太阳能光伏发电技术及其应用

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1、太阳能光伏发电技术及其应用太阳能光伏发电技术及其应用n 2太阳能光伏发电系统设计太阳能光伏发电系统设计太阳能光伏发电系统的设计分为软件设计和硬件设计。太阳能光伏发电系统的设计分为软件设计和硬件设计。且软件设计先于硬件设计。且软件设计先于硬件设计。软件设计包括：负载的功率和用电量的统计和计算，软件设计包括：负载的功率和用电量的统计和计算，太阳能电池方阵面辐射量的计算，太阳能电池组件、太阳能电池方阵面辐射量的计算，太阳能电池组件、蓄电池用量的计算和二者之间相互匹配的优化设计，蓄电池用量的计算和二者之间相互匹配的优化设计，太阳能电池方阵安装倾角确实定，系统运行情况的预太阳能电池方阵安装倾角确实定，系

2、统运行情况的预测以及系统经济效益的分析等。测以及系统经济效益的分析等。硬件设计包括：负载类型确实定和限制，太阳能电硬件设计包括：负载类型确实定和限制，太阳能电池组件和蓄电池的选型，太阳能电池方阵支架的设计，池组件和蓄电池的选型，太阳能电池方阵支架的设计，逆变器的选型和设计，以及控制、测量系统的选型和逆变器的选型和设计，以及控制、测量系统的选型和设计。对于大型光伏发电系统，还要有方阵场的设计、设计。对于大型光伏发电系统，还要有方阵场的设计、防雷接地的设计、配电系统的设计以及辅助或备用电防雷接地的设计、配电系统的设计以及辅助或备用电源的选型和设计。源的选型和设计。软件设计由于牵涉到复杂的辐射量、安

3、装倾角以及系软件设计由于牵涉到复杂的辐射量、安装倾角以及系统优化的设计计算，一般是由计算机来完成的；在要统优化的设计计算，一般是由计算机来完成的；在要求不太高的情况下，也可以采用估算的方法。求不太高的情况下，也可以采用估算的方法。4太阳能电站选址太阳能电站选址5太阳辐射太阳辐射太阳能电站选址太阳能电站选址 太太阳阳能能光光伏伏发发电电的的全全部部能能量量来来自自太太阳阳，因因而而太太阳阳能能电电池池方方阵阵面面上上所所获获得得的的辐辐射射量量决决定定它它的的发发电电量量。太太阳阳能能电电池池方方阵阵面面上上所所获获的的的的辐辐射射量量多多少少与与很很多多因因素素有有关关：当当地地纬纬度度，海海

4、拔拔高高度度，大大气气透透明明度度，一一年年当当中中四四季季的的变变化化，一一天天当当中中时时间间的的变变化化，到到达达地地面面的的太太阳阳辐辐射射直直、散散分分量量的的比比例例，地地外外表表的的反反射射系系数数，太太阳阳能能电电池池方方阵阵的的运运行行方方式式或或固固定定方方阵阵的的倾倾角角变变化化，以以及及太太阳阳能电池方阵外表的清洁程度等。能电池方阵外表的清洁程度等。太阳能资源太阳能资源类类型型地地区区年年日日照照时时数数1西西藏藏西西部部新新疆疆东东南南部部青海西部青海西部甘肃西部甘肃西部3200-33002西西 藏藏 东东 南南 部部 新新 疆疆 南南 部部青青海海东东部部宁宁夏夏南

5、南部部3000-3200甘甘 肃肃 中中 部部 内内 蒙蒙 古古山西北部山西北部河北西北部河北西北部3新新 疆疆 北北 部部 甘甘 肃肃 东东 南南 部部山山 西西 南南 部部 陕陕 西西 北北 部部河河 北北 东东 南南 部部 山山 东东河河南南吉吉林林辽辽宁宁2200-3000云云 南南 广广 东东 南南 部部福福 建建 南南 部部 江江 苏苏 北北 部部安徽北部安徽北部4湖湖 南南 广广 西西 江江 西西浙浙 江江 湖湖 北北 福福 建建 北北 部部广广东东北北部部陕陕西西南南部部1400-2200江江 苏苏 南南 部部 安安 徽徽 南南 部部黑龙江黑龙江5四川四川贵州贵州1000-14

