【正文】 統(tǒng)設(shè)計(jì)前必須做好設(shè)計(jì)勘察工作,主要包括以下內(nèi)容: 1. 獲取光伏系統(tǒng)所在地的太陽能資源和氣候狀況的數(shù)據(jù)，包括當(dāng)?shù)鼐暥?經(jīng)度和海拔情況。其中太陽能資源包括年太陽總輻射量(輻照度)或太陽能輻射量和輻射強(qiáng)度的每月或每日平均值，氣候狀態(tài)包括年沙暴日數(shù)、年冰雹次數(shù)、一年內(nèi)最長(zhǎng)陰雨天和年平均氣溫等。 2. 了解光伏系統(tǒng)供應(yīng)負(fù)載的詳細(xì)情況。其中包括日平均用電量、負(fù)載額定功率、峰值功率、供電時(shí)間、負(fù)載性質(zhì)等。3. 電池組件正常情況應(yīng)朝向南方。若由于地理?xiàng)l件和周圍環(huán)境的限制，方陣可向東或向西略微偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角度應(yīng)小于方陣安裝地的地理緯度。選用光伏電池的首要問題是根據(jù)負(fù)載要求、蓄電池性能和轉(zhuǎn)換電路的損耗等情況來確定光伏系統(tǒng)所需要的功率，即計(jì)算所需光伏電池的輸出功率。本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要是對(duì)四盞功率為15W，額定電壓為48V的LED草坪燈提供電能。 LED草坪燈照明時(shí)間為每天從晚上8點(diǎn)到早上6點(diǎn)，時(shí)長(zhǎng)為10小時(shí)。當(dāng)白天太陽光照射在光伏電池陣列上，把光能轉(zhuǎn)變成電能存貯在蓄電池中，再由蓄電池在晚間為L(zhǎng)ED燈提供電源，具有安全、節(jié)能、方便、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。一般生產(chǎn)商對(duì)其生產(chǎn)的光伏電池產(chǎn)品所標(biāo)稱的功率參數(shù)是在標(biāo)準(zhǔn)條件下（同照強(qiáng)度1000、大氣質(zhì)量AMl電池結(jié)溫為25）光伏電池輸出功率峰值。本文對(duì)所需光伏電池輸出功率的計(jì)算公式為： （）式（）中：－電源系統(tǒng)損耗修正系數(shù)；－負(fù)載線路損耗修正系數(shù)；－蓄電池充放電轉(zhuǎn)換效率；－負(fù)載同耗電量；－為標(biāo)準(zhǔn)日照有效時(shí)間。(1)，結(jié)合南寧的地理緯度，有效光照時(shí)間所以保守估計(jì)為8小時(shí)，即H=8。 (2)四盞LED草坪燈額定功率為15W，額定電壓為48V，每天照明時(shí)長(zhǎng)為lOh。這樣負(fù)載的日耗電量為： （）(3) ：電源系統(tǒng)損耗修正系數(shù)；主要是考慮主電路開關(guān)的損耗，按損耗10％計(jì)算。(4) ：負(fù)載線路損耗修正系數(shù)；按10％計(jì)算。(5) ：蓄電池充放電轉(zhuǎn)換效率；本文中采用閥控式鉛酸蓄電池，當(dāng)放電深度小于50％時(shí)其轉(zhuǎn)換效率可達(dá)95％以上。由此可得： （）根據(jù)系統(tǒng)所需功率的需要，并且留有一定的余量，本文選用三塊夏普多晶硅層壓太陽能電池板組件，型號(hào)為SY40p，具體參數(shù)見表4－1。表4－1 夏普SY40p特性參數(shù)最大功率40W短路電流最優(yōu)工作電壓18V轉(zhuǎn)化效率%最優(yōu)工作電流填充因子71%開路電壓參考重量?jī)r(jià)格(元瓦）外形尺寸668*546*35（mm）本系統(tǒng)需要三塊夏普太陽能電池板組件串接以滿足系統(tǒng)的的功率需求。為使光伏陣列表面能接收到更多太陽能，陣列表面最好是朝向赤道安裝，即北半球朝向正南，南半球朝向正北。對(duì)于為均衡性負(fù)載供電的獨(dú)立式光伏系統(tǒng)方陣的最佳傾角，要綜合考慮全年方陣上收到太陽輻照量的均衡性和極大性等因素，經(jīng)過反復(fù)計(jì)算，在滿足負(fù)載用電要求的條件下，比較各種不同的傾角所配置的太陽電池方陣和蓄電池容量的大小，才能得到最節(jié)約成本的方陣傾角。利用水平面太陽輻射資料和光伏陣列的數(shù)學(xué)模型可以精確計(jì)算出陣列面所接收到的太陽輻射。因?yàn)橛?jì)算過程比較復(fù)雜，需要借助計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力，編寫計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)。如果沒有相關(guān)計(jì)算機(jī)軟件，也可以根據(jù)當(dāng)?shù)鼐暥却致源_定光伏陣列的傾角。緯度與傾角關(guān)系如圖42所示。為減小冬夏輻射量的差距，一般來講緯度越高傾角越大。南寧市的緯度為，因此本系統(tǒng)中的光伏方陣傾角粗略定為。