家用獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化設計

1、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)課程設計 課題名稱 50W太陽能LED路燈系統(tǒng)設計 專業(yè)班級： 新能本121 學生學號： 2012213117 學生姓名： 馬宇馳 學生成績： 指導教師： 郭瑞、高微 課題工作時間： 2014.12.29 至 2015.1.5 沈陽工程學院 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)課程設計課題名稱： 家用獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化設計 一、課程設計的任務和要求要求：1、具備獨立查閱光伏發(fā)電系統(tǒng)設計的相關文獻和資料的能力；具有查閱光伏電池、蓄電池、控制器和逆變器等光伏器件參數(shù)和型號的能力；具有收集、加工各種信息及獲取新知識的能力。2、具備獨立設計光伏發(fā)電系統(tǒng)的能力，能提出并較好地實施方案，能對光伏發(fā)電

2、系統(tǒng)的結構和配置進行分析研究和優(yōu)化設計。3、具備數(shù)值計算、仿真、繪圖和文字處理等能力。4、工作努力，遵守紀律，工作作風嚴謹務實，按期圓滿完成規(guī)定的任務。5、報告內(nèi)容簡練完整、立論正確、討論充分、論述流暢、結構嚴謹、結論合理；技術用語準確、符號規(guī)范統(tǒng)一、編號齊全、書寫工整、圖表完備。6、工作中有創(chuàng)新意識，對前人工作有一定改進或獨特見解。7、內(nèi)容不少于3000字。 技術參數(shù)：1、光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝地點：沈陽； 2、使用單晶硅光伏電池； 3、負載表數(shù)量功率使用時間熒光燈818w/盞5h/天電視機，電腦2120w/個3h/天洗衣機1600wh/天電冰箱11000wh/天任務：1、選擇適當?shù)墓夥姵?、蓄?/p>

3、池、逆變器和控制器； 2、設計合理的光伏發(fā)電系統(tǒng)； 3、利用PVsyst軟件和有關理論模擬優(yōu)化設計，并對結果進行分析和總結。 二、進度安排 1、2013.12.16 選題、分析查找相關資料、熟悉PVsyst軟件 2、2013.12.17 提出設計方案、思路和系統(tǒng)框圖、系統(tǒng)的優(yōu)化設計 3、2013.12.18 討論、修改、進一步優(yōu)化方案，光伏發(fā)電系統(tǒng)各部件的選型 4、2013.12.19 寫出課程設計報告初稿5、2013.12.20 整理課程設計報告、交稿三、參考資料或參考文獻1、楊金煥、于化叢、葛亮著. 太陽能光伏發(fā)電應用技術. 第1版. 電子工業(yè)出版社. 2009年。2、李鐘實著. 太陽能光

4、伏發(fā)電系統(tǒng)設計施工與維護. 第1版. 人民郵電出版社. 2010年。 3、PVsyst軟件應用教程。報告正文目錄第一章 緒論11.1設計背景1第2章 沈陽市氣象資料及地理情況2第3章 家用獨立型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化設計33.1 設計方案33.2 負載的計算43.3蓄電池容量及串并聯(lián)的設計及選型53.4 太陽能電池板的方位角與傾斜角的設計63.5 太陽能電池板容量及串并聯(lián)的設計及選型73.6 控制器、逆變器的選型83.7 系統(tǒng)配置清單9第4章 家用獨立型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化結果與討論104.1軟件仿真結果分析104.2 系統(tǒng)仿真結果分析114.2.1全年損耗分析114.2.2方陣日均輸入

5、/輸出能量124.2.3組件日輸出量134.2.4標準化產(chǎn)能分析14第5章 心得體會15參考文獻15第一章 緒論1.1設計背景隨著世界性的能源短缺問題的日益嚴重，開發(fā)和利用新能源是一種必然的趨勢，而太陽能就是其中最好的能源之一，其原因是太陽能資源豐富、分布廣泛，是21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ目稍偕茉?。隨著全球能源短缺和環(huán)境污染等問題日益突出，太陽能光伏發(fā)電因其清潔、安全、便利、高效等特點，已成為世界各國普遍關注和重點發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)。近年來全球光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)增長迅猛，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴大，產(chǎn)品成本持續(xù)下降。我國光伏 發(fā)電產(chǎn)業(yè)也得到迅速發(fā)展，使得家用獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)得以實現(xiàn)。目前太陽能利用技術主要有:太陽能