6、008工程地质工程地质需要地震稀少，具有较好的构造稳定性需要地震稀少，具有较好的构造稳定性岩土工程条件岩土工程条件地基承载力，水、土腐蚀性地基承载力，水、土腐蚀性太阳能电站选址太阳能电站选址9太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算10光伏系统的选型光伏系统的选型太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算 根根据据光光伏伏电电站站内内太太阳阳能能资资源源状状况况，目目前前光光伏伏系系统统的的选选型型主主要要根根据据制制造造水水平平、运运行行的的可可靠靠性性，技技术术的的成成熟熟度度和和价价格格，并并结结合合光光伏伏电电场场的

7、的局局部部情情况况进进行行初初步步布布置置，计计算算其其在在标标准准状状况况的理论发电量，最后确定技术方案。的理论发电量，最后确定技术方案。11光伏电池组件选型光伏系统的选型光伏系统的选型太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算2006 年年单单晶晶硅硅、多多晶晶硅硅和和薄薄膜膜这这三三种种电电池池所所占占的的份份额额分分别别为为：43.40%、46.50%和和10.10%。12光伏并网逆变器选型光伏系统的选型光伏系统的选型太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算 光光伏伏并并网网逆逆变变器器可可以以分分为为大大功功率率集

8、集中中型型逆逆变变器器和和小小型型组组串串式式逆逆变变器器两两种种。小小型型组组串串式式逆逆变变器器又又可可细细分分为为有有隔隔离离变变压压器器和和无无隔隔离离变变压压器器两两种种，其其中中有有隔隔离离变变压压器器的的效效率率略略低低。集集中中型型逆逆变变器器的的效效率率要要高高于于小小型型组组串串式式逆逆变变器器，且且单单位位千千瓦瓦造造价价与与小小型型组组串串式式逆逆变变器器相相比比有有明明显显的的优优势势。但但小小型型组组串串式式逆逆变变器器也也有有其其优优点点：当当逆逆变变器器发发生生故故障障时时，对对于于小小型型组组串串逆逆变变器器，只只会会影影响响所所有有连连接接到到该该逆逆变变器

9、器的的容容量量很很少少的的电电池池组组件件的的发发电电量量，其其余余组组件件不不受受影影响响；而而对对于于集集中中型型逆逆变变器，那么有成百上千千瓦的电池组件的发电量都会受到影响器，那么有成百上千千瓦的电池组件的发电量都会受到影响13光伏方阵运行方式光伏系统的选型光伏系统的选型太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算光伏方阵的运行方式有简单的固定式、倾角季度调节式和自动跟踪式三种光伏方阵的运行方式有简单的固定式、倾角季度调节式和自动跟踪式三种类型。自动跟踪式又可分为类型。自动跟踪式又可分为“单轴跟踪、单轴跟踪、“双轴跟踪两种类型双轴跟踪两种类型.固定式：光伏

10、方阵固定安装在支架上，一般朝正南方向放置，且有一定的固定式：光伏方阵固定安装在支架上，一般朝正南方向放置，且有一定的倾角。倾角可根据当地辐射和地理位置进行优化选择。倾角。倾角可根据当地辐射和地理位置进行优化选择。15光伏方阵运行方式光伏系统的选型光伏系统的选型太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算要求太阳能方阵在最正确倾角时，冬天和夏天辐射量的差异尽可能小，而要求太阳能方阵在最正确倾角时，冬天和夏天辐射量的差异尽可能小，而全年总辐射量尽可能大，二者应当兼顾。这对于高纬度地区尤为重要。全年总辐射量尽可能大，二者应当兼顾。这对于高纬度地区尤为重要。我国局部主要

11、城市的斜面最正确辐射倾角我国局部主要城市的斜面最正确辐射倾角17倾角季度调节式：与固定式类似。不同之处，其方阵倾角设计成约倾角季度调节式：与固定式类似。不同之处，其方阵倾角设计成约15156565之间可以手动调节，一般设计成每之间可以手动调节，一般设计成每1010一个档位。在夏一个档位。在夏季，正午太阳高度角较大，方阵倾角可适当减小；而在冬季时，正季，正午太阳高度角较大，方阵倾角可适当减小；而在冬季时，正午太阳高角度较低，可通过提高倾角从而使得太阳光入射到方阵面午太阳高角度较低，可通过提高倾角从而使得太阳光入射到方阵面上的入射角尽可能小。上的入射角尽可能小。光伏方阵运行方式光伏系统的选型光伏系

