光伏控制器通常有6个标称电压等级:12V 、24V、48V、110V、220V 、500V通过使用创新性的最大功率追踪技术,光伏控制器能保证太阳能阵列全天时、全天候的最大效率的工作。可以将光伏组件工作效率提高⒛%(平均可提高效率为10%-25%)。还包含搜索功能,它在整个太阳能板工作电压范围内每2个小时搜寻一次绝对最大功率输出点。带温度补偿的三级I-U曲线充电控制可以显著地延长蓄电池的寿命。
开路电压高达95V的使用于并网系统中的较低成本的太阳能电池板可以通过光伏控制器使用于独立12V或24V系统中,这可以极大的降低整个系统的成本。
(3)光伏逆变器
在光伏供电系统中,如用户终端为交流负荷,则须使用逆变器设各,将太阳能电池板产生的直流电,或蓄电池释放的直流电转化为负荷需要的交流电。如为直流负荷,则不需逆变器转换。
在光伏发电系统中,在逆变器中增加了若干保护功能的整体又叫功率调节器,不仅可以直接转化成交流,也具有是太能电池最大限度的发挥其性能,以及出现异常和故障时保护系统的功能。通常具各以下三种功能:
1)为有效地取出受天气变化影响的太阳能电池板的输出功率,具有自动运行定制功能及最大功率跟踪控制功能(MPPT控制)。
2)为保护系统,具有单独(孤岛)运行防止功能及自动电压调整功能。
3)当系统和功率调节器出现异常时,可以安全地分离或使逆变器停止工作。
功率调节器是把太阳能电池输出的直流电转换成交流电并向与交流系统连接的负载供给电力的同时,把剩余电力逆潮流送人系统的装置。这种就是具有并网功能的系统,功率调节器还可以把太阳能电池发出的电能最大限度地取出的同时,为了各普通的配电系统并网运行,具有依据《并网技术要求准则》运行的功能。并网技术要求准则,使功率调节器各与其并网系统的电气方式基本上保持一致,电气方式有单相二线制、单相三线制及三相三线制(△ 形联结或者Y形联结)等。功率调节器一般也分为单相用和三相用。
5.4 蓄电池
蓄电池将太阳能电池板产生的电能储存起来,当光照不足或晚上,负荷需求大于太阳能电池板所发的电量时,将存储的电能释放以满足负荷的能量需求,它是太阳能光伏系统的储能部件。目前光伏系统常用的是铅酸蓄电池,对于较高要求的系统,通常采用深放电阀控式密封铅酸蓄电池、深放电吸液式铅酸蓄电池等。
5.5 控制系统原理
建筑幕墙的智能光伏外遮阳系统的基本原理是根据对太阳、风、温湿度等环境因素和气候条件的观测或监控,通过计算机的智能化自动控制程序,对光伏遮阳构件的角度进行自动调节,以获得最大的太阳能发电功率和最合理的遮阳效果。目前国内外常见以下几种控制系统:
(1)时间电机控制系统
这种时间控制器储存了太阳升降过程的记录,而且,已经事先根据太阳在不同季节的不同起落时间作了调整。因此,在任何地方,控制器都能很准确地使电机在设定的时间进行遮阳构件角度调节。并且还能利用阳光热量感应器(热量可调整),来进一步自动控制遮阳构件的高度或角度,使太阳能发电功率达到最优化,同时房间不被太强烈的阳光所照射。
(2)气候电机控制系统
这种控制器是一个完整的气候站系统,装置有太阳/风速/雨量/温度感应器。此控制器在厂里已经输入基本程序包括光强弱/风力/延长反应时间的数据。这些数据可以根据地方和所需而随时更换。而“延长反应时间”这一功能使遮阳构件不会因为太阳光的小小改变而立刻作出反应。
光伏外遮阳系统要实现真正意义上的节能,核心就是它的智能控制系统,这种智能化控制系统是∵套较为复杂的系统工程,是从功能要求到控制模式到信息采集到执行命令到传动机构的全过程控制系统。它涉及到气候测量、光伏组件运行状况的信息采集、电力系统配置、楼宇控制、计算机控制、外立面构造等多方面的因素。智能光伏外遮阳系统的能功效可以在设计阶段就能被计算机推导软件容易并可靠地计算出来。
