小型光伏電站設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

第22頁(yè)摘要：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。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)，現(xiàn)在光伏設(shè)計(jì)已經(jīng)趨于工業(yè)化。本文擬在陜西省西鄉(xiāng)縣城關(guān)鎮(zhèn)某地，為用戶設(shè)計(jì)一個(gè)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。用電器依據(jù)實(shí)際情況而定，查閱了氣象數(shù)據(jù)，計(jì)算了負(fù)載功率，設(shè)計(jì)了組件安裝方式，選用了合適太陽(yáng)能電池，逆變器，蓄電池和控制器等，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了效率評(píng)估，并進(jìn)行了工程預(yù)算。綜合考慮了用戶的期望，產(chǎn)品成本，效率和社會(huì)效益，旨在為用戶創(chuàng)造一個(gè)美好的現(xiàn)代生活。關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能光伏發(fā)電戶用并網(wǎng)系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目錄1工程概述 31.1工程名稱 31.2地理簡(jiǎn)介 31.3氣象資料 42太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)介紹 62.1太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)工作原理 62.2主要組成設(shè)備介紹 73方案設(shè)計(jì) 83.1太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 83.2設(shè)計(jì)原則 83.3負(fù)載的計(jì)算 93.4太陽(yáng)能電池板容量及串并聯(lián)的設(shè)計(jì)及選型 103.5組件結(jié)構(gòu)圖 123.6組件的串并聯(lián)數(shù)計(jì)算 133.6.1光伏組件串聯(lián)數(shù)的基本計(jì)算 133.6.2光伏組件的并聯(lián)數(shù)基本計(jì)算 133.7蓄電池容量及串并聯(lián)的設(shè)計(jì)及選型 133.8太陽(yáng)能電池板傾斜角的設(shè)計(jì) 143.9控制器、逆變器的選型 153.9.1控制器的確定 153.9.2逆變器的確定及選型說(shuō)明 153.10電氣配置及其設(shè)計(jì) 173.11設(shè)計(jì)依據(jù) 204發(fā)電量估算 185設(shè)備材料清單及造價(jià)一覽表 186參考文獻(xiàn) 221工程概述1.1工程名稱西鄉(xiāng)縣5.3kW戶用并網(wǎng)光伏發(fā)電項(xiàng)目。1.2地理簡(jiǎn)介西鄉(xiāng)縣位于漢中盆地東部，介于東經(jīng)107°15′～108°15′與北緯32°32′～33°14′之間?？h境東鄰石泉、漢陰，南界鎮(zhèn)巴和四川通江，北連洋縣，西接城固南鄭。東西長(zhǎng)94.5公里，南北寬64.5公里?？偯娣e3240平方公里，其中山區(qū)占64.79%，丘陵占28.35%，平川占6.86%。西鄉(xiāng)縣總面積3240平方公里，海拔在371～2413米之間，山區(qū)丘陵面積占93.2%，平川占6.8%。西鄉(xiāng)縣地處秦嶺巴山之間，位于中國(guó)南北氣候的分界線秦嶺——淮河以南米倉(cāng)山的凸起，盆地的凹陷，堰口一鐘家溝的東西大斷層，涇洋河的南北深切，構(gòu)成了西鄉(xiāng)的地貌骨架，由于地面組成的物質(zhì)不同，地貌發(fā)育也各具特點(diǎn)，加之長(zhǎng)期的水蝕、機(jī)械風(fēng)化、冰川作用及人為活動(dòng)等，從而使地貌形態(tài)和性質(zhì)也各有差異。西鄉(xiāng)屬北亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，全年氣候溫和，屬北亞熱帶半濕潤(rùn)季風(fēng)區(qū)，平均氣溫14.4℃，年均降水量1100―1200毫米。平均蒸發(fā)量457.2毫米，總的氣候特點(diǎn)是：受南北兼有的氣候和多樣地形影響，氣候溫和，雨量充沛，但時(shí)空分布差異大，光照不足立秋后高溫持續(xù)，俗稱“二十四個(gè)秋老虎”，但晝熱夜涼，遇雨氣溫驟降。白露、秋分時(shí)，淫雨經(jīng)旬，甚者歷月方晴，常有“秋霖”雨發(fā)生。西鄉(xiāng)屬長(zhǎng)江水系，地跨漢江、嘉陵江兩個(gè)流域。巴山主脊以南屬嘉陵江流域，集雨面積327平方公里，占縣總面積的10%；以北屬漢江流域，集雨面積2913平方公里，占總面積的90%。每日太陽(yáng)輻射為3.46，最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天數(shù)為6天，兩最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天最短間隔天數(shù)為15天，全年日照時(shí)間為1200-1600小時(shí)。1.3氣象資料氣象資料以NASA數(shù)據(jù)庫(kù)中西鄉(xiāng)縣氣象數(shù)據(jù)為參考。圖1NASA數(shù)據(jù)查詢太陽(yáng)能電池板和太陽(yáng)能熱應(yīng)用的大小和指向參數(shù):查得數(shù)據(jù)如下表：表1入射在一個(gè)水平面月平均太陽(yáng)輻射（千瓦時(shí)/平方米/天）北緯32.55

