家庭并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)課題名稱： 家庭并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名： 學(xué)生學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計(jì)時(shí)間：沈陽(yáng)工程學(xué)院報(bào)告正文目 錄第1章 緒論31.1 設(shè)計(jì)背景31.2 設(shè)計(jì)意義3第2章朝陽(yáng)市氣象資料及地理情況4第3章 家用并網(wǎng)型6太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)63.1 設(shè)計(jì)方案6 3.2負(fù)載的計(jì)算83.3 太陽(yáng)能電池板容量及串并聯(lián)的設(shè)計(jì)及選型93.4 太陽(yáng)能電池板的方位角與傾斜角的設(shè)計(jì)123.5 蓄電池容量及串并聯(lián)的設(shè)計(jì)及選型133.6 控制器、逆變器的選型143.7 電氣配置及其設(shè)計(jì)153.8 系統(tǒng)配置清單17第4章 家用并網(wǎng)型太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化結(jié)果與討論18第

2、5章 心得體會(huì)19 第1章 緒論1.1 設(shè)計(jì)背景太陽(yáng)能發(fā)電是利用電池組件將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。太陽(yáng)能電池組件(Solar cells)是利用半導(dǎo)體材料的電子學(xué)特性實(shí)現(xiàn)P-V轉(zhuǎn)換的固體裝置，在廣大的無(wú)電力網(wǎng)地區(qū)，該裝置可以方便地實(shí)現(xiàn)為用戶照明及生活供電，一些發(fā)達(dá)國(guó)家還可與區(qū)域電網(wǎng)并網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)。1.2 設(shè)計(jì)意義太陽(yáng)能發(fā)電是利用電池組件將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。太陽(yáng)能電池組件(Solar cells)是利用半導(dǎo)體材料的電子學(xué)特性實(shí)現(xiàn)P-V轉(zhuǎn)換的固體裝置，在廣大的無(wú)電力網(wǎng)地區(qū)，該裝置可以方便地實(shí)現(xiàn)為用戶照明及生活供電，一些發(fā)達(dá)國(guó)家還可與區(qū)域電網(wǎng)并網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)。第2章朝陽(yáng)市

3、氣象資料及地理情況 朝陽(yáng)市位于遼寧西部。遼寧省省轄市，東連遼寧中部工業(yè)城市群，南臨渤海之濱，西接京、津、冀經(jīng)濟(jì)圈，北依內(nèi)蒙古腹地，海陸兼?zhèn)?，交通便利，地理位置?yōu)越。朝陽(yáng)居于北溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，盡管東南部受海洋暖濕氣影響，但由于北部蒙古高原的干燥冷空氣經(jīng)常侵入，形成了半干燥半濕潤(rùn)易干燥地區(qū)，四季分明，雨熱同季，日照充足，日溫差較大，降水偏少。全年平均氣溫5.48.7；年均日照時(shí)數(shù)28502950小時(shí)；年降水量450580毫米；無(wú)霜期120155天。 從環(huán)保的角度考慮，在本地建立足夠的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)將會(huì)大大改善當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境治理問(wèn)題。同時(shí)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來(lái)看，這也是社會(huì)發(fā)展的必然產(chǎn)物，采集的當(dāng)?shù)厝?/p>

4、年的太陽(yáng)能數(shù)據(jù)來(lái)設(shè)計(jì)的一種可行的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)。設(shè)計(jì)中選取最大連續(xù)陰雨天數(shù)為3天。項(xiàng)目所在地名稱遼寧省朝陽(yáng)市雙塔區(qū)經(jīng)度 東經(jīng)12225'-12348緯度北緯4112,-4217地質(zhì)地貌情況平原，地勢(shì)平坦日照輻射量kwh/m228502950海拔高度(m)169MonthGlobal lrrkw.h/m2.dayTemper.oCJanuary2.62-12.3February3.53-7.2March4.761.1April5.7610.6May6.3417.8June5.8521.5July5.3823.1August5.1022.1September4.7417.6Octobe

