光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文答辯

1、 畢業(yè)論文答辯畢業(yè)論文答辯課題：課題：CQCQ地區(qū)光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)地區(qū)光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓名：姓名：XXXXXX 班級(jí)：電自班級(jí)：電自11117878學(xué)號(hào)：學(xué)號(hào)：1 1575780480447547582 82 指導(dǎo)老師：指導(dǎo)老師：WWWWWW 20 20XXXX年年X X月月XXXX日日本設(shè)計(jì)主要涉及到的內(nèi)容：本設(shè)計(jì)主要涉及到的內(nèi)容：光伏發(fā)電系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.CQ地區(qū)光伏發(fā)電系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)簡(jiǎn)介2.光伏系統(tǒng)各電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)及選型3.光伏發(fā)電系統(tǒng)防雷接地設(shè)計(jì)4.一、光伏發(fā)電簡(jiǎn)介一、光伏發(fā)電簡(jiǎn)介太陽(yáng)能發(fā)電可分為光熱發(fā)電和光伏發(fā)電兩種。通常而言，太陽(yáng)能發(fā)電指的是太陽(yáng)能光伏發(fā)電，簡(jiǎn)稱(chēng)“光電”。它是利用半導(dǎo)體界面

2、的光生伏特效應(yīng)將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。光伏發(fā)電系統(tǒng)是由太陽(yáng)能電池方陣，蓄電池組，充放電控制器，逆變器，交流配電柜，太陽(yáng)跟蹤控制系統(tǒng)等設(shè)備組成。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的原理及分類(lèi)：太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的原理及分類(lèi)：光伏發(fā)電技術(shù)是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。太陽(yáng)光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上，形成新的空穴-電子對(duì)，在p-n結(jié)電場(chǎng)的作用下，空穴由n區(qū)流向p區(qū)，電子由p區(qū)流向n區(qū)，接通電路后就形成電流。這就是光電效應(yīng)太陽(yáng)能電池的工作原理。光伏發(fā)系統(tǒng)主要有兩種形式。一種為獨(dú)立光伏供電系統(tǒng)，由光伏方陣、控制器、蓄電池、逆變器、交流負(fù)載組成獨(dú)立的供電系統(tǒng)；另一種為并網(wǎng)光伏供電系統(tǒng)

3、，由光伏方陣、控制器、并網(wǎng)逆變器組成并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，將電能直接輸入公共電網(wǎng)。二、二、CQ地區(qū)光伏發(fā)電系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)簡(jiǎn)地區(qū)光伏發(fā)電系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)簡(jiǎn)介介本設(shè)計(jì)需要解決此小區(qū)兩個(gè)用戶的持續(xù)供電問(wèn)題。具體參數(shù)如下表：地點(diǎn)：重慶市九龍坡區(qū)二郎鋼球廠二郎路161號(hào)經(jīng)緯度：東經(jīng)106.4655 北緯29.5145系統(tǒng)直流電壓U：48V 峰值日照時(shí)數(shù)：2.8h 連續(xù)陰雨天數(shù)：8天 控制器效率：80%負(fù)載日耗電量：1.32+2=3.2（ kW/h）三、光伏發(fā)電系統(tǒng)各電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)及選型三、光伏發(fā)電系統(tǒng)各電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)及選型太陽(yáng)能電池組件選型太陽(yáng)能電池單體是光電轉(zhuǎn)換的最小單元。太陽(yáng)能電池組件再經(jīng)過(guò)串、并聯(lián)組合安裝在支架

4、上，就構(gòu)成了太陽(yáng)電池方陣。電池組件按照其類(lèi)型不同可分為晶體硅電池組件、非晶硅薄膜電池組件及砷化鎵電池組件。晶體硅又分為單晶硅和多晶硅兩種類(lèi)型。單晶硅太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率高,穩(wěn)定性好,但成本較高;非晶硅太陽(yáng)能電池生產(chǎn)效率高,成本較低,但顯然,光電轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較低,與單晶硅電池多晶硅相比,成本低,轉(zhuǎn)換效率比非晶硅薄膜電池有點(diǎn)高。實(shí)驗(yàn)室高的光電轉(zhuǎn)換效率約為17%,工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)的光電轉(zhuǎn)化率為10%。本設(shè)計(jì)綜合各種條件選擇多晶硅薄膜電池。電池組件的相關(guān)計(jì)算：電池組件的相關(guān)計(jì)算：太陽(yáng)能組件發(fā)電電流= = =55.76A系統(tǒng)的總功率P=1.434856.7=3896.07W本設(shè)計(jì)所選用電池組件的峰值功率

