光伏发电led照明系统设计(编辑修改稿)

光伏发电led照明系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

产生一定的电动势，通过组件的串并联形成 太阳能电池方阵，使得方阵电压达到系统输入电压的要求。 再通过充放电控制器对蓄电池进行充电，将由光能转换而来的电能贮存起来。 晚上，蓄电池 开始 供电。 蓄电池组的放电情况由控制器进行控制，保证蓄电池的正常使用。 光伏电站系统还应有限荷保护和防雷装置，以保护系统设备的过负载运行及免遭雷击， 维护系统设备的安全使用。 太阳能→电能→化学能→电能→光能。 发电原理 太阳能电池与蓄电池组成系统的电源单元，因此蓄电池性能直接影响着系统工作特性。 （ 1）电池单元：由于技术和材料原因，单一电池的发电量是十分有限的，实用 中的太阳能电池是单一电池经串、并联组成的电池系统，称为电池组件（阵列）。 单一电池是一只硅晶体二极管，根据半导体材料的电子学特性，当太阳光照射到由 P 型和 N 型两种不同导电类型的同质半导体材料构成的 PN 结上时，在一定的条件下，太阳能辐射被半导体材料吸收，在导带和价带中产生非平衡载流子即电子和空穴。 同于 PN 结势垒区存在着较强的内建静电场，因而能在光照下形成电流密度 J，短路电流 sci ，开路电压 Uoc。 若在内建电场的两侧面引出电极并接上 负载，理论上讲由 PN 结、连接电路和负载形成的回路，于是就有“光生电流”流过，太阳能电池组件就实现了对负载的功率 P 输出。 （ 2）电能储存单元：太阳能电池产生的直流电先进入蓄电池储存，蓄电池的特性影响着系统的工作效率和特性。 蓄电池技术是十分成熟的，但其容量要受到末端需电量，日照时间（发电时间）的影响。 因此蓄电池瓦时容量和安时容量由预定的连续无日照时间决定。 辽宁工程技术大学 毕业设计（论文） 17 设置原理 太阳能光伏发电系统的设计需要考虑的因素： （ 1）需要考虑太阳能光伏发电系统使用的地方以及该地日光辐射情况； （ 2）需要考 虑太阳能光伏发电系统需要承载的负载功率； （ 3）系统所输出电压，以及考虑应该使用直流电还是交流电； （ 4）系统每天需要工作的小时数； （ 5）如遇到没有日光照射的阴雨天气，系统需连续供电多少天； （ 6）考虑负载的情况，是纯电阻性、电容性还是电感性，启动电流的大小。 系统组成 光伏系统是由太阳能电池方阵、蓄电池组、充放电控制器、逆变器、交流配电柜、自动太阳能跟踪系统、自动太阳能组件除尘系统等设备组成。 图 21 光伏系统组成 Figure 21 pv systems 顾宇航：光伏发电 LED照明系统设计 18 太阳能电池 在有光照（无论是太阳光，还是其它发光体产生的光照）情况下，电池吸收光能，电池两 端出现异号电荷的积累，即产生“光生电压”，这就是“光生伏特效应”。 在 光生伏打效应 的作用下，太阳能电池的两端产生电动势，将光能转换成电能，是能量转换的器件。 太阳能电池一般为硅电池，分为 单晶硅太阳能电池 ，多晶硅太 阳能电池和 非晶硅太阳能电池 三种。 原材料特点： 电池片 ：采用高效率（ %以上）的单晶硅太阳能片封装，保证太阳能电池板发电功率充足。 图 22 太阳能电池图 Figure 22 solar cells figure 玻璃 ： 采用低铁钢化绒面玻璃 (又称为白玻璃 )， 厚度 ,在太阳电池光谱响应的波长范围内 (3201100nm)透光率达 91%以上，对于大于 1200 nm 的红外光有较高的反射率。 此玻璃同时能耐太阳紫外光线的辐射，透光率不下降。 EVA： 采用加有抗紫外剂、抗氧化剂和固化剂的厚度为 的优质 EVA膜层作为太阳电池的密封剂和与玻璃、 TPT 之间的连接剂。 具有较高的透光率和抗老化能力。 TPT： 太阳电池的背面覆盖物 — 氟塑料膜为白色，对阳光起反射作用，因此对组件的效率略有 提高，并因其具有较高的红外发射率，还可降低组件的工作温度，也有利于提高组件的效率。 当然，此氟塑料膜首先具有太阳电池封装材料所辽宁工程技术大学 毕业设计（论文） 19 要求的耐老化、耐腐蚀、不透气等基本要求。 边框： 所采用的铝合金边框具有高强度，抗机械冲击能力强。 也是家用太阳能发电中价值最高的部分。 蓄电池组 其作用是贮存 太阳能电池方阵 受光照时发出的电能并可随时向负载供电。 太阳能电池发电对所用蓄电池组的基本要求是： ； ； c.深放电能力强； ； ； ； 廉。 