光伏控制器通常有6個(gè)標(biāo)稱電壓等級(jí):12V 、24V、48V、110V、220V 、500V通過使用創(chuàng)新性的最大功率追蹤技術(shù),光伏控制器能保證太陽能陣列全天時(shí)、全天候的最大效率的工作�？梢詫⒐夥M件工作效率提高⒛%(平均可提高效率為10%-25%)。還包含搜索功能,它在整個(gè)太陽能板工作電壓范圍內(nèi)每2個(gè)小時(shí)搜尋一次絕對(duì)最大功率輸出點(diǎn)。帶溫度補(bǔ)償?shù)娜?jí)I-U曲線充電控制可以顯著地延長蓄電池的壽命。
開路電壓高達(dá)95V的使用于并網(wǎng)系統(tǒng)中的較低成本的太陽能電池板可以通過光伏控制器使用于獨(dú)立12V或24V系統(tǒng)中,這可以極大的降低整個(gè)系統(tǒng)的成本。
(3)光伏逆變器
在光伏供電系統(tǒng)中,如用戶終端為交流負(fù)荷,則須使用逆變器設(shè)各,將太陽能電池板產(chǎn)生的直流電,或蓄電池釋放的直流電轉(zhuǎn)化為負(fù)荷需要的交流電。如為直流負(fù)荷,則不需逆變器轉(zhuǎn)換。
在光伏發(fā)電系統(tǒng)中,在逆變器中增加了若干保護(hù)功能的整體又叫功率調(diào)節(jié)器,不僅可以直接轉(zhuǎn)化成交流,也具有是太能電池最大限度的發(fā)揮其性能,以及出現(xiàn)異常和故障時(shí)保護(hù)系統(tǒng)的功能。通常具各以下三種功能:
1)為有效地取出受天氣變化影響的太陽能電池板的輸出功率,具有自動(dòng)運(yùn)行定制功能及最大功率跟蹤控制功能(MPPT控制)。
2)為保護(hù)系統(tǒng),具有單獨(dú)(孤島)運(yùn)行防止功能及自動(dòng)電壓調(diào)整功能。
3)當(dāng)系統(tǒng)和功率調(diào)節(jié)器出現(xiàn)異常時(shí),可以安全地分離或使逆變器停止工作。
功率調(diào)節(jié)器是把太陽能電池輸出的直流電轉(zhuǎn)換成交流電并向與交流系統(tǒng)連接的負(fù)載供給電力的同時(shí),把剩余電力逆潮流送人系統(tǒng)的裝置。這種就是具有并網(wǎng)功能的系統(tǒng),功率調(diào)節(jié)器還可以把太陽能電池發(fā)出的電能最大限度地取出的同時(shí),為了各普通的配電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行,具有依據(jù)《并網(wǎng)技術(shù)要求準(zhǔn)則》運(yùn)行的功能。并網(wǎng)技術(shù)要求準(zhǔn)則,使功率調(diào)節(jié)器各與其并網(wǎng)系統(tǒng)的電氣方式基本上保持一致,電氣方式有單相二線制、單相三線制及三相三線制(△ 形聯(lián)結(jié)或者Y形聯(lián)結(jié))等。功率調(diào)節(jié)器一般也分為單相用和三相用。
5.4 蓄電池
蓄電池將太陽能電池板產(chǎn)生的電能儲(chǔ)存起來,當(dāng)光照不足或晚上,負(fù)荷需求大于太陽能電池板所發(fā)的電量時(shí),將存儲(chǔ)的電能釋放以滿足負(fù)荷的能量需求,它是太陽能光伏系統(tǒng)的儲(chǔ)能部件。目前光伏系統(tǒng)常用的是鉛酸蓄電池,對(duì)于較高要求的系統(tǒng),通常采用深放電閥控式密封鉛酸蓄電池、深放電吸液式鉛酸蓄電池等。
5.5 控制系統(tǒng)原理
建筑幕墻的智能光伏外遮陽系統(tǒng)的基本原理是根據(jù)對(duì)太陽、風(fēng)、溫濕度等環(huán)境因素和氣候條件的觀測(cè)或監(jiān)控,通過計(jì)算機(jī)的智能化自動(dòng)控制程序,對(duì)光伏遮陽構(gòu)件的角度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié),以獲得最大的太陽能發(fā)電功率和最合理的遮陽效果。目前國內(nèi)外常見以下幾種控制系統(tǒng):
(1)時(shí)間電機(jī)控制系統(tǒng)
這種時(shí)間控制器儲(chǔ)存了太陽升降過程的記錄,而且,已經(jīng)事先根據(jù)太陽在不同季節(jié)的不同起落時(shí)間作了調(diào)整。因此,在任何地方,控制器都能很準(zhǔn)確地使電機(jī)在設(shè)定的時(shí)間進(jìn)行遮陽構(gòu)件角度調(diào)節(jié)。并且還能利用陽光熱量感應(yīng)器(熱量可調(diào)整),來進(jìn)一步自動(dòng)控制遮陽構(gòu)件的高度或角度,使太陽能發(fā)電功率達(dá)到最優(yōu)化,同時(shí)房間不被太強(qiáng)烈的陽光所照射。