5、為220W，峰值電壓為28.9V，峰值電流為7.61A。需要電池總數(shù)=3896.07/220=17.7 取18塊。電池組件的串聯(lián)數(shù)=系統(tǒng)工作電壓（V)系數(shù)1.43/組件峰值工作電壓（V)=1.4348/28.9=2.4 取串聯(lián)數(shù)為3塊并聯(lián)數(shù)為=18/3=6 即選用18塊太陽(yáng)能電池板，采用3塊串聯(lián)，并聯(lián)6串的方式組成電池方陣。此方陣的總功率=18220=3960W系統(tǒng)效率系數(shù)峰值日照數(shù)系統(tǒng)直流電壓負(fù)載日耗電量8 . 08 . 08 . 085. 08 . 248100032. 3電池組件的相關(guān)設(shè)計(jì)：電池組件的相關(guān)設(shè)計(jì)：（一）光伏方陣方位角的設(shè)計(jì)（二）太陽(yáng)電池傾角的設(shè)計(jì)（三）太陽(yáng)能電池組件安裝方式

6、以及位置場(chǎng)所設(shè)計(jì)（四）光伏方陣前后間距與遮擋物之間的間距設(shè)計(jì)蓄電池設(shè)計(jì)及選型：蓄電池設(shè)計(jì)及選型：蓄電池的任務(wù)是在太陽(yáng)能輻射量不足時(shí)，能保證系統(tǒng)負(fù)載的正常用電。蓄電池主要分為：鉛酸蓄電池、鎘鎳蓄電池、氫鎳蓄電池和鋰離子蓄電池四類(lèi)。鉛酸蓄電池工作電壓比較平穩(wěn)，既可以小電流放電也可以大電流放電，工作溫度范圍寬，可在-40到65范圍內(nèi)工作。鉛酸蓄電池技術(shù)成熟，成本低廉，其最大的優(yōu)點(diǎn)是具有不錯(cuò)的跟隨負(fù)荷輸出特性。基于以上所述的優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選用的是鉛酸蓄電池。蓄電池的相關(guān)計(jì)算蓄電池的相關(guān)計(jì)算蓄電池容量=負(fù)載日平均用電量（Ah）連續(xù)陰雨天數(shù)放 電 率 修 正 系 數(shù) / 最 大 放 電 深 度 溫 度 修

7、正 系 數(shù)=3.32100080.9/(480.70.8)=889.29Ah可以選用GFM-500免維護(hù)鉛酸電池，其標(biāo)準(zhǔn)電壓為2V，標(biāo)稱(chēng)容量為500Ah。蓄電池串聯(lián)數(shù)=系統(tǒng)工作電壓/蓄電池標(biāo)稱(chēng)電壓=48/2=24蓄 電 池 并 聯(lián) 數(shù) = 蓄 電 池 總 容 量 / 蓄 電 池 標(biāo) 稱(chēng) 容 量=889.29/500=1.78 取2組所以需要蓄電池總數(shù)=242=48塊，其中每24塊串聯(lián)，再2組并聯(lián)。逆變器設(shè)計(jì)選型：逆變器設(shè)計(jì)選型：逆變器是將直流電能轉(zhuǎn)變成交流電能供給負(fù)載的使用的一種轉(zhuǎn)換裝置，逆變器的種類(lèi)很多，可以按照不同的方式進(jìn)行分類(lèi)。比如按照逆變器輸出交流電的不同，可分為單相逆變器、三相逆變器

