【资料·光伏】太阳能发电系统设计若干技术问答
知行合一
知行合一 Lv.12
2010年07月17日 23:44:43
来自于节能技术
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问:根据输出功率,如何设计一套太阳能发电系统?答:太阳能交流发电系统是由太阳电池板、充电控制器、逆变器和蓄电池共同组成;太阳能直流发电系统则不包括逆变器。为了使太阳能发电系统能为负载提供足够的电源,就要根据用电器的功率,合理选择各部件。下面以100W输出功率,每天使用6个小时为例,介绍一下计算方法:1.首先应计算出每天消耗的瓦时数(包括逆变器的损耗):若逆变器的转换效率为90%,则当输出功率为100W时,则实际需要输出功率应为100W/90%=111W;若按每天使用5小时,则耗电量为111W*5小时=555Wh。


问:根据输出功率,如何设计一套太阳能发电系统?
答:太阳能交流发电系统是由太阳电池板、充电控制器、逆变器和蓄电池共同组成;太阳能直流发电系统则不包括逆变器。为了使太阳能发电系统能为负载提供足够的电源,就要根据用电器的功率,合理选择各部件。下面以100W输出功率,每天使用6个小时为例,介绍一下计算方法:
1.首先应计算出每天消耗的瓦时数(包括逆变器的损耗):
若逆变器的转换效率为90%,则当输出功率为100W时,则实际需要输出功率应为100W/90%=111W;若按每天使用5小时,则耗电量为111W*5小时=555Wh。

2.计算太阳能电池板:
按每日有效日照时间为6小时计算,再考虑到充电效率和充电过程中的损耗,太阳能电池板的输出功率应为555Wh/6h/70%=130W。其中70%是充电过程中,太阳能电池板的实际使用功率。
3.充电控制器的选择:
130W的太阳能电池板它的最大输出电流是7.7A。因此应该选取充电电流至少为8A的充电控制器。
4.蓄电池的选择:
若采用12V的蓄电池,其放电深度为50%,则应使用555Wh/12V/50%=90Ah的蓄电池;若选择24V的蓄电池,则蓄电池的容量应为555Wh/24V/50%=45Ah。
以上只是一个简单的计算方法。


问:国内太阳能资源的分布?
答:
我国的太阳能资源按日照时间和太阳能辐射量的大小,全国大致上可分为五类地区:
一类地区:全年日照时数达到3200~3300小时的地区,主要包括青藏高原、甘肃省北部、宁夏北部和新疆南部等地。
二类地区:全年日照时数达到3000~3200小时的地区,主要包括河北省西北部、山西省北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃省中部、青海省东部、西藏东南部和新疆南部等地。
三类地区:全年日照时数达到2200~3000小时的地区,主要包括山东省、河南省、河北省东南部、山西省南部、新疆北部、吉林省、辽宁省、云南省、陕西省北部、甘肃省东南部、广东省南部、福建省南部、江苏省北部和安徽省北部等地。
四类地区:全年日照时数达到1400~2200小时的地区,主要是长江中下游,福建省、浙江省和广东省的一部分地区,此类地区的特点是:春夏多雨或阴天,秋冬季太阳能资源较丰富。
五类地区:全年日照时数达到1000~1400小时的地区,主要包括四川省、贵州省两省。此区是我国太阳能资源较少的地区。
一、二、三类地区,年日照时数大于2000h,是我国太阳能资源丰富或较丰富的地区,面积约占全国总面积的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条件较差,但仍有一定的利用价值。


问:太阳能电池的种类及特点?
答:
最早投入使用的太阳电池是单晶硅太阳电池,其后人们又开发了了多晶硅太阳电池和非晶硅太阳电池。至今大规模使用的太阳电池,主要还是以上品种。随着材料工业的发展、目前除硅系列太阳电池外,还有硫化镉、砷化镓、铜铟硒等许多类型的太阳电池。下面介绍几种较常见的太阳电池。

1.单晶硅太阳电池
单晶硅太阳电池以高纯的单晶硅棒为原料,纯度要求99.999%。制做时将单晶硅棒切成片,一般片厚约0.3毫米。硅片经过形、抛磨、清洗等工序,制成待加工的原料硅片后,在硅片上掺杂和扩散微量的硼、磷、锑等,这样就在硅片上形成P>N结。然后采用丝网印刷,将精配好的银浆印在硅片上做成栅线,经过烧结,同时制成背电极,并在有栅线的面涂覆一层防反射涂层,以减少光子被光滑的硅片表面反射掉。至此,单晶硅太阳电池的单体片就制成了。单体片可按所需要的规格组装成太阳电池组件(太阳电池板),用串联和并联的方法构成一定的输出电压和电流。最后进行封装。由于单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装,因此其坚固耐用,使用寿命一般可达15年。太阳电池组件可组成各种大小不同的太阳电池方阵,亦称太阳电池阵列。目前单晶硅太阳电池的光电转换效率为15%左右,实验室成果也有20%以上的。