5、r3.6510.1November2.61-0.6December2.25-9.1Year4.397.9第3章 家用并網(wǎng)型太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)3.1 設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)一個(gè)家用太陽(yáng)能并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)為處于朝陽(yáng)雙塔區(qū)家庭提供連續(xù)3個(gè)陰天基本供電。1.太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案當(dāng)?shù)靥?yáng)能資源和氣象地理?xiàng)l件數(shù)據(jù)的收集，計(jì)算。如當(dāng)?shù)鼐暥?，?jīng)度；年最高最低氣溫；全年太陽(yáng)能輻射量；平均峰值日照時(shí)數(shù)；年最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天數(shù)等。用電量需求的分析和計(jì)算確定光伏發(fā)電系統(tǒng)的形式系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)：（1）太陽(yáng)能電池組件功率和方陣構(gòu)成的設(shè)計(jì)與計(jì)算 （2）蓄電池（組）的容量與組合的設(shè)計(jì)與計(jì)算系統(tǒng)配置與設(shè)計(jì)：（1）控制器的選型與設(shè)

6、計(jì) （2）逆變器的選型與設(shè)計(jì) （3）線路設(shè)計(jì)家庭太陽(yáng)能分布式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)原理 家庭太陽(yáng)能分布式并網(wǎng)發(fā)電系 統(tǒng)的技術(shù)原理家庭太陽(yáng)能布式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng) ( 以下簡(jiǎn)稱系統(tǒng)) 主要由太陽(yáng)能電池組、控制器、并網(wǎng)逆變器、蓄電池、電能表等組成，如圖 1 所示其中的核心元件是太陽(yáng)能電池組。各部件在系統(tǒng)中的作用是( 1) 光伏電池組件: 將太陽(yáng)的光能直接轉(zhuǎn)化家庭太陽(yáng)能分布式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng) 的電能。按基本材料主要分為: 晶體硅太陽(yáng)能電池，非晶體硅太陽(yáng)能電池，化合物太陽(yáng)能電池和有機(jī)半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池。( 2) 控制器: 控制整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對(duì)蓄電池起到過(guò)充電保護(hù)、過(guò)放電保護(hù)的作用。溫差較大的地方，合格的控制器

7、還應(yīng)具備溫度補(bǔ)償?shù)墓δ堋Ｆ渌郊庸δ苋绻饪亻_(kāi)關(guān)、時(shí)控開(kāi)關(guān)都應(yīng)當(dāng)是控制器的可選項(xiàng)( 3) 并網(wǎng)逆變器: 將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。并網(wǎng)逆變器是并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的重要電力電子設(shè)備，將來(lái)自太陽(yáng)能電池方陣輸出的直流電轉(zhuǎn)換成與符合電網(wǎng)電壓和頻率要求的交流電，并把電力輸送給負(fù)載。同時(shí)具有最大功率點(diǎn)跟蹤功能、防孤島運(yùn)行功能、自動(dòng)穩(wěn)壓和改善光伏發(fā)電系統(tǒng)的供電質(zhì)量等功能。( 4) 蓄電池: 儲(chǔ)存電能并向負(fù)載供電。蓄電池主要分為鉛酸蓄電池和鎘鎳蓄電池。對(duì)其基本要求是: 自放電率低、使用壽命長(zhǎng)、深放電能力強(qiáng)、充電效率高、少維護(hù)或免維護(hù)、工作溫度范圍寬、價(jià)格低廉。( 5) 智能電表: 計(jì)量賣給電網(wǎng)和向電網(wǎng)買入的電量。此電表應(yīng)

