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太阳能光伏发电照明系统设计

作者:宝运莱    发布时间:2020-08-07 05:24    

  太阳能光伏发电照明系统设计_电子/电路_工程科技_专业资料。介绍太阳能光伏发电原理在高校图书馆的应用。

  太阳能光伏发电照明系统设计 (环境与城市建设学院 安全工程 01 班) 摘 要:本文简要分析在高校自习室或其他大型公共照明的地方。简要介绍太阳能 电池组件的选择, 对蓄电池实现分支同时均分充管理, 提高太阳能的利用率和系统 的寿命。太阳能光伏发电系统的效率优化。 关键词:太阳能光伏发电;LED 照明;分只同时均充;PLC; (1) 太阳能光伏发电的基本原理:利用 太阳光辐射能作用于半导体板,当 0 引言 太阳光入射能量大于半导体板的导 带底与价带顶之间能量差事,板里 的电子从价带激发到导带,一个个 绿色能源和可持续发展问题是人类发展 光生电子——空穴对载流子,并随 面临的重大课题。 开发新能源及对现有能源 即被半导体板里原处于平衡状态的 的充分利用受到社会的普遍关注。在中国, P—N 结势垒电场作用,电子——空 照明所消耗的电能占全国用电总量的 12% 穴对被分离,扩散, 电子留在 N 区, 左右,在能源消耗中电能占有很大的份额 空穴留在 P 区,在不断的激发,分 【1】 。作为一种取之不尽、用之不竭,安全环 离, 扩散的过程中, P——N 结两 在 保的能源备受亲睐.太阳能光伏发电与 LED 侧分别积累了大量空穴和电子,形 照明的结合应用将是能源和环保主题中的 成强大的势垒电势,即光生电势。 一大亮点。 这就是将太阳能转化为电能的总过 【 】 程 2。 其基本原理系统框图如图 1 所示[3]。 1 太阳能光伏发电照明系统 太阳能光伏发电照明系统主要由太阳能 电池方阵,控制器,蓄电池和灯具等。 太阳能 电池板 DC\DC 转 换模块 蓄 电 池 LED 灯具 PLC 图 1 照明系统框图 (2) PLE 的基本作用是为蓄电池提供最 佳的充电电流和充电电压。实现快 捷、平稳、高效充电,并在充电过 程中减少损耗,尽量延长蓄电池的 寿命,同时防止蓄电池过充电和过 放电。 (3) DC\DC 转换模块将为蓄电池输出非 稳定电压转换成稳定的直流电压, 对蓄电池组分只同时均衡充电,是 蓄电池组储存能量。 传统的充电方法是把蓄电池串联起 来,统一充电。这种充电方法没有 考虑到分只蓄电池之间的内阻、容 量、化学特性的差异,易使蓄电池 组中一些产生过充放电,是电池性 能下降,从而导致整组蓄电池性能 急剧下降。为此,采用一种新型的 蓄电池充电方法——分只同时均充 法,充电原理如图 2 所示。首先, 太阳能电池板的输出电压经过各均 RS-23 2 总线 控制模块 充模块对各只蓄电池均衡充电,同 时管理系统对各只蓄电池进行实时 电压检测。若发现某蓄电池达到充 电满值电压时,由 PLC 发出指令, 立即停止对该只蓄电池的充电,其 余未充满的各只蓄电池继续均衡充 电,直至所有蓄电池都充满未止。 蓄电池分只同时均充法既保证了蓄 电池组中每只蓄电池均能充满,又 能保证每只电池不会发生过充电及 过发电情况,提高了蓄电池组容量 的有效利用率及每只蓄电池的使用 寿命。 太阳能电 池板 均充模块 据充模块 据充模块 图 2 据充模式原理图 (4) 蓄电池。在光伏发电系统中,蓄电 池对系统产生的电能起着存储和调 节作用。高校的教室、自习室、及 其他的公共照明的场所,无论是晚 上,还是连续的阴雨天气都需要保 证连续稳定的供电.此时就需要蓄 电池作为介质来解决这个问题.蓄 电池能将电能转化化学能储存起来, 需要时再把化学能转化为电能释放 出来供负载在使用。 选用原则:保证在两个连续阴雨天 之间的最短间隔天数内的发电量, 不进攻负载使用,还需要补充蓄电 池在最长连续阴雨天内所消耗的电 量。 [4] 蓄电池的安装容量计算公式如下 : 蓄电池安装容量(Ah)=负载工作电 流()×(工作时数/天)×(连续 阴雨天数+1)/蓄电池有效效率 下面是光伏应用系统常用蓄电池技 [5] 术对比的研究结果,如表 1 所示 。 表 1 光伏照明系统常用的蓄电池对比结果 蓄电池种 类 镍镉蓄电 池 Vdc/V Wh/kg 价格/ 元 ( /Wh) 1.4~1.8 自放电/% 月) 15%~30% 容量计算 循环寿命 /次数 500 备注 1.2 50 67%~75% 有记忆效 应,充放 电控制电 路简单 充放电控 制电路简 单 防止过充 电,过放 电 防止过充 电,过放 电 镍氢蓄电 池 锂蓄电池 1.2 60 2.4~2.6 25%~35% 55%~65% 700 3.6 100 4.0~4.5 2%~5% 95% 1000 小型阀控 密封铅酸 蓄电池 2.0 30 0.6~0.8 5% 90% 400 综合考量,根据其性价比与环境保 护,采用锂蓄电池较为理想。 (5) 灯具。光源发展历史为:白炽灯 ? 表 2 各类灯具总效率对照 使用光源 光源光效/Lm/W 电源效率/% 有效光照效率% 灯具取光效率/% 寿命/h LED 90 90 90 90 50000 直管型荧光灯 ? 高校电子节能灯 ? LED 灯。各类灯具如表 2 所示。 荧光灯 80 85 60 60 2000 普通灯泡 20 10 60 60 200 综合各种灯具的实际效率为: LED:90×0.90×0.90×0.90=65.61 Lm/W; 荧光灯计算: 80×0.85×0.60 ×0.60=24.5 Lm/W;普通灯泡:20 ×0.10×0.60×0.60=7.2 Lm/W。可 见,LED 灯具时一般荧光灯的 2.6 【6】 倍, 是普通灯泡的 9 倍 。 并且 LED 具有节能环保、体积小、显色性高 (能为自习或其他照明场所营造一 个更加舒适的视觉环境)等特点。 因此,采用 LED 作为灯具较为理想。 (6) 太阳能电池的选择。目前世界上应 用最广泛的太阳能电池,是单晶硅 电池、多晶硅电池、薄膜太阳能电 池等 3 种光伏产品。单晶硅电池, 是建立在高质量单晶硅材料和相关 加工处理工艺基础上的,它的转换 效率高技术也最为成熟。多晶硅电 池与单晶硅相比由于所使用的硅远 比单晶硅少,其成本远低于单晶硅 电池,因此有独特的优势。但由于 它存在的晶粒界面和晶格错位的明 显缺陷,造成多晶硅的光电转换效 率一直无法突破 20%, 低于单晶硅电 池。面薄膜太阳能电池则是另一种 光伏发电方式。目前,薄膜电池主 表 3 三种太阳能电池效率对比 电池类型 单晶硅电池 要有硅基薄膜电池、化合物半导体 薄膜电池、燃料敏化 TiO2 电池。3 种电池转换效率如表 3 所示。 多晶硅电池 薄膜电池 转换效率(%) 15~21 10~18 8~13 高校图书馆或其他照明场所如果是平顶的 楼顶的面积都比较大,例如衢州学 院的图书馆,有效使用面积就达 2 1500Km 以上,不缺太阳能电池组件 的摆放面积。应此,建议使用较为 经济多晶硅电池,作为太阳能发电 【7】 板阵列 。 使用效率。 3 总结 太阳能作为清洁并且取之不尽用之 不竭的能源和 LED 新型节能灯具, 再加上科 学技术的发展, 太阳能光伏发电照明系统必 将广泛运用。 [参考文献] [1]王长贵, 王斯成.太阳能光伏发电应用技 术[M].化学工业出版社,2005.9~22. [2]刘洋洋.绿色生态住宅小区太阳能光伏 发 电 系 统 的 应 用 刍 议 [J]. 科 技 风,2011.225. [3]余发平.LED 光伏照明系统优化设计[D]. 合肥:合肥工业大学,2006(5)5~48. [4]刘慧萍, 刘慧雯.太阳能光伏发电路灯照 明 工 程 设 计 方 法 探 析 .[J]. 新 能 源 与 环 境,2009(12). [5]Deo Prasad,designing With solar Power Images Publishing.Dist A/C.2006. [6]冯忠,张玉珍.研发楼太阳能光伏发电 -LED 照明系统构想[J].有色冶金设计与研 究,2009,30(5). [7]闫智勇,马晓丽,闫智广.高校图书馆太 阳能光伏照明系统应用与研究[J].深圳职 业技术学院报,2010,33(5). [8]Robert Foster,Majid Gharssemi,Alma Cote.Solar Energy Renewable Energy And The Environment[M].人民邮电出版社, 2007 (1).116~117. 2 太阳能光伏发电照明系统 的效率优化 (1) 提高光伏组件的发电效率 目前硅太阳能电池的较为理想转换 效率的上限值为 33%左右, 而其材料 效率的提升空间相当有限,因此将 光伏组件性能充分利用是大有可为 的。首先,应选择最佳倾角,同城 [8] 该倾角值为当地的纬度值 。其次, 在电池片受光面增加增透膜,在其 背光面涂上增反膜,提高光能使用 效率。最后,每年用湿毛巾擦拭受 光面,提高光线) 采用具有 UPS 功能的并网光伏系统 这样做的优点。首先,对于特殊情 况蓄电池不能完全供给电量,而又 要保证有电。并网后能保证持续稳 定供电。其次,将多余的电输送市 电,这样不仅提高电能的利用率, 还可以增加收益。最后,市电还可 以自动给蓄电池充电,保证蓄电池 长期处于浮充状态,延长蓄电池的 A Desige Of Solar Photovoltaic Power Generation


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