【正文】 （）功率開關管S導通期間，給電感L進行充電，流過電感L的電流變化量為： （）功率開關管S關斷期間，流過電感三的電流變化量為： （）當整個系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)期間，即： （）要設計一套高效率、高可靠性的獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)，首先要進行容量設計，其內(nèi)容包括確定太陽能電池方陣和蓄電池的容量以及方陣的傾角等。在開始系統(tǒng)設計前必須做好設計勘察工作,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?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)最長陰雨天和年平均氣溫等。 2. 了解光伏系統(tǒng)供應負載的詳細情況。其中包括日平均用電量、負載額定功率、峰值功率、供電時間、負載性質(zhì)等。3. 電池組件正常情況應朝向南方。若由于地理條件和周圍環(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，即計算所需光伏電池的輸出功率。本文設計的系統(tǒng)主要是對四盞功率為15W，額定電壓為48V的LED草坪燈提供電能。 LED草坪燈照明時間為每天從晚上8點到早上6點，時長為10小時。當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LED燈提供電源，具有安全、節(jié)能、方便、環(huán)保等優(yōu)點。一般生產(chǎn)商對其生產(chǎn)的光伏電池產(chǎn)品所標稱的功率參數(shù)是在標準條件下（同照強度1000、大氣質(zhì)量AMl電池結(jié)溫為25）光伏電池輸出功率峰值。本文對所需光伏電池輸出功率的計算公式為： （）式（）中：－電源系統(tǒng)損耗修正系數(shù)；－負載線路損耗修正系數(shù)；－蓄電池充放電轉(zhuǎn)換效率；－負載同耗電量；－為標準日照有效時間。(1)，結(jié)合南寧的地理緯度，有效光照時間所以保守估計為8小時，即H=8。 (2)四盞LED草坪燈額定功率為15W，額定電壓為48V，每天照明時長為lOh。這樣負載的日耗電量為： （）(3) ：電源系統(tǒng)損耗修正系數(shù)；主要是考慮主電路開關的損耗，按損耗10％計算。(4) ：負載線路損耗修正系數(shù)；按10％計算。(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，當放電深度小于50％時其轉(zhuǎn)換效率可達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%開路電壓參考重量價格(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。對于為均衡性負載供電的獨立式光伏系統(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)過反復計算，在滿足負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)學模型可以精確計算出陣列面所接收到的太陽輻射。因為計算過程比較復雜，需要借助計算機的計算能力，編寫計算機程序進行輔助設計。如果沒有相關計算機軟件，也可以根據(jù)當?shù)鼐暥却致源_定光伏陣列的傾角。緯度與傾角關系如圖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： （）則實際蓄電池的容量以上蓄電池容量的計算公式為： （）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)；最長連續(xù)無同照天數(shù)；放電深度；負載線路損耗修正系數(shù)；負載同耗電量(Ah)。(1) ：鑒于南寧的陰雨天，取最長陰雨天數(shù)為4天，即為4。(2) ：本文中選用VRLA蓄電池，當放電深度小于50％時，放電率達到95％。(3) ：溫度修正系數(shù)，由于蓄電池容量會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，每天照明時長為10h。這樣負載的日耗電量為： （）配置要能夠滿足最長供電要求，蓄電池容量應該不小于： （）綜合上述和各方面因素，且負載給定額定電壓為48V，本文選用昕能牌固定型，型號為：12V40AH的 VRLA蓄電池(參數(shù)如下)，4個串聯(lián)成端電壓48V的蓄電池組。表43昕能蓄電池品牌：昕能型號：12V40AH電壓：12（V）化學類型：鉛酸蓄電池類型：儲能用蓄電池荷電狀態(tài)：免維護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)品認證：CQC蓄電池價格：370元/個1．充電過程本文光伏電池為功率，工作電壓，則正常工作時蓄電池以恒定電壓充電。由圖32可知，太陽能電池板發(fā)電時間為8h，故蓄電池充電時間為8h。