太阳能光伏系统应用设计.pdf

1光伏建筑技术与光伏系统优化设计培训班光伏建筑技术与光伏系统优化设计培训班太阳能光伏系统的设计和应用太阳能光伏系统的设计和应用王斯成 研究员 国家发改委能源研究所王斯成 研究员 国家发改委能源研究所 2009年年10月月19-21日日1、光伏发电的历史和系统分类、光伏发电的历史和系统分类 2、太阳能资源评估、太阳能资源评估 3、光伏发电系统设计和部件选型、光伏发电系统设计和部件选型 4、与建筑结合的光伏发电系统（、与建筑结合的光伏发电系统（BIPV和和BAPV）） 5、发电侧并网的大型光伏电站（、发电侧并网的大型光伏电站（LS-PV）） 6、聚光太阳电池介绍、聚光太阳电池介绍 7、并网光伏电站的设计要点、并网光伏电站的设计要点 8、光伏发电系统的技术标准、光伏发电系统的技术标准目 录目 录231、光伏发电的历史和系统分类、光伏发电的历史和系统分类4太阳能光伏发电的发展历史太阳能光伏发电的发展历史•1839年 19岁的法国贝克勒尔做物理实验 时，发现在导电液中的两种金属电极用光 照射时，电流会加强，从而发现了 “光生 伏打效应”； •1904年 爱因斯坦发表光电效应论文,为此 在1921年获得诺贝尔奖； •1954年5月美国贝尔实验室恰宾、富勒和 皮尔松开发出效率为6%的硅太阳电池， 这是世界上第一个实用的太阳电池。

351954年美国贝尔实验室年美国贝尔实验室光伏发电系统分类光伏发电系统分类4农村电气化光伏应用农村电气化光伏应用 （（Rural-Electrification））85通信和工业应用通信和工业应用（（Communication and Industry Applications））106Solar Products（太阳能商品和产品）（太阳能商品和产品）12Solar Products 7与建筑结合的光伏发电与建筑结合的光伏发电 （（BIPV和和BAPV））14BIPV815BAPV超大规模光伏发电（超大规模光伏发电（VLS-PV)超大规模光伏发电（VLS-PV）是国际能源机构（IEA）的第 8项任务（Task8），主要研究、追踪超大规模光伏发电的技 术和信息，并开展国际间的交流和合作VLS-PV 是指 10MWp以上的光伏发电系统，一般指荒漠光伏电站目前全世界已经建成的2－100MWp的荒漠电站有56个，正 在酝酿建设的荒漠电站不少于20个917输电（发电）侧大型并网荒漠光伏电站（输电（发电）侧大型并网荒漠光伏电站（LS-PV））技术特点：技术特点：1、在发电侧并网；、在发电侧并网；2、电流是单方向的；、电流是单方向的；3、不能自发自用 和、不能自发自用 和“净电表计量净电表计量”，只能给出，只能给出“上网电价上网电价”。

181019独立光伏发电系统配置独立光伏发电系统配置控制器蓄电池组直流/交流 逆变器交流负载直流负载太阳能电池方阵20独立光伏电站设备配置图太阳电池蓄电池组输入防雷隔离箱太阳能充 电控制器直流/交流逆变器输出电子 限荷器交流配电 设备输出防雷隔离箱可选 柴油发电机组可选 整流充电设备1121风光互补发电系统AC Loads22与建筑结合的光伏系统的配置与建筑结合的光伏系统的配置 （（BIPV和和BAPV））1、太阳电池板；、太阳电池板；2、配电、继电保 护和防雷；、配电、继电保 护和防雷；3、电缆；、电缆；4、并网逆变器；、并网逆变器；5、、PV电度表和用 户电度表电度表和用 户电度表12大型并网光伏电站配置大型并网光伏电站配置242、太阳能资源评估、太阳能资源评估1325太阳辐射传输过程示意太阳辐射传输过程示意反射 散射吸收直射反射 散射吸收直射地面反射地面反射2670E80E90E100E110E120E130E目 前 进 行 日 照 观 测 的 基 本 气 象 站15N25N35N45N55N中国气象局地面观测网中国气象局地面观测网——日照日照1427中国目前可以取得的太阳辐射资料中国目前可以取得的太阳辐射资料?我国我国1953年开始测量太阳辐射，气象台站数量从解放初的年开始测量太阳辐射，气象台站数量从解放初的 70个发展到现在的个发展到现在的2610个，其中气象站个，其中气象站2300个（县级气象 站），气象台个（县级气象 站），气象台310个。