表 42 緯度與光伏陣列傾角關(guān)系緯度光伏陣列傾角0等于緯度26緯度+541緯度+10緯度+15本文選用的太陽能電池板功率為40W，，則三塊電池板每日發(fā)電量為：M=4083＝672Wh （）蓄電池的理論容量為： （）則實(shí)際蓄電池的容量以上蓄電池容量的計(jì)算公式為： （）式中：蓄電池容量(Ah)；放電效率修證系數(shù)；蓄電池溫度修正系數(shù)；最長(zhǎng)連續(xù)無同照天數(shù)；放電深度；負(fù)載線路損耗修正系數(shù)；負(fù)載同耗電量(Ah)。(1) ：鑒于南寧的陰雨天，取最長(zhǎng)陰雨天數(shù)為4天，即為4。(2) ：本文中選用VRLA蓄電池，當(dāng)放電深度小于50％時(shí)，放電率達(dá)到95％。(3) ：溫度修正系數(shù)，由于蓄電池容量會(huì)隨著電解液溫度的降低而減小，根據(jù)蓄電池通常工作環(huán)境溫度的最低值，，南寧最冷月份的溫度不低于0。(4)，DOD為50％。(5) ：四盞LED草坪燈提供電能，LED的額定功率為15W，額定電壓為48V，每天照明時(shí)長(zhǎng)為10h。這樣負(fù)載的日耗電量為： （）配置要能夠滿足最長(zhǎng)供電要求，蓄電池容量應(yīng)該不小于： （）綜合上述和各方面因素，且負(fù)載給定額定電壓為48V，本文選用昕能牌固定型，型號(hào)為：12V40AH的 VRLA蓄電池(參數(shù)如下)，4個(gè)串聯(lián)成端電壓48V的蓄電池組。表43昕能蓄電池品牌：昕能型號(hào)：12V40AH電壓：12（V）化學(xué)類型：鉛酸蓄電池類型：儲(chǔ)能用蓄電池荷電狀態(tài)：免維護(hù)蓄電池電池蓋和排氣拴結(jié)構(gòu)：閥控式密閉蓄電池外型尺寸：195*164*176（mm）額定容量：40Ah產(chǎn)品認(rèn)證：CQC蓄電池價(jià)格：370元個(gè)1．充電過程本文光伏電池為功率，工作電壓，則正常工作時(shí)蓄電池以恒定電壓充電。由圖32可知，太陽能電池板發(fā)電時(shí)間為8h，故蓄電池充電時(shí)間為8h。由式（）得，光伏電池每日發(fā)電量為M=672Wh，這些能量全部?jī)?chǔ)存在蓄電池中，即充電完成后，蓄電池組的實(shí)際容量為： （）已知四盞LED的額定功率為15W，額定電壓為48V，每天照明時(shí)長(zhǎng)為10h，則額定電流為：I＝15W48V=，可求出電路中的總電流，即蓄電池放電電流。I0=4I= （） Boost電路參數(shù)計(jì)算儲(chǔ)能電感L： （） （）根據(jù)表41的參數(shù)，?。? （） （） （） （）綜合以上兩式得 （）波電容C：大的輸出電容可以抑制紋波，但選擇過大的電容也會(huì)影響到系統(tǒng)的響應(yīng)速度，根據(jù)圖46所示，S導(dǎo)通期間，S關(guān)斷期間電源給C充電，由電容C放電給負(fù)載，放電電壓為： （）S關(guān)斷期間電源給C充電，充電電壓為： （）當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定后： （）則： （）為電路輸出電流，忽略線路損耗。可允許輸出電壓的最大波動(dòng)范圍，則有 （）選用的200輸出電壓為100V的電容。以上是光伏電池和蓄電池的選型，所選光伏電池和蓄電池如下：表4－4 夏普SY40p特性參數(shù)最大功率40W短路電流最優(yōu)工作電壓18V轉(zhuǎn)化效率%最優(yōu)工作電流填充因子71%開路電壓參考重量?jī)r(jià)格(元瓦）外形尺寸668*546*35（mm）表45 昕能蓄電池品牌：昕能型號(hào)：12V40AH電壓：12（V）化學(xué)類型：鉛酸蓄電池類型：儲(chǔ)能用蓄電池荷電狀態(tài)：免維護(hù)蓄電池電池蓋和排氣拴結(jié)構(gòu)：閥控式密閉蓄電池外型尺寸：195*164*176（mm）額定容量：40Ah產(chǎn)品認(rèn)證：CQC蓄電池價(jià)格：370元個(gè)簡(jiǎn)單的安裝圖如圖415所示圖415 簡(jiǎn)單的實(shí)物連接圖 本章對(duì)小型獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的硬件電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)。選取了TI公司的TMS320F2812作為系統(tǒng)控制核心，研究并設(shè)計(jì)了系統(tǒng)主電路拓?fù)洌瑢?duì)電源模塊、信號(hào)采集模塊、驅(qū)動(dòng)模塊等進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)的光伏電池和蓄電池進(jìn)了參數(shù)計(jì)算和選型。第五章 總結(jié)與展望 本文總結(jié)隨著太陽能利用技術(shù)的不斷發(fā)展，光伏發(fā)電越來越成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，光伏發(fā)電應(yīng)用于人們生活的各個(gè)領(lǐng)域。