太阳能电池方阵

地面应用的独立太阳能电池发电系统,方阵表面总是向着赤道方向相对地面倾斜安装的。倾角不同时各个月份方阵面上接收的太阳辐射量差别很大。因此,确定方阵的最佳倾角是太阳能电池发电系统设计中不可缺少的重要环节。

利用太阳能一般总希望接收到的太阳辐射量最多,所以多取方阵的倾角等于当地的纬度,但这样在夏天方阵发电量往往过盈而造成浪费,冬天则因发电量不足而形成蓄电池欠充。目前较普遍的观点认为:所取方阵倾角应使全年辐射量最弱的月份能得到最大的太阳辐射量,因此推荐方阵倾角在当地纬度的基础上再增加150~200。国外有的设计手册提出设计月份以最小的12月(北半球)或6月(南半球)作为依据。但这样会使夏季削弱过多而导致方阵全年得到的太阳辐射量偏小。

方阵倾角的选择应结合以下要求综合考虑：

（1）连续性

一年中太阳辐射总量大体上是逐月连续变化的,通常可由气象资料查得某个地点的各月水平辐射总量(应取10a以上数据的平均值),据此可将水平辐射量较大的连续六个月称“夏半年”,较小的连续六个月称“冬半年”。新疆所处的地理位置“夏半年”多数为4一9月,“冬半年”多为10月到次年3月。若以H1和H2分别表示“夏半年”和“冬半年”方阵面上接收到的平均日辐射量,则相应于不同的倾角,H1和H2值均不一样,在水平面上一般总有H1>H2。

（2）均匀性

选择倾角时,最好能使方阵面上全年接收到的平均日辐射量比较均匀,比较接近,以免造成夏天较大的浪费。

（3）极大性

选择倾角时,还应尽量使方阵面上“冬半年”的平均日辐射量达到最大值,但不一定要使水平辐射量最弱的月份得到最大的辐射量,同时兼顾到全年平均日辐射不能太小。

光伏电站异常、故障及发生非计划孤岛时,光伏电站继电保护和安全自动装置应能够正确动作,保证电网的安全运行,确保维修人员和公众人身安全。

在电网发生故障或电压、频率等异常时,光伏电站继电保护和安全自动装置应能够正确动作,保障公众人身、电网和电站设备安全。

光伏电站继电保护和安全自动装置包括逆变器保护、并网断路器保护、升压变压器保护、故障解列、逆功率保护。

设计太阳能电池方阵需要当地的气象资料,尤其是当地最近10~20年太阳能年平均辐射量。最好能够获得逐月的太阳能总辐射量。太阳能电池方阵的安装方式往往是垂直于太阳光的,有换算的问题。

针对冬季太阳能辐射量较少的特点,固定太阳能电池方阵的最佳倾角是其所在地纬度加5一10度。但如果某地夏季雨量较多,太阳辐射量最小月出现在夏季,则固定太阳能电池方阵的最佳倾角是纬度减5一or度。对于季节性负载,应考虑使负载用电期间的方阵辐射量为最大值时的倾角为最佳。如太阳能水泵灌溉系统,就应该考虑夏季为最大用电量,方阵倾角应小于当地的纬度。为了能够充分利用太阳能资源,最好能将方阵支架设计为倾角可以调节的方式。

太阳能电池方阵方阵的串联数的确定:

根据蓄电池组 的电压决定太阳能电池组串联的数量,如果太阳能电池组串联数量太少,太阳能电池方阵输出电压太低,不能满足蓄电池组正常充电的需要,太阳能电池组只有输出电压而没有输出电流。增加太阳能电池组的串联数使方阵I一V曲线的最佳工作点与蓄电池组的浮充电压相近,这时方阵能够得到最大的功率输出,随着蓄电池组容量的逐渐充满,端电压也逐渐升高,充电电流趋向减小,这不是最理想的运行方式,考虑太阳能电池组输出电压随着温度的升高具有负特性,通常设计组件串联数时留有一定的余量。温度每升高1℃时硅太阳能电池的开路电压将下降.04%,填充因子也将随着温度的升高而减小,输出功率也将减少.04%一.05%。除此以外还要考虑防反充二极管和连接导线的电压降。

太阳能电池方阵太阳能电池方阵并联数的确定:

方阵并联数主要取决于负载每天的总耗电量、当地年平均峰值日照时数、蓄电池组充电效率、方阵表面尘污遮蔽或组件老化引起的修正系数和方阵组合损失等因素。所计算的方阵最佳电流为总的蓄电池充电电流,除以每个串联子方阵的最佳工作电流就是方阵的并联数。考虑每年中最小月的太阳能总辐射量低于年平均太阳辐射量,因此通常采用进位法取整数值。将串联数、并联数和每个组件功率相乘,即为太阳能方阵总功率。

太阳能电池方阵太阳能方阵之间距离的设计:

方阵的间距主要考虑冬季时太阳高度较低,后排方阵容易被前排遮挡,影响其输出功率,所以,只要保证冬季不被遮挡,其他时间就不存在问题。即将实施的独立光伏系统技术规范规定,为了确保在日出后或日落前3小时在冬至日后排方阵不被前排方阵遮挡,即保证全年每天中当地时间的上午9时至下午3时之间光伏组件无阴影遮挡。以某地纬度35“为例,前后排距离应该是前排高度的1.8倍。这是一年中冬至日的极端情况,实际应用时考虑方阵场地的限制及光伏电站的投资成本可适当放松。

太阳能电池方阵安装注意事项：

我国地处北半球,组件方阵的采光面应朝南放置,并与太阳光线垂直。在施工时最好使用指南针进行定位,确保其准确性。太阳能电池组件在安装时要轻拿轻放,严禁碰撞、敲击,尤其背面的TpT防止划伤和划破,以免影响其性能,缩短其寿命。太阳能电池方阵表面应经常保持清洁,如有灰尘或其他污物应用清水冲洗,尤其是鸟粪。沙尘暴和雪后应及时清扫。方阵支架应可靠接地,光伏发电系统如果安装在高山上或开阔地带,应安装避雷针以防雷击。并分别测量其接地电阻是否符合规定要求。太阳能电池串联后开路电压超过11ov时,在安装时最好做好绝缘措施,防止发生触电事故。

太阳能光伏发电系统主要是由太阳能电池方阵、控制器、蓄电池组、逆变器等设备组成，其各部分设备的作用是：

(1)太阳能电池方阵。太阳电池方阵由太阳电池组合板和方阵支架组成。因为单个太阳电池的电压一般比较低，所以通常都要把它们串、并联构成有实用价值的太阳电池板，作为一个应用单元，然后根据供电要求，再由多个应用单元的串、并联组成太阳能电池方阵。太阳能电池板(某些半导体材料，主要是多晶硅、单晶硅以及非晶硅，经过一定工艺组装起来)是太阳能光伏系统中的最主要组成部分，也是太阳能光伏发电系统中价值最高的部分。太阳能电池板在有光照情况下，电池吸收光能，电池两端出现异号电荷的积累，即产生“光生电压”，这就是“光电效应”。在光电效应的作用下，太阳能电池的两端产生电动势，将光能转换成电能，它是能量转换的器件。

(2)蓄电池组。其作用是贮存太阳能电池方阵受光照时发出的电能并可随时向负载供电。在太阳能并网发电系统中，可不加蓄电池组。

(3)控制器。对电能进行调节和控制的装置。

(4)逆变器。是将太阳能电池方阵和蓄电池提供的直流电转换成交流电的设备，是光伏并网发电系统的关键部件。由于太阳能电池和蓄电池是直流电源，当负载是交流负载时，逆变器是必不可少的。逆变器按运行方式，可分为独立运行逆变器和并网逆变器。独立运行逆变器用于独立运行的太阳能电池发电系统，为独立负载供电。并网逆变器用于并网运行的太阳能电池发电系统，本文主要介绍太阳能光伏并网发电系统[1]。并网逆变器由igbt等功率开关器件构成，控制电路使开关元件有一定规律的连续开通或关断，使输出电压极性正负交替，将直流输入转换为交流输出。逆变器按输出波型可分为方波逆变器和正弦波逆变器。方波逆变器电路简单，造价低，但谐波分量大，一般用于几百瓦以下和对谐波要求不高的系统。正弦波逆变器成本高，但可以适用于各种负载。

通过聚光型或非聚光型太阳能光催化反应器，组成太阳能电池方阵，将太阳能转化为电能的工程技术。