光伏控制器通常有6個標稱電壓等級:12V 、24V、48V、110V、220V 、500V通過使用創(chuàng)新性的最大功率追蹤技術,光伏控制器能保證太陽能陣列全天時、全天候的最大效率的工作。可以將光伏組件工作效率提高⒛%(平均可提高效率為10%-25%)。還包含搜索功能,它在整個太陽能板工作電壓范圍內每2個小時搜尋一次絕對最大功率輸出點。帶溫度補償?shù)娜塈-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立12V或24V系統(tǒng)中,這可以極大的降低整個系統(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荷,則須使用逆變器設各,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化為負荷需要的交流電。如為直流負荷,則不需逆變器轉換。
在光伏發(fā)電系統(tǒng)中,在逆變器中增加了若干保護功能的整體又叫功率調節(jié)器,不僅可以直接轉化成交流,也具有是太能電池最大限度的發(fā)揮其性能,以及出現(xiàn)異常和故障時保護系統(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,具有自動運行定制功能及最大功率跟蹤控制功能(MPPT控制)。
2)為保護系統(tǒng),具有單獨(孤島)運行防止功能及自動電壓調整功能。
3)當系統(tǒng)和功率調節(jié)器出現(xiàn)異常時,可以安全地分離或使逆變器停止工作。
功率調節(jié)器是把太陽能電池輸出的直流電轉換成交流電并向與交流系統(tǒng)連接的負載供給電力的同時,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,為了各普通的配電系統(tǒng)并網(wǎng)運行,具有依據(jù)《并網(wǎng)技術要求準則》運行的功能。并網(wǎng)技術要求準則,使功率調節(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)結或者Y形聯(lián)結)等。功率調節(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)生的電能儲存起來,當光照不足或晚上,負荷需求大于太陽能電池板所發(fā)的電量時,將存儲的電能釋放以滿足負荷的能量需求,它是太陽能光伏系統(tǒng)的儲能部件。目前光伏系統(tǒng)常用的是鉛酸蓄電池,對于較高要求的系統(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)對太陽、風、溫濕度等環(huán)境因素和氣候條件的觀測或監(jiān)控,通過計算機的智能化自動控制程序,對光伏遮陽構件的角度進行自動調節(jié),以獲得最大的太陽能發(fā)電功率和最合理的遮陽效果。目前國內外常見以下幾種控制系統(tǒng):
(1)時間電機控制系統(tǒng)
這種時間控制器儲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)的不同起落時間作了調整。因此,在任何地方,控制器都能很準確地使電機在設定的時間進行遮陽構件角度調節(jié)。并且還能利用陽光熱量感應器(熱量可調整),來進一步自動控制遮陽構件的高度或角度,使太陽能發(fā)電功率達到最優(yōu)化,同時房間不被太強烈的陽光所照射。
(2)氣候電機控制系統(tǒng)
這種控制器是一個完整的氣候站系統(tǒng),裝置有太陽/風速/雨量/溫度感應器。此控制器在廠里已經(jīng)輸入基本程序包括光強弱/風力/延長反應時間的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以根據(jù)地方和所需而隨時更換。而“延長反應時間”這一功能使遮陽構件不會因為太陽光的小小改變而立刻作出反應。
光伏外遮陽系統(tǒng)要實現(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)行命令到傳動機構的全過程控制系統(tǒng)。它涉及到氣候測量、光伏組件運行狀況的信息采集、電力系統(tǒng)配置、樓宇控制、計算機控制、外立面構造等多方面的因素。智能光伏外遮陽系統(tǒng)的能功效可以在設計階段就能被計算機推導軟件容易并可靠地計算出來。
5.6 智能光伏外遮陽系統(tǒng)設計中的注意事項
智能光伏外遮陽系統(tǒng)實際設計中困難的部分是控制和檢測部分,主要有以下幾點細節(jié)要求:
(1)光伏遮陽板(百葉)運轉角度的控制。
(2)光伏太陽能電池板電壓及電流的測量。
(3)根據(jù)負載的電氣特性選擇
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)的實際構建探討
為了更好的了解此系統(tǒng)的實際運作,我們通過實驗來探討一下智能外遮陽系統(tǒng)的構建流程。本實驗系統(tǒng)主要的特點就是遮陽板除了滿足遮陽要求外還能夠產(chǎn)生電能,同時本身又作為負載消耗電能,多余電量可以靈活供給其他負載。
本實驗系統(tǒng)采用了獨立型(離網(wǎng)型)發(fā)電系統(tǒng)。主要負載為直流電機,用于外遮陽板的轉動及幕墻通風百葉的開關驅動,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計。
(2)太陽能控制器的功能與設計
(3)蓄電池系統(tǒng)設計
(4)接線箱配電系統(tǒng)設計
(5)防雷接地系統(tǒng)設計
6.2 整個系統(tǒng)組成基本框圖
6.3 光伏遮陽板的組成設計
實驗根據(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。結合外遮陽板的結構特點,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)
●快速連接終端(施工接線方便)
●UL產(chǎn)品認證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)電陣列的設計
