一种光伏发电系统的预估设计方法技术方案

本发明专利技术公开了光伏发电领域内的一种光伏发电系统的预估设计方法，步骤1，太阳电池组件的选型；步骤2，光伏系统方阵支架的选型；步骤3，逆变器的选型；步骤4，光伏系统方阵的串、并联设计，其中太阳电池组件的串联必须满足并网逆变器的直流输入电压要求，太阳电池组件并联必须满足并网逆变器输入功率的要求；步骤5，光伏系统阵列的布置；步骤6，光伏系统的模块化设计；步骤7，系统效率估算；步骤8，光伏系统的发电量的估算，这样根据实际情况计算出所需光伏材料的清单，并且能够合理分布配置光伏系统，简单明了，本发明专利技术可以用于光伏系统的设计。

【技术实现步骤摘要】
一种光伏发电系统的预估设计方法
本专利技术涉及一种光伏系统设计方法。
技术介绍
光伏发电系统是指无需通过热过程直接将光能转变为电能的发电系统。它的主要部件是太阳能电池、蓄电池、控制器和逆变器。其特点是可靠性高、使用寿命长、不污染环境、能独立发电又能并网运行。经过光伏行业的不断发展，大型集中式光伏电站的开发已经进入瓶颈阶段，分布式光伏电站、村级光伏电站、农光互补型光伏电站将会成为发展趋势，光伏电站将向着小型、微型电站发展。但是现有技术中，对于光伏发电系统的设计过程较为复杂，需要极为专业的人员进行设计，效率较低，费时费力，导致有有需求的个人或者村镇不能简易的根据实际情况初步规划所需光伏系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种光伏发电系统的预估设计方法，能够让有需求的个人或者村镇能够很方便的根据实际情况计算出所需光伏材料的清单，并且能够合理分布配置光伏系统。为实现上述目的，本专利技术提供了一种光伏发电系统的预估设计方法，步骤1，太阳电池组件的选型；步骤2，光伏系统方阵支架的选型；步骤3，逆变器的选型；步骤4，光伏系统方阵的串、并联设计，其中太阳电池组件的串联必须满足并网逆变器的直流输入电压要求，太阳电池组件并联必须满足并网逆变器输入功率的要求；步骤5，光伏系统阵列的布置；步骤6，光伏系统的模块化设计；步骤7，系统效率估算；步骤8，光伏系统的发电量的估算。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于，通过对太阳电池组件的选型，光伏系统方阵支架的选型、逆变器的选型、光伏系统方阵的串、并联的简单设计、光伏系统阵列的布置；光伏系统的模块化设计；系统效率估算和光伏系统的发电量的估算，能够很快的初步估算出光伏系统的基本情况，这样根据实际情况计算出所需光伏材料的清单，并且能够合理分布配置光伏系统，简单明了，本专利技术可以用于光伏系统的设计。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤1的具体内容如下：步骤1.1，太阳电池有以下几种类型：单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅电池、碲化镉电池、铜铟镓硒电池，通过对制造技术、产品性能、使用寿命、光电转化效率的对比初步选定单晶硅、多晶硅电池；步骤1.2，再对单晶硅和多晶硅的电气性能进行对比，同样尺寸的光伏组件，晶体硅与晶体硅组件标称峰值功率参数差别小；同样的可利用面积，单晶硅与多晶硅相比，组件装机容量差别也很小，故太阳电池组件可选用单晶硅或者多晶硅电池；步骤1.3，在土地资源有限的情况下，选用单位面积容量大的光伏组件，降低光伏组件安装数量。这样可以充分晶体硅电池制造技术成熟、产品性能稳定、使用寿命长、光电转化效率相对较高的特点，有效提高光伏组件装机容量；而由于薄膜光伏组件相对晶体硅光伏组件而言，光伏组件转换效率较低，建设占地面积大，而其他原料的薄膜光伏组件比非晶硅薄膜光伏组件的价格更高，因此无需采用薄膜光伏组件。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤2的具体内容如下：光伏系统方阵的支架类型有固定支架和跟踪系统支架，其中跟踪系统可以精确地移动以使太阳入射光线射到方阵表面上的入射角最小，使太阳入射的辐射强度最大，但跟踪系统支架的运行成本会明显高于固定支架，同时其抗风性能也不如固定支架，因此需要根据当地实际的气候环境和预算来选取，若过高海拔、多风沙地区或者预算不高的则选用固定支架；若是在平原少风少沙的地区并且预算充足的可考虑采用跟踪系统支架。