(2)氣候電機(jī)控制系統(tǒng)
這種控制器是一個(gè)完整的氣候站系統(tǒng),裝置有太陽/風(fēng)速/雨量/溫度感應(yīng)器。此控制器在廠里已經(jīng)輸入基本程序包括光強(qiáng)弱/風(fēng)力/延長反應(yīng)時(shí)間的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以根據(jù)地方和所需而隨時(shí)更換。而“延長反應(yīng)時(shí)間”這一功能使遮陽構(gòu)件不會(huì)因?yàn)樘柟獾男⌒「淖兌⒖套鞒龇磻?yīng)。
光伏外遮陽系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)真正意義上的節(jié)能,核心就是它的智能控制系統(tǒng),這種智能化控制系統(tǒng)是∵套較為復(fù)雜的系統(tǒng)工程,是從功能要求到控制模式到信息采集到執(zhí)行命令到傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的全過程控制系統(tǒng)。它涉及到氣候測(cè)量、光伏組件運(yùn)行狀況的信息采集、電力系統(tǒng)配置、樓宇控制、計(jì)算機(jī)控制、外立面構(gòu)造等多方面的因素。智能光伏外遮陽系統(tǒng)的能功效可以在設(shè)計(jì)階段就能被計(jì)算機(jī)推導(dǎo)軟件容易并可靠地計(jì)算出來。
5.6 智能光伏外遮陽系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)
智能光伏外遮陽系統(tǒng)實(shí)際設(shè)計(jì)中困難的部分是控制和檢測(cè)部分,主要有以下幾點(diǎn)細(xì)節(jié)要求:
(1)光伏遮陽板(百葉)運(yùn)轉(zhuǎn)角度的控制。
(2)光伏太陽能電池板電壓及電流的測(cè)量。
(3)根據(jù)負(fù)載的電氣特性選擇
太陽能控制器及蓄電池組。
(4)智能光伏外遮陽系統(tǒng)的配電及安裝。
(5)智能光伏外遮陽系統(tǒng)的系統(tǒng)集成
6 智能光伏外遮陽系統(tǒng)的實(shí)際構(gòu)建探討
為了更好的了解此系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)作,我們通過實(shí)驗(yàn)來探討一下智能外遮陽系統(tǒng)的構(gòu)建流程。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要的特點(diǎn)就是遮陽板除了滿足遮陽要求外還能夠產(chǎn)生電能,同時(shí)本身又作為負(fù)載消耗電能,多余電量可以靈活供給其他負(fù)載。
本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用了獨(dú)立型(離網(wǎng)型)發(fā)電系統(tǒng)。主要負(fù)載為直流電機(jī),用于外遮陽板的轉(zhuǎn)動(dòng)及幕墻通風(fēng)百葉的開關(guān)驅(qū)動(dòng),以及一些直流的照明燈具的使用。
6.1 系統(tǒng)主要組成部分:
(1)光伏遮陽板的組成設(shè)計(jì)。
(2)太陽能控制器的功能與設(shè)計(jì)
(3)蓄電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)
(4)接線箱配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)
(5)防雷接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)
6.2 整個(gè)系統(tǒng)組成基本框圖
6.3 光伏遮陽板的組成設(shè)計(jì)
實(shí)驗(yàn)根據(jù)外遮陽百葉數(shù)量及尺寸,采用了8塊柔性薄膜太陽能電池組件。結(jié)合外遮陽板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),粘貼固定在遮陽板上。此部分需要遮陽板廠家與薄膜太陽能電池板商一起完成。
柔性薄膜太陽能電池組件采用了美國uni-solarPV-68 太陽能電池板,具有特性:
●高溫和低光照表現(xiàn)。(能夠在南方多雨和陰天天氣上盡可能產(chǎn)生多的電量)
●20年保單電力輸出在8O%(在保證一定的發(fā)電量情況下,壽命較長)
●旁路二極管為陰影容忍(防反充保護(hù))