本系統(tǒng)太陽能電池板串并聯(lián)方式應結合太陽能控制器的型號和負載的工作電壓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計采用了2串4并得連接方式。(在日照
強度為1kW/m、單元溫度為25C的標準條件下)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計
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系列控制器的共負極版本。CXN除具有帶溫度補償?shù)?階段(強充/吸收充/浮充)PWM串聯(lián)調節(jié)充電方式外,還具有液晶顯示,可編程的負載控制功能以及完善的保護功能。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有五種模式可選:電壓控制(兩種),SOC控制(兩種),自適應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載控制功能
6.5 蓄電池系統(tǒng)設計及計算
蓄電池的設計思想史保證太陽光照連續(xù)低于平均值的情況下負載仍然可以正常工作,是獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)的一個重要的組成部分。根據(jù)負載的用電量、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。由于主要負載為2臺⒛W的直流電動機每天工作9個小時,且考慮到實驗系統(tǒng)的可擴充性,為了更好地吸收太陽能電池發(fā)電量,預留多24VDC30W,運行狃小時的直流負載用電量。那么可以估算每天所需的直
流負載需求為: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)蓄電池數(shù)量=24V/12V =2(個),并聯(lián)蓄電池數(shù)量=zO0/200=1(個),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)設計:
接線箱是將太陽能陣列和太陽能控制器之間的的一個保護設各和檢測設各,也是發(fā)電系統(tǒng)設計的一個重要環(huán)節(jié)和特點。接線箱里面主要的設各元件有:接線端子板、直流保護開關、防止逆流二極管、避雷浪涌保護器等等回路保護設各收集其內,電池組件的配線延長到連接器,與連接器內的接線端子板連接,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組件的連接井然有序,維護、檢查時將線路分離,使操作容易進行。并可以使系統(tǒng)對每一串組件的工作狀態(tài)的檢測提供一個好的設各平臺。
6.7 防雷接地系統(tǒng)設計
防雷接地系統(tǒng)設計主要設計規(guī)范要求,參考相關書籍和規(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骨架連接成避雷網(wǎng)格。保護接地-光伏電池組件機架、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-電子設各的金屬屏蔽接地。
防感應雷-在主要的線路上安裝浪涌保護器。直流線路采用了共模保護和差模保護。太陽能組件出線回路安裝浪涌保護器;太陽能陣列主回路安裝浪涌保護器。保護器其測試波形為8/20uS,極限容量為20kA,殘壓小于±950V。線路敷設的金屬導管、金屬線槽應可靠接地。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,而當絕緣破壞有可能呈現(xiàn)電壓的一切電氣設各金屬外殼均應可靠接地。
本實驗系統(tǒng)的發(fā)電效率估算:
根據(jù)技術文件資料。廣州地區(qū)年日照總時數(shù)為約為1840.9時,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計采用了2串4并得連接方式。(在日照強度為1kW/m、單元溫度為25C的標準條件下)輸出的直流功率541.2W;電流16.4A;電壓為33VDC。
結合廠家提供電能轉化效率=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)的應用前景
智能光伏外遮陽發(fā)電系統(tǒng)的應用,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。可以幫助到其他建筑空間及設各的節(jié)能,比如,像
建筑材料節(jié)能及通風空調系統(tǒng)的節(jié)能。
智能光伏外遮陽發(fā)電系統(tǒng)也可以廣泛應用在各種建筑物,小型離網(wǎng)獨立發(fā)電系統(tǒng),大型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。可以運用在高檔別墅,洋樓。辦公樓,酒店等。具有非常廣泛的運用空間。
智能光伏外遮陽發(fā)電系統(tǒng)也非常靈活,既可以供給直流負載也可以加逆變器供給交流負載,既可以為建筑智能弱電系統(tǒng)提供電力也可以為強電照明、插座等提供電力,供電負載類型也非常廣泛。
8 結論
在世界各國領導人云集哥本哈根出席《聯(lián)合國氣候變化框架公約》,全球共同倡導節(jié)能減排的大環(huán)境下,
建筑節(jié)能將會越來越受到社會各界的重視,政府也將繼續(xù)加大力度支持科學的創(chuàng)新的環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品。行業(yè)對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)和機電自動化產(chǎn)業(yè),同時又涉及到天文地理等科學,可謂集百家之長。隨著相應產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展,必然能使這個系統(tǒng)更加智能化和人性化,成為未來建筑革命的先驅!
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