8、可計(jì)量系統(tǒng)向電網(wǎng)輸送的電量，和用戶在系統(tǒng)供應(yīng)電量不足時(shí)從電網(wǎng)購(gòu)得的電量，并保證計(jì)量誤差在允許范圍之內(nèi)。如用戶需要在白天用電量較少的情況下存儲(chǔ)下電能，而在晚上或其他用電高峰時(shí)使用，則可在系統(tǒng)中加裝蓄電池和充放電控制器。3.2負(fù)載的計(jì)算數(shù)量功率使用時(shí)間熒光燈818W/盞5h/天電視機(jī)，電腦2120W/個(gè)3h/天洗衣機(jī)1120W600Wh/天電冰箱1180W1000Wh/天電熱水器13KW0.5h/天用電負(fù)載總功率：日用電量：（1) (2) (3) (4) （5）日總用電量：年總耗電量：本系統(tǒng)功率較小，光伏系統(tǒng)直流電壓選擇24V。該用戶負(fù)載平均日用電量為4.54KWh。年用電總量約為1657.1KW

9、h。光伏發(fā)電系統(tǒng)在建立之后都不可避免的存在各種損耗，因此，設(shè)計(jì)的并網(wǎng)式光伏系統(tǒng)日均發(fā)電量必須在4KWh以上，年均發(fā)電總量必須在1657.1KWh左右，太低就不能滿足用戶需求，因此設(shè)計(jì)的系統(tǒng)應(yīng)盡量做到實(shí)用。3.3 太陽(yáng)能電池板容量及串并聯(lián)的設(shè)計(jì)及選型峰值日照小時(shí)數(shù)：4.85h電池板的功率：根據(jù)電池板的功率選定所需電池板的型號(hào)，PVsyst軟件提供一些廠家電池板參數(shù)和型號(hào)本設(shè)計(jì)選取的單晶硅光伏電池板型號(hào)為Si-mono Phebus 110 Sorelec主要參數(shù)如下：功率（W）峰值電壓(V)峰值電流(A)開(kāi)路電壓(V)短路電流(A)110.317.506.321.706.90太陽(yáng)能電池組件數(shù)量的

10、計(jì)算用戶用電電流一般較大，為了使負(fù)載能正常工作我們需要并聯(lián)若干光電池組件。光伏組件的并聯(lián)數(shù)基本計(jì)算方法如下： 電池組建的電壓一般比較小，為了能滿足用戶需求，我們可以把多個(gè)光電池串聯(lián)，這些組件串聯(lián)后可以產(chǎn)生負(fù)載所需要的工作電壓或者蓄電池組的充電電壓。光伏組件串聯(lián)數(shù)的基本計(jì)算公式如下：，所以選用的串并聯(lián)能夠滿足用戶需求。3.4 太陽(yáng)能電池板的方位角與傾斜角的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)以全年均衡冬半年最大數(shù)據(jù)為依據(jù)，在默認(rèn)方位角為0°的條件下，通過(guò)PVsyst軟件模擬得到最佳光伏板傾角為45°。3.5 蓄電池容量及串并聯(lián)的設(shè)計(jì)及選型蓄電池的選擇：蓄電池能在光伏組件不發(fā)電的情況下給用戶負(fù)載提供可以使

11、負(fù)載正常工作的電量，因此，蓄電池的選取很重要，并且還要考慮到節(jié)能減排方面，綜合考慮得。蓄電池容量： 蓄電池的選擇：選用2V,1200Ah的蓄電池。串聯(lián)數(shù)：并聯(lián)數(shù)：所以，總共用了10個(gè)型號(hào)為6-GFM-120的蓄電池。3.6 控制器、逆變器的選型（1）控制器的確定：方陣最大電流：最大負(fù)載電流：（2） 逆變器的確定：3.7 電氣配置及其設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能方陣，蓄電池，控制器，逆變器，熔斷器，避雷器等組成。（1） 太陽(yáng)能方陣屋頂結(jié)構(gòu)與尺寸如下： 東西16m´南北10m屋頂南面面積：太陽(yáng)能電池組件面積：計(jì)算出沈陽(yáng)冬至日時(shí)的太陽(yáng)高度角；方位角；電池板垂直高度；太陽(yáng)能電池方陣間距。橫向串聯(lián)8

