太阳能系统基础.ppt
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1、太阳能系统基础,内容提要,太阳能电池和其发电原理 太阳能供电系统 太阳能供电系统计算 ZXDT02 S201控制器 下一代太阳能电源的展望,光电效应的应用光伏电池,当光线照射太阳电池表面,一部分光子被硅材料吸收;光子的能量传递给硅原子,使电子发生了跃迁,成为自由电子,在PN结两侧集聚形成了电位差,当外部接通电路时,在该电压的作用下,将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的的实质是:光子能量转换成电能的过程。,光伏电池的种类,能产生光伏效应的材料有许多种,如:单晶硅,多晶硅, 非晶硅,砷化镓,硒铟铜等。 光伏电池又称为太阳能电池。 “硅”是我们这个星球上储藏最丰富的材料之一。自从上个
2、世纪科学家们发 现了晶体硅的半导体特性后,它几乎改变了一切,甚至人类的思维。 21世纪,生活中处处可见“硅”的身影和作用。,晶体硅太阳电池的制作过程,生产过程大致可分为五个步骤: 1、提纯 2、拉棒 3、切片 4、制电池 5、封装,太阳电池基本性质,转换效率 光电转换效率是评估太阳电池好坏的重要因素。 目前:实验室24,产业化:15。 单体电池电压V 一般在0.4V至0.6V 由材料物理特性决定。,太阳能电池的几个主要参数,开路电压Voc 标准条件下,太阳能电池开路情况下的输出电压 短路电流Isc 标准条件下,太阳能电池短路时的电流 最大功率Pmax 标准条件下,太阳能电池能够输出的最大功率
3、最佳工作电压Vmp 太阳能电池输出最大功率时的工作电压 最佳工作电流Imp 太阳能电池输出最大功率时的工作电流,太阳电池的I-V-P曲线,无锡尚德STP165 太阳能电池,太阳电池的特点,在不同的光强下,太阳能电池可工作的电压范围几乎不变,发电功率P、电流I都和日照光强成正比。 当太阳能电池的工作电压在0到最佳工作电压Vo间变化时,工作电流I变化很小, 当工作电压超过Vo时,工作电流、发电功率快速下降。 在不同光强下,太阳能电池的特性曲线类似,最佳工作电压Vo几乎不变。,太阳电池的温度特性,温度提高,太阳能电池的最大输出功率Pmax减小,开路电压Voc降低。 温度提高,太阳能电池的短路电流Is
4、c略有上升。 温度提高,最佳工作点电压Vo降低,Io略有上升。,无锡尚德STP165 太阳能电池,太阳电池的温度特性,不同温度下的I-V曲线,温度对IscVocPmax的影响,太阳能系统工作原理,投入/切除式控制方式 PWM控制方式,投入/切除式控制方式,太阳能方阵的俯仰角,太阳能方阵有特定俯仰角度 角度大小、朝向取决于负载类型,纬度,季节因素 通讯离网太阳能系统方阵的俯仰角选择原则 当地日照最差月份正对太阳光 通讯离网太阳能系统方阵的俯仰角计算 当地日照最差月份太阳光直射点与本地的纬度差 即=1-2 其中1为本地纬度,2为当地日照最差月份太阳光直射点纬度,当不在同一半球时,2 为负。,太阳的
5、视在运行,太阳的视在运行,为了更好的说明太阳的视在运行,我们人为的在北半球的北纬35安排了一个观测者。太阳安排在春分或秋分,冬至和夏至线上。图中的太阳当时正处于当日正午时间,一年中太阳光直射点位置,北半球,纬度,北回归线,赤道,南回归线,北纬23 27,南纬23 27,冬至12.22,春分3.21,夏至6.22,秋分9.23,冬至12.22,时间,深圳地区1961-1990年气候数据,太阳能方阵的俯仰角,根据深圳地区的日平均日照数据得出,深圳日照最差月份是3月上旬。 3月上旬太阳光的直射点为南纬5度左右 深圳地区最佳俯仰角=1-2=23-(-5)=28度,太阳能离网供电系统的组成,太阳能电池方
