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太陽能電池光伏系統(tǒng)直接負(fù)載特性實(shí)驗(yàn)說明

一、太陽能電池光伏系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)裝置,太陽能電池光伏系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)臺實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/strong>
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(tǒng)實(shí)訓(xùn)裝置,太陽能電池光伏系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)臺實(shí)驗(yàn)設(shè)備：
序號 名      稱 備      注
1 MY-PV18 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)裝置  
2 萬用表 自備
3 可調(diào)負(fù)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(tǒng)實(shí)訓(xùn)裝置,太陽能電池光伏系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)臺實(shí)驗(yàn)原理：
太陽能電池板對于不同的負(fù)載呈現(xiàn)出不同的外特性。
蓄電池是獨(dú)立型太陽能發(fā)電系統(tǒng)、防火型系統(tǒng)和聯(lián)系型系統(tǒng)不可缺少的儲(chǔ)能部件。其主要功能是當(dāng)日照量減少或夜間不發(fā)電時(shí)補(bǔ)充負(fù)荷要求的功率。此外，防火型系統(tǒng)在交流停電時(shí)將獨(dú)立發(fā)揮作用。一般系統(tǒng)中當(dāng)太陽能發(fā)電功率急劇下降時(shí)，蓄電池起到緩沖作用，保證電壓的穩(wěn)定。

太陽能發(fā)電系統(tǒng)對蓄電池的選擇是從電氣性能、價(jià)格、尺寸、重量、使用壽命、維護(hù)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(yīng)用最為廣范的還是鉛蓄電池。鉛蓄電池的品種和特征風(fēng)表1.
防火型系統(tǒng)和大廈建筑多用密封型鉛蓄電池，因?yàn)樗膲勖^長，其中金屬外殼鉛蓄電池其壽命可達(dá)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(bǔ)充液體 用途 應(yīng)用系統(tǒng)舉例 壽命）在25℃條件反復(fù)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(hù) 聯(lián)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(shí)為1000
長壽命型 12～15年 15～300
同上（小型） 標(biāo)準(zhǔn)型 3～5年 0.7～144 獨(dú)立型 同上（小型設(shè)備） 放電深度為50%時(shí)為500～700
長壽命型 5～6年 50～130
金屬外殼型 太陽能發(fā)電專用 標(biāo)準(zhǔn)  — 50～300 需要 獨(dú)立電源用 大型通訊設(shè)備 放電深度為50%時(shí)為1000
其它 汽車用鉛蓄電池 — 4～5年 21～760 需要 聯(lián)系型獨(dú)立型 公園燈路燈 放電深度為50%時(shí)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(jì)算
蓄電池的儲(chǔ)能作用對保護(hù)連續(xù)供電是十分重要的。在一年內(nèi)，光伏方陣發(fā)電量在各個(gè)月份有很大差別，方陣的發(fā)電量不能滿足用電需要的月份，要靠蓄電池的電能給予補(bǔ)給：在超過用電需要月份，靠蓄電池將多余的電能存儲(chǔ)起來，所以方陣發(fā)電量的不足和過剩值，是確定蓄電池容量的依據(jù)之一。同樣，連續(xù)陰雨天期間的負(fù)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(shù)之一。
因此，蓄電池的容量計(jì)算公式為：
Bc=KQLNLTO/Cc(Ah)
式中：K為安全系數(shù)，取1.1～1.4；QL為負(fù)載日平均耗電量，即等于工作電流乘以日工作小時(shí)數(shù)；NL為最長連續(xù)陰雨天數(shù)；TO為溫度修正系數(shù)，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(shè)計(jì)
太陽能組件串聯(lián)數(shù)Ns
將太陽能電池組件按一定數(shù)目串聯(lián)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(shí)，太陽能電池組件的串聯(lián)數(shù)必須適當(dāng)。如果串聯(lián)數(shù)太少，串聯(lián)電壓低于蓄電池浮充電壓，方陣就不能對蓄電池充電。當(dāng)串聯(lián)組件的輸出電壓遠(yuǎn)高于浮充電壓時(shí)，充電電流也不會(huì)有明顯的增加。因此，只有當(dāng)太陽能電池組件的串聯(lián)電壓等于合適的浮充電壓時(shí)，才能達(dá)到最佳的充電狀態(tài)。
計(jì)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(shù)引起的壓降。
蓄電池的浮充電和所選的蓄電池參數(shù)有關(guān)，應(yīng)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(lián)的電池?cái)?shù)。
太陽能電池組件并聯(lián)數(shù)量NP
在確定這個(gè)問題之前，先確定其相關(guān)的計(jì)算方法。
1.將太陽能電池方陣安裝地點(diǎn)的太陽能日輻射景H，轉(zhuǎn)換成在標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)下的平均日輻射時(shí)數(shù)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(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)（1000W/m2）下的平均日輻射時(shí)數(shù)的系數(shù)。
2.太陽能電池組件日發(fā)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(shù)（日照射量見表）；C7為修正系數(shù)，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(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)Nw（一般取Nw=30天）。
主要考慮要在此時(shí)間內(nèi)將虧損的蓄電池電量補(bǔ)充起來，需要補(bǔ)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(lián)數(shù)NP計(jì)算方法：
NP=（Bcb+NWQL）/（QPND）
表達(dá)式意為：并聯(lián)所用太陽能電池組件數(shù)是在連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)內(nèi)所發(fā)電量，不僅供負(fù)載耗電使用，還需補(bǔ)足蓄電池在最長連續(xù)陰雨天內(nèi)所虧損電量。
太陽能電池方陣的功率計(jì)算：
根據(jù)太陽能電池組件的串聯(lián)數(shù)，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(shù)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(shù)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(jì)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
海口 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(shí)際運(yùn)用中，光伏電池常常是與蓄電池混合供電的。這個(gè)溫和供電系統(tǒng)可等效為一個(gè)光伏電池帶負(fù)載，帶偏壓的電路，其等效電路的負(fù)載特性曲線如圖2～4所示：
 