8、和多相逆變器。逆變器要具有合理的電路結(jié)構(gòu)、足夠的直流輸入電壓適應(yīng)范圍、較高的效率、較高的可靠性和要具有一定的過(guò)載能力。選擇逆變器時(shí)應(yīng)保證一般能過(guò)載125%到150%。當(dāng)過(guò)載150%時(shí)，應(yīng)能維持30s，當(dāng)過(guò)載125%時(shí)能持續(xù)60s以上。逆變器能在任何負(fù)載條件和瞬態(tài)情況下，保證標(biāo)準(zhǔn)的額定正弦輸出。逆變電路原理圖：逆變電路原理圖：本設(shè)計(jì)選用的是半橋式逆變電路圖。它由兩支功率開(kāi)關(guān)管、儲(chǔ)能電容器及耦合變壓器組成。當(dāng)VT1導(dǎo)通，C1上的能量通過(guò)變壓器一次側(cè)釋放。VT2導(dǎo)通時(shí)，C2通過(guò)變壓器一次側(cè)釋放。VT1和VT2輪流導(dǎo)通，在變壓器二次側(cè)獲得交流電能。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，兩支串聯(lián)電容作用不會(huì)產(chǎn)生磁偏或直流分量，非

9、常適合后級(jí)帶動(dòng)變壓器負(fù)載。直流匯流箱設(shè)計(jì)選型：直流匯流箱設(shè)計(jì)選型：直流匯流箱也叫直流接線箱，主要作用是把太陽(yáng)電池組件方陣的多路輸出電纜集中輸入、分組連接，不僅使接線井然有序，而且便于分組檢查和維護(hù)，當(dāng)太陽(yáng)電池方陣局部發(fā)生故障時(shí)，可以局部分離檢修，不影響整體發(fā)電系統(tǒng)的連續(xù)工作。直流匯流箱一般由直流熔斷器、分路開(kāi)關(guān)、主開(kāi)關(guān)、避雷防雷器件、接線端子等構(gòu)成。其內(nèi)部電路如右圖所示：控制器的設(shè)計(jì)選型控制器的設(shè)計(jì)選型太陽(yáng)能電池的將吸收的光能轉(zhuǎn)換成電能通過(guò)充放電控制器對(duì)蓄電池充電，同時(shí)供給負(fù)載用電。充放電控制器的功能主要有兩個(gè)，一是對(duì)蓄電池的充放電保護(hù)，以避免蓄電池有過(guò)充或過(guò)放的情形產(chǎn)生；二是提供穩(wěn)定的直流電

10、壓源給逆變器或直流負(fù)載使用。光伏控制器需要有高壓（HVD）斷開(kāi)和恢復(fù)功能、欠壓（LVG）告警斷開(kāi)和恢復(fù)功能、保護(hù)功能和溫度補(bǔ)償功能控制器的選擇時(shí)要注意其額定工作電流必須大于太陽(yáng)電池組件或方陣的短路電流和負(fù)載的最大的工作電流。為適應(yīng)將來(lái)的系統(tǒng)擴(kuò)容，和保證系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)期的工作穩(wěn)定，建議控制器的選型最好選擇高一個(gè)型號(hào)。交流配電柜的設(shè)計(jì)及選型：交流配電柜的設(shè)計(jì)及選型：交流配電柜是在太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中連接在逆變器與交流負(fù)載之間的接受、調(diào)度和分配電能的電力設(shè)備。主要功能為電能調(diào)度、電能分配、保證供電安全及顯示參數(shù)和監(jiān)測(cè)故障。交流配電柜主要由開(kāi)關(guān)類(lèi)電器（如斷路器、切換開(kāi)關(guān)、交流接觸器等）、保護(hù)類(lèi)電器（如熔斷器

11、、防雷器、漏電保護(hù)等）、測(cè)量類(lèi)電器（如電壓表、電流表、電度表、交流互感器等）以及指示燈、母線排等組成。交流配電柜一般可以由逆變器生產(chǎn)廠家或?qū)I(yè)廠家設(shè)計(jì)生產(chǎn)并提供成型產(chǎn)品。也可以根據(jù)實(shí)際需要自己設(shè)計(jì)制作。交流配電柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下所示：防雷接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)：防雷接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)：由于光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要部分都安裝在露天狀態(tài)下，切分布的面積較大，因此存在著受直接和間接雷擊的危害。同時(shí)。光伏發(fā)電系統(tǒng)與相關(guān)電氣設(shè)備及建筑物有著直接的連接，因此對(duì)光伏系統(tǒng)的雷擊還會(huì)涉及相關(guān)的設(shè)備和建筑物及用電負(fù)載等。為了避免雷擊對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的損害，就需要設(shè)置防雷與接地系統(tǒng)進(jìn)行防護(hù)。CQ地區(qū)閃電天平均每年大約是40天,甚至有雷暴活動(dòng)