12、统的选型太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算18单轴跟踪式：它通过围绕位于光伏方阵面上的一个轴旋转来跟踪太单轴跟踪式：它通过围绕位于光伏方阵面上的一个轴旋转来跟踪太阳。该轴可以有任一方向，但通常取东西横向，南北横向，或平行阳。该轴可以有任一方向，但通常取东西横向，南北横向，或平行于地轴的方向。最常见的是轴取为南北横向，且有一定的倾角。于地轴的方向。最常见的是轴取为南北横向，且有一定的倾角。光伏方阵运行方式光伏系统的选型光伏系统的选型太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算19双轴跟踪器：它有两个可以旋转的轴，通过旋转这

13、两个轴可使得方阵双轴跟踪器：它有两个可以旋转的轴，通过旋转这两个轴可使得方阵面始终和太阳光垂直，从而最大可能捕获太阳能。面始终和太阳光垂直，从而最大可能捕获太阳能。光伏方阵运行方式光伏系统的选型光伏系统的选型太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算20 截止到截止到20072007年底，全球大型光伏电站中约有年底，全球大型光伏电站中约有27%27%采用了自动跟踪式，采用了自动跟踪式，其余采用固定式。倾角季度调节式在大型光伏电站使用较少。其余采用固定式。倾角季度调节式在大型光伏电站使用较少。倾角季度调节式与倾角设为最优的固定式相比，年总发电量提高倾角季度调节式

14、与倾角设为最优的固定式相比，年总发电量提高5%5%左左右，考虑其造价的增加以及人力本钱的增加，该运行方式并不经济。右，考虑其造价的增加以及人力本钱的增加，该运行方式并不经济。不同跟踪方式在当地条件下对发电量与固定式相比的影响不同。不同跟踪方式在当地条件下对发电量与固定式相比的影响不同。根据有关研究说明，单轴跟踪比固定式发电量一般可提高根据有关研究说明，单轴跟踪比固定式发电量一般可提高151525%25%，双轴，双轴跟踪比固定式发电量提高跟踪比固定式发电量提高202035%35%。目前，单轴跟踪式、双轴跟踪式的技术已经较为成熟，但是价格较贵，目前，单轴跟踪式、双轴跟踪式的技术已经较为成熟，但是价

15、格较贵，一般来说，发电量的提高比例低于本钱的增加比例，性价比较差；而国一般来说，发电量的提高比例低于本钱的增加比例，性价比较差；而国内专业生产单轴跟踪、双轴跟踪支架的厂家虽然目前报价较低，但由于内专业生产单轴跟踪、双轴跟踪支架的厂家虽然目前报价较低，但由于缺乏大规模商业化生产和运行经验，存在一定商业和技术风险。目前国缺乏大规模商业化生产和运行经验，存在一定商业和技术风险。目前国内光伏发电系统大多采用固定式。内光伏发电系统大多采用固定式。光伏系统的选型光伏系统的选型太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算21光伏系统的布置光伏系统的布置太阳能光伏系统的选型、布

16、置和发电量估算太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算前后排间距设计 光光伏伏阵阵列列通通常常成成排排安安装装，一一般般要要求求在在冬冬至至影影子子最最长长时时，两两排排光光伏伏阵阵列之间的距离要保证上午列之间的距离要保证上午9 9点到下午点到下午3 3点之间前排不对后排造成遮挡。点之间前排不对后排造成遮挡。在在水水平平面面垂垂直直竖竖立立的的高高为为L的的木木杆杆的的南南北北方方向向影影子子的的长长度度为为Ls，Ls/L的的数数值值称称为为影影子子的的倍倍率率。影影子子的的倍倍率率主主要要与与纬纬度度有有关关，一一般般来来说说纬度越高，影子的倍率越大。纬度越高，影子的倍率越大。D=Ls/LH2

