【文章內(nèi)容簡介】 V (V) 19V 負(fù)載電壓為 48V，功率為 200 W，每天工作 10小時，最長的連陰雨天為 10天，兩個最長的連陰雨天相隔的天數(shù)為 15天，蓄電 池采用鉛酸免維護(hù)蓄電池，浮充電壓為 。其水平太陽輻射數(shù)據(jù)參照表 42“我國主要城市的輻射參數(shù)表”資料，實(shí)際計算如下： 表 42 我國主要城市的輻射參數(shù)表 城市 緯度 Φ 日輻射量Ht 最佳傾角Φop 斜面日輻射量 修正系數(shù) Kop 哈爾濱 12703 Φ＋ 3 15838 長春 13572 Φ＋ 1 17127 沈陽 13793 Φ＋ 1 16563 北京 15261 Φ＋ 4 18035 天津 14356 Φ＋ 5 16722 呼和浩特 16574 Φ＋ 3 20xx5 太原 15061 Φ＋ 5 17394 烏魯木齊 14464 Φ＋ 12 16594 西寧 16777 Φ＋ 1 19617 蘭州 14966 Φ＋ 8 15842 銀川 16553 Φ＋ 2 19615 西安 12781 Φ＋ 14 12952 上海 12760 Φ＋ 3 13691 南京 13099 Φ＋ 5 14207 22 合肥 12525 Φ＋ 9 13299 杭州 11668 Φ＋ 3 12372 南昌 13094 Φ＋ 2 13714 福州 120xx Φ＋ 4 12451 濟(jì)南 14043 Φ＋ 6 15994 鄭州 13332 Φ＋ 7 14558 武漢 13201 Φ＋ 7 13707 長沙 11377 Φ＋ 6 11589 廣州 12110 Φ－ 7 12702 海口 13835 Φ＋ 12 13510 南寧 12515 Φ＋ 5 12734 成都 10392 Φ＋ 2 10304 貴陽 10327 Φ＋ 8 10235 昆明 14194 Φ－ 8 15333 拉薩 21301 Φ－ 8 24151 將光伏電池組件按一定數(shù)目串聯(lián)起來，就可獲得所需要的工作電壓。另外，太陽能光伏電池方陣對蓄電池充電時，光伏電池組件的串聯(lián)數(shù)必須適當(dāng)。如果串聯(lián)數(shù)太少，串聯(lián)電壓低于蓄電池浮充電壓，方陣就不能對蓄電池充電。當(dāng)串聯(lián)組件的輸出電壓遠(yuǎn)高于浮充電壓時，充電電流也不會有明顯的增加。因此，只有當(dāng)光伏電池組件的串聯(lián)電壓等于合適的浮充電壓時，才能達(dá)到最佳的充電狀態(tài)。計算方法 如下 : / ( ) / ( 5 5 . 2 0 . 7 1 ) / 1 7 . 2 4S R O C F D C O CN U U U U U U? ? ? ? ? ? ? ? （ 41） 式中： RU —— 光伏方陣輸出最小電壓； OCU —— 光伏電池組件的最佳工作電壓； 23 FU —— 蓄電池的浮充電壓； DU —— 二極管壓降，一般取 ； CU —— 其他因素 引起的壓降。 蓄電池的浮充電壓和所選的蓄電池參數(shù)有關(guān)，應(yīng)等于在最低溫度下所選蓄電池單體的最大工作電壓乘以串聯(lián)的電池數(shù)。 在確定這個問題之前，我們先確定其相關(guān)量的計算方法。 （ 1） 將光伏電池方陣安裝地點(diǎn)的太陽能日輻射量 iH ，轉(zhuǎn)化成在標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)下的平均日照輻射時數(shù) H(以中國的中心城市西安的輻射參數(shù)為例 ) （ hrm m / kJ） 為將日輻射量換算為標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng) 1000 2/Wm下的平均日輻射時數(shù)的系數(shù)。 2 .7 7 8 / 1 0 0 0 0 1 2 7 8 1 2 .7 7 8 / 1 0 0 0 0 3 .5 5iHH? ? ? ? ? （ 小 時 ） （ 42） （ 2） 光伏電池組件日發(fā)電量 pQ 0 . 7 8 3 3 . 5 5 0 . 9 2 7 5 0 . 8 2 . 0 6p O C O P ZQ I H K C? ? ? ? ? ? ? ? ?(安時 ) （ 43） 式中： OCI —— 光伏電池組件最佳工作電流； OPK —— 斜面修正系數(shù)； ZC —— 修正系數(shù)，主要為組合、衰減、灰塵、充電效率等的損失，一般取 。 （ 3） 兩組最長連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù) WN ，主要考慮要在此段時間內(nèi)將虧損的蓄電池電量補(bǔ)充起來，需補(bǔ)充的蓄電池容量 24 1. 2 41 .6 10 49 9. 2o b L LB A Q N? ? ? ? ? ? ? (安時 ) （ 44） 20 0 / 48 10 41 .6LQ W V H? ? ?