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一個好的小型戶用光伏發電系統

2019-03-22 16:42:32

一 引言

    自20世紀80年代以來,伴隨著太陽能的開發與利用,光伏產業成為世界上增比最快的高新技術產業之—,隨著世界各國對可再生能源的重視和太陽電池轉換效率的不斷提高,光伏發電產業正在以一日千里的速度迅猛發展,尤其對于那些居住分散,交通不便,很難通過延伸公共電網來解決用電問題的地區,都是太陽能發電系統巨大的潛在市場。

    然而,在一些小型用戶的光伏發電系統設計中,常存在這樣的一些問題:如為迎合造價低廉的要求,設汁容量明顯不足;盲目追求高可靠性,要求完全不能停電,大大增加了投資費用。蓄電池容量偏大,不但增加了投資,造成了浪費,還容易形成充電不足。本文根據小型戶用光伏發電系統的設計,對影響其發電系統的成本的主要因素進行了分析,在滿足負載覆蓋率的前提下,保證系統的優化和經濟性。

二 光伏發電系統成本分析

    光伏發電系統的壽命周期成本C為:

    C=Cs W?+Cbb    (1)式中:Cs為光伏組件的單價(元/kWh);W為太陽電池峰瓦數;Cb為蓄電池的單價;b為蓄電池的容量。

    系統的約束函數為:LOLH(w,b)=TK    (2)式中:TK為用戶允計的失電小時敉:LOLH(w,b)為在失電小時數為TK的情況下,太陽電池峰瓦數Wc和蓄電池總容量不b之間的關系。

    由上式可見,光伏發電系統的成本與光伏組件和蓄電池的容量有著線性的關系,并受失電小時數的約束。

三 成本影響因素分析

    1 蓄電池的容量

    在進行蓄電池容量設計時,通過綜合考慮光伏系統安裝地點的最大連續陰雨天數和負載允許的最大失電小時數來確定蓄電池的自給天數。此外蓄電池容量還與蓄電池的放電率和環境溫度有關。

    (1)蓄電池的放電率對容量的影響

    蓄電池的容量隨著放電率的降低相應增加。式中:S為蓄電池的平均放電率(h):D為自給天數,Pi為負載功中(w);Ti為負載工作時間(h);DOD為蓄電池的最大放電深度。

    由蓄電池放電率和工作溫度可查出容量修正系數  1。

    (2)環境溫度對蓄電池的影響

    蓄電池的容量:式中:Ld為一天累計和負載電量(kwh);D為自給天數,L為衰減率;N為電池個數;Vb為標稱蓄電池電壓(V),鉛酸蓄電池的場合為2Vt,  1為蓄電池電壓受放電率影響的容量修正系數。由于當蓄電池溫度下降時,蓄電池的容量會下降。其變化趨勢如圖3所示。

    受溫度的影響,蓄電池的最大放電深度為:

    DODb=DODx[1十a(t-25)]

    (5)式中:a為蓄電池溫度系數(1/℃)。蓄電池的容量可修正為:

    2 光伏組件的容量

    太陽電池組件容量的計算公式:式中:EL為一年中負載消耗的電量(所需電量)(kwh/年);Pas為標準狀態下(AM1.5,日照強度為1000W/m2,太陽電池單元溫度為25℃)的太陽電池陣列的輸出(A?h);  2為光伏組件的輸出效率;T為太陽電池組件的峰值小時數。太陽電池組件的峰值小時數的估算方法為T=I

四 實例計算與分析

    以內蒙古自治區蘇尼特右旗(北緯42度28分,東經112度57分)的一個光伏戶用系統為例,日耗電量約為2.0度,一年中允許的失電小時數為8小時,即負荷覆蓋率為98%。該地太陽能資源的氣象資料效據見表1。根據上表,可以計算出蘇尼特右旗的水平面的年平均輻照總量為1.59MWh/m2/yr。其安裝傾角采取一年調整兩次的方法,即4—9月份為30度,其它月份為60度。可得到傾斜安裝的光伏組件上的年平均輻照總量為2.0MWh/m2/yr。由±:該地在12月份的月平均日輻照最小,該光伏系統設計時,以此月為基礎用計算機進行了光伏組件技蓄電池容量的模擬設汁。

    此例中選用深放電的鉛酸蓄電池,即在25℃時放電深度為80%。根據該地的無日照時間和月平均最低溫度,可取蓄電池的自給天數為6天,由式(3)可得出放電小時率為59.5小時,由圖2可查得小時修正后的蓄電池容量為70%,由式(5)可得放電深度為61%。蓄電池的額定容量為200A.h,庫侖效率為86%。由圖4可知,發電系統的初始成本和總成本隨著蓄電池容量的增加而增加,蓄電池每增加6@200A.h,其總成本增加3%。蓄電池的放電深度隨容量的增加而減小。當蓄電池容量為72@200A.h時,在無日照6天后其放電深度約為60%,小于蓄電池的允許放電深度61%,蓄電池不會過放電。由式(6)計算出的蓄電池的容量也為72@200A.h,與圖4一致。

    從圖5可以看出,隨著光伏組件功率的增大,系統的總成本和發電量都隨之上升。光伏組件功率每增加0.lkW,總成本約增加3.7%,發電量約增加72%。

    由圖6可知,在用戶用電負荷不變的條件下,隨著月平均日輻照量的增加,光伏組件的容量下降,發電總成本相應地下降。當月平均日輻照量達到或超過3.8kW/m2/d時,所需的光伏組件的容量達到最小值0.9kW,發電成本也達到最低。

    系統的失電小時TK的不同決定了負荷覆蓋率的不同。圖7為系統在不同的負荷覆蓋率,即不同的失電小時TK下,光伏組件與蓄電池之間的變化關系。隨著負荷的覆蓋率的上升(失電小時數的減小),光伏組件和蓄電池的容量增加。通過圖7可知,在月平均輻照量最低的12月份,若要保證系統98%的負荷覆蓋率(失電小時數為8h/年),蓄電池為72@200A.h,光伏組件的容量為2.0kW。此值與通過式(7)汁算得出的光伏組件容量1.9kW相近。

五 小結

    一個好的小型戶用光伏發電系統不僅要成本低而且要負荷覆蓋率高,即失電小時要小。小型戶用光伏發電系統中,光伏組件每增加O.1kw,發電系統成本約增加37%,蓄電池容量每增加1200A.h,總成本約增加3%。所以根據光伏系統安裝地點的太陽能資源(如太陽月平均日輻照量、最大的無日照時間、一年中最低的溫度以及用戶允許的最大失小時數)合理地選擇光伏組件和蓄電池的容量,即可實現發電系統成本最低,并能保證系統運行的優化。


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