太陽能電池光伏系統(tǒng)直接負(fù)載特性實驗說明

一、太陽能電池光伏系統(tǒng)實訓(xùn)裝置,太陽能電池光伏系統(tǒng)實訓(xùn)臺實驗?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)實訓(xùn)裝置,太陽能電池光伏系統(tǒng)實訓(xùn)臺實驗設(shè)備：

序號 名      稱 備      注

1 MY-PV18 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)實驗實訓(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)實訓(xùn)裝置,太陽能電池光伏系統(tǒng)實訓(xùn)臺實驗原理：
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)不可缺少的儲能部件。其主要功能是當(dāng)日照量減少或夜間不發(fā)電時補充負(fù)荷要求的功率。此外，防火型系統(tǒng)在交流停電時將獨立發(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，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、價格、尺寸、重量、使用壽命、維護方便、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，因為它的壽命較長，其中金屬外殼鉛蓄電池其壽命可達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 獨立型同上（小型設(shè)備）放電深度為50%時為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 需要獨立電源用大型通訊設(shè)備放電深度為50%時為1000

其它汽車用鉛蓄電池 — 4～5年 21～760 需要聯(lián)系型獨立型公園燈路燈放電深度為50%時為300

放電深度（%）
各種鉛蓄電池的期望壽命特性
圖1
蓄電池組容量計算
蓄電池的儲能作用對保護連續(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給：在超過用電需要月份，靠蓄電池將多余的電能存儲起來，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，蓄電池的容量計算公式為：
Bc=KQ_LN_LT_O/Cc(Ah)
式中：K為安全系數(shù)，取1.1～1.4；Q_L為負(fù)載日平均耗電量，即等于工作電流乘以日工作小時數(shù)；N_L為最長連續(xù)陰雨天數(shù)；T_O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
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，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，充電電流也不會有明顯的增加。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，才能達到最佳的充電狀態(tài)。
計算方法如下：
Ns=U_R/U_DC=（Uf+UD+Uc）/U_DC
式中：U_R為太陽能電池方陣輸出最小電壓；U_DC為太陽能電池組件的最佳工作電壓；Uf為蓄電池充電壓；U_D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)的電池數(shù)。
太陽能電池組件并聯(lián)數(shù)量NP
在確定這個問題之前，先確定其相關(guān)的計算方法。
1.將太陽能電池方陣安裝地點的太陽能日輻射景H，轉(zhuǎn)換成在標(biāo)準(zhǔn)光強下的平均日輻射時數(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（1000W/m²）下的平均日輻射時數(shù)的系數(shù)。
2.太陽能電池組件日發(fā)電量Q_P：
Q_P=I_OCHK_OPC₇（Ah）
式中：I_OC為太陽能電池組件最佳工作電流，K_OP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）。
主要考慮要在此時間內(nèi)將虧損的蓄電池電量補充起來，需要補充的蓄電池電池容量為：
Bcb=KQ_LN_L(Ah)
Q_L=P/V_L×N
太陽能電池組件并聯(lián)數(shù)NP計算方法：
N_P=（Bcb+N_WQ_L）/（Q_PN_D）
表達式意為：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=P_ON_SN_P（W）
式中：P_O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

實際運用中，光伏電池常常是與蓄電池混合供電的。這個溫和供電系統(tǒng)可等效為一個光伏電池帶負(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、實驗步驟：
    1.在面板上的太陽能光伏實驗區(qū)按實驗需求把電壓表、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“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，計算充滿設(shè)備蓄電池電量的時間。
    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.試驗完畢，應(yīng)該關(guān)閉“總開關(guān)”，卸下電纜線插頭，合上實驗箱。

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序號	名稱	備注
1	MY-PV18 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)實驗實訓(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

種類	形式		壽命（在25℃條件下浮充電）	容量范圍（Ah）	補充液體	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	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%時為1000
	密封型鉛蓄電池	長壽命型	12～15年	15～300		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%時為1000
	同上（小型）	標(biāo)準(zhǔn)型	3～5年	0.7～144		獨立型	同上（小型設(shè)備）	放電深度為50%時為500～700
	同上（小型）	長壽命型	5～6年	50～130		獨立型	同上（小型設(shè)備）	放電深度為50%時為500～700
金屬外殼型	太陽能發(fā)電專用	標(biāo)準(zhǔn)	—	50～300	需要	獨立電源用	大型通訊設(shè)備	放電深度為50%時為1000
其它	汽車用鉛蓄電池	—	4～5年	21～760	需要	聯(lián)系型獨立型	公園燈路燈	放電深度為50%時為300

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

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太陽能電池光伏系統(tǒng)直接負(fù)載特性實驗說明

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