17、3太阳能电池板最低点距地面距离太阳能电池板最低点距地面距离H的选取主要考虑以下因素：的选取主要考虑以下因素：高于当地最大积雪深度高于当地最大积雪深度当地的洪水水位当地的洪水水位防止动物破坏防止动物破坏防止泥和沙溅上太阳能电池板防止泥和沙溅上太阳能电池板H增高会增加光伏阵列的土建本钱增高会增加光伏阵列的土建本钱综合考虑以上因素，并结合国内外的经验，综合考虑以上因素，并结合国内外的经验，H取为取为0.5米米光伏系统的布置光伏系统的布置太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算24光伏系统发电量估算光伏系统发电量估算太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算太阳能光伏系

18、统的选型、布置和发电量估算光伏系统总效率计算1).光伏阵列效率光伏阵列效率1:光伏阵列在能量转换与传输过程中的损失包括：光伏阵列在能量转换与传输过程中的损失包括：组件匹配损失组件匹配损失:对于精心设计、精心施工的系统，约有对于精心设计、精心施工的系统，约有4%的损失；的损失；太阳辐射损失太阳辐射损失:包括组件外表尘埃遮挡及不可利用的低、弱太阳辐射损失，取值包括组件外表尘埃遮挡及不可利用的低、弱太阳辐射损失，取值3%；最大功率点跟踪最大功率点跟踪(MPPT)精度，取值精度，取值2%；直流线路损失直流线路损失:按有关标准规定，应小于按有关标准规定，应小于3%.得：得：1=96%97%98%97%=

19、88.5%2).逆变器的转换效率逆变器的转换效率2；逆变器输出的交流电功率与直流输入功率之比，对于大型并网逆变器，可取逆变器输出的交流电功率与直流输入功率之比，对于大型并网逆变器，可取2=97%.3).交流并网效率交流并网效率3：从逆变器输出至高压电网点的传输效率从逆变器输出至高压电网点的传输效率,其中最主要的是变压器的效率其中最主要的是变压器的效率.可取可取3=99%.254).4).温度对发电量的影响温度对发电量的影响 光伏电池组件只有在标准测试条件下，即：电池温度光伏电池组件只有在标准测试条件下，即：电池温度2525、垂直入射日照强度、垂直入射日照强度1000W/m1000W/m、太阳光

20、谱等同于大气质量、太阳光谱等同于大气质量1.5 1.5 的情况下，功率才能到达标定值。太阳的情况下，功率才能到达标定值。太阳电池随着温度的升高，功率会有所下降。电池随着温度的升高，功率会有所下降。光伏系统发电量估算光伏系统发电量估算太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算光伏系统总效率计算利用利用RETScreenRETScreen软件可估算环境温度对发电量的影响。计算结果显示，由环境温度造软件可估算环境温度对发电量的影响。计算结果显示，由环境温度造成的发电量损失为成的发电量损失为综上，光伏系统总效率：综上，光伏系统总效率：1*2*3*1*2*3*1-1-2

21、6光伏系统发电量估算光伏系统发电量估算太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算发电量计算利用利用RETScreen RETScreen 软件计算发电量，根底数据如下：软件计算发电量，根底数据如下：1 1代表年各月平均日辐射值数据代表年各月平均日辐射值数据2 2多年月平均温度多年月平均温度3 3光伏系统各局部效率光伏系统各局部效率4 4安装方式固定式、跟踪式安装方式固定式、跟踪式按电池组件效率在按电池组件效率在2525年累计折减年累计折减15%15%每年衰减的百分比相同每年衰减的百分比相同计算，计算，2525年内平均每年发电量。年内平均每年发电量。27蓄电池设

22、计蓄电池设计太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算 蓄蓄电电池池的的设设计计思思想想是是保保证证在在太太阳阳光光连连续续低低于于平平均均值值的的情情况况下下负负载载仍仍能正常工作。能正常工作。为为了了防防止止蓄蓄电电池池的的损损坏坏，蓄蓄电电池池的的连连续续放放电电过过程程只只能能允允许许持持续续一一定定时时间间，直直到到蓄蓄电电池池的的荷荷电电状状态态到到达达指指定定的的危危险险值值。为为了了量量化化评评估估这这种种太太阳阳光光照照连连续续低低于于平平均均值值的的情情况况，在在进进行行蓄蓄电电池池设设计计时时，引引入入了了自自给给天天数数这这个个概概念念

