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太陽能電池光伏系統直接負載特性實驗說明

一、太陽能電池光伏系統實訓裝置,太陽能電池光伏系統實訓臺實驗目的:
了解太陽能電池板的電壓輸出特性。
二、太陽能電池光伏系統實訓裝置,太陽能電池光伏系統實訓臺實驗設備:
序號 名      稱 備      注
1 MY-PV18 太陽能光伏發電系統實驗實訓裝置  
2 萬用表 自備
3 可調負載(可變電阻器) 與太陽能輸出電壓等級相匹配,自備
三、太陽能電池光伏系統實訓裝置,太陽能電池光伏系統實訓臺實驗原理:
太陽能電池板對于不同的負載呈現出不同的外特性。
蓄電池是獨立型太陽能發電系統、防火型系統和聯系型系統不可缺少的儲能部件。其主要功能是當日照量減少或夜間不發電時補充負荷要求的功率。此外,防火型系統在交流停電時將獨立發揮作用。一般系統中當太陽能發電功率急劇下降時,蓄電池起到緩沖作用,保證電壓的穩定。
太陽能發電系統對蓄電池的選擇是從電氣性能、價格、尺寸、重量、使用壽命、維護方便、安全可靠、充放電性能等諸多方面加以綜合評估。目前應用最為廣范的還是鉛蓄電池。鉛蓄電池的品種和特征風表1.
防火型系統和大廈建筑多用密封型鉛蓄電池,因為它的壽命較長,其中金屬外殼鉛蓄電池其壽命可達10~14年。各種鉛蓄電池的期望壽命特性曲線見圖1.
表1鉛蓄電池的品種和特征
種類 形式 壽命(在25℃條件下浮充電) 容量范圍(Ah) 補充液體 用途 應用系統舉例 壽命)在25℃條件反復充電)(h)
密封型 密封型鉛蓄電池 MSE型 7~9年 50~300 無須任何維護 聯系型 大廈住宅等建筑物防火型交通指示燈 放電深度為50%時為1000
長壽命型 12~15年 15~300
同上(小型) 標準型 3~5年 0.7~144 獨立型 同上(小型設備) 放電深度為50%時為500~700
長壽命型 5~6年 50~130
金屬外殼型 太陽能發電專用 標準  — 50~300 需要 獨立電源用 大型通訊設備 放電深度為50%時為1000
其它 汽車用鉛蓄電池 4~5年 21~760 需要 聯系型獨立型 公園燈路燈 放電深度為50%時為300