5.6 智能光伏外遮阳系统设计中的注意事项
智能光伏外遮阳系统实际设计中困难的部分是控制和检测部分,主要有以下几点细节要求:
(1)光伏遮阳板(百叶)运转角度的控制。
(2)光伏太阳能电池板电压及电流的测量。
(3)根据负载的电气特性选择
太阳能控制器及蓄电池组。
(4)智能光伏外遮阳系统的配电及安装。
(5)智能光伏外遮阳系统的系统集成
6 智能光伏外遮阳系统的实际构建探讨
为了更好的了解此系统的实际运作,我们通过实验来探讨一下智能外遮阳系统的构建流程。本实验系统主要的特点就是遮阳板除了满足遮阳要求外还能够产生电能,同时本身又作为负载消耗电能,多余电量可以灵活供给其他负载。
本实验系统采用了独立型(离网型)发电系统。主要负载为直流电机,用于外遮阳板的转动及幕墙通风百叶的开关驱动,以及一些直流的照明灯具的使用。
6.1 系统主要组成部分:
(1)光伏遮阳板的组成设计。
(2)太阳能控制器的功能与设计
(3)蓄电池系统设计
(4)接线箱配电系统设计
(5)防雷接地系统设计
6.2 整个系统组成基本框图
6.3 光伏遮阳板的组成设计
实验根据外遮阳百叶数量及尺寸,采用了8块柔性薄膜太阳能电池组件。结合外遮阳板的结构特点,粘贴固定在遮阳板上。此部分需要遮阳板厂家与薄膜太阳能电池板商一起完成。
柔性薄膜太阳能电池组件采用了美国uni-solarPV-68 太阳能电池板,具有特性:
●高温和低光照表现。(能够在南方多雨和阴天天气上尽可能产生多的电量)
●20年保单电力输出在8O%(在保证一定的发电量情况下,寿命较长)
●旁路二极管为阴影容忍(防反充保护)
●快速连接终端(施工接线方便)
●UL产品认证600VDC
●符合IEC61646要求
PV -68太阳能电池板性能参数:
光伏遮阳板发电阵列的设计
本系统太阳能电池板串并联方式应结合太阳能控制器的型号和负载的工作电压24VDC等因素来确定。特别是要与太阳能控制器相匹配。综上因素,太阳能电池组件阵列的设计采用了2串4并得连接方式。(在日照
强度为1kW/m、单元温度为25C的标准条件下)输出的直流功率541.2W;电流16.4A;电压为33VDC。
6.4 太阳能控制器的功能与设计
德国phocos太阳能控制器CⅩN20(带附件CXM),新一代的CⅩN系列太阳能充放电控制器,是phocos公司经典的CX系列控制器的共负极版本。CXN除具有带温度补偿的3阶段(强充/吸收充/浮充)PWM串联调节充电方式外,还具有液晶显示,可编程的负载控制功能以及完善的保护功能。CXN的液晶显示器出了可以显示蓄电池的剩余电量外,还可以显示系统的充、放电状态及负载的状态(如:过载,短路,低压断开等)。
CXN控制器的蓄电池低压保护有五种模式可选:电压控制(两种),SOC控制(两种),自适应SOC控制模式。CXN控制器还具有声音告警功能,以及灵活可编程的负载控制功能
6.5 蓄电池系统设计及计算
蓄电池的设计思想史保证太阳光照连续低于平均值的情况下负载仍然可以正常工作,是独立型光伏发电系统的一个重要的组成部分。根据负载的用电量、太阳能控制器的发电量,本系统采用了鹰特阀控式密封铅酸蓄电池FM200。由于主要负载为2台⒛W的直流电动机每天工作9个小时,且考虑到实验系统的可扩充性,为了更好地吸收太阳能电池发电量,预留多24VDC30W,运行狃小时的直流负载用电量。那么可以估算每天所需的直
流负载需求为:1152Wh÷ 0.9÷ 24V =53.3Ah,采用3天的自给天数,并使用深循环电池,放电深度为SO%,那么:蓄电池容量=3天×53.3Ah/0.8≈200A h,串联蓄电池数量=24V/12V =2(个),并联蓄电池数量=zO0/200=1(个),所以系统蓄电池采用2只12V20OAH串联的形式。
