离网太阳能光伏发电系统设计

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(1.东北电力大学电气工程学院电气工程及其自动化专业08级毕业生,吉林 吉林 132012；2. 东北电力大学

电气工程学院，吉林，吉林 132012)

摘 要：太阳能光伏发电是可再生能源利用的一种重要形式。本文主要是对光伏发电控制系统的仿真研究。首先介绍了目前国内外太阳能光伏发电技术的背景及其意义。接着对太阳能光伏发电系统进行概述，介绍了它的组成和分类。本文以太阳能光伏发电系统为研究对象，先对其整体结构进行设计，再对蓄电池和光伏阵列容量进行计算，最后对DC-DC变换器、DC-AC逆变器和光伏阵列进行仿真。

关键词：光伏电池；DC-DC变换器；逆变器；并网；仿真

１ 引 言

太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位并且得到广泛的应用。光伏发电系统是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电系统装置。

２ 太阳能光伏发电系统原理

目前，电力系统是以大容量集中发电，高压输电和大电网联网运行的方式进行电能的生产、输送和分配，全世界90%的电力都是由这种集中单一的大电网提供的。近年来以可再生能源为主的分布式发电技术得到了快速发展，与传统电力系统相比克服了大电网系统的一些弱点，并以其环保性能与大电网形成了良好的互补性，成为世界能源系统发展的热点之一。

根据不同场合的需要，太阳能光伏发电系统一般分为独立供电的光伏发电系统、并网光伏发电系统、混合型光伏发电系统三种。

３ 独立光伏发电系统的设计

3.1 独立光伏发电系统的设计

整个电路有如下几个部分：光伏电池阵列、蓄电池、DC-DC电路、DC-AC电路、负荷。如图3-1。

图3-1整体电路结构

控制器：白天给发电机供电接三相交流电，晚上切换到两相给电灯供电，实现自动切换。 充放电控制器：阴雨天放电，正常天气充电

3.2蓄电池容量的设计

(1)蓄电池选择NP65-12，浮充电压为1.2V。

(2)蓄电池容量 Be(AH) 计算

蓄电池的容量由下列公式(3)计算决定

Be=(P L*24*D)/(K b*V)

符号含义

D :连续不日照天数(一般在 3 至 7 天)

Kb :安全系数 ( 放电深度(一般为 70%),逆变器效率(根据厂家数据),线损(一般为 5%)等)

V :系统电压(V)

PL ：负荷的消费电力

PL=（2*4+5*4）/（4+4）=3.5kwh

Be=(P L*24*D)/(K b*V)

=（3.5*24*1）、（0.8*324）

=324Ah

3.3 光伏阵列的容量设计

太阳电池采用38D97x400型组件，组件的标准功率为38w，工作电压为17.1v，工作电流为2.22A，安装地水平面上接收的平均日辐射量为13572（KJ/m2），Kop值为1.1548,最佳倾角44.9o。

太阳能电池组组件串联数Ns

Ns=Ur/Uoc=(Uf+Ud+Uc)/Uoc

=(324+0.7+1.2)/17.1

=19

Ur:太阳能电池方阵输出最小电压；

Uoc:太阳能电池组件的最佳工作电压；

Uf：蓄电池组浮充电压；

Ud：二极管压降，一般取0.7；

Uc：其他因素引起的压降。

太阳能电池组件日发电量Qp

Qp=IocTKopCz

=2.22x3.77x1.1548x0.8

=7.732Ah

T=Ht*2.778/10000=3.77

式中：Ioc：太阳能电池组件最佳工作电流；

T:：等效峰值太阳小时数

Kop：斜面修正系数，参考表7-5

Cz：修正系数，主要为组合、衰减、灰尘、充电效率等的损失，一般取0.8

两组最长连续阴雨天之间的最短间隔天数Nw，主要考虑要在此段时间内将亏损的蓄电池电量补充起来，需补充的蓄电池容量Bcb为：

Bcb=AQLNL

=1.2x66.7x1

=80.04Ah

Ql=2/220*4+5/（3*220）*4=66.7Ah

式中：A：安全系数，取1.1-1.4之间

Ql：负载日平均耗电量，为工作电流乘以日工作小时数

Nl：最长连续阴雨天数

4. 太阳能电池组件并联数Np的计算方法

计算方法如下：Np=(Bcb+NwQl)/QpNw*n*Fc

=(80.04+7*66.7)/(7.732*7)

=10.10

≈12

n：蓄电池充电效率的温度修正系数，蓄电池充电效率受到环境环境温度的影响，修正系数见表7-6

Fc：太阳能电池组件表面灰尘、赃物等其他因素引起的损失的总修正系数（通常取1.05） 太阳能电池方阵的功率计算

P=PoNsNp

=38*19*12

=8.664kw

Po：太阳能电池组件的额定功率。

综上，太阳能电池功率为8.664kw，蓄电池容量为324Ah。

4 重要部分的设计

4.1 太阳能电池方阵

太阳能电池单体是光电转换的最小单元，尺寸一般为4cm2到100cm2不等。太阳能电池单体的工作电压约为0.5V, 工作电流约为20－25mA/cm2, 一般不能单独作为电源使用。将太阳能电池单体进行串并联封装后，就成为太阳能电池组件，其功率一般为几瓦至几十瓦，是可以单

独作为电源使用的最小单元。太阳能电池组件再经过串并联组合安装在支架上，就构成了太阳能电池方阵，可以满足负载所要求的输出功率

4.2 光伏电源充放电控制器

（1）高压（HVD）断开和恢复功能：控制器应具有输入高压断开和恢 …… 此处隐藏：3032字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……