6、光伏發(fā)電，太陽能熱利用，太陽能動力利用，太陽能光化利用，太陽能生物利用和太陽能光-光利用等。其中以太陽能光伏發(fā)電以其優(yōu)異的特性近年來在全世界得到廣泛的發(fā)展，被認為是當前最具有發(fā)展前景的新能源技術。太陽能光伏發(fā)電就是利用太陽能電池板，將太陽能轉化為能提供人們生產(chǎn)生活的電能。1.2 設計意義 本文通過對太陽能組件工作的原理的學習和認識，針對小型用戶用電需求，根據(jù)沈陽的經(jīng)度、緯度、氣象、環(huán)境狀況及用戶負荷狀況，運用太陽能光伏發(fā)電知識設計了一種家用獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)，運用PVsyst軟件對系統(tǒng)的電池板傾角、光伏方陣、蓄電池、控制器、逆變器等組件進行了優(yōu)化設計和選擇。最后用PVsyst軟件對設計的系統(tǒng)進行

7、模擬仿真。第2章 沈陽市氣象資料及地理情況沈陽市所在地區(qū)緯度為北緯41.46°，經(jīng)度為東經(jīng)123.25°其它氣象參數(shù)：第 14 頁第3章 家用獨立型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化設計3.1 設計方案當?shù)靥柲苜Y源和氣象地理條件數(shù)據(jù)的收集、計算。如當?shù)亟?jīng)度、緯度;年最高最低氣溫；全年太陽能輻射量；平均峰值日照時數(shù)；年最長連續(xù)陰雨天數(shù)等用電量需求的分析與計算確定光伏發(fā)電系統(tǒng)的形式系統(tǒng)容量設計：太陽能電池組件功率和方陣構成的設計與計算 蓄電池（組）的容量與組合的設計與計算系統(tǒng)配置與設計；1.控制器的選型與配置 2.逆變器的選型與配置 3.2 負載的計算數(shù)量功率使用時間熒光燈818w/盞

8、5h/天電視機，電腦2120w/個3h/天洗衣機1600wh/天電冰箱11000wh/天通過軟件算出負載日耗電總量為3040wh根據(jù)表統(tǒng)計日負荷平均耗電量時，增加5%的預期負荷留量，所以日均耗電總量為：3.041.05=3.2kWh。3.3蓄電池容量及串并聯(lián)的設計及選型由于所設計的家用獨立光伏系統(tǒng)是小型的系統(tǒng)，所以選擇的系統(tǒng)直流工作電壓為24V。為滿足5個連續(xù)陰雨天能正常供電，所需的蓄電池容量C為：蓄電池容量C=其中安全系數(shù)取1.2，最大放電深度為60，求得的蓄電池容量為1333.3Ah因此選擇型號為TXE 1300 / OPzS1200，額定容量為1370Ah，額定電壓2V，電池庫倫效率97

9、%，具體參數(shù)如下圖所示：根據(jù)選用的蓄電池可以算出所需蓄電池的串聯(lián)數(shù)和并聯(lián)數(shù):蓄電池串聯(lián)數(shù)=12蓄電池并聯(lián)數(shù)=1所以選用2V/1370Ah的蓄電池共12個，其中每12個串聯(lián)后，1個并聯(lián)。3.4 太陽能電池板的方位角與傾斜角的設計 設計以全年均衡冬半年最大數(shù)據(jù)為依據(jù)，在默認方位角為0°條件下，通過軟件模擬得到最佳光伏板傾角為53°。傾斜面上平均日輻射量為3.95kWh/m²,計算得到的峰值日照小時數(shù)為3.95h。3.5 太陽能電池板容量及串并聯(lián)的設計及選型用戶用電電流一般較大，為了使負載能正常工作，通常需要串并聯(lián)若干太陽能電池組件。首先需要求出電池板的功率，方法如下：

10、功率P=其中K取1.2，得到功率P=972.15W根據(jù)電池板的功率來選定所需電池板的型號。其中本次設計所選用的單晶硅電池板型號為Si-mono ZT75S Zytech，開路電壓Voc=21.96v，最大工作電壓Vmm=17.46v，短路電流Isc=4.74A，其具體參數(shù)如下圖所示：根據(jù)所選用電池板型號可求得需要串并聯(lián)電池板個數(shù)，公式如下：電池組件并聯(lián)數(shù)Np=8塊電池組件串聯(lián)數(shù)Ns=2塊電池組件總發(fā)電量=組件并聯(lián)數(shù)×組件串聯(lián)數(shù)×選定組件峰值功率=8×2×75.1=1201.6w>972.15w，所以選用的串并聯(lián)數(shù)能夠滿足用戶需求。3.6 控制器、逆

