太阳能光伏发电系统设计思路

太阳能光伏发电设计思路

摘要：简要介绍太阳能光伏发电系统设计思路和组成光伏系统器件选型方法，分析和研究太阳能光伏发电的热点和核心技术。

前言：当今世界，能源是促进经济发达与社会进步的原动力。目前所使用之主要能源为化石能源，然而其蕴藏量有限，且在开发过程造成空气污染、环境破坏，积极开发低污染及低危险性的新能源乃为迫切需要。

太阳能发电是指太阳能光伏发电，光伏发电是利用半导光生伏特效应将光能直接转变为电能的一种发电技术。太能是一种非常理想的干净、安全且随处可得的清洁能源，因此各国均不断地研发各种相关技术，藉以提高系统发电效率并降低发电成本，推广普及使用太阳能。

第一部分 太阳能电池发电系统原理

太阳能电池发电系统（又称光伏发电系统），从大类上分为

独立（离网）和并网光伏发电系统两大类。

目前应用比较广泛的光伏发电系统，主要是在偏远地区可以

作为独立的电源使用，也可以与风力发电机或柴油机等组成混合发电系统，在城市太阳能光伏建筑集成并网发电得到了快速发展，光伏发电与建筑一体化是太阳能光伏与建筑的完美结合，属于分布式发电的一种。它能够减少电网用电，大大减轻公共电网的压力，就近向电网输送电力。

1.1独立的电源使用（光伏离网发电系统）

太阳能光伏组件组成太阳电池方阵，在充足情况下，一方面给负载供电（直流负载，若交流负载需要逆变器），另一方面给蓄电池组充电，晚上依靠蓄电池组放电供负载使用（如下图示意）。

图1-1直流负载光伏发电示意图

在方阵工作时，阻塞二极管防止向电池方阵反充电，止逆二极

管两端有一定的电压降，对硅二极管通常为0.60.8V ；肖特基或锗太阳

电池

方阵 控制器

负载

阻塞二极管

蓄电池

管0.3V左右。（一般选择压降小的）

光伏发电系统的规模依用户要求而异，按负载增加配置。1.1.1简单的直流供电系统

图1-2 简单直流的光伏水泵系统

1.1.2带蓄电池的直流（交流）供电系统

图1-3直流负载的太阳能光伏系统

如果有交流负载，还需要1逆变器将直流电变为负载需要的交流电。

1.1.3市电互补光伏发电系统

当然我们可以选用双向逆变器，在独立的光伏发电系统中以太阳

能发电为主，以普通220V 交流市电为补充电能。

图1-4交流及交、直流混合光伏发电系统

以上方案仅供参考。

1.2并网光伏发电系统

所谓并网光伏发电系统就是太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后，直接接入公共电网。 太阳能

方阵 双向逆变

器 、控制

系统 交流负载

蓄电池

市 220V （AC ） 直流负载

考虑到太阳能光伏发电的固有特点，节约投资，省略蓄电池组并减少充、放电转换带来的损耗，当今世界太阳能发电有80﹪是并网发电，限于编者能力、资料来源和篇幅有限，主要介绍太阳能光伏并网发电系统集成（其他知识请查阅相关资料）。

1.3 光伏发电与建筑一体化

1.3.1光伏发电屋顶结构和光伏玻璃幕墙结构

把分装好的光伏组件，根据用户现场不同的供电负荷的需要，设计、配置安装太阳能光伏发电系统。

在城市将太阳能光伏发电与建筑装饰结合起来，安装在建筑物屋顶或光伏幕墙，是光伏发电系统与建筑装饰美化联用一体化解决方案的典。

第二部分太阳能光伏发电系统的容量设计

主要介绍太阳能光伏发电系统的整体配置与设计，即各种电力电子设备、部件的配置选型和相关附属设施的设计。

2.1光伏发电系统的设计方案

光伏发电系统的设计要本着合理性、实用性、高可靠性和高性价比（低成本）的原则。做到既能保证光伏系统的长期可靠运行，充分满足负载的用电需要，同时又能使系统的配置最合理、最经济，特别是确定使用最少的太阳能电池组件功率，协调整个系统工作的最大可靠性和系统成本之间的关系，在满足需要保证质量的前提下节省投资，达到最好的经济效益。

2.1.1与设计相关的因素和技术条件

1）系统用电负载的特性

由于用途不同，耗电功率、用电时间、对电源可靠性的要求等各不相同。有的用电设备有固定的耗电规律，这些因素相当复杂，原则上需要对每个发电系统单独进行计算，对一些无法确定数量的影响因素，只能采用一些系数来进行估量。

2）当地太阳能辐射资源及气象地理条件

太阳照在地面太阳电池方阵上的辐射光的光谱，光强受到大气质量、地理位置、当地气候、气象、地形等多方面因素的影响，因此在设计太阳能光伏发电系统时，应考虑太阳辐射的方位角和倾斜角、峰值日照数、连续阴雨天数及最低气温、冰雹等。

2.1.2 太阳能电池组件（方阵）的方位角与倾斜角

最理想的倾斜角是使太阳能电池年发电量尽可能大，而冬季和夏季发电量差异尽可能小，一般取当地纬度或当地纬度加几度作为当地太阳能电池组件安装的倾斜角。当然如果能够采用计算机辅助设计软件优化设计。根据当地纬度初略确定太阳能电池的倾斜角：纬度为 0°～25°时，倾斜角等于纬度；

纬度为26°～40°时，倾斜角等于纬度加上5°～10°；

纬度为41°～55°时，倾斜角等于纬度加上10°～15°；

纬度为55°以上时，倾斜角等于纬度加上15°～20°；

2.1.3太阳能电池组件及方阵的设计方法

太阳能电池组件的设计原则是要满足平均天气条件（太阳辐射量）下负载每日用电量的需求，也就是说太阳能电池组件的全年发电量要等于负载全年用电量。

1）根据各种数据直接计算出太阳能电池组件或方阵的功率，根据计算结果选配或定制相应功率的电池组件，进而得到电池组件

的外形尺寸和安装尺寸；另一种方法是选定尺寸符合要求的电

池组件，根据该组件峰值功率、峰值工作电流和日发电量等数

据，结合各种数据进行设计计算，在计算中确定电池组件的串、并联数及总功率。

2）基本计算方法：