离网型太阳能光伏发电系统设计研究

程天龙 黄伟林 长江工程职业技术学院 武汉 430212

2014 年度湖北省教育厅科学研究计划项目，编号B2014228，项目名称：微网离网运行控制技术的研究，单位：长江工程职业技术学院

【文章摘要】

离网型太阳能光伏发电系统是太阳能光伏发电系统的重要组成。它具有灵活度高、分布广、项目成本低等优点。本文主要对现有离网光伏发电系统设计过程进行分析。

【关键词】

离网型；太阳能电池；蓄电池；功率

【Abstract】

Solar Photovoltaic Power Generation System Out of Grid is An important c o m p o n e n t o f S o l a r P h o t o v o l t a i c Power Generation System.It has high sensitivity,wide distribution,low project cost.This article mainly analysis the design process of the existing Solar Photovoltaic Power Generation System Out of Grid.

【Key words】

out of grid;solar cell;battery;capacity

0 引言

太阳能光伏发电系统主要可分为：并网型太阳能光伏发电系统、离网型太阳能光伏发电系统两种。并网型太阳能光伏发电系统主要集中分布在光资源丰富的地区，规模大，投资大；而离网型太阳能光伏发电系统灵活性高、分布广、单个项目成本低，在电力供应相对困难的偏远地区，离网型太阳能光伏发电系统更适用，故对其研究是很有必要的。离网型太阳能光伏发电系统硬件主要包括：太阳能电池阵列、电压及充电控制器、蓄电池、并网逆变器、计量与切换控制器。本文主要对现有离网光伏发电系统设计过程进行分析。

对于光伏离网独立发电系统，设计所要遵循的一条最基本的原则就是要充分地满足平均天气条件下负载每日的用电需要。在此基础上尽量减少太阳电池方阵和蓄电池的容量，以达到可靠性和经济性的最佳结合。

光伏系统容量设计的基本思路：

（1）搜集负载的相关信息

确定负载的类型、功率、用电时间等数据。主要确定负载用单相电还是三相电，直流还是交流，以便选择逆变器、配电线路等；确定负载是感性还是阻性，了解功率因素等以便确定逆变器的容量；确定负载的总功率，用电时间等以便确定负载的总耗电量。

（2）系统容量的计算

系统容量的计算主要涉及以下几点：根据负载情况计算出平均每天的负载耗电量；考虑到系统损耗、效率、设备选型等情况确定系统电压；确定各种损失修正系数和系统余量；通过公式计算系统配置、太阳电池组件容量、蓄电池容量等。其中各种损失修正系数和系统容量要结合各地具体情况和需求而定，应给予重视，预留小系统不可靠，预留大增加成本造成浪费。

1 太阳电池组件容量的计算

太阳电池组件容量的计算可根据统计的负载平均每天的耗电量（安时或瓦时），结合当地的太阳辐射数据（如峰值日照数、年辐射总量等）和其他因数参数计算得出。

通常，太阳能光伏方阵的总功率P 可由下面公式计算得出。

——系统组件中电池组件串联个数；

——系统组件中电池组件并联个数；

——所选用电池组件产品单个组件的最大峰值功率（）。

实际工程中通过电池组件一定串联、并联连接组合成太阳能阵列，通过计算确定具体串联和并联的个数。

U——系统工作电压；

1.43——太阳电池组件峰值工作电压与系统工作电压的比值；

1.43U——整个电池方阵输出的峰值电压的近似值；

——单个电池组件的最大工作电压；

——负载日平均耗电量（单位：）；

——单个电池组件最大工作电流；

——当地的太阳辐照峰值日照时间，

——系统的各种损耗与不利因数的折算值，是一个多因数综合作用的结果，可由下式计算得出。

——蓄电池充电效率，参考值0.8— 0.9 ；

——逆变器转换效率，参考值0.8— 0.9 ；

——太阳能电池方阵的损失系数，参考值0.95—0.98 ；

——温度补偿系数，参考值0.9— 0.98 ；

——其他影响因数，如配电损失等，参考值0.95—0.98 ；

2 蓄电池容量的计算

蓄电池的功能是存储光伏电池方阵的输出电能并可随时向负载供电。其设计思想是保证在太阳光照连续低于平均值得情况下负载仍可以正常工作。在1 年内， 太阳电池方阵发电量各个月份相差很大， 方阵发电量的不足和过剩值作为确定蓄电池容量的依据。电池容量C（单位： ） 可通过下式计算得到。

A——系统安全系数，参考值1.1— 1.4 ；

——蓄电池的连续维持天数（连续阴雨天数）；

——温度修正系数，0℃以上取值1，-10—0℃取值1.1，-10℃以下取值1.2 ；

DOD——蓄电池的放电深度，参考值0.50—0.80 ；

3 太阳电池组件总功率计算

在计算太阳电池总功率时选择当地每月的平均峰值日照数为依据，计算公式为

——负载的用电功率（单位：W）；

——负载每日用电时间（单位：h）；

——系统的损耗修正系数，参考值1.6—2.0。

蓄电池容量还可以用下式计算

4 案例分析

在武汉地区安装一套太阳能广场灯，使用两只9W/12V 的节能灯做光源，每日工作5h，要求能连续3 个阴雨天工作。计算太阳电池的总功率和蓄电池容量。

计算：根据气象台近10 年对武汉地区的观测结果，武汉地区的峰值日照时数009

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