这样，通常情况下，考虑到可安装性和安全性，目前技术最为成熟、成本相对最低、应用最广泛的方式为固定式安装。由于太阳在北半球正午时分相对于地面的倾角在春分和秋分时等于当地的纬度，在冬至等于当地纬度减去太阳赤纬角，夏至时等于当地纬度加上太阳赤纬角。如果条件允许，可以采取全年两次调节倾角的方式，也就是说在春分-夏至-秋分采用较小的倾角，在秋分-冬至-春分采用较大的倾角；在预算充足，风小少风少沙，平面地带可以使用单轴或者双轴的跟踪系统支架，这样能够有效地提高发电量。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤3的具体内容如下：步骤3.1，首先对备选的逆变器是否具有过/欠电压、过/欠频率、防孤岛效应、短路保护、逆向功率保护等保护功能进行判断；步骤3.2，满足步骤4.1的要求后，在判断其电压或者电流总谐波畸变率是否满足国际规定要求，减少对电网的干扰；步骤3.3，从工程运行及维护考虑，若选用单台容量小的逆变设备，则设备数量较多，会增加投资后期的维护工作量，故去除单台容量小的逆变器；步骤3.4，若是逆变器容量过大，则在一台逆变器发生故障时，发电系统损失发电量过大，故去除单台容量过大的，最终可以选定单台容量中等的逆变器。这样逆变器的容量适中，不大不小，运行和维护的费用较小，并且提高了系统的可靠性。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤4具体内容如下：步骤4.1，组件串联应满足以下要求，1)在70℃时，组串工作电压在逆变器MPPT范围内，其计算公式为：逆变器MPPT最大值>光伏组件工作电压*光伏组件串联数量；2)在-17℃时，组串的开路电压小于逆变器的最大直流输入电压，其计算公式为：逆变器的最大直流输入电压>光伏组件开路电压*光伏组件串联数量；步骤4.2，满足步骤4.1的要求后，为了接线简单，减少线缆用量，同时考虑到光伏组件串联连接应便于支架设计及方阵排布，选取光伏组件串联数量最大值；步骤4.3，光伏组件并联数量为：逆变器直流输入功率/(光伏组件串联数量*光伏组件单个功率峰值)。这样可以上述计算方式来获取最优的串并联方阵排布，并且便于支架的设计，接线更为简单，减少了电缆的用量，降低了成本。作为本专利技术的进一步改进，步骤5的具体内容如下：步骤5.1，采用固定支架方式下最佳倾角通过地理位置、全年太阳辐射分布、直接辐射与散射辐射比例、负载供电要求等来进行选择，其中计算光伏方阵最佳倾角以全年接受太阳能辐射量最大为目标，利用软件计算出不同角度下辐射量的总值，确定以接受最大辐射量角为光伏电池阵列最佳倾角，同时方位角＝(一天中负荷的峰值时刻(24小时制)-12)×15+(经度-116)；步骤5.2，光伏阵列间距的计算，前后间距要求为：冬至日上午9:00到下午3:00，组件之间南北方向无阴影遮挡；设定太阳能电池组件方阵前后安装时的最小间距D，太阳高度角的公式：sinα＝sinφsinδ+cosφcosδcosω太阳方位角的公式：sinβ＝cosδsinω/cosα式中：φ为当地纬度；δ为太阳赤纬，ω为时角；D＝cosβ×L，L＝H/tanα，α＝arcsin(sinφsinδ+cosφcosδcosω)即：其中H为阵列高度，L为太阳射线在地面上投影的长度。由于光伏组件阵列的放置形式和放置倾角对光伏系统接收到的太阳辐射有很大的影响，从而影响到光伏供电系统的发电能力，通过上述方式计算出放置倾角和阵列间距，能够在获取最大辐射量的情况下还能确保光伏组件前后不会出现阴影遮挡。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤6的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光伏发电系统的预估设计方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，太阳电池组件的选型；/n步骤2，光伏系统方阵支架的选型；/n步骤3，逆变器的选型；/n步骤4，光伏系统方阵的串、并联设计，其中太阳电池组件的串联必须满足并网逆变器的直流输入电压要求，太阳电池组件并联必须满足并网逆变器输入功率的要求；/n步骤5，光伏系统阵列的布置；/n步骤6，光伏系统的模块化设计；/n步骤7，系统效率估算；/n步骤8，光伏系统的发电量的估算。/n