●快速連接終端(施工接線方便)
●UL產(chǎn)品認(rèn)證600VDC
●符合IEC61646要求
PV -68太陽能電池板性能參數(shù):
光伏遮陽板發(fā)電陣列的設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)太陽能電池板串并聯(lián)方式應(yīng)結(jié)合太陽能控制器的型號(hào)和負(fù)載的工作電壓24VDC等因素來確定。特別是要與太陽能控制器相匹配。綜上因素,太陽能電池組件陣列的設(shè)計(jì)采用了2串4并得連接方式。(在日照
強(qiáng)度為1kW/m、單元溫度為25C的標(biāo)準(zhǔn)條件下)輸出的直流功率541.2W;電流16.4A;電壓為33VDC。
6.4 太陽能控制器的功能與設(shè)計(jì)
德國phocos太陽能控制器CⅩN20(帶附件CXM),新一代的CⅩN系列太陽能充放電控制器,是phocos公司經(jīng)典的CX系列控制器的共負(fù)極版本。CXN除具有帶溫度補(bǔ)償?shù)?階段(強(qiáng)充/吸收充/浮充)PWM串聯(lián)調(diào)節(jié)充電方式外,還具有液晶顯示,可編程的負(fù)載控制功能以及完善的保護(hù)功能。CXN的液晶顯示器出了可以顯示蓄電池的剩余電量外,還可以顯示系統(tǒng)的充、放電狀態(tài)及負(fù)載的狀態(tài)(如:過載,短路,低壓斷開等)。
CXN控制器的蓄電池低壓保護(hù)有五種模式可選:電壓控制(兩種),SOC控制(兩種),自適應(yīng)SOC控制模式。CXN控制器還具有聲音告警功能,以及靈活可編程的負(fù)載控制功能
6.5 蓄電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)及計(jì)算
蓄電池的設(shè)計(jì)思想史保證太陽光照連續(xù)低于平均值的情況下負(fù)載仍然可以正常工作,是獨(dú)立型光伏發(fā)電系統(tǒng)的一個(gè)重要的組成部分。根據(jù)負(fù)載的用電量、太陽能控制器的發(fā)電量,本系統(tǒng)采用了鷹特閥控式密封鉛酸蓄電池FM200。由于主要負(fù)載為2臺(tái)⒛W的直流電動(dòng)機(jī)每天工作9個(gè)小時(shí),且考慮到實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的可擴(kuò)充性,為了更好地吸收太陽能電池發(fā)電量,預(yù)留多24VDC30W,運(yùn)行狃小時(shí)的直流負(fù)載用電量。那么可以估算每天所需的直
流負(fù)載需求為:1152Wh÷ 0.9÷ 24V =53.3Ah,采用3天的自給天數(shù),并使用深循環(huán)電池,放電深度為SO%,那么:蓄電池容量=3天×53.3Ah/0.8≈200A h,串聯(lián)蓄電池?cái)?shù)量=24V/12V =2(個(gè)),并聯(lián)蓄電池?cái)?shù)量=zO0/200=1(個(gè)),所以系統(tǒng)蓄電池采用2只12V20OAH串聯(lián)的形式。
6.6 接線箱配電系統(tǒng)設(shè)計(jì):
接線箱是將太陽能陣列和太陽能控制器之間的的一個(gè)保護(hù)設(shè)各和檢測(cè)設(shè)各,也是發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)和特點(diǎn)。接線箱里面主要的設(shè)各元件有:接線端子板、直流保護(hù)開關(guān)、防止逆流二極管、避雷浪涌保護(hù)器等等回路保護(hù)設(shè)各收集其內(nèi),電池組件的配線延長到連接器,與連接器內(nèi)的接線端子板連接,組件間的串聯(lián)和并聯(lián)在接線端子里面通過跳線統(tǒng)一完成接線。主要的作用是能使組成太陽能電池陣列的每個(gè)組件的連接井然有序,維護(hù)、檢查時(shí)將線路分離,使操作容易進(jìn)行。并可以使系統(tǒng)對(duì)每一串組件的工作狀態(tài)的檢測(cè)提供一個(gè)好的設(shè)各平臺(tái)。
6.7 防雷接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)
防雷接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)規(guī)范要求,參考相關(guān)書籍和規(guī)程。
太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)(BIPV )接地與建筑物公網(wǎng)電氣共用接地系統(tǒng),接地電阻≤1歐姆。