2.多晶硅太阳电池
多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多,其光电转换效率约12%左右,稍低于单晶硅太阳电池,但是材料制造简便,节约电耗,总的生产成本较低,因此得到大量发展。
3.非晶硅太阳电池
非晶硅太阳电池是1976年有出现的新型薄膜式太阳电池,它与单晶硅和多晶硅太阳电池的制作方法完全不同,硅材料消耗很少,电耗更低,它的主要优点是在弱光条件也能发电。但非晶硅太阳电池存在的主要问题是光电转换效率偏低,目前国际先进水平为10%左右,且不够稳定,随着时间的延长,其转换效率衰减。目前它主要应用于弱光电源,如袖珍式电子计算器、电子钟表及复印机等方面。在效率衰下问题克服后,非晶硅太阳电池会因其成本低,重量轻,应用方便等特点,得到很大的发展。

4.多元化合物太阳电池
多元化合物太阳电池指不是用单一元素半导体材料制成的太阳电池。现在各国研究的品种繁多,大多数尚未工业化生产,主要有以下几种:
(1)硫化镉太阳电池
(2)砷化镓太阳电池
(3)铜铟硒太阳电池。


问:太阳能发电系统安装中应注意什么?
答:
光伏发电系统在设计制造完成后,要运到现场进行安装。在运输中所有部件都要妥善包装。如组件等易碎物品要用木箱装运,以免损坏,蓄电池不能倾倒,防止电解液溢出(密封蓄电池除外)。
安装注意事项
1.安装时最好用指南针确定方位,并应注意在方阵前全天不能有高大建筑物或树木等遮阳光;
2.仔细检查地脚螺钉及方阵支架等是否结实可靠,所有螺钉接线柱等均应拧紧,不能有松动;
3.方阵安装在房顶上的要采取防火措施。在高处安装的方阵应设避雷针。必要时还需设置驱鸟装置;
4.阳光下安装时注意不要同时接触组件(尤其是方阵)的正、负极,以免电击。必要时可用不透明材料覆盖后再接线或安装;
5.安装组件时要轻拿轻放,严禁碰撞、敲击,以免损坏;
6.注意各组件--蓄电池、控制器、逆变器等极性不要接反;
7.蓄电池室应保持通风、干燥、清洁。在冬季蓄电池应采取保暖措施;


问:太阳能发电系统的维护?
答:
太阳电池发电系统没有活动部件,不容易损坏,其维护也非常简便。不过也需作定期维护,否则可能影响正常使用,甚至缩短使用寿命。一般来说,太阳电池板方阵倾角应超过30度,所以灰尘可由雨水冲刷而自行清洁,在风沙较大地区,应当经常清除灰尘,保持方阵表面的干净,以免影响发电量。清洁时可揩去尘土,有条件时可用清水清洗,再用干净抹布擦干。切勿用腐蚀性溶剂或硬物冲洗擦试。定期检查所有安装部件的紧固程度。遇到冰雹、狂风、暴雨等异常天气,应及时采用保护措施。经常检查蓄电池的充电放电情况,随时观察电极或接线是否有腐蚀或接触不良之处。在一些简单的系统中应根据储能情况,控制用电量,防止蓄电池因过放而损坏。发现有异常情况应当立刻检查、维修。


[ 本帖最后由 jiuwolia 于 2010-7-19 13:23 编辑 ]
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xuyufei
2010年08月06日 04:08:13
12楼
版主及其强大,给大家普及了下太阳能发电应用的知识,很好!不知道目前国内使用太阳能的多不多,还有就是充电的蓄电池的一般使用寿命是多少。
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moyiboy
2010年08月06日 15:12:31
13楼
恩,我一直想从事太阳能的工作,但是不是学这个的,进入这一行的好企业又很难,关注中!
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fl18931986
2010年08月07日 17:15:27
14楼
不懂,过来顶顶
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lsfyl
2010年08月09日 15:19:37
15楼
建议设立一个专栏,介绍太阳能,核能,风能等新兴能源。
顺应地球可持续发展的要求!
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知行合一
2010年08月09日 22:43:06
16楼
你好,节能环保板块立足点即为新能源、新材料以及节能减排方面,目前板块正在发展中,资料也正在不断充实,欢迎常来光顾参与讨论,也欢迎发布精品:)
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rodglist
2010年08月13日 15:35:01
17楼
国内对太阳能的利用还是相当多的,不过是以新疆,内蒙,青海等地为主。可以参考的项目:
并网系统:深圳花博园、浙江义乌小商品市场,上海世博会中国馆,北京国家体育馆
独立系统:西藏羊八井,锦州太阳能电站(在建)
蓄电池的使用寿命和其种类有关,一般铅酸蓄电池的推荐使用寿命为5年,其他的锂电池之类的一般也在2~3年,具体可以参考生产厂家的技术资料。
另外,回复下13楼的:
太阳能专业在国内还没有,只有国外的。国内做太阳能的还基本上都是科研单位,大学自行设立的公司。
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hvh-cj
2010年08月22日 17:13:46
18楼
支持一下太阳能项目,一起维护我们的地球:) :hug: !
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colorful920
2010年08月25日 15:21:27
19楼
这种帖子建议扣分
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yangfan00071043
2010年09月16日 10:00:11
20楼
很好的环保项目,值得期待。
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霓裳de飘羽
2010年09月16日 10:06:38
21楼