【技术特征摘要】
1.一种光伏发电系统的预估设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，太阳电池组件的选型；
步骤2，光伏系统方阵支架的选型；
步骤3，逆变器的选型；
步骤4，光伏系统方阵的串、并联设计，其中太阳电池组件的串联必须满足并网逆变器的直流输入电压要求，太阳电池组件并联必须满足并网逆变器输入功率的要求；
步骤5，光伏系统阵列的布置；
步骤6，光伏系统的模块化设计；
步骤7，系统效率估算；
步骤8，光伏系统的发电量的估算。


2.根据权利要求1所述的一种光伏发电系统的预估设计方法，其特征在于，所述步骤1的具体内容如下：
步骤1.1，太阳电池有以下几种类型：单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅电池、碲化镉电池、铜铟镓硒电池，通过对制造技术、产品性能、使用寿命、光电转化效率的对比初步选定单晶硅、多晶硅电池；
步骤1.2，再对单晶硅和多晶硅的电气性能进行对比，同样尺寸的光伏组件，晶体硅与晶体硅组件标称峰值功率参数差别小；同样的可利用面积，单晶硅与多晶硅相比，组件装机容量差别也很小，故太阳电池组件可选用单晶硅或者多晶硅电池；
步骤1.3，在土地资源有限的情况下，选用单位面积容量大的光伏组件，降低光伏组件安装数量。


3.根据权利要求2所述的一种光伏发电系统的预估设计方法，其特征在于，所述步骤2的具体内容如下：
光伏系统方阵的支架类型有固定支架和跟踪系统支架，其中跟踪系统可以精确地移动以使太阳入射光线射到方阵表面上的入射角最小，使太阳入射的辐射强度最大，但跟踪系统支架的运行成本会明显高于固定支架，同时其抗风性能也不如固定支架，因此需要根据当地实际的气候环境和预算来选取，若过高海拔、多风沙地区或者预算不高的则选用固定支架；若是在平原少风少沙的地区并且预算充足的可考虑采用跟踪系统支架。


4.根据权利要求3所述的一种光伏发电系统的预估设计方法，其特征在于，所述步骤3的具体内容如下：
步骤3.1，首先对备选的逆变器是否具有过/欠电压、过/欠频率、防孤岛效应、短路保护、逆向功率保护等保护功能进行判断；
步骤3.2，满足步骤4.1的要求后，在判断其电压或者电流总谐波畸变率是否满足国际规定要求，减少对电网的干扰；
步骤3.3，从工程运行及维护考虑，若选用单台容量小的逆变设备，则设备数量较多，会增加投资后期的维护工作量，故去除单台容量小的逆变器；
步骤3.4，若是逆变器容量过大，则在一台逆变器发生故障时，发电系统损失发电量过大，故去除单台容量过大的，最终可以选定单台容量中等的逆变器。


5.根据权利要求4所述的一种光伏发电系统的预估设计方法，其特征在于，所述步骤4具体内容如下：
步骤4.1，组件串联应满足以下要求，1)在70℃时，组串工作电压在逆变器MPPT范围内，其计算公式为：逆变器MPPT最大值>光伏组件工作电压*光伏组件串联数量；2)在-17℃时，组串的开路电压小于逆变器的最大直流输入电压，其计算公式为：逆变器的最大直流输入电压>光伏组件开路电压*光伏组件串联数量；
步骤4.2，满足步骤4.1的要求后，为了接线简单，减少线缆用量，同时考虑到光伏组件串联连接应便于支架设计及方阵排布，选取光伏组件串联数量最大值；
步骤4.3，光伏组件并联数量为：
逆变器直流输入功率/(光伏组件串联数量*光伏组件单个功率峰值)。


6.根据权利要求5所述的一种光伏发电系统的预估设计方法，其特征在于，步骤5的具体内容如下：
步骤5.1，采用固定支架方式下最佳倾角通过地理位置、全年太阳辐射分布、直接辐射与散射辐射比例、负载供电要求等来进行选择，其中计算光伏方阵最佳倾角以全年接受太阳能辐射量最大为目标，利用软件计算出不同角度下辐射量的总值，确定以接受最大辐射量角为光伏电池阵列最佳倾角，同时方位角＝(一天中负荷的峰值时刻(24小时制)-12)×15+(经度-116)；
步骤5.2，光伏阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈卫顺，
申请(专利权)人：陈卫顺，
类型：发明
国别省市：江苏;32