【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 部等地。這是我國(guó)太陽能資源最豐富的地區(qū)。二類地區(qū)：全年日照時(shí)數(shù)為3000～3200小時(shí)，每平米年輻射量在5860～6700MJ。主要包括河北西北部、山西北部、內(nèi)蒙古南部、寧夏南部、甘肅中部、青海東部、西藏東南部和新疆南部等地。此區(qū)為我國(guó)太陽能資源較豐富區(qū)。三類地區(qū)：全年日照時(shí)數(shù)為2200～3000小時(shí)，每平米年輻射量在5020～5860MJ。主要包括山東、河南、河北東南部、山西南部、新疆北部、吉林、遼寧、云南、陜西北部、甘肅東南部、廣東南部、福建南部、江蘇北部和安徽北部等地。四類地區(qū)：全年日照時(shí)數(shù)為1400～2200小時(shí)，每平米年輻射量在4190～5020MJ。主要是長(zhǎng)江中下游、福建、浙江和廣東等一部分沿海地區(qū)，春夏多陰雨，秋冬季太陽能資源還可以。五類地區(qū)：全年日照時(shí)數(shù)約1000～1400小時(shí)，每平米年輻射量在3350～4190MJ。主要包括四川、貴州兩省。此區(qū)是我國(guó)太陽能資源最少的地區(qū)。一、二、三類地區(qū)，年日照時(shí)數(shù)大于2000小時(shí)，每平米年輻射總量高于5086MJ，是我國(guó)太陽能資源豐富或較豐富的地區(qū)，面積較大，約占全國(guó)總面積的2/3以上，具有利用太陽能的良好條件。四、五類地區(qū)顯然太陽能資源條件不夠理想，利用價(jià)值不是太高。本課題以北京市的野外活動(dòng)板房為例，結(jié)合北京市的各項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)，對(duì)這個(gè)地區(qū)的太陽能收集情況和安裝傾角進(jìn)行研究。北京市屬于太陽能輻射資源較豐富地區(qū)，首先要估算出指定地區(qū)的年太陽能輻射量，其算法由以下過程給出：眾所周知，在傾斜面上所接收到的太陽輻射總量由直接輻射量、天空散射輻射量及地面反射輻射量三部分組成，即[7]， (33)與水平面上直接輻射量之間有如下關(guān)系：， (34)對(duì)于朝向赤道的傾斜面，兩者的比值由下式確定：， (35)式中，是當(dāng)?shù)鼐暥龋欠疥嚢惭b傾角，太陽赤緯角可近似表示成：， (36)其中，n為一年中從一月一日算起的天數(shù)。水平面上日落時(shí)角：， (37)傾斜面上日落時(shí)角：， (38)有些文獻(xiàn)認(rèn)為天空散射是各向同性的，因而可得出較簡(jiǎn)單的表達(dá)式。實(shí)際上，在北半球，南邊天空年平均散射輻射量顯然要比北半邊大，而南半球則正相反，可見天空散射輻射并不是均勻分布的。，后來有些文獻(xiàn)對(duì)他的模型又進(jìn)行了分析。個(gè)人認(rèn)為Hay模型比較簡(jiǎn)潔，也與本文計(jì)算使用的軟件模型相符合。并具有足夠的精確性，適合本課題的設(shè)計(jì)，其表達(dá)式為：， (39)式中，和H分別為水平面上散射輻射及總輻射量，為大氣層外水平面上輻射量，它可由下式求出：， (310)其中 ，為太陽常數(shù)，即。 地面反射輻射量的表達(dá)式為：， (311)式中，為地面反射率，一般情況下=。 將式(34)、(39)及(311)代人式(33)即可得到傾斜面上太陽輻射總量的表達(dá)式：。 (312)其次是要對(duì)傾角進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到最佳值，其算法遵循這樣的原則：對(duì)于確定的地點(diǎn)，如已知全年各月的水平太陽輻射資料，即可確定夏半年和冬半年的月份范圍。由式(312)算出不同傾斜面上全年各月的太陽輻射量，從而得出夏半年平均日輻射量H1及冬半年平均日輻射量H2值，進(jìn)行分析比較后即可確定最佳傾角。對(duì)于光伏方陣的工作情況，通常具體步驟是從(5)開始，每隔5度，到(+25)共取七種不同的傾角進(jìn)行計(jì)算對(duì)比。