太陽能電池方陣方陣最佳傾角設(shè)計(jì)

地面應(yīng)用的獨(dú)立太陽能電池發(fā)電系統(tǒng),方陣表面總是向著赤道方向相對地面傾斜安裝的。傾角不同時(shí)各個(gè)月份方陣面上接收的太陽輻射量差別很大。因此,確定方陣的最佳傾角是太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。

利用太陽能一般總希望接收到的太陽輻射量最多,所以多取方陣的傾角等于當(dāng)?shù)氐木暥?但這樣在夏天方陣發(fā)電量往往過盈而造成浪費(fèi),冬天則因發(fā)電量不足而形成蓄電池欠充。目前較普遍的觀點(diǎn)認(rèn)為:所取方陣傾角應(yīng)使全年輻射量最弱的月份能得到最大的太陽輻射量,因此推薦方陣傾角在當(dāng)?shù)鼐暥鹊幕A(chǔ)上再增加150~200。國外有的設(shè)計(jì)手冊提出設(shè)計(jì)月份以最小的12月(北半球)或6月(南半球)作為依據(jù)。但這樣會使夏季削弱過多而導(dǎo)致方陣全年得到的太陽輻射量偏小。

方陣傾角的選擇應(yīng)結(jié)合以下要求綜合考慮：

（1）連續(xù)性

一年中太陽輻射總量大體上是逐月連續(xù)變化的,通常可由氣象資料查得某個(gè)地點(diǎn)的各月水平輻射總量(應(yīng)取10a以上數(shù)據(jù)的平均值),據(jù)此可將水平輻射量較大的連續(xù)六個(gè)月稱“夏半年”,較小的連續(xù)六個(gè)月稱“冬半年”。新疆所處的地理位置“夏半年”多數(shù)為4一9月,“冬半年”多為10月到次年3月。若以H1和H2分別表示“夏半年”和“冬半年”方陣面上接收到的平均日輻射量,則相應(yīng)于不同的傾角,H1和H2值均不一樣,在水平面上一般總有H1>H2。

（2）均勻性

選擇傾角時(shí),最好能使方陣面上全年接收到的平均日輻射量比較均勻,比較接近,以免造成夏天較大的浪費(fèi)。

（3）極大性

選擇傾角時(shí),還應(yīng)盡量使方陣面上“冬半年”的平均日輻射量達(dá)到最大值,但不一定要使水平輻射量最弱的月份得到最大的輻射量,同時(shí)兼顧到全年平均日輻射不能太小。

設(shè)計(jì)太陽能電池方陣需要當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料,尤其是當(dāng)?shù)刈罱?0~20年太陽能年平均輻射量。最好能夠獲得逐月的太陽能總輻射量。太陽能電池方陣的安裝方式往往是垂直于太陽光的,有換算的問題。

針對冬季太陽能輻射量較少的特點(diǎn),固定太陽能電池方陣的最佳傾角是其所在地緯度加5一10度。但如果某地夏季雨量較多,太陽輻射量最小月出現(xiàn)在夏季,則固定太陽能電池方陣的最佳傾角是緯度減5一or度。對于季節(jié)性負(fù)載,應(yīng)考慮使負(fù)載用電期間的方陣輻射量為最大值時(shí)的傾角為最佳。如太陽能水泵灌溉系統(tǒng),就應(yīng)該考慮夏季為最大用電量,方陣傾角應(yīng)小于當(dāng)?shù)氐木暥?。為了能夠充分利用太陽能資源,最好能將方陣支架設(shè)計(jì)為傾角可以調(diào)節(jié)的方式。

太陽能電池方陣方陣的串聯(lián)數(shù)的確定:

根據(jù)蓄電池組 的電壓決定太陽能電池組串聯(lián)的數(shù)量,如果太陽能電池組串聯(lián)數(shù)量太少,太陽能電池方陣輸出電壓太低,不能滿足蓄電池組正常充電的需要,太陽能電池組只有輸出電壓而沒有輸出電流。增加太陽能電池組的串聯(lián)數(shù)使方陣I一V曲線的最佳工作點(diǎn)與蓄電池組的浮充電壓相近,這時(shí)方陣能夠得到最大的功率輸出,隨著蓄電池組容量的逐漸充滿,端電壓也逐漸升高,充電電流趨向減小,這不是最理想的運(yùn)行方式,考慮太陽能電池組輸出電壓隨著溫度的升高具有負(fù)特性,通常設(shè)計(jì)組件串聯(lián)數(shù)時(shí)留有一定的余量。溫度每升高1℃時(shí)硅太陽能電池的開路電壓將下降.04%,填充因子也將隨著溫度的升高而減小,輸出功率也將減少.04%一.05%。除此以外還要考慮防反充二極管和連接導(dǎo)線的電壓降。

太陽能電池方陣太陽能電池方陣并聯(lián)數(shù)的確定:

方陣并聯(lián)數(shù)主要取決于負(fù)載每天的總耗電量、當(dāng)?shù)啬昶骄逯等照諘r(shí)數(shù)、蓄電池組充電效率、方陣表面塵污遮蔽或組件老化引起的修正系數(shù)和方陣組合損失等因素。所計(jì)算的方陣最佳電流為總的蓄電池充電電流,除以每個(gè)串聯(lián)子方陣的最佳工作電流就是方陣的并聯(lián)數(shù)?？紤]每年中最小月的太陽能總輻射量低于年平均太陽輻射量,因此通常采用進(jìn)位法取整數(shù)值。將串聯(lián)數(shù)、并聯(lián)數(shù)和每個(gè)組件功率相乘,即為太陽能方陣總功率。

