离网型光伏发电系统设计方案

离网型光伏发电系统中太阳能组件及蓄电池容量的设计

关键词：离网型光伏发电系统 连续阴雨天间隔系数 充满时间

文章摘要：

本文统过引入连续阴雨天间隔系数和充满时间两个概念，希望能更科学

的确定离网型光伏发电系统中太阳能组件和蓄电池的容量。

在进行离网型光伏发电系统设计的过程中，必不可少的一个环节就是太

阳能组件及蓄电池容量的设计，包括太阳能组件的容量设计和太阳能组件

的串并联设计以及蓄电池容量和蓄电池串并联的设计。本文较详细介绍了

独立系统的太阳能组件及蓄电池的设计过程，加入了地区阴雨天间隔天数

对太阳能组件和蓄电池容量的影响。此文中如无特殊说明，所指太阳能组

件均为晶硅组件，所指蓄电池均为免维护蓄电池。

在以往的设计中，往往较少考虑连续阴雨天间隔系数（某地两个连续阴

雨天之间的最短间隔天数与蓄电池充满时间之间的系数）的问题，导致系

统年失电率很高；另外一个问题是，选用的日照时数经常以平均数为依据，

这样也选择性导致了失电率偏高的问题。 针对各地区连续阴雨天间隔系数

的不同，导致的系统不稳定现象，希望通过本文的介绍，给大家提供一种

参考方法，能够更科学的确定太阳能组件的功率和蓄电池的容量，以设计

出更合理的离网型光伏发电系统。

一、系统设计需要参数

系统设计中主要用到的几个参量有负载功率（W）、负载每天连续工作时间(H)、系统使用地区最低有效日照时数(A)、当地最长连续阴雨天数(D)、当地连续阴雨天间隔系数（B）。在考虑以上主要参数的前提下，还需要考虑系统综合效率，离网型光伏发电系统的综合效率主要考虑组件匹配损耗、太阳能辐射损耗、系统偏离最大功率点损耗、太阳能组件衰减损耗、电缆损耗、倾角及朝向损耗、控制系统损耗、蓄电池衰减损耗、其他因素损耗对太阳能组件的影响，通过计算得知，系统综合效率约为73%。

二、主要参考依据

系统设计过程中 ，需要充分考虑系统所在地区的气象数据，此设计主要参考NASA官网和中国气象数据共享服务网提供的数据，并结合以往设计经验得到。NASA数据如下（两种角度日照强度数据）： 时间 1月 2月 2月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 平均

离⽹型光伏发电系统设计⽅案

⼀、系统基本原理 离⽹型光伏发电系统⼴泛应⽤于偏僻⼭区、⽆电区、海岛、通讯基站和路灯等应⽤场所。系统⼀般由太阳电池组件组成的光伏⽅阵、太阳能充放电控制器、蓄电池组、离⽹型逆变器、直流负载和交流负载等构成。光伏⽅阵在有光照的情况下将太阳能转换为电能，通过太阳能充放电控制器给负载供电，同时给蓄电池组充电；在⽆光照时，通过太阳能充放电控制器由蓄电池组给直流负载供电，同时蓄电池还要直接给独⽴逆变器供电，通过独⽴逆变器逆变成交流电，给交流负载供电。

图1 离⽹型光伏发电系统⽰意图

(1)太阳电池组件

太阳电池组件是太阳能供电系统中的主要部分，也是太阳能供电系统中价值最⾼的部件，其作⽤是将太阳的辐射能量转换为直流电能；(2)太阳能充放电控制器

也称“光伏控制器”，其作⽤是对太阳能电池组件所发的电能进⾏调节和控制，最⼤限度地对蓄电池进⾏充电，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作⽤。在温差较⼤的地⽅，光伏控制器应具备温度补偿的功能。(3)蓄电池组