个县级气象站的主要任务是对风（台风）、气温、湿度、降 雨、雪、雹、地温等参数的观测和预报，与太阳辐射相关的 数据只有县级气象站的主要任务是对风（台风）、气温、湿度、降 雨、雪、雹、地温等参数的观测和预报，与太阳辐射相关的 数据只有“日照时数日照时数” 日照时数的测量是用感光纸记录光 强大于 日照时数的测量是用感光纸记录光 强大于120W/m2的时间，分辨率为的时间，分辨率为10分钟分钟从国家气象局网站上可以查到全国从国家气象局网站上可以查到全国122个气象台个气象台1957-2007 年的辐射数据（不包括台湾、香港和澳门）年的辐射数据（不包括台湾、香港和澳门）1993年以前， 全国有年以前， 全国有66个气象台有水平面太阳总辐射和散射辐射的数据，个气象台有水平面太阳总辐射和散射辐射的数据， 1993年以后，全国只有年以后，全国只有17个气象台有水平面太阳总辐射和散 射辐射的数据个气象台有水平面太阳总辐射和散 射辐射的数据281529天文因子：天文因子： 太阳常数，日地距离，太阳赤纬，太阳高度角，太阳 方位角，时角太阳常数，日地距离，太阳赤纬，太阳高度角，太阳 方位角，时角地理因子：地理因子： 纬度，经度，海拔高度，地表反射率。

纬度，经度，海拔高度，地表反射率气象和环境因子（最为复杂、难以精确确定）：气象和环境因子（最为复杂、难以精确确定）： 云，水汽，臭氧，气溶胶等云，水汽，臭氧，气溶胶等影响方阵面辐射的其它因子：影响方阵面辐射的其它因子： 方阵倾角、运行方式、灰尘、遮挡（间距、遮挡物）方阵倾角、运行方式、灰尘、遮挡（间距、遮挡物）影响地面太阳辐射和方阵面所接收的太阳辐射的主要因子影响地面太阳辐射和方阵面所接收的太阳辐射的主要因子30布格布格-朗伯定律朗伯定律: SD’= S0Fm θ θS0= 1350W/m2 余弦定律余弦定律: ST’ = SD’COSθ θZm=1/Sinα α * P/P0Sinα α = Sinφ φSinδ δ+Cos φ φCos δ δCosωαωαN δ δ=23.5Sin(360*(284+N)/365)DT’ = Dp’(1+CosZ)/2RT’ = Qp’(1-CosZ)/2 S QT= ST+DT+RT1631太阳能资源的单位换算太阳能资源的单位换算?1992年以前的太阳辐射单位：年以前的太阳辐射单位：Kcal/cm2 ?1992年以后：年以后：MJ/m2 ?光伏设计用辐射单位：光伏设计用辐射单位：kWh/m21卡卡= 4.18焦耳，焦耳，1焦耳焦耳 = 1ws甘肃武威水平面年辐射量： 6141.6MJ/m2 6141.6×106/3600/1000 = 1706kWh/m2 1706kWh/m2/365 = 4.70 kWh/天甘肃武威水平面年辐射量： 147Kcal/cm2 147×103×4.18×10000/3600/1000 = 1706.8kWh/m2 1706kWh/m2/365 = 4.70 kWh/天32其它气象地理数据其它气象地理数据?地点：甘肃武威地点：甘肃武威 ?经度：经度：101° ° 38’ ?纬度：纬度：36° ° 45’ ?海拔：海拔：2295.2 m ?地面反射率（地面状态）：沙、硬土、水泥等地面反射率（地面状态）：沙、硬土、水泥等 ?蓄电池的存储天数：蓄电池的存储天数：3 －－ 6天天 ?环境最高温度：环境最高温度： +30 ° °C，，July ?环境最低温度：环境最低温度：--32.5 ° °C，，JanuaryRetScreen （（GEF、、UNEP、、NASA、加拿大环境资源部）、加拿大环境资源部）PVCAD ( Computer Added Design)1733太阳能资源数据太阳能资源数据(10 年平均值年平均值 MJ/m2(kcal/cm2))?水平面上的太阳能资源水平面上的太阳能资源?太阳电池方阵倾斜面上的太阳能资源太阳电池方阵倾斜面上的太阳能资源?方阵倾斜面上的太阳辐射量由计算机辅助设计软件完成 （方阵倾斜面上的太阳辐射量由计算机辅助设计软件完成 （ RetScreen））. ?对于独立光伏系统：优化设计太阳电池方阵的倾角有利 于增加冬天的充电电流，适当减少 夏季的充电电流，从 而有效避免蓄电池的过充电和过放电，也有利于减少蓄 电池的冬季储备容量，减少初投资。

