项目五任务一光伏发电系统的设计

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,回目录,前一页,上一级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,回目录,前一页,上一级,项目五 100W光伏发电系统的设计、安装与调试,内蒙古辉腾锡勒风电场,任务一 光伏发电系统的设计,问题？,1.离网光伏发电系统的设计步骤？,2.你能负责一个离网光伏发电系统的设计吗？,3.离网光伏发电系统的应用场合？,4.你认为其市场前景如何？,目标：,能根据实际需要给出光伏系统合理的设计方案。,内容：,1.光伏发电系统的概念设计,2.住宅/平顶屋用光伏发电系统的设计,3.光伏发电系统的电气设计,4.光伏发电系统的设计实例,5.孤岛效应的含义及常用检测方法,一、太阳能光伏发电系统的概念设计,1.发电量的计算步骤,太阳能电池容量和负载消耗电量之间的关系可用下式表示：,P,AS,=E,L,*D*R/(H,A,/Gs)*K,式中各个符号所代表的含义如下所示。,太阳能光伏发电系统的设计步骤,综合设计系数K又分为各种系数，这里仅就直流补正系数Kd、温度补正系数Kt、及逆变器效率进行介绍。,直流补正系数约为0.8左右、温度补正系数约为0.85、逆变器效率为0.9左右。,变换效率=光伏阵列输出功率/（日照强度*阵列面积）,一般变换效率之间的关系：,太阳能电池单元的变换效率太阳能电池组件的变换效率光伏阵列的变换效率,2.发电量的计算实例,（1）倾斜住宅屋顶的场合,屋顶上进行PV系统设计，前提假定条件如下：,a）正朝南屋顶倾斜角为30度；,b）太阳能电池组件：标称最大输出功率102W；,标称最大输出电压34V；,尺寸885mm*990mm,c）功率调节器的直流额定输入电压200V。,问题：,a）,根据给定的模块，设计光伏阵列？,b）,若可以并联安装5组，阵列日照数据为日，综合设计系数为0.65，请给出一天能够供给的发电量？,（用到相关的公式：1天发电量=H,A,*K*P,AS,(KW.h/日)；其中H,A,为安装场地的日照量、K为综合设计系数、P,AS,标准太阳能电池阵列的输出功率）,c）,若家里的用电设备为1.5KW的空调（每天工作2小时）、500W的电视机（每天工作4小时）、两个40W的灯（每天工作6小时）、1KW的电饭煲（每天工作1小时），光伏阵列如上所述，怎么样设计？,a）功率调节器的输入电压200V，与太阳能电池阵列的输出电压一致，求出组件串的太阳能组件的串联个数。标称最大输出工作电压为34V，串联数为6个，则一组件串的输出功率为612W，输出电压为204V。,b）安装5组，得到标准的太阳能电池阵列的输出功率为3KW，1天发电量=H,A,*K*P,AS,(KW.h/日日,c）,（2）地面或平顶屋住宅的场合,假定条件：,a）正南方向，倾斜角为30度（30度左右为年间发电量最大，但实际上20度的情况较多）,b）太阳能电池组件：标称最大输出功率50W；,标称最大输出工作电压17.5V,尺寸400mm*1000mm,c）功率调节器的直流额定出入电压为300V,d）安装太阳能电池阵列输出功率为10KW,思路：,将直流回路电压调到DC300V，一个太阳能电池组件的标称最大输出电压为17.5V，得到组件内太阳能电池组件的串联数N=18,该组件串的输出功率为900W，输出电压为315V，总输出功率为10KW，则需要并联12个组件串，组件数共为？此时标准阵列输出的功率为10.8KW。,二、住宅用太阳能光伏发电系统的设计,本次课仅介绍关于在住宅等的屋顶上安装太阳能电池阵列时的设计及施工上的注意点。,1.从设计到施工的流程,安装太阳能光伏发电系统时，首先要仔细听取用户的要求；其次对安装环境和住宅结构等进行充分的考察。一般流程为：现场调查-设计-签订合同-施工（同时办理各种手续）-完成。,2.