本文通過對(duì)太陽能草坪燈系統(tǒng)容量參數(shù)的計(jì)算這一簡(jiǎn)單的實(shí)例，反映光伏發(fā)電在人們生活中的利用，并通過計(jì)算系統(tǒng)中所需光伏電池功率和蓄電池容量及其充放電，得出：光伏發(fā)電系統(tǒng)中要根據(jù)負(fù)載要求、蓄電池性能和轉(zhuǎn)換電路的損耗等情況來確定光伏系統(tǒng)所需要的功率，另外在選取蓄電池時(shí)，也應(yīng)該根據(jù)太陽能電池功率的大小和負(fù)載情況來選用不同的種類的充電電池和蓄電池，光伏電池和蓄電池應(yīng)該合理配接。具體所做的工作總結(jié)如下： （1）介紹了太陽能光伏發(fā)電研究的背景，綜述了國(guó)內(nèi)外光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展概況，介紹了光伏發(fā)電系統(tǒng)的類型及獨(dú)立運(yùn)行光伏發(fā)電的利用形式。（2）對(duì)常用的MPPT方法進(jìn)行了分析與比較，選擇了干擾觀察法（3）本文圍繞對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)中光伏電池和蓄電池的設(shè)計(jì)，對(duì)獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)中的幾個(gè)部分進(jìn)行了理論分析和研究，主要包括光伏電池陣列、蓄電池及其充放電計(jì)算。依據(jù)實(shí)例對(duì)光伏電池和蓄電池的選用原則、設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了論述。隨著光伏產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)在社會(huì)生產(chǎn)中將得到大規(guī)模開發(fā)和利用，能源戰(zhàn)略也將逐漸以太陽能為主體，未來對(duì)獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也會(huì)越來越精密。而且隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生產(chǎn)技術(shù)的改進(jìn)等，構(gòu)成光伏發(fā)電系統(tǒng)的各部件成本大幅度降低，從而使得光伏發(fā)電資金成本降低，光伏發(fā)電將在社會(huì)經(jīng)濟(jì)中普遍存在。本文主要論述的是光伏儲(chǔ)能及其充放電及計(jì)算，文中所用的計(jì)算方法并不是唯一的，但也希望能為光伏發(fā)電系統(tǒng)能在人們生活中大規(guī)模應(yīng)用做點(diǎn)貢獻(xiàn)，畢竟光伏發(fā)電的開發(fā)和利用離不開理論知識(shí)，更離不開實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的支持，當(dāng)然重要的還是實(shí)踐。而且光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝需要通過各種計(jì)算來確定系統(tǒng)的容量以便選用合適的器件。由于本人自身的理論水平、實(shí)踐能力以及實(shí)驗(yàn)條件和時(shí)間的有限，設(shè)計(jì)中存在以下問題需要進(jìn)一步解決：(1)選用的實(shí)例簡(jiǎn)單，整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)用性方面還需要做進(jìn)一步的補(bǔ)充和改進(jìn)；融合閉區(qū)間套的干擾觀察法的研究還有待于進(jìn)一步完善，提高其應(yīng)用價(jià)值。(2) 對(duì)于控制電路軟件設(shè)計(jì)用功較少，有待于進(jìn)一步完善。文中提到的蓄電池與超級(jí)電容混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電控制策略，也只是個(gè)簡(jiǎn)單介紹一下，沒能實(shí)際應(yīng)用。目前針對(duì)蓄電池的過充保護(hù)、狀態(tài)檢測(cè)、溫度補(bǔ)償?shù)入娐返臏?zhǔn)確性不能令人滿意，還需要繼續(xù)研究和改進(jìn)?；旌蟽?chǔ)能的控制方案也需要大量的實(shí)踐進(jìn)行驗(yàn)證和調(diào)整。 (3) 對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的其他部分的設(shè)計(jì)涉及太少，比如光伏電池的仿真、系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)等。參考文獻(xiàn)[1] 黃漢云. 太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用原理[M]. 北京電子工業(yè)出版社2009. 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