編者按:光伏發(fā)電系統(tǒng)的規(guī)模和應(yīng)用形式各異,如系統(tǒng)規(guī)模跨度很大,小到幾瓦的太陽(yáng)能庭院燈,大到MW級(jí)的太陽(yáng)能光伏電站。光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池組、太陽(yáng)能控制器、蓄電池(組)組成。如輸出電源為交流220V或110V,還需要配置逆變器。
其應(yīng)用形式也多種多樣,在家用、交通、通信、空間應(yīng)用等諸多領(lǐng)域都能得到廣泛的應(yīng)用。盡管光伏系統(tǒng)規(guī)模大小不一,但其組成結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同。
光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池組、太陽(yáng)能控制器、蓄電池(組)組成。如輸出電源為交流220V或110V,還需要配置逆變器。各部分的作用為:
(一) 太陽(yáng)能電池板:太陽(yáng)能電池板是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分,也是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中價(jià)值最高的部分。其作用是將太陽(yáng)的輻射能力轉(zhuǎn)換為電能,或送往蓄電池中存儲(chǔ)起來(lái),或推動(dòng)負(fù)載工作。
(二) 太陽(yáng)能控制器:太陽(yáng)能控制器的作用是控制整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài),并對(duì)蓄電池起到過(guò)充電保護(hù)、過(guò)放電保護(hù)的作用。在溫差較大的地方,合格的控制器還應(yīng)具備溫度補(bǔ)償?shù)墓δ?。其他附加功能如光控開(kāi)關(guān)、時(shí)控開(kāi)關(guān)都應(yīng)當(dāng)是控制器的可選項(xiàng);
(三) 蓄電池:一般為鉛酸電池,小微型系統(tǒng)中,也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。其作用是在有光照時(shí)將太陽(yáng)能電池板所發(fā)出的電能儲(chǔ)存起來(lái),到需要的時(shí)候再釋放出來(lái)。
(四) 逆變器:在很多場(chǎng)合,都需要提供220VAC、110VAC的交流電源。由于太陽(yáng)能的直接輸出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。為能向220VAC的電器提供電能,需要將太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能,因此需要使用DC-AC逆變器。在某些場(chǎng)合,需要使用多種電壓的負(fù)載時(shí),也要用到DC-DC逆變器,如將24VDC的電能轉(zhuǎn)換成5VDC的電能(注意,不是簡(jiǎn)單的降壓)。
光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括兩個(gè)方面:容量設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)。
在進(jìn)行光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)之前,需要了解并獲取一些進(jìn)行計(jì)算和選擇必需的基本數(shù)據(jù):光伏發(fā)電系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)的地理位置,包括地點(diǎn)、緯度、經(jīng)度和海拔;該地區(qū)的氣象資料,包括逐月的太陽(yáng)能總輻射量、直接輻射量以及散射輻射量,年平均氣溫和最高、最低氣溫,最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天數(shù),最大風(fēng)速以及冰雹、降雪等特殊氣象情況等。
蓄電池的設(shè)計(jì)包括蓄電池容量的設(shè)計(jì)計(jì)算和蓄電池組的串并聯(lián)設(shè)計(jì)。首先,給出計(jì)算蓄電池容量的基本方法。
(1)基本公式
I.第一步,將每天負(fù)載需要的用電量乘以根據(jù)實(shí)際情況確定的自給天數(shù)就可以得到初步的蓄電池容量。
II. 第二步,將第一步得到的蓄電池容量除以蓄電池的允許最大放電深度。因?yàn)椴荒茏屝铍姵卦谧越o天數(shù)中完全放電,所以需要除以最大放電深度,得到所需要的蓄電池容量。最大放電深度的選擇需要參考光伏發(fā)電系統(tǒng)中選擇使用的蓄電池的性能參數(shù),可以從蓄電池供應(yīng)商得到詳細(xì)的有關(guān)該蓄電池最大放電深度的資料。通常情況下,如果使用的是深循環(huán)型蓄電池,推薦使用80%放電深度(DOD);如果使用的是淺循環(huán)蓄電池,推薦選用使用50%DOD。設(shè)計(jì)蓄電池容量的基本公式見(jiàn)下:
自給天數(shù) X 日平均負(fù)載
蓄電池容量 = - 最大放電深度
這些當(dāng)然都沒(méi)有修正,以下為正確計(jì)算公式:
蓄電池的容量BC計(jì)算公式為:
BC=A×QL×NL×TO/CCAh(1)
式中:A為安全系數(shù),取1.1~1.4之間;
QL為負(fù)載日平均耗電量,為工作電流乘以日工作小時(shí)數(shù);
NL為最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天數(shù);
TO為溫度修正系數(shù),一般在0℃以上取1,-10℃以上取1.1,-10℃以下取1.2;
CC為蓄電池放電深度,一般鉛酸蓄電池取0.75,堿性鎳鎘蓄電池取0.85。
下面我們介紹確定蓄電池串并聯(lián)的方法。每個(gè)蓄電池都有它的標(biāo)稱電壓。為了達(dá)到負(fù)載工作的標(biāo)稱電壓,我們將蓄電池串聯(lián)起來(lái)給負(fù)載供電,需要串聯(lián)的蓄電池的個(gè)數(shù)等于負(fù)載的標(biāo)稱電壓除以蓄電池的標(biāo)稱電壓。