太陽能電池方陣太陽能方陣之間距離的設(shè)計(jì):

方陣的間距主要考慮冬季時(shí)太陽高度較低,后排方陣容易被前排遮擋,影響其輸出功率,所以,只要保證冬季不被遮擋,其他時(shí)間就不存在問題。即將實(shí)施的獨(dú)立光伏系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范規(guī)定,為了確保在日出后或日落前3小時(shí)在冬至日后排方陣不被前排方陣遮擋,即保證全年每天中當(dāng)?shù)貢r(shí)間的上午9時(shí)至下午3時(shí)之間光伏組件無陰影遮擋。以某地緯度35“為例,前后排距離應(yīng)該是前排高度的1.8倍。這是一年中冬至日的極端情況,實(shí)際應(yīng)用時(shí)考慮方陣場地的限制及光伏電站的投資成本可適當(dāng)放松。

太陽能電池方陣安裝注意事項(xiàng)：

我國地處北半球,組件方陣的采光面應(yīng)朝南放置,并與太陽光線垂直。在施工時(shí)最好使用指南針進(jìn)行定位,確保其準(zhǔn)確性。太陽能電池組件在安裝時(shí)要輕拿輕放,嚴(yán)禁碰撞、敲擊,尤其背面的TpT防止劃傷和劃破,以免影響其性能,縮短其壽命。太陽能電池方陣表面應(yīng)經(jīng)常保持清潔,如有灰塵或其他污物應(yīng)用清水沖洗,尤其是鳥糞。沙塵暴和雪后應(yīng)及時(shí)清掃。方陣支架應(yīng)可靠接地,光伏發(fā)電系統(tǒng)如果安裝在高山上或開闊地帶,應(yīng)安裝避雷針以防雷擊。并分別測量其接地電阻是否符合規(guī)定要求。太陽能電池串聯(lián)后開路電壓超過11ov時(shí),在安裝時(shí)最好做好絕緣措施,防止發(fā)生觸電事故。

光伏電站異常、故障及發(fā)生非計(jì)劃孤島時(shí),光伏電站繼電保護(hù)和安全自動裝置應(yīng)能夠正確動作,保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行,確保維修人員和公眾人身安全。

在電網(wǎng)發(fā)生故障或電壓、頻率等異常時(shí),光伏電站繼電保護(hù)和安全自動裝置應(yīng)能夠正確動作,保障公眾人身、電網(wǎng)和電站設(shè)備安全。

光伏電站繼電保護(hù)和安全自動裝置包括逆變器保護(hù)、并網(wǎng)斷路器保護(hù)、升壓變壓器保護(hù)、故障解列、逆功率保護(hù)。

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要是由太陽能電池方陣、控制器、蓄電池組、逆變器等設(shè)備組成，其各部分設(shè)備的作用是：

(1)太陽能電池方陣。太陽電池方陣由太陽電池組合板和方陣支架組成。因?yàn)閱蝹€(gè)太陽電池的電壓一般比較低，所以通常都要把它們串、并聯(lián)構(gòu)成有實(shí)用價(jià)值的太陽電池板，作為一個(gè)應(yīng)用單元，然后根據(jù)供電要求，再由多個(gè)應(yīng)用單元的串、并聯(lián)組成太陽能電池方陣。太陽能電池板(某些半導(dǎo)體材料，主要是多晶硅、單晶硅以及非晶硅，經(jīng)過一定工藝組裝起來)是太陽能光伏系統(tǒng)中的最主要組成部分，也是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中價(jià)值最高的部分。太陽能電池板在有光照情況下，電池吸收光能，電池兩端出現(xiàn)異號電荷的積累，即產(chǎn)生“光生電壓”，這就是“光電效應(yīng)”。在光電效應(yīng)的作用下，太陽能電池的兩端產(chǎn)生電動勢，將光能轉(zhuǎn)換成電能，它是能量轉(zhuǎn)換的器件。

(2)蓄電池組。其作用是貯存太陽能電池方陣受光照時(shí)發(fā)出的電能并可隨時(shí)向負(fù)載供電。在太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，可不加蓄電池組。

(3)控制器。對電能進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制的裝置。

(4)逆變器。是將太陽能電池方陣和蓄電池提供的直流電轉(zhuǎn)換成交流電的設(shè)備，是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。由于太陽能電池和蓄電池是直流電源，當(dāng)負(fù)載是交流負(fù)載時(shí)，逆變器是必不可少的。逆變器按運(yùn)行方式，可分為獨(dú)立運(yùn)行逆變器和并網(wǎng)逆變器。獨(dú)立運(yùn)行逆變器用于獨(dú)立運(yùn)行的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，為獨(dú)立負(fù)載供電。并網(wǎng)逆變器用于并網(wǎng)運(yùn)行的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，本文主要介紹太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)[1]。并網(wǎng)逆變器由igbt等功率開關(guān)器件構(gòu)成，控制電路使開關(guān)元件有一定規(guī)律的連續(xù)開通或關(guān)斷，使輸出電壓極性正負(fù)交替，將直流輸入轉(zhuǎn)換為交流輸出。逆變器按輸出波型可分為方波逆變器和正弦波逆變器。方波逆變器電路簡單，造價(jià)低，但諧波分量大，一般用于幾百瓦以下和對諧波要求不高的系統(tǒng)。正弦波逆變器成本高，但可以適用于各種負(fù)載。

通過聚光型或非聚光型太陽能光催化反應(yīng)器，組成太陽能電池方陣，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的工程技術(shù)。