太阳能系统基础.ppt
太阳能系统基础,内容提要,太阳能电池和其发电原理 太阳能供电系统 太阳能供电系统计算 ZXDT02 S201控制器 下一代太阳能电源的展望,光电效应的应用光伏电池,当光线照射太阳电池表面，一部分光子被硅材料吸收;光子的能量传递给硅原子，使电子发生了跃迁，成为自由电子，在PN结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的的实质是：光子能量转换成电能的过程。,光伏电池的种类,能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅， 非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。 光伏电池又称为太阳能电池。 “硅”是我们这个星球上储藏最丰富的材料之一。自从上个世纪科学家们发 现了晶体硅的半导体特性后，它几乎改变了一切，甚至人类的思维。 21世纪，生活中处处可见“硅”的身影和作用。,晶体硅太阳电池的制作过程,生产过程大致可分为五个步骤: 1、提纯 2、拉棒 3、切片 4、制电池 5、封装,太阳电池基本性质,转换效率 光电转换效率是评估太阳电池好坏的重要因素。 目前：实验室24，产业化：15。 单体电池电压V 一般在0.4V至0.6V 由材料物理特性决定。,太阳能电池的几个主要参数,开路电压Voc 标准条件下，太阳能电池开路情况下的输出电压 短路电流Isc 标准条件下，太阳能电池短路时的电流 最大功率Pmax 标准条件下，太阳能电池能够输出的最大功率 最佳工作电压Vmp 太阳能电池输出最大功率时的工作电压 最佳工作电流Imp 太阳能电池输出最大功率时的工作电流,太阳电池的I-V-P曲线,无锡尚德STP165 太阳能电池,太阳电池的特点,在不同的光强下，太阳能电池可工作的电压范围几乎不变，发电功率P、电流I都和日照光强成正比。 当太阳能电池的工作电压在0到最佳工作电压Vo间变化时，工作电流I变化很小， 当工作电压超过Vo时，工作电流、发电功率快速下降。 在不同光强下，太阳能电池的特性曲线类似，最佳工作电压Vo几乎不变。,太阳电池的温度特性,温度提高，太阳能电池的最大输出功率Pmax减小，开路电压Voc降低。 温度提高，太阳能电池的短路电流Isc略有上升。 温度提高，最佳工作点电压Vo降低，Io略有上升。,无锡尚德STP165 太阳能电池,太阳电池的温度特性,不同温度下的I-V曲线,温度对IscVocPmax的影响,太阳能系统工作原理,投入/切除式控制方式 PWM控制方式,投入/切除式控制方式,太阳能方阵的俯仰角,太阳能方阵有特定俯仰角度 角度大小、朝向取决于负载类型，纬度，季节因素 通讯离网太阳能系统方阵的俯仰角选择原则 当地日照最差月份正对太阳光 通讯离网太阳能系统方阵的俯仰角计算 当地日照最差月份太阳光直射点与本地的纬度差 即=1-2 其中1为本地纬度，2为当地日照最差月份太阳光直射点纬度，当不在同一半球时，2 为负。,太阳的视在运行,太阳的视在运行,为了更好的说明太阳的视在运行，我们人为的在北半球的北纬35º安排了一个观测者。太阳安排在春分或秋分，冬至和夏至线上。图中的太阳当时正处于当日正午时间,一年中太阳光直射点位置,北半球,纬度,北回归线,赤道,南回归线,北纬23º 27,南纬23º 27,冬至12.22,春分3.21,夏至6.22,秋分9.23,冬至12.22,时间,深圳地区1961-1990年气候数据,太阳能方阵的俯仰角,根据深圳地区的日平均日照数据得出，深圳日照最差月份是3月上旬。 3月上旬太阳光的直射点为南纬5度左右 深圳地区最佳俯仰角=1-2=23-（-5）=28度,太阳能离网供电系统的组成,太阳能电池方阵 安装支架（可能还包括跟踪系统） 蓄电池 控制器 后备电源（油机等） 逆变器（负载需要交流电时） DC/DC变换器（负载需要直流电且电压与方阵电压不同）,蓄电池,对于离网系统，蓄电池在阳光强烈时将多余电能存储起来，阳光不足时可用来维持负载工作。并网系统可不设蓄电池。 蓄电池的种类：铅酸电池、镉镍电池、镍氢电池、锂离子电池。 太阳能供电系统中的蓄电池必须适合高频率充放电、不稳定电流充电、工作环境温度范围宽，并不是所有蓄电池都适合用于太阳能供电系统，我公司多配备胶体铅酸蓄电池。,太阳能离网供电系统的计算,计算数据准备 太阳能方阵的估算 蓄电池的估算 安装方式与支架设计 控制器的选择,太阳能离网供电系统设计原则,在安装地的气象数据条件下，计算全年每月日照情况，选择一种方阵容量，使其满足在全年日照量最低的月份的日平均发电量，大于负载的日平均用电量（有油机等后备电源系统可根据实际情况另选标准计算月份）。 计算出来的结果扣除系统中各个环节的损耗，给出一个合适的安全系数。 