從計(jì)算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，隨著傾角增大，H1下降很快，而H2逐漸上升，達(dá)最大值后又變小。而全年平均日輻射量在附近達(dá)最大值，然后又下降。由于各地的HH變化的快慢不同，最佳傾角可以根據(jù)以下三種不同情況，分別選取：1．在傾角增大時(shí)，H2達(dá)到某一最大值，同時(shí)始終有H1 H2，這時(shí)就取H2達(dá)最大值時(shí)所對(duì)應(yīng)的角度為方陣傾角。2．在H2到達(dá)最大值之前，已有H1 H2這表明夏天的輻射量已削弱太多，傾角不宜過大，這時(shí)可取H1 = H2 時(shí)所對(duì)應(yīng)的角度作為方陣傾角。 3．在以上角度范圍內(nèi)，始終有H1 H2，而且傾角越大，越小，這時(shí)方陣傾角可取相應(yīng)于最大值的角度。本課題的計(jì)算選取過程遵循以上原則，利用hay模型求出太陽能輻射量。北京的輻射量和安裝角度基于pvsyst(見附錄)軟件求得，詳細(xì)計(jì)算過程如下：根據(jù)北京()的水平太陽輻射量資料可得到北京的夏半年(輻射量最多的6個(gè)月)為49月，冬半年(輻射量最少的6個(gè)月)為103月。北京各月太陽能輻射量如表34所示：表34 北京各月太陽能輻射情況月份123456789101112年總量水平輻射量(kwh/m2)平均溫度()風(fēng)速水平(m/s)接下來根據(jù)式(312)分別計(jì)算七種傾角在不同月份的HH值，結(jié)果列于表35。表35 北京各傾角下的夏半年、冬半年、全年的日均輻照量月份角度05+5+10+15+20+25123456789101112H1H2單位：在可以達(dá)到足夠精度的情況下，為簡(jiǎn)化計(jì)算過程，緯度數(shù)值僅取整數(shù)部分，取39度。以北京為例，由表35可見，在(5)到(+15)范圍內(nèi)，H1和H2不相交，直到(+20)時(shí)相交，基本上H1 H2，且在(+5)時(shí)H2達(dá)最大值，滿足傾角選擇原則的第一種情況，故選擇方陣傾角為=。如僅從水平輻射量最弱的l2月份考慮，在(+25)時(shí)輻射量可能是最大值，似乎可以取(+25)，但此時(shí)在夏天六、七月份日輻射量下降很大，也減少很多，況且一般工程不宜在寒冷天氣進(jìn)行，所以應(yīng)相應(yīng)地選擇較溫暖的月份的輻射量為電池板角度選取的主要考慮因素，只單獨(dú)照顧12月份是不合適的。解決了前面的問題，可以得到發(fā)電能力的計(jì)算方法：以上計(jì)算得出的是全年平均太陽日總輻照量，在最佳傾角滿足的條件下，將的單位用表示，再除以標(biāo)準(zhǔn)輻照度1000，即：， (單位：h/d) (313)這樣在數(shù)值上就等于當(dāng)月平均每天峰值日照時(shí)數(shù)，以后就用以為單位的來代替。在方陣容量已知和實(shí)現(xiàn)最佳傾角的情況下，根據(jù)式313，由方陣面上各個(gè)月份所接收到的日均太陽能輻照量，可以得到日均發(fā)電量：。 (314)P為單個(gè)電池板組件的功率；為安裝的電池板數(shù)目。為方陣到控制器的直流輸入回路與逆變器的交流回路的總效率，包括方陣面上的灰塵遮蔽損失、性能失配、組件老化損失、逆變控制器效率以及線路損耗等。第 4 章 野外活動(dòng)板房電池板安裝方案 電池板的安裝 多晶硅電池板的選擇多晶硅電池板部分選擇性比較廣泛多樣，本文選用的多晶硅太陽能電池板規(guī)格是：峰值輸出功率：140Wp；功率偏差：3%；轉(zhuǎn)換效率：17%；輸出電壓：；輸出電流：；開路電壓：22V；短路電流：；重量：12千克；外形尺寸：1470*670*35mm(鋁合金邊框背面有4個(gè)安裝孔，非常方便安裝)；接線盒類型：二極管1只。本電池板可以自由串并聯(lián)，串聯(lián)不可以超過44塊，并聯(lián)不超過60塊。則單個(gè)電池板組件的面積為，根據(jù)式314和野外活動(dòng)板房的電力需求可以得到日需實(shí)際的發(fā)電量：Q= kWh。由日需發(fā)電量得到安裝數(shù)目：=。本課題采用24V兩組為一路的蓄電池，給蓄電池充電需要3塊電池板組件串聯(lián)，安裝時(shí)則共需安裝21塊多晶硅太陽能電池組件。