目前我国与 太阳能发电系统 配套使用的蓄电池主要是铅酸蓄电池和镉镍蓄电池。 配套 200Ah 以上的铅酸蓄电池，一般选用固定式或工业密封式 免维护铅酸蓄电池 ，每只蓄电池的额定电压为 2V；配套 200Ah 以下的铅 酸蓄电池，一般选用小型密封 免维护铅酸蓄电池 ，每只蓄电池的额定电压为 12V。 充放电控制器 是能自动防止蓄电池过充电和过放电的设备。 由于蓄电池的循环充放电次数及放电深度是决定蓄电池使用寿命的重要因素，因此能控制蓄电池组过充电或过放电的 充放电控制器 是必不可少的设备。 逆变器 是 将直流电转换成交流电的设备。 由于太阳能电池和蓄电池是直流电源，而负载是交流负载时，逆变器是必不可少的。 逆变器按运行方式，可分为独立运行逆变器和并网逆变器。 独立运行逆变器用于独立运行的 太阳能电池发电系统 ，为独立负载供电。 并网逆变器用于并网运行的 太阳能电池发电系统。 逆变器按输出波型可分为方波逆变器和 正弦波逆变器。 方波逆变器电路简单，造价低，但谐波分量大，一般用于几百瓦以下和对谐波要求不高的系统。 正弦波逆变器 成本高，但可以适用于各种负载。 逆变器保护功能： a、 过载保护； b、短路保护； c、接反保护； d、欠压保顾宇航：光伏发电 LED照明系统设计 20 护； e、过压保护； f、过热保护。 注：本设计是无需逆变器的，因为给 LED 灯供电用直流 电，没有直流变交流的必要。 防反冲二极管 太阳能光伏发电系统的防反充二极管又称阻塞二极管，在太阳电池组件中其作用是避免由于太阳电池方阵在阴雨和夜晚不发电或出现短路故障时，擂电池组通过太阳电池方阵放电。 防反充二极管串联在太阳电池方阵电路中，起单向导通作用。 因此它必须保证回路中有最大电流，而且要承受最大反向电压的冲击。 一般可选用合适的整流二极管作为防反充二极管。 一块板的话可以不用任何二极管，因为控制器本来就可防反冲。 板子串联的话，需要安装旁路二极管，如果是并联的话就要装个防反冲二极管，防止板子直接冲 电。 防反充二极管只是保护作用，不会影响发电效果。 太阳能光伏发电系统的分类 目前太阳能光伏发电系统大致可分为三类，离网光伏蓄电系统，光伏并网发电系统及前两者混合系统。 A）离网光伏蓄电系统。 这是一种常见的太阳能应用方式。 在国内外应用已有若干年。 系统比较简单，而且适应性广。 只因其一系列种类蓄电池的体积偏大和维护困难而限制了使用范围。 B）光伏并网发电系统，当用电负荷较大时，太阳能电力不足就向市电购电。 而负荷较小时，或用不完电力时，就可将多余的电力卖给市电。 在背靠电网的前提下，该系统省掉 了蓄电池，从而扩张了使用的范围和灵活性，并降低了造价。 C） A， B 两者混合系统，这是介于上述两个方之间的系统。 该方案有较强的适应性，例如可以根据电网的峰谷电价来调整自身的发电策略。 但是其造价和运行成本较上述两种方案高。 辽宁工程技术大学 毕业设计（论文） 21 3. 光伏发电 LED 照明系统的配置 光伏发电系统的设计原理 太阳能光伏发电系统的设计包括两个方面：软件设计和硬件设计。 光伏系统软件设计包括：负载用电量的计算，太阳能电池方阵面辐射量的计算，太阳能电池、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的计 算，系统运行情况的预测和系统经济效益的分析等。 由于软件设计牵扯到复杂的太阳辐射量、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。 在要求不太严格的情况下，也可以采用估算的办法。 光伏系统硬件设计包括：负载的选型及必要的设计，太阳能电池和蓄电池的选型，太阳能电池支架的设计。 逆变器的选型和设计，以及控制和测量系统的选型和设计。 对于大型太阳能光伏发电系统，还要有光伏电池方阵场的设计、防雷接地的设计、配电系统的设计以及辅助或备用电源的选型和设计。 太阳能电池发电系统设计的总的原则是，在保证满足负载供电需要的前提 下，确定使用最少的太阳能电池组件功率和蓄电池容量，以减少初始投资。 系统设计者应该知道在光伏发电系统设计过程中做出的每一个决定都会影响造价。 由于不适当的选择，可轻易地使系统的投资成倍的增加，而且未必就能满足使用要求。 再决定建立一个独立的太阳能光伏发电系统之后，可按下述步骤进行设计：计算负载，确定蓄电池容量，确定太阳能电池方阵容量，选择控制器。 