。

蓄电池参数 取值

输入端峰值电压 34V

输入端峰值功率 220W 输入端峰值电流 6.47A 正常工作电压范围 20～28.8V 过放报警电压 21V 过放断开电压 20V 过放恢复电压 21.6V

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