11、變器的選型控制器的確定方陣直流工作電壓為24V，輸出最大電流為4.748=37.92A。據(jù)此知控制器應滿足要求如下：額定工作電壓為24V；額定工作電流應大于37.92A。因此選擇控制器Isofoton,Isoltel60，它的系統(tǒng)電壓為24V，最大充電及最大負載電流均為60A。逆變器的確定用戶總負載為1074W，由于負載總容量大于逆變器總功率的80%時，逆變器會發(fā)熱過度從而減少使用壽命，故逆變器容量應大于1074/0.8=1342.5W。由于PVsyst軟件自帶的逆變器有1.5kW和3kW兩種，故前者剛好符合要求，型號為Back-up generator,1.5kW3.7 系統(tǒng)配置清單序號設備

12、名稱規(guī)格型號參數(shù)數(shù)量1太陽能電池板Si-mono ZT75S Zytech開路電壓Voc=21.96v，最大工作電壓Vmm=17.46v，短路電流Isc=4.74A 162蓄電池TXE 1300 / OPzS1200額定容量為1370Ah，額定電壓2V，電池庫倫效率97% 123控制器Isofoton,Isoltel60系統(tǒng)電壓為24V，最大充電及最大負載電流均為60A14逆變器Back-up generator,1.5kW1.5KW1第4章 家用獨立型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化結果與討論4.1軟件仿真結果分析通過圖可以看出本次設計所選用的電池尺寸及相關參數(shù)型號：電池自主放電天數(shù)5天，電池預留量

13、5%，額定電壓24V，下面的條形圖可以看出可以獲得的太陽能量：3.7kwh/day，用戶需要的能量為3.3kwh/day，雖然11月，12月的太陽能不能滿足用戶的需求，但是可以將其他月份剩余電流存儲起來，補償這兩個月的電量，綜合考慮得出，依靠本地太陽能發(fā)電量可以滿足用戶全年用電量的需求。4.2 系統(tǒng)仿真結果分析4.2.1全年損耗分析如圖 所示，沈陽地區(qū)全年平均輻照量為1292kWh/m²,方陣的轉換效率為11.5%，陣列的全年名義發(fā)電能量為1659kWh，陣列損耗中反射損耗15.3%，能量浪費5.4%，陣列全年有效輸出能量1140kWh，相當于負載全年功耗1110kWh，完全滿足需要

14、，電池年損耗6.6%。4.2.2方陣日均輸入/輸出能量圖為系統(tǒng)每日輻射能量與電能產(chǎn)出情況圖，涵蓋了一年中每一天的情況，每個點都為每天的平均輸入產(chǎn)出情況。從圖中我們可以了解系統(tǒng)的能量效率。斜率越高效率越高， 圖中某些點輻射很大但產(chǎn)能很低，主要是輻射導致電池板溫度升高發(fā)電效率降低4.2.3組件日輸出量圖所示為光伏組件在這一年中每天輸出的有效能量，途中輸出不規(guī)則可能是天氣原因，連續(xù)陰雨天可能影響日發(fā)電量的輸出，二是可能夏季氣溫過高造成光伏組件發(fā)電量較低，綜合考慮，本次設計略微改進在實際應用中可以實施。4.2.4標準化產(chǎn)能分析如圖 所示為系統(tǒng)全年標準化產(chǎn)能，電池組件每天損耗0.2kwh，太陽能丟失1.

15、1kwh，系統(tǒng)和電池控制損失-0.07kwh，供給用戶2.53kwh。同時由圖可看出2、3、4、9、10、月份發(fā)電量最充足，在滿足負載用電情況下，不僅滿足蓄電池充滿電，還有盈余，11、12月份發(fā)電量有不足，不過影響不大。第5章 心得體會隨著能源的日益短缺，太陽能的開發(fā)和利用在當今社會的低位將越來越重要，這樣的小型光伏發(fā)電系統(tǒng)也將越來越多的出現(xiàn)在人們的生活當中。本設計應用結合光伏建筑一體化基本知識，結合小型用戶用電量需求，設計了一種滿足小型用戶使用的獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)。設計中，先通過簡單計算確定太陽電池、蓄電池、控制器、逆變器等的設計參數(shù)及限制條件，然后利用PVsyst軟件對系統(tǒng)進行模擬仿真，最后對輸出結果進行分析討論。通過這次課程設