由式（）得，光伏電池每日發(fā)電量為M=672Wh，這些能量全部儲存在蓄電池中，即充電完成后，蓄電池組的實際容量為： （）已知四盞LED的額定功率為15W，額定電壓為48V，每天照明時長為10h，則額定電流為：I＝15W/48V=，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)計算儲能電感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影響到系統(tǒng)的響應速度，根據(jù)圖46所示，S導通期間，S關斷期間電源給C充電，由電容C放電給負載，放電電壓為： （）S關斷期間電源給C充電，充電電壓為： （）當系統(tǒng)進入穩(wěn)定后： （）則： （）為電路輸出電流，忽略線路損耗?？稍试S輸出電壓的最大波動范圍，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%開路電壓參考重量價格(元/瓦）外形尺寸668*546*35（mm）表45 昕能蓄電池品牌：昕能型號：12V40AH電壓：12（V）化學類型：鉛酸蓄電池類型：儲能用蓄電池荷電狀態(tài)：免維護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)品認證：CQC蓄電池價格：370元/個簡單的安裝圖如圖415所示圖415 簡單的實物連接圖 本章對小型獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的硬件電路進行了設計。選取了TI公司的TMS320F2812作為系統(tǒng)控制核心，研究并設計了系統(tǒng)主電路拓撲，對電源模塊、信號采集模塊、驅(qū)動模塊等進行了分析和設計，對系統(tǒng)的光伏電池和蓄電池進了參數(shù)計算和選型。第五章 總結(jié)與展望 本文總結(jié)隨著太陽能利用技術的不斷發(fā)展，光伏發(fā)電越來越成為人們關注的焦點，光伏發(fā)電應用于人們生活的各個領域。本文通過對太陽能草坪燈系統(tǒng)容量參數(shù)的計算這一簡單的實例，反映光伏發(fā)電在人們生活中的利用，并通過計算系統(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，也應該根據(jù)太陽能電池功率的大小和負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)的類型及獨立運行光伏發(fā)電的利用形式。（2）對常用的MPPT方法進行了分析與比較，選擇了干擾觀察法（3）本文圍繞對光伏發(fā)電系統(tǒng)中光伏電池和蓄電池的設計，對獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)中的幾個部分進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算。依據(jù)實例對光伏電池和蓄電池的選用原則、設計方法進行了論述。隨著光伏產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)在社會生產(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，未來對獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的設計也會越來越精密。而且隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，生產(chǎn)技術的改進等，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)電將在社會經(jīng)濟中普遍存在。本文主要論述的是光伏儲能及其充放電及計算，文中所用的計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)模應用做點貢獻，畢竟光伏發(fā)電的開發(fā)和利用離不開理論知識，更離不開實驗數(shù)據(jù)的支持，當然重要的還是實踐。而且光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝需要通過各種計算來確定系統(tǒng)的容量以便選用合適的器件。由于本人自身的理論水平、實踐能力以及實驗條件和時間的有限，設計中存在以下問題需要進一步解決：(1)選用的實例簡單，整個系統(tǒng)的實用性方面還需要做進一步的補充和改進；融合閉區(qū)間套的干擾觀察法的研究還有待于進一步完善，提高其應用價值。(2) 對于控制電路軟件設計用功較少，有待于進一步完善。文中提到的蓄電池與超級電容混合儲能系統(tǒng)的充放電控制策略，也只是個簡單介紹一下，沒能實際應用。目前針對蓄電池的過充保護、狀態(tài)檢測、溫度補償?shù)入娐返臏蚀_性不能令人滿意，還需要繼續(xù)研究和改進。混合儲能的控制方案也需要大量的實踐進行驗證和調(diào)整。 (3) 對光伏發(fā)電系統(tǒng)的其他部分的設計涉及太少，比如光伏電池的仿真、系統(tǒng)電路的設計等。參考文獻[1] 黃漢云. 太陽能光伏發(fā)電應用原理[M]. 北京電子工業(yè)出版社2009. 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