一种智能型全屋顶光伏发电系统的设计方法

技术领域

本发明涉及一种光伏发电系统的设计方法，尤其为一种智能型全屋顶光伏发电系统的设计方法。

背景技术

目前在屋顶光伏发电系统设计中，部分组件会出现衰减、组件旁路二极管损坏、PID(Potential Induced Degradation)、阴影遮挡、表面脏污组件、线路老化拉弧、倾角不一致等问题，导致整体系统功率输出失配，不能全屋顶安装组件，造成的年均发电量损失，给用户整个生命期的发电收益带来了较大的影响。少有的光伏发电系统设计中，给每块组件装上微逆变器或者功率优化器，以解决以上问题，但由于成本高，发电效率提高不明显，难以推广。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适应性好，发电效率高的智能型全屋顶光伏发电系统的设计方法，它解决了阴影遮挡、表面脏污组件、线路老化拉弧、倾角不一致等，导致整体系统功率输出失配，不能全屋顶安装组件的问题，它还解决了给每块组件装上微逆变器或者功率优化器，成本高，发电效率提高不明显，难以推广的问题。

本发明实现的方式为：

一种智能型全屋顶光伏发电系统的设计方法，其特征在于按以下步骤进行，采用屋顶通用模型及相关公式计算屋顶各个不同倾角及不同朝向屋面的辐照度，结合智能功率优化器分别确定每个屋面的光伏组件分布数量及连接方式，再进行光伏组件与建筑的颜色一致性设计，最后进行光伏组件电路连接设计，将所有配有智能功率优化器的光伏组件串联后发电。

屋顶通用模型为侧面八面、顶部九个面的立体结构，顶部正前面朝南简称正南面，且垂直太阳光线方向，并测出正南面太阳直射的辐照度为I,然后利用以下公式，计算出屋顶上不同倾角及不同朝向的屋面上太阳直射的辐照度I

cosθ＝cosβcosα-sinβcosαcos(γ-γ

其中：θ为阳光与斜面法线夹角；

β为斜面倾斜角；

α为太阳直射斜面的高度角；

γ为太阳直射斜面的方位角；

γ

I

其中：I

I为测得的正南面太阳直射的辐照度W/m

β为斜面倾斜角；

α为太阳直射斜面的高度角。

结合智能功率优化器分别确定每个屋面的光伏组件分布数量及连接方式具体步骤为：根据屋顶各个不同倾角及不同朝向屋面的辐照度和实际安装光伏组件的屋面面积按以下公式算出各个屋面的光伏组件实际安装功率P

P

其中：P

I

20％为光伏组件平均光电转换效率；

S为一个屋面可铺设光伏组件的面积m

再确定其配套的智能功率优化器的数量，其计算公式为：

N＝P

N智能功率优化器的数量；

P

500为一个光伏组件的功率W；

μ为所要计算的屋面相对于正南屋面的辐照度比值。

智能功率优化器与光伏组件连接方式有以下几种方式：由两个、三个或四个相同功率的光伏组件串联后与一个智能功率优化器相连，或由两个、三个或四个不同功率的光伏组件串联后与一个智能功率优化器相连。

光伏组件颜色设计具体为：结合屋顶本来颜色，对光伏组件的颜色进行一致性设计。

光伏组件电路连接设计具体为：光伏组件采用多晶或单晶太阳电池片，根据智能功率优化器最大电流需要，将每片多晶或单晶太阳电池片切割为半片或三分之一片，先半片或三分之一片的多晶或单晶太阳电池片串连后并连，再从组串中间分体引出电极。

本发明的设计方法，适应性好，发电效率高，安全可靠，节省成本，适用于不同地域、不同形式的屋顶光伏系统。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为本发明的屋顶通用模型示意图。

图3为本发明的太阳光入射任意倾斜平面角度示意图。

图4为本发明的两个光伏组件与智能功率优化器连接示意图。

图5为本发明的三个光伏组件与智能功率优化器连接示意图。

图6为本发明的半片电池先串件后并联的电路示意图。

图7为本发明的实施案例示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步详细的说明，本发明所用的光伏组件、智能功率优化器均为现有结构。