放電深度(%)
各種鉛蓄電池的期望壽命特性
圖1
蓄電池組容量計算
蓄電池的儲能作用對保護連續供電是十分重要的。在一年內,光伏方陣發電量在各個月份有很大差別,方陣的發電量不能滿足用電需要的月份,要靠蓄電池的電能給予補給:在超過用電需要月份,靠蓄電池將多余的電能存儲起來,所以方陣發電量的不足和過剩值,是確定蓄電池容量的依據之一。同樣,連續陰雨天期間的負載用電量也必須從蓄電池取得。所以在這期間的耗電量也是確定蓄電池容量的因數之一。
因此,蓄電池的容量計算公式為:
Bc=KQLNLTO/Cc(Ah)
式中:K為安全系數,取1.1~1.4;QL為負載日平均耗電量,即等于工作電流乘以日工作小時數;NL為最長連續陰雨天數;TO為溫度修正系數,一般在0℃以上取1,-10℃以上取1.1,-10℃以下取1.2;Cc為蓄電池放電深度,一般鉛蓄電池取0.75,堿性鎳鎘蓄電池取0.85。
太陽能電池陣列設計
太陽能組件串聯數Ns
將太陽能電池組件按一定數目串聯起來,就要以獲得所需要的工作電壓。另外,太陽能電池方陣對蓄電池充電時,太陽能電池組件的串聯數必須適當。如果串聯數太少,串聯電壓低于蓄電池浮充電壓,方陣就不能對蓄電池充電。當串聯組件的輸出電壓遠高于浮充電壓時,充電電流也不會有明顯的增加。因此,只有當太陽能電池組件的串聯電壓等于合適的浮充電壓時,才能達到最佳的充電狀態。
計算方法如下:
Ns=UR/UDC=(Uf+UD+Uc)/UDC
式中:UR為太陽能電池方陣輸出最小電壓;UDC為太陽能電池組件的最佳工作電壓;Uf為蓄電池充電壓;UD為二極管壓降,一般取0.7V;Uc為其他因數引起的壓降。
蓄電池的浮充電和所選的蓄電池參數有關,應等于在最低溫度下所選蓄電池單體的最大工作電壓乘以串聯的電池數。
太陽能電池組件并聯數量NP
在確定這個問題之前,先確定其相關的計算方法。
1.將太陽能電池方陣安裝地點的太陽能日輻射景H,轉換成在標準光強下的平均日輻射時數H(日照射量見表2):
H=H1×2.778/10000(h
式中:2.778/10000為將日輻射量換算為標準光強(1000W/m2)下的平均日輻射時數的系數。
2.太陽能電池組件日發電量QP
QP=IOCHKOPC7(Ah
式中:IOC為太陽能電池組件最佳工作電流,KOP為斜面修正系數(日照射量見表);C7為修正系數,主要為組合、衰減、灰塵、充電效率等的損失,一般取0.8.
兩組最長連續陰雨天之間的最短間隔天數Nw(一般取Nw=30天)。
主要考慮要在此時間內將虧損的蓄電池電量補充起來,需要補充的蓄電池電池容量為:
Bcb=KQLNL(Ah)
QL=P/VL×N
太陽能電池組件并聯數NP計算方法:
NP=(Bcb+NWQL)/(QPND
表達式意為:并聯所用太陽能電池組件數是在連續陰雨天之間的最短間隔天數內所發電量,不僅供負載耗電使用,還需補足蓄電池在最長連續陰雨天內所虧損電量。
太陽能電池方陣的功率計算:
根據太陽能電池組件的串聯數,即可以得出所需要太陽能電池方陣的功率
P=PONSNP(W)
式中:PO為太陽能電池組件的額定功率。
表2 我國主要城市的輻射參數表
城市 緯度 日輻射量H1 最佳傾角op 斜面日輻射量 修正系數Kop
哈爾濱 45.68 12703 +3 15838 1.140
長春 43.90 13572 +1 17127 1.1548
沈陽 41.77 13793 +1 16563 1.0671
北京 39.8 15261 +4 18035 1.0976
天津 39.10 14356 +5 16722 1.0692
呼和浩特 40.78 16574 +3 20075 1.1468
太原 37.78 15061 +5 17394 1.1005
烏魯木齊 43.78 14464 +12 16594 1.0092
西寧 36.78 16777 +1 19617 1.136
蘭州 36.05 14966 +8 15842 0.9489
銀川 38.48 16553 +2 19615 1.1559
西安 34.30 12781 +14 12952 0.9275
上海 31.17 12760 +3 13691 0.990
南京 32.00 13099 +5 14207 1.0249
合肥 31.85 12525 +9 13299 0.9988
杭州 30.232 11668 +3 13272 0.9362
南昌 28.67 13094 +2 13714 0.8640
福州 26.08 12001 +4 12451 0.88978
濟南 36.68 14043 +6 15994 1.0630
鄭州 34.72 13332 +7 14558 1.0476
武漢 30.63 13201 +7 13707 0.9036
長沙 28.20 11377 +6 11589 0.8028
廣州 23.13 12110 -7 12702 0.8850
? 20.03 13835 +12 13510 0.8761
南寧 22.82 12515 +5 12734 0.8231
成都 30.67 10392 +2 10304 0.7553
貴陽 26.58 10327 +8 10235 0.8135
昆明 25.02 14194 -8 15333 0.9216
拉薩 29.70 21301 -8 24151 1.0964
實際運用中,光伏電池常常是與蓄電池混合供電的。這個溫和供電系統可等效為一個光伏電池帶負載,帶偏壓的電路,其等效電路的負載特性曲線如圖2~4所示:
 
圖2 光伏電池有負載、有偏壓時的等效電路

圖3 光伏電池有負載、有偏壓的伏安特性        圖4光伏電池有負載、有偏壓的蓄電池充滿電伏安特性
四、實驗步驟:
    1.在面板上的太陽能光伏實驗區按實驗需求把電壓表、電流表按圖示連接。
連接過程中,注意“正”“負”極。
2.接通“總開關”,此時“總開關”指示燈亮,將設備正在測試相對應的儀表開關拔至“開”的位置,直流電壓表和直流電流表均通電工作,然后直流電壓表的示值就是太陽能電池板的開路電壓,記錄些電壓。
    3.將系統帶的直流風機或LED照明燈接至輸出測試孔上并打開輸出開關(注意正負極不要接反),觀察并記錄直流電壓表和直流電流表的示值。
    4.依據太陽能電池板的充電電壓,計算充滿設備蓄電池電量的時間。
    5.依據太陽能電池板的功率,按照逆變效率70%和設備負載如果連續工作一晝夜的話。計算需要多大的蓄電池容量。
    6.如果負載為12V,功率為3W,每天工作24h,最長連續陰雨天為10天,兩個最長連續陰雨天的最短間隔天數為30天,太陽能組件的標準功率為20W,工作電壓為17V,工作電流為1.8A,蓄電池的浮充電壓為14V±1V。計算需要配置的太陽能電池方陣功率以及蓄電池的容量。
編號 負載/ 電壓/V 電流/A 功率/W
1        
2        
3        
4        
5        
6        
7        
8        
    7.試驗完畢,應該關閉“總開關”,卸下電纜線插頭,合上實驗箱。

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