23、，即即系系统统在在没没有有任任何何外外来来能能源源的的情情况况下下负负载载仍仍能能正正常常工工作作的的天天数。数。一一般般来来讲讲，自自给给天天数数确确实实定定与与两两个个因因素素有有关关：负负载载对对电电源源的的要要求求程程度度；光光伏伏系系统统安安装装地地点点的的气气象象条条件件，即即最最大大连连续续阴阴雨雨天天数数。通通常常可可以以将将光光伏伏系系统统安安装装地地点点的的最最大大连连续续阴阴雨雨天天数数作作为为系系统统设设计计中中使使用用的的自自给给天天数数，但是还要综合考虑负载对电源的要求。但是还要综合考虑负载对电源的要求。28蓄电池设计蓄电池设计太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算

24、太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算 对对于于负负载载对对电电源源要要求求不不严严格格的的的的光光伏伏应应用用，设设计计中中通通常常取取自自给给天天数数为为3 35 5天天。对对于于负负载载要要求求很很严严格格的的光光伏伏应应用用系系统统，设设计计中中通通常常取取自自给给天天数为数为7 71414天。天。还还要要考考虑虑光光伏伏系系统统的的安安装装地地点点，如如果果在在很很远远的的地地区区，必必须须设设计计较较大大的蓄电池容量，因为维护人员到达现场需要花费很长时间。的蓄电池容量，因为维护人员到达现场需要花费很长时间。光光伏伏系系统统中中使使用用的的蓄蓄电电池池有有镍镍氢氢、镍镍镉镉电电池池荷

25、荷铅铅酸酸蓄蓄电电池池，但但是是在在较大系统中考虑技术成熟性和本钱等因素，通常使用铅酸蓄电池。较大系统中考虑技术成熟性和本钱等因素，通常使用铅酸蓄电池。29蓄电池设计蓄电池设计太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算第第一一步步，将将每每天天负负载载需需要要的的用用电电量量乘乘以以根根据据实实际际情情况况确确定定的的自自给给天天数数就就可以得到初步的蓄电池容量。可以得到初步的蓄电池容量。第第二二步步，将将第第一一步步得得到到的的蓄蓄电电池池容容量量除除以以蓄蓄电电池池的的允允许许最最大大放放电电深深度度。因因为为不不能能让让蓄蓄电电池池在在自自给给天天数数中

26、中完完全全放放电电，所所以以需需要要最最大大放放电电深深度度，得得到所需要的蓄电池容量。到所需要的蓄电池容量。30蓄电池设计蓄电池设计太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算每每个个蓄蓄电电池池都都有有它它的的标标称称电电压压。为为了了到到达达负负载载工工作作的的标标称称电电压压，将将蓄蓄电电池池串串联联起起来来给给负负载载供供电电，需需要要串串联联的的蓄蓄电电池池的的个个数数等等于于负负载载的的标标称称除除以以蓄电池的标称电压。蓄电池的标称电压。蓄电池串并联31蓄电池设计蓄电池设计太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算

27、举例：举例：假假设设某某光光伏伏系系统统交交流流负负载载的的耗耗电电量量为为10kW 10kW h/h/天天，如如果果在在该该光光伏伏系系统统中中选选择择使使用用效效率率为为9090的的逆逆变变器器，输输入入电电压压为为24V24V，那那么么可可得得所所需需的的直流电负载需求是：直流电负载需求是：蓄电池串并联自给天数自给天数5 5天，放电深度天，放电深度8080：32蓄电池设计蓄电池设计太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算太阳能光伏系统的选型、布置和发电量估算如果选用如果选用2V/(400A h)2V/(400A h)的单体蓄电池，那么需要串联的电池数：的单体蓄电池，那么需要串联的电池数：蓄电池串并联需要并联的电池数：需要并联的电池数：取取整整数数为为8 8，所所以以该该系系统统需需要要使使用用2V/400A 2V/400A h h的的蓄蓄电电池池个个数数为为：1212串串联联88并联并联9696个。个。33谢谢！谢谢！