利用遮陽百葉本身的金屬外框和支撐鋼構(gòu)骨架或其他金屬物與建筑物防雷接地系統(tǒng)融為一體。利用屋頂玻璃幕墻金屬外框和金屬鋼構(gòu)骨架連接成避雷網(wǎng)格。保護(hù)接地-光伏電池組件機(jī)架、接線箱(連接器)、太陽能控制器、配電屏外殼、電纜外皮、穿線金屬管道外皮接地。
屏蔽接地-電子設(shè)各的金屬屏蔽接地。
防感應(yīng)雷-在主要的線路上安裝浪涌保護(hù)器。直流線路采用了共模保護(hù)和差模保護(hù)。太陽能組件出線回路安裝浪涌保護(hù)器;太陽能陣列主回路安裝浪涌保護(hù)器。保護(hù)器其測(cè)試波形為8/20uS,極限容量為20kA,殘壓小于±950V。線路敷設(shè)的金屬導(dǎo)管、金屬線槽應(yīng)可靠接地。金屬電纜橋架(線槽)接地措施說明:金屬電纜橋架(線槽)及其支架和引人或引出的金屬電纜導(dǎo)管必須接地(PE)可靠,且必須符合下列規(guī)定:(1)金屬電纜橋架(線槽)及其支架全長應(yīng)不少于2處與接地(PE)干線相連接;(2)非鍍鋅電纜橋架(線槽)間連接板的兩端跨接銅芯接地線,接地線最小允許截面積不小于4mm平方;(3)鍍鋅電纜橋架(線槽)間連接板的兩端不跨接接地線,但連接板兩端不少于2個(gè)有防松螺帽或防松墊圈的連接固定
螺栓。
凡正常不帶電,而當(dāng)絕緣破壞有可能呈現(xiàn)電壓的一切電氣設(shè)各金屬外殼均應(yīng)可靠接地。
本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的發(fā)電效率估算:
根據(jù)技術(shù)文件資料。廣州地區(qū)年日照總時(shí)數(shù)為約為1840.9時(shí),考慮高溫降低因子=0.85,塵灰降低因子=0.9。太陽能電池組件陣列的設(shè)計(jì)采用了2串4并得連接方式。(在日照強(qiáng)度為1kW/m、單元溫度為25C的標(biāo)準(zhǔn)條件下)輸出的直流功率541.2W;電流16.4A;電壓為33VDC。
結(jié)合廠家提供電能轉(zhuǎn)化效率=0.8。估算全年的發(fā)電量為600度(kW· h)。
7 智能光伏外遮陽系統(tǒng)的應(yīng)用前景
智能光伏外遮陽發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用,是建筑光伏建筑一體化的一種創(chuàng)新,是一種非常節(jié)能的措施�？梢詭椭狡渌ㄖ臻g及設(shè)各的節(jié)能,比如,像
建筑材料節(jié)能及通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能。
智能光伏外遮陽發(fā)電系統(tǒng)也可以廣泛應(yīng)用在各種建筑物,小型離網(wǎng)獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng),大型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)�？梢赃\(yùn)用在高檔別墅,洋樓。辦公樓,酒店等。具有非常廣泛的運(yùn)用空間。
智能光伏外遮陽發(fā)電系統(tǒng)也非常靈活,既可以供給直流負(fù)載也可以加逆變器供給交流負(fù)載,既可以為建筑智能弱電系統(tǒng)提供電力也可以為強(qiáng)電照明、插座等提供電力,供電負(fù)載類型也非常廣泛。
8 結(jié)論
在世界各國領(lǐng)導(dǎo)人云集哥本哈根出席《聯(lián)合國氣候變化框架公約》,全球共同倡導(dǎo)節(jié)能減排的大環(huán)境下,
建筑節(jié)能將會(huì)越來越受到社會(huì)各界的重視,政府也將繼續(xù)加大力度支持科學(xué)的創(chuàng)新的環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品。行業(yè)對(duì)于智能光伏外遮陽系統(tǒng)的研究只是剛剛起步,這系統(tǒng)融合了太陽能產(chǎn)業(yè)、建筑幕墻產(chǎn)業(yè)和機(jī)電自動(dòng)化產(chǎn)業(yè),同時(shí)又涉及到天文地理等科學(xué),可謂集百家之長。隨著相應(yīng)產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展,必然能使這個(gè)系統(tǒng)更加智能化和人性化,成為未來建筑革命的先驅(qū)!
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