太阳能方阵容量=k x 负载平均功耗 x 24 /最小日平均峰值日照时数(PSH) 其中：k=损耗系数 x 安全系数,系统设计的关键参数,负载类型电压，功率，电流，工作时间 太阳能电池模块类型，输出电流 标准计算月份的光辐射强度兰利(单位面积上太阳辐射的能量单位)，MJ/m2，日照峰值小时数， kWh/m² 电池自主持续的天数 系统电压12V，24V，36V，48V 日照点气象数据纬度，幅射，温度数据库 太阳电池模块方阵的冗余%（安全系数）,系统设计的关键参数-标准情况下的测试数据,无锡尚德STPXXX-24/AC系列,系统设计-太阳能电池计算,计算出负载每天消耗的安时数Ah 计算最合适的倾斜角度 选择一种型号的太阳能电池模块，找出其工作电流Ia,工作电压Va 计算“高峰日照时间”，PSH (标准计算月份) 确定太阳能模块的串联数, Ns=V/Va 确定太阳能模块的并联数, Np= K x Ah/(PSH x Ia) 全部数量的模块=Ns x Np 包含冗余!,系统设计-蓄电池计算,蓄电池供电时,每天负载消耗的安时数Ah 确定电池自主天数Nday 确定可接受的最大放电深度 计算电池容量KxNday x Ah / ,系统设计举例-塞内加尔太阳能站点,太阳能+油机混合供电 负载情况：主要为BTS+微波，大概在15A-20A不等 系统电压48V 最差月份3月中旬，非洲最差月份PSH(平均峰值日照时数) 非洲 3.0 - 5.0 电池自主时间：16小时 纬度：北纬15度 夏日最高温度：45度 太阳电池模块方阵的冗余（安全系数1.1,损耗系数1.1系数K=1.1X1.1=1.21）,系统设计举例-塞内加尔太阳能站点,负载每天消耗的最大安时数L=20A*24h=480Ah 倾斜角度=15+5=20度，朝南 选择无锡尚德STP165-24/AC太阳能电池，其工作电压选择为24V，工作电流I满足ImpIIsc ，即4.74I5.04,我们取4.9A 由于我们采用的是太阳能+油机混合供电，只要求在大多数情况下，太阳能发电量满足要求，按该地区最差月份的上限值计算（PSH=5小时） 太阳能电池模块的串联数, Ns=V/Va=48/24=2 太阳能模块的并联数, Np= K x Ah/(PSH x Ia)=1.21 x480/(5 x 4.9)23.7 24（最少24串） 太阳能电池模块总数量N=Ns x Np=24 x2=48（最少48块）,系统设计举例-塞内加尔太阳能站点,蓄电池供电时,每天负载消耗的安时数16x20=320Ah 有油机 Nday=1 可接受的最大放电深度 =50% 电池容量 1.21x1x320/50%=774.4 800Ah，应该选择容量800Ah以上蓄电池 控制器 I= Np x Isc=24 x 5.04=120.96A，可以选择ZXDT02 S201控制器（额定电流200A）,系统设计中需要注意的问题,不能以开路电压Voc,短路电流Isc计算系统容量 在通讯电源中，太阳能电池通常不能工作在最佳工作电压，因此不满足输出最大功率的条件,不能以它标称功率、最佳工作电压、最佳工作电流计算系统容量 在选择控制器、电缆等应以开路电压Voc短路电流Isc计算 工作温度升高时，太阳能电池的工作电压范围减小，最大输出功率减小，输出电流有轻微上升,ZXDT02 S201控制器命名定义,产品中文名称：太阳能供电系统 产品英文名称：Solar power supply system 产品型号：ZXDT02 产品规格：W201 产品代码：323.04 产品规格： S201 产品代码：323.04 产品型号的含义： ZX：公司名称代号。 D：动力产品。 T：太阳能供电系统。 第5、6位：为太阳能产品设计序号，01代表杂类产品；02代表48V类的产品。 产品规格的含义： 第1位：“W”代表室外应用产品，“S”代表标准室内应用产品。 第2、3、4位：201表示太阳能控制器额定输出电流为200A。第2、3位为20，第4位为1，表示10的一次方，代表20*10=200A。,ZXDT02 S201控制器主要保护功能,ZXDT02 S201控制器主参数说明,输入特性 输出特性 蓄电池组特性,ZXDT02 S201控制器环境监控接口说明,ZXDT02 S201控制器配电原理,ZXDT02 S201控制器前维护示意图,公共正排,电池和备用 电源接口,6路负载输出,8路光伏输入,防雷模块,风扇插箱,通讯和环境量接口,ZXDT02 S201控制器单板介绍,ZXDT02 S201控制器单板示意图,PVLDB,PVIO,CORE,PVSCTL,ZXDT02 S201控制器单板示意图,PVSCB,PVINC,ZXDT02 S201控制器主控制介绍,智能投切方式 PWM控制方式,智能投切方式,说明：智能投切具有均充和浮充方式；用户可以设置均浮充电压的上限值， 均浮充的电压范围在小于上限设定值的1V范围内，例如均充电压为57V， 则均充的调节范围为57V56V，光伏的投切有一定的时间间隔； 浮充的控制方式相同。