6.6 接线箱配电系统设计:
接线箱是将太阳能阵列和太阳能控制器之间的的一个保护设各和检测设各,也是发电系统设计的一个重要环节和特点。接线箱里面主要的设各元件有:接线端子板、直流保护开关、防止逆流二极管、避雷浪涌保护器等等回路保护设各收集其内,电池组件的配线延长到连接器,与连接器内的接线端子板连接,组件间的串联和并联在接线端子里面通过跳线统一完成接线。主要的作用是能使组成太阳能电池阵列的每个组件的连接井然有序,维护、检查时将线路分离,使操作容易进行。并可以使系统对每一串组件的工作状态的检测提供一个好的设各平台。
6.7 防雷接地系统设计
防雷接地系统设计主要设计规范要求,参考相关书籍和规程。
太阳能光伏发电系统(BIPV )接地与建筑物公网电气共用接地系统,接地电阻≤1欧姆。
利用遮阳百叶本身的金属外框和支撑钢构骨架或其他金属物与建筑物防雷接地系统融为一体。利用屋顶玻璃幕墙金属外框和金属钢构骨架连接成避雷网格。保护接地-光伏电池组件机架、接线箱(连接器)、太阳能控制器、配电屏外壳、电缆外皮、穿线金属管道外皮接地。
屏蔽接地-电子设各的金属屏蔽接地。
防感应雷-在主要的线路上安装浪涌保护器。直流线路采用了共模保护和差模保护。太阳能组件出线回路安装浪涌保护器;太阳能阵列主回路安装浪涌保护器。保护器其测试波形为8/20uS,极限容量为20kA,残压小于±950V。线路敷设的金属导管、金属线槽应可靠接地。金属电缆桥架(线槽)接地措施说明:金属电缆桥架(线槽)及其支架和引人或引出的金属电缆导管必须接地(PE)可靠,且必须符合下列规定:(1)金属电缆桥架(线槽)及其支架全长应不少于2处与接地(PE)干线相连接;(2)非镀锌电缆桥架(线槽)间连接板的两端跨接铜芯接地线,接地线最小允许截面积不小于4mm平方;(3)镀锌电缆桥架(线槽)间连接板的两端不跨接接地线,但连接板两端不少于2个有防松螺帽或防松垫圈的连接固定
螺栓。
凡正常不带电,而当绝缘破坏有可能呈现电压的一切电气设各金属外壳均应可靠接地。
本实验系统的发电效率估算:
根据技术文件资料。广州地区年日照总时数为约为1840.9时,考虑高温降低因子=0.85,尘灰降低因子=0.9。太阳能电池组件阵列的设计采用了2串4并得连接方式。(在日照强度为1kW/m、单元温度为25C的标准条件下)输出的直流功率541.2W;电流16.4A;电压为33VDC。
结合厂家提供电能转化效率=0.8。估算全年的发电量为600度(kW· h)。
7 智能光伏外遮阳系统的应用前景
智能光伏外遮阳发电系统的应用,是建筑光伏建筑一体化的一种创新,是一种非常节能的措施。可以帮助到其他建筑空间及设各的节能,比如,像
建筑材料节能及通风空调系统的节能。
智能光伏外遮阳发电系统也可以广泛应用在各种建筑物,小型离网独立发电系统,大型并网发电系统。可以运用在高档别墅,洋楼。办公楼,酒店等。具有非常广泛的运用空间。
智能光伏外遮阳发电系统也非常灵活,既可以供给直流负载也可以加逆变器供给交流负载,既可以为建筑智能弱电系统提供电力也可以为强电照明、插座等提供电力,供电负载类型也非常广泛。
8 结论
在世界各国领导人云集哥本哈根出席《联合国气候变化框架公约》,全球共同倡导节能减排的大环境下,
建筑节能将会越来越受到社会各界的重视,政府也将继续加大力度支持科学的创新的环保节能产品。行业对于智能光伏外遮阳系统的研究只是刚刚起步,这系统融合了太阳能产业、建筑幕墙产业和机电自动化产业,同时又涉及到天文地理等科学,可谓集百家之长。随着相应产业的不断发展,必然能使这个系统更加智能化和人性化,成为未来建筑革命的先驱!
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