12、個(gè)電池板組成一個(gè)方陣，縱向間隔3.41m將2個(gè)由8個(gè)電池板組成的方陣并聯(lián)，如下圖： （2） 蓄電池總共用了20個(gè)型號(hào)為6-GFM-120的蓄電池組合而成，具有內(nèi)阻低、自放電小、壽命長(zhǎng)、使用溫度范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。蓄電池安裝在專用的房間內(nèi)，并配有專用蓄電池支架，排列整齊，保持環(huán)境干燥并保持良好的通風(fēng)條件。（3） 控制器（4） 逆變器（5） 智能控制箱由微電腦定時(shí)器、繼電器、交流接觸器、指示燈、低壓斷路器等組成用來(lái)進(jìn)行市電對(duì)獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的智能切換。市電供電：當(dāng)控制器檢測(cè)到蓄電池電壓達(dá)到過(guò)放電壓時(shí)，此時(shí)控制器無(wú)輸出，使得K2,SJ1，K1線圈不能得電。K1-1為斷開(kāi)狀態(tài)，此時(shí)k1-2閉合，時(shí)間繼電器S

13、J3線圈得電，常開(kāi)觸點(diǎn)SJ3-1閉合，KM2接通，指示燈2亮，此時(shí)市電開(kāi)始供電。（6） 熔斷器（7） 避雷器3.8 系統(tǒng)配置清單設(shè)備型號(hào)參數(shù)數(shù)目光伏電池開(kāi)路電壓最大工作電壓短路電流最大工作電流串聯(lián)：3并聯(lián)：2總計(jì)：6蓄電池額定容量額定電壓串聯(lián)：2并聯(lián)：5總計(jì)：10控制器1并網(wǎng)逆變器1熔斷器1避雷器13.9 系統(tǒng)圖第4章 家用并網(wǎng)型太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化結(jié)果與討論本設(shè)計(jì)應(yīng)用結(jié)合光伏建筑一體化基本知識(shí)，結(jié)合小型用戶用電量需求，并考慮到可靠性經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計(jì)了一種滿足小型用戶使用的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。設(shè)計(jì)中，先通過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算確定太陽(yáng)電池、蓄電池、控制器、逆變器等的設(shè)計(jì)參數(shù)及限制條件，然后利用PVsyst軟

14、件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真，最后對(duì)輸出結(jié)果進(jìn)行分析討論。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，本設(shè)計(jì)能勝任用戶用電需求，過(guò)進(jìn)一步完善改進(jìn)，可以用于實(shí)際生活之中。 因?yàn)檎麄€(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)有安全可靠防雷裝置，同時(shí)設(shè)有直流防雷、交流防雷，光伏防雷接地光伏系統(tǒng)與建筑物主體的防雷接地系統(tǒng)連結(jié)成一體，能有效防止雷擊；選用的KACO逆變器具有過(guò)壓、欠壓、過(guò)載過(guò)流、短路接地、漏電等保護(hù)，因而整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)具有所有這些保護(hù)功能，以保證系統(tǒng)與設(shè)備正常運(yùn)行，確保人身安全。第5章 心得體會(huì)隨著能源的日益短缺，太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)和利用在當(dāng)今社會(huì)的低位將越來(lái)越重要，這樣的小型光伏發(fā)電系統(tǒng)也將越來(lái)越多的出現(xiàn)在人們的生活當(dāng)中。本設(shè)計(jì)應(yīng)用結(jié)合光伏建筑一體化基本知識(shí)，結(jié)合小型用戶用電量需求，設(shè)計(jì)了一種滿足小型用戶使用的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。設(shè)計(jì)中，先通過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算確定太陽(yáng)電池、蓄電池、控制器、逆變器等的設(shè)計(jì)參數(shù)及限制條件，然后利用PVsyst軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行