[发明专利]一种太阳能光伏发电系统电路及其容量设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能光伏发电系统电路及其容量设计方法，属于新能源发电技术领域。

背景技术

随着化石能源迅速消耗，以及由此带来的能源危机与环境污染日益加剧，近年来世界各国都在积极寻找和开发新的、清洁的可再生能源。太阳能具有取之不尽、用之不竭和清洁安全等特点，是理想的可再生能源。太阳能光伏发电对缓解能源危机和减少环境污染具有重要的意义，并具有广阔的应用前景。

带蓄电池作为储能单元的太阳能光伏发电系统一般可由太阳能电池、蓄电池、单向变换器、双向变换器和直流负载组成。由于蓄电池的引入，系统过载所需的能量可由蓄电池放电来提供，太阳能电池的功率等级只需按照系统额定功率进行配置，从而降低系统费用。目前工程实践中，很多企业在实际配置设计太阳能光伏发电系统的容量时，一般按照工程经验设计，而不是根据实际应用情况来进行，这一方面可能导致系统容量配置不合理造成资源的浪费，另一方面可能导致系统在某些时候因容量不足而不能正常工作。

发明内容

针对现有技术中太阳能光伏发电系统电路存在的上述问题，本发明提供一种太阳能光伏发电系统电路及其容量设计方法。 

本发明的技术方案是：

一种太阳能光伏发电系统电路，包括太阳能电池阵列、蓄电池组、负载、单向变换器、双向变换器、直流母线；太阳能电池阵列通过单向变换器输出至直流母线，蓄电池组通过双向变换器连接到至直流母线，负载接在直流母线上。

进一步，所述太阳能电池阵列作为供电单元，所述蓄电池组作为储能单元，所述负载作为用电单元。

进一步，所述太阳能电池阵列与蓄电池组的串并联数不必满足严格的匹配关系，可根据电路结构和功率容量选择。

进一步，所述蓄电池组的充放电共用一个双向变换器，同时通过双向变换器控制蓄电池充放电电流。

进一步，所述太阳能电池阵列的倾角Ф为37°。

一种太阳能光伏发电系统电路的容量设计方法，包括所述太阳能电池阵列的容量设计方法和所述蓄电池的容量设计方法，该方法根据太阳能电池阵列所处的包括地理位置、太阳辐射能、气候和气象的具体环境条件以及负载的使用要求进行设计；

（1）太阳能电池阵列的容量设计方法：根据不同季节的负载用电需要，确定太阳能电池阵列倾角；确定日平均太阳辐射量；考虑太阳能电池阵列安装倾角，引入斜面修正系数，确定太阳能电池阵列斜面的日平均太阳辐射量；将日平均辐射量转换为标准光强下的日平均辐射时数；根据负载日耗电量和单向变换器的效率，确定每天需要太阳能电池阵列提供的能量；考虑太阳能电池组件组合、衰减、灰尘、充电效率等引起的损失，引入太阳电池组件修正系数，得出系统所需要的电池组件输出峰值功率。

（2）蓄电池的容量设计方法：按照工程设计经验公式计算系统所需要的蓄电池容量：

式中：C_B为蓄电池容量；E_LBd为负载每天由蓄电池的供电量；N_d为连续阴雨天数；R_B为蓄电池放电效率的修正系数；U_B为蓄电池额定电压；η_Boost为双向变换器效率；F_D为蓄电池的放电深度；L_B为蓄电池的维修保养率。

进一步，所述E_LBd取3500Wh；N_d取8天；R_B取1.05；U_B取48V；η_Boost取95％；F_D取0.75；L_B取0.9。

本发明的有益效果是：

（1）太阳能电池阵列与蓄电池组的串并联数不必满足严格的匹配关系，可以根据电路结构和功率容量灵活选择与设计；

（2）双向变换器的高压端与直流母线并联，而直流母线的电压稳定，因此可以优化设计双向变换器；

（3）由于蓄电池组的引入，系统过载所需的能量可由蓄电池放电来提供，太阳能电池的功率等级只需按照系统额定功率进行配置，从而降低系统费用；

（4）系统结构较简单，蓄电池充放电共用一个双向变换器来实现，可减轻系统的重量，同时通过双向变换器还可以控制蓄电池充放电电流，保护蓄电池不受损坏。

附图说明