在设计计算中，需要的基本数据主要有：现场的地理位置，包括地点、经度、纬度和海拔等；安装地点的气象资料，包括逐月的太阳能总辐射能量、直接辐射量及散射辐射量；年平均气温和最高 最低气温，最长连续阴雨天数，最大风速及冰雹、降雪等特殊气象情况。 气象资料一般无法做出长期预测，只能以过去 10年到 20年的平均值作为依据。 但是很少有独立的光伏发电系统是建立在太阳辐射数据资料齐全的城市的，而且偏远地区的太阳辐射数据可能并不类似于附近的城市。 因此只能采用临近的某个城市的气象资料或类似地区气象观测站所记录的数据进行类推。 在类推的时候要把握好可能导致的偏差因素，要知道，太阳能资源的估算会直接影响到光伏发电系统的性能和造价。 另外，从气象部门得到的资料，一般只有水平面的太阳能辐射量，顾宇航：光伏发电 LED照明系统设计 22 实际使用时必须设法换 算到倾斜面上的辐射量。 对于负载的估算，是独立光伏发电系统设计和定价的关键因素之一。 通常列出所有负载的名称、功率要求、额定工作电压和每天用电时间。 对于交流和直流负载都要同样列出。 功率因数在交流功率计算中不要过滤。 然后，按负载分类和按工作电压分组，计算每一组的总功率。 接着，选定系统工作电压，计算系统在这一电压下所要求的平均安培178。 小时（ Ah）数，也就是算出所有负载的每天平均耗电量之和。 关于系统工作电压的选择，经常是选最大功率负载说要求的电压。 在以交流负载为主的系统中直流系统电压应当考虑与 选用的逆变器输入电压相适应。 通常独立运行的太阳能光伏打电系统，其交流负载工作在 220V，直流负载工作在 12V 或 12V 的倍数。 从理论上说，负载的确定是直截了当的，而实际上负载的要求却往往并不确定。 例如家用电器所要求的功率可以从制造商的资料得知，但是并不知道他们的工作时间，如果使用时间估算过高，其累计的效果会导致光伏发电系统的设计容量和造价上升。 实际上，某些较大功率的负载可安排在不同的时间内使用。 再严格的设计中，我们必须掌握独立光伏发电系统的特性，即每天 24 小时中不同时间的负载功率。 特别是对于集中的供电系统，了 解用电规律后可适时地加以控制。 蓄电池容量设计思想是保证在太阳光照连续低于平均值的情况下负载仍可以正常工作，为了避免连续阴雨天气时蓄电池长期处于欠压状态，在蓄电池容量设计时需要引入一个不可缺少的参数 自给天数，即系统在没有任何外来能源的情况下负载仍能正常工作的天数。 这个参数让系统设计者能够选择所需使用的蓄电池容量大小。 一般来说自给参数的确定与两个因素有关：一，负载对电源的要求；二，安装地点的最大连续阴雨天数。 一般情况下可以将安装地点的最大连续阴雨天数作为 系统设计的自给天数。 对于负载对电源要求不是很严格的光伏系统，我们在设计中常取自给天数为 3— 5 天；对于负载对电源要求很严格的光伏系统，我们在设计中常取自给天数为 7— 14 天。 所谓负载不严格的光伏应用系统通常指用户辽宁工程技术大学 毕业设计（论文） 23 可以稍微调节一下负载需求从而适应恶劣天气带来的不便，而严格系统指负载用电比较重要，如通信、导航、医院、诊所等。 此外还要考虑安装地点，如果在很偏远的地方必须设计较大的蓄电池容量，因为维护人员到达现场需要花费很长时间。 蓄电池容量计算 1) 基本公式 将每天负载需要的用电量乘以根据 实际情况确定的自给天数就可以得到初步的蓄电池容量，再除以蓄电池的允许最大放电深度即可得到所需的蓄电池容量。 最大放电深度的选择需要参考光伏系统中使用的蓄电池的性能参数，通常情况下，深循环型蓄电池推荐使用 80%的放电深度（ DOD）；浅循环型蓄电池推荐使用 50%的放电深度（ DOD）。 基本公式如下： 所需蓄电池总容量 = 自 给 天 数 日 平 均 负 载最 大 放 电 深 度 每个蓄电池都有它的标称电压，为了达到负载工作的标称电压，我们将蓄电池串联起来给负载供电，需要串联的蓄电池的个数等于负载的标称电压除以蓄电池的标 称电压。 当蓄电池总容量大于单个蓄电池容量时，我们需要将单个蓄电池并联起来组成总容量。 公式如下： 串联蓄电池数量 = 负 载 标 称 电 压蓄 电 池 标 称 电 压 并联蓄电池数量 = 所 需 蓄 电 池 总 容 量单 个 蓄 电 池 容 量 2) 修正 对于铅酸蓄电池，蓄电池的容量不是一成不变的与两个重要因素有关：蓄电池的放电率和环境温度。 a. 放电率对蓄电池容量的影响 蓄电池的容量随放电率的降低（即蓄电池。