防雷器
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光伏系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)
簡(jiǎn)單的獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)如圖1所示，它由太陽(yáng)能電池陣列、防反充二極管、電流控制器、儲(chǔ)電池和逆變器等組成。對(duì)于光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，還包括并網(wǎng)逆變器和連接裝置等。
1. 太陽(yáng)能光伏電池列陣
常用的太陽(yáng)能電池主要是硅太陽(yáng)能電池，此外還有塑料太陽(yáng)能電池、半導(dǎo)體液結(jié)太陽(yáng)能電池等。太陽(yáng)能電池可分為固態(tài)電解質(zhì)太陽(yáng)能電池、離子液體電解質(zhì)太陽(yáng)能電池、聚合物電解質(zhì)太陽(yáng)能電池和有機(jī)太陽(yáng)能電池等。
2. 防反充二極管（阻塞二極管）
其作用是避免由于太陽(yáng)能電池列陣在陰雨天和晚上不發(fā)電時(shí)或出現(xiàn)斷路故障時(shí)，蓄電池組通過(guò)太陽(yáng)能電池列陣放電。
3. 蓄電池組
蓄電池組的作用是貯存太陽(yáng)能電池方陣受光照時(shí)所發(fā)出的電能，并隨時(shí)向負(fù)載供電，使得負(fù)載一直在額定功率下運(yùn)行，并能夠克服由于日照波動(dòng)引起的問(wèn)題。目前與太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)配套的蓄電池主要是鉛酸蓄電池和鎘鎳蓄電池。
4. 充放電控制器
充放電控制器是能自動(dòng)防止蓄電池組過(guò)充電和過(guò)放電的設(shè)備，一般還具有簡(jiǎn)單的測(cè)量功能。蓄電池組經(jīng)過(guò)過(guò)充電或過(guò)放電后會(huì)嚴(yán)重影響其性能和壽命，所以充放電控制器一般是不可缺少的。充放電控制器，按照其開(kāi)關(guān)器件在電路中的位置，可分為串聯(lián)控制型和分流控制型：按照其抑制方式，可分為開(kāi)關(guān)控制(含單路和多路開(kāi)關(guān)控制)型和脈寬調(diào)制(PWM)控制(含最大功率跟蹤控制)型。開(kāi)關(guān)器件，可以是繼電器，也可以是MOS晶體管。但脈寬調(diào)制(PWM)控制器，只能用MOS晶體管作為開(kāi)關(guān)器件。
5. 逆變器
逆變器是將直流電變換成交流電的裝置。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)行的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)通過(guò)獨(dú)立運(yùn)行逆變器為交流負(fù)載供電；并網(wǎng)運(yùn)行的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)通過(guò)并網(wǎng)逆變器將發(fā)出的電能饋人電網(wǎng)。逆變器按輸出波型又可分為方波逆變器和正弦波逆變器。方波逆變器的電路簡(jiǎn)單，造價(jià)低，但諧波分量大，一般用于幾百瓦以下和對(duì)諧波要求不高的系統(tǒng)；正弦波逆變器的成本高，但可以適用于各種負(fù)載。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，晶體管正弦波(或準(zhǔn)正弦波)逆變器將成為太陽(yáng)能發(fā)電用逆變器的發(fā)展主流。
現(xiàn)在商用的太陽(yáng)電池矩陣的光電轉(zhuǎn)換效率15％-17%，非常低，如果逆變器效率低，將太陽(yáng)電池好不容易轉(zhuǎn)換來(lái)的電能損耗掉，十分可惜，因此，要求逆變器效率高。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，某些類(lèi)型的逆變器的效率已達(dá)到95%以上。
太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
一、光伏系統(tǒng)的分類(lèi)：1. 獨(dú)立太陽(yáng)能供電系統(tǒng)2. 簡(jiǎn)單的直流系統(tǒng)3. 直流--交流供電系統(tǒng)4. 并網(wǎng)系統(tǒng)5. 混合供電系統(tǒng)(風(fēng)光、光油等)也可以不這么分類(lèi)，我喜歡這么分。
二、光伏系統(tǒng)的構(gòu)成：太陽(yáng)電池組件、充放電控制器、逆變器、計(jì)算機(jī)監(jiān)控、蓄電池等。
三、光伏系統(tǒng)的容量設(shè)計(jì)：主要包括負(fù)載用電量估算，太陽(yáng)電池?cái)?shù)量估算，蓄電池容量計(jì)算，最佳安放角度等等。
1. 蓄電池容量的計(jì)算(也有很多人用自己的經(jīng)驗(yàn)公式)這里要講下幾個(gè)概念：
自給天數(shù)：我個(gè)人理解的就是沒(méi)有太陽(yáng)的情況下還能正常工作的天數(shù)。一般可可以用當(dāng)?shù)氐淖畲筮B續(xù)陰雨天數(shù)作為自給天數(shù)。
最大放電深度：蓄電池允許最大的放電深度，超過(guò)這個(gè)深度就不能正常工作，一般是個(gè)定值。
基本公式：(每天負(fù)載用電量*自給天數(shù))/最大放電深度=蓄電池容量
其中和蓄電池容量有關(guān)的兩個(gè)因素：蓄電池放電率和溫度，如果考慮這兩個(gè)因素就要更復(fù)雜點(diǎn)。
蓄電池的串聯(lián)和并聯(lián)和干電池的是一樣的，就不多說(shuō)了。
還可以這樣算c=3.75DP(P為平均負(fù)荷容量，D為最大無(wú)光照天數(shù)，這是個(gè)簡(jiǎn)化的公式，默認(rèn)的逆變率是80%，放電深度是50%，蓄電池放電效率的修正系數(shù)取1.05)
2. 光伏組件方陣的設(shè)計(jì)：基本公式：