東經(jīng)107.61月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月年平均數(shù)22年平均3.4表2每月最高和最低平均日照差異（%）Lat32.55

Lon107.64JanFebMarAprMayJunJulAugSepOctNovDecMaximum193026231816202033292624Minimum-17-24-25-22-16-23-19-22-34-17-25-21表3月平均日照時(shí)數(shù)（小時(shí)）Lat32.55

Lon107.64JanFebMarAprMayJunJulAugSepOctNovDecAverage10.211.011.912.913.814.214.013.312.411.410.510.0表4在地球表面10米以上的月平均氣溫（°C）Lat32.55

Lon107.6JanFebMaApMaJuJulAugSepOctNovDec年平均22年平均-1116192221.417.311.66.00.4010.9最小-4.0-12151818.0-2.17.7最大2.04.28.71520232525.220.814.69.03.214.5表5在地球表面50米以上的月平均風(fēng)速（米/秒）Lat32.55

Lon107.64JanFebMaApMaJunJulAuSepOctNovDec平均10年平均3.33.02.82.9表6在50米時(shí)，每月平均風(fēng)速最低和最大的差異（%）Lat32.55

Lon107.64JanFebMarAprMayJunJulAugSepOctNovDec年平均最小-10-4-6-11-7-12-7-8-9-8-12-12-9最大64798920171171112102太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)介紹2.1太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)工作原理太陽(yáng)電池組件產(chǎn)生的直流電經(jīng)過(guò)并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合市電電網(wǎng)要求的交流電之后直接接入公共電網(wǎng)，并網(wǎng)系統(tǒng)中光伏方陣所產(chǎn)生的電力除了供給交流負(fù)載外，多余的電力反饋給電網(wǎng)。在陰雨天或夜晚，太陽(yáng)電池組件沒(méi)有產(chǎn)生電能或者產(chǎn)生的電能不能滿足負(fù)載需求時(shí)就由電網(wǎng)供電。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖2太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)原理圖2.2主要組成設(shè)備介紹太陽(yáng)能電池組件：根據(jù)光生伏打效應(yīng)原理，利用晶體硅制成，其作用是將太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換為電能，有一定的防雨、防雹、防風(fēng)等能力。根據(jù)實(shí)際需要可將電池組件相互串聯(lián)或并聯(lián)連接。并網(wǎng)逆變器：將來(lái)自太陽(yáng)電池方陣的直流電流變換為符合電網(wǎng)要求的交流電流的電力變換裝置。3方案設(shè)計(jì)3.1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。日輻射強(qiáng)度，光照時(shí)間，連續(xù)最大陰雨天等。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)計(jì)（2）逆變器的選型與設(shè)計(jì)（3）線路設(shè)計(jì)3.2設(shè)計(jì)原則本工程設(shè)計(jì)在遵循技術(shù)先進(jìn)、科學(xué)合理、安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的指導(dǎo)思想和設(shè)計(jì)原則下，著重考慮以下設(shè)計(jì)原則。先進(jìn)性原則：隨著太陽(yáng)能技術(shù)的發(fā)展，光伏電站設(shè)計(jì)必須考慮先進(jìn)性，使系統(tǒng)在一定的時(shí)期內(nèi)保持技術(shù)領(lǐng)先性，以保證產(chǎn)品具有較長(zhǎng)的生命周期。實(shí)用性原則：光伏電站設(shè)計(jì)充分考慮我國(guó)太陽(yáng)能電源設(shè)備生產(chǎn)現(xiàn)狀，選用有大規(guī)模實(shí)際工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的產(chǎn)品，采用先進(jìn)成熟的技術(shù)，保證產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性和可維性。經(jīng)濟(jì)性原則：光伏電站設(shè)計(jì)在保證系統(tǒng)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的前提下，努力降低工程、設(shè)備成本，提高系統(tǒng)的性能價(jià)格比，保護(hù)用戶的投資效益。3.3負(fù)載的計(jì)算表7負(fù)載計(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/臺(tái)3h/天洗衣機(jī)1120W600Wh/天電冰箱1180W1000Wh/天電熱水器13kW0.5h/天空調(diào)12.8kW3h/天用電負(fù)載總功率：PL=18W×8+120W×2+600W+1000W+3000W=4984W（不算空調(diào)時(shí)）PL=4984W+2800W=7784W（算空調(diào)時(shí)）日用電量：(1)q1=18W×8×5h=720Wh(2)q2=120W×2×3h=720Wh(3)q3=600Wh(4)q4=1000Wh(5)q5=3000W×0.5h=1500Wh(6)日總用電量：（不計(jì)算空調(diào)）（計(jì)算空調(diào)時(shí)）年總耗電量：（不考慮空調(diào)時(shí)）（考慮空調(diào)時(shí)）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12.94kWh(是指在盛夏或者隆冬時(shí)每天開(kāi)空調(diào)的情況下的日用量)。而一年中需要開(kāi)空調(diào)的時(shí)間大約為80天左右，所以年用電總量約為2329.1kWh。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，我們?cè)O(shè)計(jì)的系統(tǒng)為80%的效率。本次設(shè)計(jì)我們不考慮空調(diào)這個(gè)大功率，較少使用的用電器的用電量，如果空調(diào)需要用電時(shí)，從市電買進(jìn)即可。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4.54kWh以上，年發(fā)電總量必須在1657.1kWh左右，太低就不能滿足用戶需求，同時(shí)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)應(yīng)盡量做到實(shí)用。3.4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)：3.46h所需電池板的功率：W對(duì)于分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目電池組件選型遵循以下原則：在兼顧易于搬運(yùn)條件下，選擇大尺寸、高效的電池組件；選擇安裝便捷的，易于更換的組價(jià)；選擇易于接線的電池組件；組件各部分抗強(qiáng)紫外線（符合GB/T18950-2003橡膠和塑料管靜態(tài)紫外線性能測(cè)定）；組件必須符合IEC61215標(biāo)準(zhǔn)；保證每塊電池組件的質(zhì)量；遵循以上原則選擇的YL240P-29b電池組件。YL240P-29b光伏電池組件有如下優(yōu)點(diǎn)：高效率的多晶電池與高透光率的鋼化玻璃使組件的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到16.2%,這不僅降低了光伏系統(tǒng)的安裝成本，還增加了系統(tǒng)單位面積的發(fā)電量。組件功率正公差0到+5瓦確?？蛻羰盏降慕M件功率高于標(biāo)稱功率，降低由于功率的不匹配性帶來(lái)的功率損失，提高了系統(tǒng)輸出給客戶帶來(lái)更多的收益。多晶組件在“TUV功率競(jìng)賽”和“PHOTON測(cè)試”中名列前茅，證明了其優(yōu)良的使用性能和高超的發(fā)電能力。通過(guò)了2400Pa風(fēng)載荷和5400Pa雪載荷的測(cè)試，從而保證了組件具有穩(wěn)定的機(jī)械壽命。其參數(shù)如表8：表8組件參數(shù)表組件類型YL240P-29b電池片類型156mm×156mm電池片數(shù)量8片峰值功率240w峰值電壓30.4V峰值電流8.24A開(kāi)路電壓38.4V短路電流8.79A組件效率15.3%工作溫度-40°C至85°C尺寸1650mm×990mm×40mm重量19.1kg3.5組件結(jié)構(gòu)圖組件正視圖組件后視圖組件橫截面視圖圖3英利電池組件圖單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。3.6組件的串并聯(lián)數(shù)計(jì)算3.6.1光伏組件串聯(lián)數(shù)的基本計(jì)算公式如下：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。3.6.2光伏組件的并聯(lián)數(shù)基本計(jì)算方法如下：太陽(yáng)電池組件日輸出：Qp==負(fù)載日均耗電量：QL=(4984×3.5)/220=79.24A·h=