三個(gè)多晶硅電池組件串聯(lián)為一路，之后并聯(lián)相同的七條線路。光伏組件總的最大開路電壓為66V，輸出電壓為54V，。在天氣良好的情況下，實(shí)際的日均發(fā)電量可以達(dá)到：。 電池板安裝角度根據(jù)以上的結(jié)論，可以得到在北京地區(qū)，安裝位置見第三章的圖33。其他的地區(qū)可以根據(jù)以上的計(jì)算方法求得，本文不再贅述。 系統(tǒng)周邊的選擇 蓄電池的設(shè)計(jì)與選擇獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)一般是以蓄電池為儲(chǔ)能設(shè)備的。蓄電池的選擇主要應(yīng)該考慮四個(gè)方面的因素：日負(fù)載需求、蓄電池最大放電深度、獨(dú)立運(yùn)行天數(shù)、安裝地環(huán)境溫度。獨(dú)立光伏系統(tǒng)的蓄電池容量設(shè)計(jì)，首先要保證系統(tǒng)在太陽輻照量連續(xù)低于平均值的情況下負(fù)載仍可以在一定時(shí)間內(nèi)持續(xù)正常工作。在輻照度低于平均值的情況下，太陽能電池組件產(chǎn)生的電能，不能完全補(bǔ)充每日負(fù)載需求從蓄電池中消耗能量而產(chǎn)生的空缺，這樣蓄電池就會(huì)處于虧電狀態(tài)。如果在一定時(shí)間內(nèi)光照度始終低于平均值，蓄電池持續(xù)放電供給負(fù)載，蓄電池的荷電狀態(tài)會(huì)持續(xù)下降。本文的設(shè)計(jì)中，可以通過柴油機(jī)互補(bǔ)發(fā)電的方式來為蓄電池充電，但為了最大化太陽能的利用，在一般工作狀態(tài)下，不提倡調(diào)用柴油機(jī)進(jìn)行互補(bǔ)發(fā)電。為了避免蓄電池的損壞，虧電狀態(tài)下的放電過程只能允許持續(xù)一定的時(shí)間，直到蓄電池的荷電狀態(tài)到達(dá)安全的最低值，即對(duì)蓄電池的最大放電深度要有一定的要求，因此本文選用80%的放電深度。獨(dú)立運(yùn)行天數(shù)，即光伏系統(tǒng)在沒有任何外來能源的情況下蓄電池供給負(fù)載正常工作的天數(shù)，本文中獨(dú)立運(yùn)行天數(shù)規(guī)定為3天。獨(dú)立運(yùn)行天數(shù)的確定主要與兩個(gè)因素有關(guān)：光伏系統(tǒng)安裝地點(diǎn)的氣象條件(最大連續(xù)陰雨天數(shù))、負(fù)載對(duì)應(yīng)用場(chǎng)合的重要程度。同時(shí)，由于鉛酸蓄電池的額定容量會(huì)隨著溫度的變化而變化，當(dāng)蓄電池溫度下降時(shí)，蓄電池的容量會(huì)下降，所以安裝地氣溫對(duì)確定蓄電池的容量影響非常重要。如果安裝蓄電池的地區(qū)氣溫較低，實(shí)際需要的蓄電池容量就要比常溫條件下需要的蓄電池容量大，反之則容量需求小。才能保證在最大蓄電池使用壽命的的情況下滿足負(fù)載的用電需求。大多數(shù)鉛酸蓄電池生產(chǎn)企業(yè)一般會(huì)提供相關(guān)的蓄電池溫度容量修正系數(shù)值。這里給出環(huán)境溫度和電池容量的關(guān)系的計(jì)算式：， (41)式中：Cr—非標(biāo)準(zhǔn)溫度下電池的實(shí)際放電量；Ce為蓄電池標(biāo)稱設(shè)計(jì)容量；t—放電的環(huán)境溫度；—溫度系數(shù)；10小時(shí)率容量試驗(yàn)室=℃，3小時(shí)率容量試驗(yàn)室K=℃，2小時(shí)率容量試驗(yàn)室K=℃，1小時(shí)率容量試驗(yàn)室K=℃。依據(jù)我國(guó)標(biāo)準(zhǔn),閥控式密封鉛酸蓄電池放電時(shí),若溫度不是標(biāo)準(zhǔn)溫度(25度)，則需將實(shí)際電量Cr根據(jù)式41換算成標(biāo)稱電量Ce[8]后再對(duì)蓄電池進(jìn)行選擇。蓄電池容量理論計(jì)算公式[9]：, (42)系統(tǒng)安全系數(shù)取值為()。綜上兩方面所述，在考慮其他損耗因素后，應(yīng)加入容量修正，最大應(yīng)選用的實(shí)際蓄電池容量的(Ah)的計(jì)算公式為：，