圖2 光伏電池有負(fù)載、有偏壓時(shí)的等效電路

圖3 光伏電池有負(fù)載、有偏壓的伏安特性        圖4光伏電池有負(fù)載、有偏壓的蓄電池充滿電伏安特性
四、實(shí)驗(yàn)步驟：
    1.在面板上的太陽能光伏實(shí)驗(yàn)區(qū)按實(shí)驗(yàn)需求把電壓表、電流表按圖示連接。
連接過程中，注意“正”“負(fù)”極。
2.接通“總開關(guān)”，此時(shí)“總開關(guān)”指示燈亮，將設(shè)備正在測試相對應(yīng)的儀表開關(guān)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(tǒng)帶的直流風(fēng)機(jī)或LED照明燈接至輸出測試孔上并打開輸出開關(guān)（注意正負(fù)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(jù)太陽能電池板的充電電壓，計(jì)算充滿設(shè)備蓄電池電量的時(shí)間。
    5.依據(jù)太陽能電池板的功率，按照逆變效率70%和設(shè)備負(fù)載如果連續(xù)工作一晝夜的話。計(jì)算需要多大的蓄電池容量。
    6.如果負(fù)載為12V，功率為3W，每天工作24h，最長連續(xù)陰雨天為10天，兩個(gè)最長連續(xù)陰雨天的最短間隔天數(shù)為30天，太陽能組件的標(biāo)準(zhǔn)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(jì)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(fù)載/ 電壓/V 電流/A 功率/W
1        
2        
3        
4        
5        
6        
7        
8        
    7.試驗(yàn)完畢，應(yīng)該關(guān)閉“總開關(guān)”，卸下電纜線插頭，合上實(shí)驗(yàn)箱。

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