6、阵 安装支架(可能还包括跟踪系统) 蓄电池 控制器 后备电源(油机等) 逆变器(负载需要交流电时) DC/DC变换器(负载需要直流电且电压与方阵电压不同),蓄电池,对于离网系统,蓄电池在阳光强烈时将多余电能存储起来,阳光不足时可用来维持负载工作。并网系统可不设蓄电池。 蓄电池的种类:铅酸电池、镉镍电池、镍氢电池、锂离子电池。 太阳能供电系统中的蓄电池必须适合高频率充放电、不稳定电流充电、工作环境温度范围宽,并不是所有蓄电池都适合用于太阳能供电系统,我公司多配备胶体铅酸蓄电池。,太阳能离网供电系统的计算,计算数据准备 太阳能方阵的估算 蓄电池的估算 安装方式与支架设计 控制器的选择,太阳能离网供
7、电系统设计原则,在安装地的气象数据条件下,计算全年每月日照情况,选择一种方阵容量,使其满足在全年日照量最低的月份的日平均发电量,大于负载的日平均用电量(有油机等后备电源系统可根据实际情况另选标准计算月份)。 计算出来的结果扣除系统中各个环节的损耗,给出一个合适的安全系数。 太阳能方阵容量=k x 负载平均功耗 x 24 /最小日平均峰值日照时数(PSH) 其中:k=损耗系数 x 安全系数,系统设计的关键参数,负载类型电压,功率,电流,工作时间 太阳能电池模块类型,输出电流 标准计算月份的光辐射强度兰利(单位面积上太阳辐射的能量单位),MJ/m2,日照峰值小时数, kWh/m 电池自主持续的天数
8、 系统电压12V,24V,36V,48V 日照点气象数据纬度,幅射,温度数据库 太阳电池模块方阵的冗余%(安全系数),系统设计的关键参数-标准情况下的测试数据,无锡尚德STPXXX-24/AC系列,系统设计-太阳能电池计算,计算出负载每天消耗的安时数Ah 计算最合适的倾斜角度 选择一种型号的太阳能电池模块,找出其工作电流Ia,工作电压Va 计算“高峰日照时间”,PSH (标准计算月份) 确定太阳能模块的串联数, Ns=V/Va 确定太阳能模块的并联数, Np= K x Ah/(PSH x Ia) 全部数量的模块=Ns x Np 包含冗余!,系统设计-蓄电池计算,蓄电池供电时,每天负载消耗的安时
9、数Ah 确定电池自主天数Nday 确定可接受的最大放电深度 计算电池容量KxNday x Ah / ,系统设计举例-塞内加尔太阳能站点,太阳能+油机混合供电 负载情况:主要为BTS+微波,大概在15A-20A不等 系统电压48V 最差月份3月中旬,非洲最差月份PSH(平均峰值日照时数) 非洲 3.0 - 5.0 电池自主时间:16小时 纬度:北纬15度 夏日最高温度:45度 太阳电池模块方阵的冗余(安全系数1.1,损耗系数1.1系数K=1.1X1.1=1.21),系统设计举例-塞内加尔太阳能站点,负载每天消耗的最大安时数L=20A*24h=480Ah 倾斜角度=15+5=20度,朝南 选择无锡
10、尚德STP165-24/AC太阳能电池,其工作电压选择为24V,工作电流I满足ImpIIsc ,即4.74I5.04,我们取4.9A 由于我们采用的是太阳能+油机混合供电,只要求在大多数情况下,太阳能发电量满足要求,按该地区最差月份的上限值计算(PSH=5小时) 太阳能电池模块的串联数, Ns=V/Va=48/24=2 太阳能模块的并联数, Np= K x Ah/(PSH x Ia)=1.21 x480/(5 x 4.9)23.7 24(最少24串) 太阳能电池模块总数量N=Ns x Np=24 x2=48(最少48块),系统设计举例-塞内加尔太阳能站点,蓄电池供电时,每天负载消耗的安时数16
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