并聯(lián)數(shù)量=日平均負(fù)載/組件日輸出
串聯(lián)數(shù)量=系統(tǒng)電壓/組件電壓
如果需要更準(zhǔn)確就要修正，通常將太陽(yáng)電池輸出減少10%和將負(fù)載增加10%
最佳角度的計(jì)算要涉及到和多符號(hào)，這些符號(hào)不好寫(xiě)出來(lái)。
四、光伏系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 基礎(chǔ)設(shè)施、接地和防雷設(shè)計(jì)等等。
五、電子電路部分
包括充放電控制器、逆變器、遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)(遙控，遙信，遙測(cè)，遙調(diào))的應(yīng)用等。
太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法
太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題。設(shè)計(jì)時(shí)，必須首先考慮用戶(hù)的要求、安裝地點(diǎn)的氣候條件、系統(tǒng)中各部件和器件的技術(shù)特性、經(jīng)濟(jì)條件的制約關(guān)系等因素。同時(shí)，太陽(yáng)能時(shí)刻變化著，其積累值不確定。太陽(yáng)能電池的性能也存在波動(dòng)。因此，要使太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)化，是相當(dāng)麻煩的。
太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，大致可分為解析方法和模擬方法兩種類(lèi)型。解析方法要首先建立表示系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的代數(shù)式，然后要使用電腦或設(shè)計(jì)圖線(xiàn)按照公式依次順序求解，以求得設(shè)計(jì)中所必需的未知數(shù)。解析法典型方法有LOLP（Loss of load probability）法和參數(shù)分析法。LOLP法可在設(shè)計(jì)上反映獨(dú)立系統(tǒng)的停電概率。參數(shù)分析法是將復(fù)雜的非線(xiàn)性太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作簡(jiǎn)化為線(xiàn)性系統(tǒng)。模擬法是將系統(tǒng)的狀態(tài)動(dòng)態(tài)地表現(xiàn)成太陽(yáng)輻射與負(fù)荷等的模型，也就是再現(xiàn)系統(tǒng)的工作狀態(tài)。它是一種適合于利用計(jì)算機(jī)的方法。
1. 獨(dú)立光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
獨(dú)立光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)上是利用光伏系統(tǒng)安裝地點(diǎn)的長(zhǎng)期月平均日輻射量及負(fù)載日平均所需能量進(jìn)行設(shè)計(jì)，該方法顯得比較粗糙。現(xiàn)代的設(shè)計(jì)方法是采用仿真與優(yōu)化設(shè)計(jì)。
獨(dú)立光伏系統(tǒng)的仿真與優(yōu)化設(shè)計(jì)，基本方法是首先建立系統(tǒng)仿真模型，包括光伏陣列輸出功率模型、蓄電池模型等，然后選定目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)，建立優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，再利用合適的優(yōu)化方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。圖2所示為優(yōu)化的決策過(guò)程圖。
圖2 決策過(guò)程圖
2.并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
并網(wǎng)發(fā)電在光伏市場(chǎng)中的份額逐年增加，占據(jù)了主導(dǎo)地位。2003年并網(wǎng)發(fā)電的市場(chǎng)份額達(dá)到了55.5%。這在人類(lèi)能源變革中具有重要意義，它標(biāo)志著光伏發(fā)電由邊遠(yuǎn)地區(qū)離網(wǎng)應(yīng)用和特殊應(yīng)用向電網(wǎng)電源發(fā)展，由補(bǔ)充能源向替代能源轉(zhuǎn)變，人類(lèi)社會(huì)己開(kāi)始為建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的能源體系努力。其它各種應(yīng)用，如農(nóng)村離網(wǎng)、通訊和信號(hào)、商業(yè)應(yīng)用以及消費(fèi)品等都保持著穩(wěn)步發(fā)展，并繼續(xù)發(fā)揮光伏發(fā)電的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是并網(wǎng)逆變器。系統(tǒng)大多采用三相橋式電路結(jié)構(gòu)，圖3所示為光伏并網(wǎng)逆變器的主電路，采用的是電壓型逆變的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。它需要對(duì)三相橋臂施加幅值、頻率相等而相位相差120O的三相對(duì)稱(chēng)正弦波調(diào)制信號(hào)。逆變電壓通過(guò)電感與電網(wǎng)相連實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行。系統(tǒng)控制目標(biāo)是逆變器輸出的正弦波電流的頻率和相位與電網(wǎng)電壓的頻率和相位相等，并網(wǎng)電流的大小由光伏陣列輸出的功率決定。
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