这个你理解了光伏并网逆变器就明白的。
目前我国光伏发电系统主要是直流系统,即将太阳电池发出的电能给蓄电池充电,而蓄电池直接给负载供电,如我国西北地区使用较多的太阳能户用照明系统以及远离电网的微波站供电系统均为直流系统。此类系统结构简单,成本低廉,但由于负载直流电压的不同(如12V、24V、48V等),很难实现系统的标准化和兼容性,特别是民用电力,由于大多为交流负载,以直流电力供电的光伏电源很难作为商品进入市场。另外,光伏发电最终将实现并网运行,这就必须采用成熟的市场模式,今后交流光伏发电系统必将成为光伏发电的主流。
什么是光伏并网逆变器
1.要求具有较高的效率。由于目前太阳电池的价格偏高,为了最大限度地利用太阳电池,提高系统效率,必须设法提高逆变器的效率。

  2.要求具有较高的可靠性。目前光伏发电系统主要用于边远地区,许多电站无人值守和维护,这就要求逆变器具有合理的电路结构,严格的元器件筛选,并要求逆变器具备各种保护功能,如输入直流极性接反保护,交流输出短路保护,过热、过载保护等。

  3.要求直流输入电压有较宽的适应范围,由于太阳电池的端电压随负载和日照强度而变化,蓄电池虽然对太阳电池的电压具有重要作用,但由于蓄电池的电压随蓄电池剩余容量和内阻的变化而波动,特别是当蓄电池老化时其端电压的变化范围很大,如12V蓄电池,其端电压可在10V~16V之间变化,这就要求逆变器必须在较大的直流输入电压范围内保证正常工作,并保证交流输出电压的稳定。

  4.在中、大容量的光伏发电系统中,逆变电源的输出应为失真度较小的正弦波。这是由于在中、大容量系统中,若采用方波供电,则输出将含有较多的谐波分量,高次谐波将产生附加损耗,许多光伏发电系统的负载为通信或仪表设备,这些设备对电网品质有较高的要求,当中、大容量的光伏发电系统并网运行时,为避免与公共电网的电力污染,也要求逆变器输出正弦波电流。
光伏并网逆变器的工作原理
逆变器将直流电转化为交流电,若直流电压较低,则通过交流变压器升压,即得到标准交流电压和频率。对大容量的逆变器,由于直流母线电压较高,交流输出一般不需要变压器升压即能达到220V,在中、小容量的逆变器中,由于直流电压较低,如12V、24V,就必须设计升压电路。

  中、小容量逆变器一般有推挽逆变电路、全桥逆变电路和高频升压逆变电路三种,推挽电路,将升压变压器的中性插头接于正电源,两只功率管交替工作,输出得到交流电力,由于功率晶体管共地边接,驱动及控制电路简单,另外由于变压器具有一定的漏感,可限制短路电流,因而提高了电路的可靠性。其缺点是变压器利用率低,带动感性负载的能力较差。

  全桥逆变电路克服了推挽电路的缺点,功率晶体管调节输出脉冲宽度,输出交流电压的有效值即随之改变。由于该电路具有续流回路,即使对感性负载,输出电压波形也不会畸变。该电路的缺点是上、下桥臂的功率晶体管不共地,因此必须采用专门驱动电路或采用隔离电源。另外,为防止上、下桥臂发生共同导通,必须设计先关断后导通电路,即必须设置死区时间,其电路结构较复杂。
逆变器主电路功率器件的选择
逆变器的主功率元件的选择至关重要,目前使用较多的功率元件有达林顿功率晶体管(BJT),功率场效应管(MOS-FET),绝缘栅晶体管(IGBT)和可关断晶闸管(GTO)等,在小容量低压系统中使用较多的器件为MOSFET,因为MOSFET具有较低的通态压降和较高的开关频率,在高压大容量系统中一般均采用IGBT模块,这是因为MOSFET随着电压的升高其通态电阻也随之增大,而IGBT在中容量系统中占有较大的优势,而在特大容量(100kVA以上)系统中,一般均采用GTO作为功率元件。

  

[ 本帖最后由 spraywolf 于 2010-9-17 11:23 编辑 ]
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