对于独立光伏系统：优化设计太阳电池方阵的倾角有利 于增加冬天的充电电流，适当减少 夏季的充电电流，从 而有效避免蓄电池的过充电和过放电，也有利于减少蓄 电池的冬季储备容量，减少初投资对于并网光伏系统，追求全年发电量最大，倾角的选择 又不相同对于并网光伏系统，追求全年发电量最大，倾角的选择 又不相同34中国水平 面太阳辐 射分布图中国水平 面太阳辐 射分布图< 2.9 < 1050 < 3780 IV一般2.9 – 3.8 1050 – 1400 3780 – 5040 III较丰富带3.8 – 4.8 1400 – 1750 5040 – 6300 II很丰富带≥ 4.8 ≥ 1750 ≥ 6300 I最丰富带平均日辐射量 （平均日辐射量 （kWh/m2）年总辐射量（ ）年总辐射量（kWh/ m2）年总辐射量（）年总辐射量（MJ/ m2）资源带号等级）资源带号等级1835中国西部中国西部9省太阳辐射资源统计省太阳辐射资源统计1828.416582.28 1610.80 5798.87 5519.46 6284.31 平均平均1554.8355597.4281439.66 5182.784848.386156.72云南1511.1345440.08401314.03 4730.514730.514730.51陕西1761.3656340.91401531.62 5513.845513.845868.3山西1849.4926658.17421651.33 5944.85944.85944.8宁夏1738.6656259.19401511.88 5442.785442.786458.52甘肃1962.3247064.37401706.37 6142.936142.936951.76青海1929.8776947.56451678.15 6041.355658.476195.18内蒙古2453.4188832.31302190.55 7885.996088.597910.65西藏1694.6016100.56451473.57 5304.845304.846342.31新疆省会倾斜面年 利用小时数 （小时）省会倾斜面年 总辐射量 （MJ/m2)方阵倾角 （度）省会水平面年利 用小时数 （小时）省会水平面 年总辐射量 （MJ/m2)全省年最低 总辐射量 （MJ/m2)全省年最高 总辐射量 （MJ/m2)省中国西部9省太阳能资源统计中国西部9省太阳能资源统计36中国东部中国东部17省太阳辐射资源统计省太阳辐射资源统计1502.045407.35 1364.65 4912.75 4872.12 4985.16 平均平均1445.0495202.18351313.68 4729.254729.254729.25上海1636.4795891.33421461.14 5260.115260.115260.11天津1748.4486294.41421561.11 5620.015620.015620.01北京1494.825381.35251423.64 5125.。