设计,（1）设计步骤,首先以事前调查为基础，根据住宅屋顶状况进行太阳能电池阵列的安装设计；,其次选择符合安装设计的太阳能电池组件，计算出阵列的发电量；,最后根据阵列的发电量选择合适的功率调节器和安装其他配套装置。,标准的步骤如下：,阵列的安装设计-太阳能电池组件的选择-太阳能电池阵列的发电量计算-设备的选择。,（2）安装设计,a）根据屋顶的形状、方位及倾斜角,屋顶的形状有山墙形、四坡屋顶形等多种，方位角、倾斜角对于安装场所来说都存在一个最佳的值。但是在屋顶上安装太阳能电池的场合，按照这种方位、倾斜角制造安装支架，不仅增加支架的成本和重量，同时增加对房子的负担，而且设计难度也增大。,综合考虑这些因素，,安装时与屋顶平行安装的方式比较合适。,b）太阳能电池的配置,根据屋顶形状，并考虑必要的发电量和周围环境，确定太阳能电池组件的配置。在确定配置方案之前，为了与功率调节器的输入电压相匹配，应事前确定组件串联个数。配置时要事先考虑好后续的电气接线容易且出错少，还有维修保养容易。,c）阵列安装方式的选择,首先，确定太阳能电池的安装场所；其次，选择太阳能组件的固定方式。,屋顶上安装太阳能电池的方式如下表，大约有两种：屋顶直接放置型、屋顶建材型。,（3）设计及施工上的注意点,a）屋顶作为安装太阳能电池的场所，要有荷重（自重、积雪、风压等）的承受能力。,b）对太阳能电池阵列不仅要进行耐风压、抗地震等强度计算，同时还要考虑漏雨问题，确保不会给房屋及系统造成损坏。,c）支架、支撑金属件以及他们的连接部分，根据建筑基准法要具有抵抗固定荷重以及风压、积雪,地震等外部荷重对于房屋及系统的破坏能力。,d）支架、金属架和其他的安装材料，由能在室外长期使用的耐用材料构成。,e）对于屋顶构造材料和支撑金属件的结合部分进行防水处理，确保住宅屋顶的防水性。,f）太阳能电池组件到室内的配线性能及保护方法，必须满足电气设备技术基准的规定。,g）在屋顶上进行的太阳能电池组件的安装作业及电气施工，要遵守劳动安全卫生法及劳动安全的规则，确保作业者的安全。,三、地面或平屋顶用太阳能光伏发电系统的设计,当设计的时候，根据事前调查对设计条件进行充分分析，在此基础上进行太阳能电池阵列的设计及支架的设计。,支架基础部分的设计步骤：,事前调查（现场调查、整理设计条件）确定太阳能电池组件的排列支架结构设计支架强度计算（假想荷重的计算、各部分材料的强度计算）支架基础部分的设计,1.设计条件的整理,（1）设计之前的调查,1）条例等的调查,由于地方体制不同安装设计条例也不同，事前必须充分调查。,2）环境条件的调查,a）有无遮光的障碍物，物体的阴影会使发电量大幅下降，并且会引起热斑效应。,b）盐害、公害的有无，会产生金属的腐蚀，因此，根据环境变化确定锌镀层的厚度。,c）冬季的积雪、结冰、雷击灾害状态,d）鸟粪的有无，在必要时设置驱鸟装置,3）安装条件的调查,a）预安装场地的调查，阵列安装高度为距离地面1M，在地面强度较差的场合，要进行打桩作业,b）房屋的状态，对房屋强度、放漏雨、防火等措施要充分研究。,（2）设计条件的选择,1）太阳能电池阵列方位角和倾斜角,2）太阳能电池阵列用的支架,支架的材质、支架的强度、支架的使用寿命,3）支架固定的地基,2.设计细节,1）太阳能电池阵列,阵列倾斜角、组件的安装方向、驱鸟装置,2）太阳能电池阵列的支架,支架的材质、材料的防护、螺栓/螺母的材质、尺寸公差,3）电气设计,阵列的输出电压、配线电缆的固定、不同金属间的接触腐蚀、避雷设备、接地检测,3.太阳能电池阵列用支架设计基础,作为在太阳能电池阵列的基础上作用的荷重，第一个考虑的是风压荷重。因为阵列自身是受到风吹面积大的结构，要考虑被强风吹动、倒塌、被风刮跑等后果。,（1）基础结构选择,基础构造如下表所示，形式上分为6种类型,基础类型,基础适用范围,直接打桩,支撑层浅的场合采用,打桩基础,支撑层深的场合采用,深基桩基础,铁塔等基础上采用,沉箱基础,荷重规模大的场合采用,钢管板桩基础,在河内建设桥梁等时采用,连续基础,支撑层深度大的场合采用,这里设想的条件是阵列周围没有挡风设施，地基比较硬的沙地。