12、。一般集中在夏季,冬季閃電活動(dòng)可能相對(duì)較小,所以有很強(qiáng)的季節(jié)性。鑒于CQ地區(qū)屬于雷擊高發(fā)頻率的區(qū)域，因此設(shè)計(jì)一個(gè)可靠適用的防雷接地保護(hù)系統(tǒng)很有必要。雷電入侵光伏發(fā)電系統(tǒng)途徑及解決方法：雷電入侵光伏發(fā)電系統(tǒng)途徑及解決方法：雷電入侵光伏發(fā)電系統(tǒng)主要有三種途徑。一是地電位反擊電壓通過(guò)接體入侵。二是有太陽(yáng)電池方陣的直流輸入線路入侵。最后是由光伏系統(tǒng)的輸出供電線路入侵。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的選址要盡量避免放置在容易受到雷擊的位置和場(chǎng)合；盡量避免避雷針的投影落在太陽(yáng)電池方陣的組件上；根據(jù)具體情況，可采用避雷針、避雷網(wǎng)等不同防護(hù)措施對(duì)直擊雷進(jìn)行防護(hù)，減小雷擊概率，并盡量采用多跟均勻布置的引下線將雷擊電流引入地

13、下；為防止雷電感應(yīng)，要將整個(gè)光伏系統(tǒng)的所有金屬物，包括電池組件外框、設(shè)備、機(jī)箱機(jī)柜外殼、金屬線管等與聯(lián)合接地體等電位連接，并做到各自獨(dú)立接地。甚至可以在系統(tǒng)回路上逐級(jí)加防雷器件，實(shí)行多級(jí)保護(hù)，使雷擊或開(kāi)關(guān)浪涌電流經(jīng)過(guò)多級(jí)防雷器件泄流。防直擊雷保護(hù)設(shè)計(jì)：防直擊雷保護(hù)設(shè)計(jì)：防直擊雷的措施首先是要在建筑物和光伏發(fā)電系統(tǒng)的頂部加裝避雷針等防護(hù)設(shè)備。太陽(yáng)能電池方陣組件和避雷設(shè)備需要先做可靠的等電位連接,再與屋頂?shù)谋芾灼飨噙B接連入大地。安裝在室內(nèi)的太陽(yáng)能光伏控制器、鉛酸蓄電池和離網(wǎng)逆變器等設(shè)備,也需要作可靠的等電位連接，最后由接地引下線接入大地防雷擊電磁脈沖保護(hù)設(shè)計(jì)：防雷擊電磁脈沖保護(hù)設(shè)計(jì)：防雷擊電磁脈沖防護(hù)設(shè)計(jì)主要包括系統(tǒng)設(shè)備均衡和等電位連接的組件,以及過(guò)電壓和過(guò)電流保護(hù)。絕大多數(shù)光伏系統(tǒng)組件是金屬材料,如電池廣場(chǎng)鋁合金框架,使用金屬支架,固定安裝光伏控制器、離網(wǎng)逆變器,直流配電箱和金屬框架交流配電柜等設(shè)備,都需要分別做等電位連接可靠,并連接大地。這些稱(chēng)為第1 級(jí)電源浪涌保護(hù)器。控制器、蓄電池和逆變器均為價(jià)格昂貴的設(shè)備,應(yīng)在控制器、蓄電池和逆變器內(nèi)安裝第2 級(jí)的電源浪涌保護(hù)器,使其具有防雷保護(hù)功能如果逆變器輸出到一些較重要的負(fù)載設(shè)備,還應(yīng)該在逆變器輸出端安裝第3 級(jí)電源浪涌保護(hù)器?？?/p>