(安時 ) （ 45） （ 4） 光伏電池組件并聯(lián)數(shù)的計算方法 ( ) / ( ) ( 4 9 9 . 2 1 5 4 1 . 6 ) / ( 2 . 0 6 1 5 ) 3 6 . 4 3 7P o b W L P WN B N Q Q N? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （ 46） 表達(dá)式意為：并聯(lián)所用光伏電池組件數(shù)，在兩組連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)內(nèi)所發(fā)電量，不僅供負(fù)載使用，還需補(bǔ)足蓄電池在最長連續(xù)陰雨天內(nèi)所虧損電量。 （ 5） 光伏電池方陣的功率計算 根據(jù)光伏電池組件的串并聯(lián)數(shù)，即可得出所需光伏電池 方陣的功率： 1 2 .2 4 3 7 1 8 0 6O S PP P N N W? ? ? ? ? ? ? （ 47） 式中： OP —— 光伏電池組件的額定功率 （ 6） 計算結(jié)果 由于光伏電池板既要給蓄電池充電，又要給負(fù)載提供所需的電量，因此本設(shè)計選用功率為 1806W的光伏電池方陣，需額定功率為 W的光伏電池板 4塊串聯(lián)， 37塊并聯(lián)。 光伏發(fā)電系統(tǒng)蓄電池的選用 蓄電池又稱二次電池。它與原電池 (又稱一次電池 )不同，原電池經(jīng) 放電后，不能使用充電方法使其活性物質(zhì)復(fù)原。而蓄電池經(jīng)放電后，可用充電方法使活性物質(zhì)復(fù)原，再放電，故能以充電、放電方式循環(huán)多次使用。 光伏發(fā)電系統(tǒng)的儲能裝置主要是蓄電池，其作用是將光伏電池轉(zhuǎn)換出來的電能儲存起來以便使用。與光伏電池方陣配套的蓄電池通常在浮充狀態(tài)下 25 工作，其電壓隨方陣發(fā)電量和負(fù)載用電量的變化而變化。它的電能量比用電負(fù)載所需的電能量大得多。蓄電池提供的能量還受環(huán)境溫度的影響。為了與光伏電池匹配，要求蓄電池工作壽命長而且要維護(hù)簡單。 能夠和光伏電池配套使用的 蓄電池種類很多，但目前廣泛采用的有鉛酸免維護(hù)蓄電池、普通鉛酸蓄電池和堿性鎳錫蓄電池、鏗電池等。光伏發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用的蓄電池一般為鉛酸蓄電池，它的價格便宜 。高低溫性能良好 (可在40~60℃ 的條件下工作 )；易于浮充使用，沒有“記憶效應(yīng)”。國內(nèi)目前最主要使用的蓄電池為鉛酸免維護(hù)蓄電池，因?yàn)槠涔逃械摹懊狻本S護(hù)特性及對環(huán)境較少污染的特點(diǎn)，很適合用于性能可靠的光伏電源系統(tǒng)，特別是無人值守的工作站。而普通鉛酸蓄電池由于需要較強(qiáng)的維護(hù)能力及環(huán)境污染較大，所以主要用于有維護(hù)能力或低檔場合使用。堿性鎳鎘蓄電池雖然有較好的低溫 、過充、過放性能，但由于其價格較高，僅使用于較為特殊的場合。鋰電池從各方面性能來看都非常突出且比較輕，配備鋰電池當(dāng)然是首選，但價格昂貴。因此在本設(shè)計中選用鉛酸蓄電池。 鉛酸蓄電池的應(yīng)用非常的廣泛?，F(xiàn)在市面上有各種用途的鉛酸蓄電池，如固定型防酸式、牽引用、鐵路客車用、內(nèi)燃機(jī)用、摩托車用、礦燈用、航標(biāo)用、航空用等光伏系統(tǒng)中常用的蓄電池是固定型防酸式鉛酸蓄電池，它的電解液較稀，壽命長，適合于浮充使用。 鉛酸蓄電池未接負(fù)載時，正負(fù)極板都與電解液形成雙電層，正極板具有正電位，負(fù) 極板具有負(fù)電位，正負(fù)極間的電位差就是蓄電池的電動勢，其值約為 。電解液的比重比同，蓄電池的電動勢也不同，鉛酸蓄電池的電動勢一般可根據(jù)下述經(jīng)驗(yàn)公式計算： 00. 85 (15 )E d C?? （ 48） 式中 0(15 )dC表示 15℃時，極板活性物質(zhì)為空中電解液的比重， 鉛酸蓄電池的電動勢常數(shù)。 26 蓄電池充電過程的化學(xué)反應(yīng)為 : 4 2 4 2 2 42P bS O H O P bS O P bO H SO P b? ? ? ? ? （ 49） 正極 水 負(fù)極 正極 硫酸 負(fù)極 從上式可以看出，充電過程中，正極板上的硫酸鉛 4PbSO 逐漸變?yōu)槎趸U 2PbO ，負(fù)極板上的硫酸鉛 4PbSO 逐漸變?yōu)楹＞d狀 Pb。同時，電解液中的硫酸分子逐漸增加，水分子逐漸減少， 因此電解液的比重逐漸增加，蓄電池的端電壓也逐漸增加，蓄電池充電電流的大小通常用充電率表示。