,采用直接基础，由于形式不同，又分为独立底座基础和复合底座基础。,独立底座基础:常用于道路标识等基础施工时的砌块基础；,复合底座基础：由2个或2个以上的柱产生的应力用一个基础支撑的基础方式。,（2）基础稳定性计算,风压荷重计算作用于基础上的反作用力计算基础的稳定性计算,4.太阳能光伏发电系统的电气设计,下面关于安装公共、产业用太阳能光伏发电系统时与并网准则的适应性，太阳能电池阵列的构成，功率调节器和接线箱的选择，并网保护装置的选择，系统之间的电气连接的确定方法等电气设计作一般性阐述。,（1）与并网准则的适应性,（2）太阳能电池阵列的构成,（3）功率调节器的选择,（4）并网保护装置的设计,（5）系统之间电气连接的确定方法,（6）蓄电池的设计,（7）其他（在公共、产业用的系统中安装计量装置和显示装置的情况较多。特别在新建的场合首先确定走线路径，预先敷设好管道等）,四、太阳能光伏发电系统的设计（P153）,1.太阳能光伏发电系统设计的影响因素,考虑的主要因素。,（1）太阳能发电系统在哪里使用？该地日光辐,射情况如何？,（2）统的负载功率多大？,（3）系统的输出电压是多少，直流还是交流？,系统每天需要工作多少小时？,（4）如遇到没有日光照射的阴雨天气，系统需,连续供电多少天？,（5）负载的情况，纯电阻性、电容性还是电感,性，启动电流多大？,（6）系统需求的数量？,2.独立光伏发电系统设计的技术条件,设计中涉及的主要技术条件有负载性质、蓄电池的容量、太阳能辐射强度、太阳能电池方阵倾角、强度因子等。,（1）负载性能,一般来说用户全天都要使用负载，白天使用的负载可由光伏系统直接供电，晚上再由光伏系统中蓄电池储存的电量供给负载。因此，白天使用的负载，其系统容量可以减小；晚上使用的负载，系统容量就应该增加。昼夜同时使用的负载，所需的容量取它们之间的值。如果月平均耗电量变化小于10，可以看作平均耗电量都相同的均衡性负载。,（2）太阳能辐射强度,太阳能辐射强度具有随机性，受季节、气候的变化，很难获得太阳能电池方阵安装后各时段确切的数据，只得以当地气象台记录的历史资料作为参考。所以在决定光伏方阵的大小时，首先要了解当地太阳辐照情况，仅知道12年还不够，应该了解810年的平均值。对于一般的光伏系统，,只要计算倾斜面上的月平均辐照量便可，无需计算瞬时值。,（3）太阳能电池方阵倾角,一般来讲是根据当地纬度加上520度来粗略确定太阳能电池方阵倾角的，尽管这种确定不太严格(因为有些地区纬度相差不大，而水平面地上的太阳辐照量往往相差很大)，但还是一种简易的近似确定电池方阵倾角可行的方法。当然最好通过计算，在满足负载用电情况下，比较各种不同的倾角所需配置的电池方阵和蓄电池容量前提下，再来决定方阵的最佳倾角。,（4）蓄电池容量,设计蓄电池容量应考虑铅酸蓄电池在没有光伏方阵电力供应条件下，完全由自身蓄存的电量供给负载用电的天数。,（5）温度因素,夏季,太阳辐射强度大，方阵发电量有余部分，完全可以弥补由于温度所减少的电能，而且有的标准组件已经考虑了夏季温升的影响。,在温度较低时,，如0时，铅酸蓄电池由于硫酸电解液的黏度和温度增大，扩散困难，电阻加大以及易形成致密的硫酸铅，致使活性物质内部的电化学难以进行，铅酸蓄电池的放电容量降低。因此，设计太阳光伏发电系统时，还是要考虑温度这一影响因素。,3.光伏发电系统的简易设计方法,太阳能光伏系统和简易设计程序如下：确定日载量确定蓄电池容量确定太阳能电池方阵大小及倾角控制器和逆变器的选择。,（1）确定日负载,对直流负载：,对交流负载：,（2）确定蓄电池容量,需要蓄电池容量：,串并联数目：,（3）确定太阳能电池方阵,串并联光伏组件数：,（4）控制器与逆变器的选定,例题：P157,五、孤岛效应的含义及常用检测方法,具体见word文档,