,PWM控制方式,说明：PWM控制方式具有均充和浮充方式；用户可以设置均浮充电压值， 控制器通过粗调光伏输入的路数，PWM方式细调第一路的光伏输入，尽量 使蓄电池电压维持在均浮充的电压设定值。,均浮充转换的条件,进入均充的条件 1、电压值低于均充启动电压； 2、电池组容量低于均充启动阀值； 3、定期均充时间到； 4、手动设置均充； 均充转浮充的条件 1、均充末期电流维持一定时间； 2、手动设置为浮充； 3、电池过温或过压告警，转为浮充状态；,ZXDTO2 S201的操作界面,ZXDTO2 S201菜单目录,参数设置,S/N Parameter Classification Default Value Upper Limit Lower Limit Set Value 1 Float Vol. Basic parameter 54 V 58 V 42 V 按照电池的要求设置 2 Equal Vol. Basic parameter 57 V 58 V 42 V 按照电池 3 Bat. Cap. Basic parameter 1000Ah 9999Ah 0Ah 按照实际蓄电池容量 4 Bat.Cur.Coef. Basic parameter 0.15 C 0.40 C 0.01 C 采用默认设置 5 Equal Func. Basic parameter Enable Disable Enable 采用默认设置 6 Equal Period Basic parameter 180 days 365 days 0 day 采用默认设置 7 1-ShutVol. Basic parameter 47 V 51 V 38 V 建议设置值为47至48V 8 2-ShutVol. Basic parameter 46 V 51 V 38 V 如果负载电流小于3A，建议该值设置大于46V 9 RS232 Bauds Basic parameter 9600 9600 1200 采用默认设置 10 RS485 Bauds Basic parameter 9600 9600 1200 采用默认设置,参数设置,11 Device Add. Basic parameter 1 254 1 采用默认设置 12 Set Password Basic parameter 0000 9999 0000 采用默认设置 13 Set Relays Out Basic parameter - - - 如果现场需要通过输出干接点获得告警，需要根据实际需要设置 14 Language Basic parameter English English Chinese 采用默认设置 15 Buzz. Switch Basic parameter on off on 采用默认设置 16 In-PV.Branchs Basic parameter 8 8 1 实际接入几路光伏则设置为几 17 Load1 Branchs Basic parameter 4 6 0 采用默认设置 18 Load2 Branchs Basic parameter 2 6 0 采用默认设置 19 PV.Ctrl.Mode Basic parameter Intelligent PWM Intelligent 采用默认设置 20 Current Time Basic parameter 根据当地实际时间进行设置,参数设置,22 油机开启电压 隐藏参数 48 V 51 V 40 V 比一次下电电压高1V以上(48V以上) 23 油机关断电压l. 隐藏参数 56.5 V 58 V 48 V 默认值 24 油机关断控制 隐藏参数运行时间运行时间电池电压推荐设置成运行时间 25 油机运行最大时间 隐藏参数 10 H 24 H 0 H 12H 35 直流高压 隐藏参数 58 V 59 V 57 V 采用默认设置 36 直流低压 隐藏参数 48 V 51 V 41 V 该值与一次下电电压有约束关系:一次下电电压直流低压,开机调试,检查电池是否连接、连接正确、连接稳固 机架安装是否符合设计要求 检查太阳能电池是否连接正确 地线、负载线等连接是否符合要求 先接通电池，再接通太阳能电池，顺序不能颠倒，关键顺序相反 参数设置 接通负载,思考：,ZXDT02 S201控制的太阳能供电系统有什么缺点 你希望下一代太阳能电源什么样的,ZXDT02 S201太阳能供电系统的缺点,控制核心和主电路连成一体，互相影响，维护困难 没有蓄电池不能工作，更换蓄电池困难 输出精度不高 扩容、扩展困难 不能充分利用太阳能电池（现在实际利用率约2/3）,下一代太阳能电源展望,分成控制箱和功率模块 PWM控制：控制箱发出PWM信号，控制功率模块工作，并根据太阳能电池的最佳工作电压调节占空比，使太阳能电池工作在最佳工作点 模块化：功率部分模块化，方便扩容 输入多元化：功率模块分DC/DC，AC/DC模块，实现太阳能、风机、辅助交流电（包括市电和油机）联合供电,