其主要任务是贮能，以便在夜间或阴⾬天保证负载⽤电。(4)离⽹型逆变器

离⽹发电系统的核⼼部件，负责把直流电转换为交流电，供交流负荷使⽤。为了提⾼光伏发电系统的整体性能，保证电站的长期稳定运⾏，逆变器的性能指标⾮常重要。

⼆、主要组成部件介绍2.1太阳电池组件介绍

图2 硅太阳电池组件结构图 太阳电池组件是将太阳光能直接转变为直流电能的阳光发电装置。根据⽤户对功率和电压的不同要求，制成太阳电池组件单个使⽤，也可以数个太阳电池组件经过串联（以满⾜电压要求）和并联（以满⾜电流要求），形成供电阵列提供更⼤的电功率。太阳电池组件具有⾼⾯积⽐功率，长寿命和⾼可靠性的特点，在20年使⽤期限内，输出功率下降⼀般不超过20%。

图3太阳电池伏安特性 ⼀般来说，太阳电池的发电量随着⽇照强度的增加⽽按⽐例增加。随着组件表⾯的温度升⾼⽽略有下降。太阳电池组件的峰值功率Wp是指在⽇照强度为1000W/M2,AM为1.5，组件表⾯温度为25℃时的Imax*Umax的值（如上图所⽰）。

分布式光伏发电系统设计方案

1

分布式光伏发电系统

设

计

方

案

编 制 人：

审 核 人：

批 准 人：

20 年 月 分布式光伏发电系统设计方案

2

目 录

1 工程概述 ............................................................................................................................... 3

1.1 工程名称 .................................................................................................................... 3

1.2 地理简介 .................................................................................................................... 3

1.3 气象资料 .................................................................................................................... 3

2 太阳能并网发电系统介绍 ................................................................................................... 4

2.1 太阳能并网发电系统工作原理 ................................................................................ 4

第40卷第3期2019年9月山东通信技术Shandong Communication TechnologyV〇1.40 No.3Sep. 2019

离网型光伏发电系统控制策略研究

徐启超

(中国移动山东公司威海分公司，威海264200 >

摘要：本文介绍了太阳能电池板逐日系统应用背景，对比传统单个控制器存在的缺陷，选择合适的跟踪算法，并采用软

件进行编写和调测，将EtherCAT总线应用到控制系统中，实现了太阳能电池板的群控。

关键词：光伏发电逐日跟踪控制EtherCAT总线

1 引言

利用太阳能资源的关键是提高太阳能电池采集

太阳能的效率。太阳能电池板接受太阳直射，可以得

到最大光照强度，进而最大限度地采集太阳能。单控

制器操控太阳能电池板是目前常使用的方式，存在设

备利用率低、维护困难等缺点。本文利用EtherCAT

总线方式，集成多台控制器实现对电池板的控制，较

大程度上提高了太阳能的利用率。

2逐日跟踪控制算法选择

太阳能电池的工作原理是由于太阳能板放置的

角度不同，太阳能转化为电能的器件所产生的光辐射

能就有差异，产生的电能就不同。所以，为了提高总

的电能产量，让太阳能电池板自动跟随太阳方位的变

化而变化。较之并网光伏发电系统，本文采用的是不

与电网相连的独立光伏发电系统，主要依靠太阳能电

池组供电，多应用在偏远的农村、山区及特殊场所。

地球的公转轨迹是一个椭圆形，因此地球与太阳

的距离在一年之中是不断变化的。如图1所示的地平坐标系中，若想定位天球上的任意一点，只要知道

高度角和方位角即可。太阳高度角的定义是地球上

观测点同太阳中心连线与地平面的夹角。方位角指

太阳光线在地面上的投影与当地经线的夹角。

逐日跟踪控制的算法精度取决于所选择的天文

算法。本文首先对天文算法进行比较，选择出精度最

高的天文算法。太阳高度角和方位角的计算公式如

下：sina = sin <5 sin + cos S cos (j> cos co (丨）