比如，用10小時率充電電流進(jìn)行充電， 10個小時后充入蓄電池的電量即可達(dá)到它的額定容量，因此 10小時率充電電流為： CIC?? （ 410） 式中： C—— 蓄電池的額定容量。 蓄電池放電過程的化學(xué)反應(yīng)為 : 2 2 4 4 2 42P b O H S O P b P b S O H O P b S O? ? ? ? ? （ 411） 正極 硫酸 負(fù)極 正極 水 負(fù)極 從上式可以看出，在蓄電池放電過程中，正負(fù)極板上的活性物質(zhì) ( 2PbO 和Pb )都不斷地轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩徙U 4PbSO ，由于硫酸鉛的導(dǎo)電性能比較差，所以放電后，蓄電池的內(nèi)阻增加。此外，在放電過程中，由于電解液中的硫酸逐漸變?yōu)樗?，所以電解液的比重逐漸下降。這樣，也使蓄電池的內(nèi)阻增加，電動勢降低。蓄 電池的端電壓下降到 ，蓄電池就不應(yīng)再繼續(xù)放電。放電終了時，蓄電池放出的電量 Q（即放電電流介與放電時間 t的乘積 )成為蓄電池的容量，通常用 C表示。 / 1 .2 [ ( 2 0 0 / 4 8 ) 1 0 ] 1 .1 / 0 .7 5 7 3 2 .2C L L O CB A Q N T C? ? ? ? ? ? ? ? ?(安時 ) （ 412） 27 式中 ： A —— 安全系數(shù)，取 ； LQ —— 負(fù)載的日平均耗電量，為工作電流乘以日工作小時數(shù)； LN —— 最長連陰雨天數(shù)； OT —— 溫度修正系數(shù)，一般在 0℃ 以上取 1， 10℃ 以上取 ， 10℃ 以下取 ； C —— 蓄電池的放電深度，一般鉛酸蓄電池取 因此選用工作電壓為 48V，容量為 800Ah的蓄電池。 本章小結(jié) 本章主要內(nèi)容是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)及其組成， 太陽能光伏電池的原理及其分類，光伏發(fā)電系統(tǒng)的計算，以及光伏發(fā)電系統(tǒng)蓄電池的選用。 28 第 5 章 太陽能電 池板舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計 傳動類型的選擇 選擇螺旋傳動。螺旋傳動的特點(diǎn)： （ 1） 將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變成直線運(yùn)動，并能以較小的轉(zhuǎn)矩得到很大的軸向力； （ 2）結(jié)構(gòu)簡單，傳動平穩(wěn)，無噪聲； （ 3）滑動螺旋可制成自鎖機(jī)構(gòu)； （ 4）工作速遞一般比較低。 螺旋傳動主要由螺桿與螺母組成 [14] 。除自鎖螺旋外，一般用來把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變成直線運(yùn)動，也可以把直線運(yùn)動變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，同時進(jìn)行能量和力的傳遞，或者調(diào)整零件間的相互位置。當(dāng)其以傳遞運(yùn)動為主，并要求有較高傳動精度時，稱為傳動螺旋。以調(diào)整 零件間的相互位置為主時，稱為調(diào)整螺旋。 螺旋傳動的類型特點(diǎn)和選擇 根據(jù)螺紋副的摩擦狀態(tài)，螺旋傳動可分為滑動螺旋、滾動螺旋和靜壓螺旋 3大類。特點(diǎn)如表 51。 表 51 螺旋傳動的類型和特點(diǎn) 類型 特點(diǎn) 滑動螺旋 1． 摩擦阻力大，傳動效率低，一般僅 — 。當(dāng)螺紋升角小于摩擦角時，反行程自鎖，這時效率低于 ； 2． 磨損快； 3． 運(yùn)轉(zhuǎn)較平穩(wěn)，但低速或微調(diào)時易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象； 4． 螺紋間有側(cè)向間隙，定位精度低，軸向剛度較差； 5． 結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，成本低 1． 摩擦阻力小， 傳動效率在 。具有傳動的可逆性； 2． 工作壽命長，平均約為滑動摩擦的 10倍； 3． 運(yùn)動平穩(wěn)，運(yùn)動時無顫動，低速時不爬行； 29 滾動螺旋 4． 可得到很高的定位精度和軸向剛度； 5． 不能自鎖，抗沖擊及承受徑向載荷的能力差； 6． 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造較困難，成本較高 靜壓螺旋 1． 摩擦阻力極小，傳動效率在 。無自鎖性，具有傳動的可逆性； 2． 磨損小，壽命長； 3． 承載能力和抗震性好，運(yùn)動平穩(wěn)，運(yùn)動時無顫動，低速時不爬行； 4． 反向時無空行程，具有很高的