如图1所示，一种智能型全屋顶光伏发电系统的设计方法，其特征在于按以下步骤进行，采用屋顶通用模型及相关公式计算屋顶各个不同倾角及不同朝向屋面的辐照度，结合智能功率优化器分别确定每个屋面的光伏组件分布数量及连接方式，再进行光伏组件与建筑的颜色设计，最后进行光伏组件电路连接设计，将所有配有智能功率优化器的光伏组件模块串联后发电。

如图2、图3所示，屋顶通用模型为侧面八面、顶部九个面的立体结构，顶部正前面朝南简称正南面，且垂直太阳光线方向，并测出正南面太阳直射的辐照度为I,然后利用以下公式，计算出屋顶上不同倾角及不同朝向的屋面上太阳直射的辐照度I

cosθ＝cosβcosα-sinβcosαcos(γ-γ

其中：θ为阳光与斜面法线夹角；

β为斜面倾斜角；

α为太阳直射斜面的高度角；

γ为太阳直射斜面的方位角；

γ

I

其中：I

I为测得的正南面太阳直射的辐照度W/m

β为斜面倾斜角；

α为太阳直射斜面的高度角。°

这样就可以计算出屋顶上不同倾角及不同朝向的屋面上的太阳辐照度。

如图2所示，结合智能功率优化器分别确定每个屋面的光伏组件分布数量及连接方式具体步骤为：根据屋顶各个不同倾角及不同朝向屋面的辐照度和实际安装光伏组件的屋面面积按以下公式算出各个屋面的光伏组件实际安装功率P

P

其中：P

I

20％为光伏组件平均光电转换效率；

S为一个屋面可铺设光伏组件的面积m

再确定其配套的智能功率优化器的数量，其计算公式为：

N＝P

N智能功率优化器的数量；

P

500为一个光伏组件的功率W；

μ为所要计算的屋面相对于正南屋面的辐照度比值。

如图2所示，本发明不同朝向、不同标称功率的光伏组件可以串联，在白天有效发电时段组成一个发电系统，系统智能优化最大功率输出，增加了发电量。

每个光伏组件1通过接线盒3引出正负电极，智能功率优化器2与光伏组件1连接方式有以下几种方式：由两个、三个或四个相同功率的光伏组件1串联后与一个智能功率优化器2相连，或由两个、三个或四个不同功率的光伏组件1串联后与一个智能功率优化器2相连。如图4所示，由两个相同功率的光伏组件1串联后与一个智能功率优化器2相连，如图5所示，由三个相同功率的光伏组件1串联后与一个智能功率优化器1相连。具体数量由μ值确定，根据安装方式不同，可在工厂加工成一个标准光伏组件，到现场组合，从而减少智能功率优化器的使用量，降低系统成本。

如图2、图4、图5、图6所示，光伏组件颜色设计具体为：结合屋顶本来颜色，对光伏组件的颜色进行一致性设计，提高建筑的美观性。

如图7所示，光伏组件电路连接设计具体为：本发明的光伏组件采用多晶或单晶太阳电池片，根据智能功率优化器最大电流要求，将传统的多晶或单晶太阳电池片切割为半片或三分之一片，先半片或三分之一片的多晶或单晶太阳电池片串连后并连，再从组串中间引出电极，从而更好的解决热斑效应。

工作过程如下：

根据屋顶通用模型，顶部正前面朝南，且垂直太阳光线方向，测出这个面的太阳光辐照度，根据公式(1)和(2)，计算屋顶上不同倾角及不同朝向屋面的太阳辐照度；根据公式(3)确定每个面的光伏组件模块实际安装功率，根据公式(4)确定其配套的智能功率优化器数量；不同朝向、不同标称功率的光伏组件可以串联，在白天有效发电时段组成一个发电系统；智能功率优化器与光伏组件连接方式有以下几种方式：由两个、三个或四个相同功率的光伏组件串联后与一个智能功率优化器相连，或由两个、三个或四个不同功率的光伏组件串联后与一个智能功率优化器相连。具体数量由μ值确定，根据安装方式不同，朝向不同，可在工厂加工成一个标准模块，也可现场组合；结合屋顶本来颜色，对光伏组件的颜色进行一致性设计；本发明的光伏组件采用多晶或单晶太阳电池片，根据智能功率优化器最大电流要求，将传统的多晶或单晶太阳电池片切割为半片或三分之一片，先半片或三分之一片的多晶或单晶太阳电池片串连后并连。

实施例子：

海口某一别墅，位置为纬度20

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。