故太陽(yáng)能電池方陣功率為：,3.7蓄電池容量及串并聯(lián)的設(shè)計(jì)及選型光伏蓄電池的選擇：蓄電池能在光伏組件不發(fā)電的情況下給用戶負(fù)載提供可以使負(fù)載正常工作的電量。蓄電池容量Bc：=2.蓄電池的選擇：選用12V,200Ah的蓄電池。串聯(lián)數(shù)：并聯(lián)數(shù)：所以，總共用了8個(gè)型號(hào)為JYHY122000S的蓄電池。其參數(shù)如下表表9蓄電池型號(hào)電池型號(hào)額定電壓V容量（Ah）長(zhǎng)寬高總高重量（kg）JYHY12200S1220052224021922763.53.8太陽(yáng)能電池板傾斜角的設(shè)計(jì)太陽(yáng)能電池板傾角粗略估算：為了保證系統(tǒng)有足夠高的效率，電池板必須按一定的傾角安裝。因此有必要先計(jì)算不同傾角對(duì)效率的影響，這個(gè)影響可以用在太陽(yáng)能電池板面上的日平均輻照強(qiáng)度來(lái)量化，輻照強(qiáng)度越大則電池板的效本越高。可以根據(jù)當(dāng)?shù)鼐暥扔梢韵玛P(guān)系粗略確定固定太陽(yáng)能電池方陣的傾角：緯度0─25°，傾角等于緯度；緯度26°─40°，傾角等于緯度加5°─10°緯度41°─55°，傾角等于緯度加10°─15°緯度＞55°，傾角等于緯度加15°─20°因此當(dāng)?shù)鼐暥热?.9控制器、逆變器的選型3.9.1控制器的確定：我們已經(jīng)采用了24V的直流太陽(yáng)能系統(tǒng)，計(jì)算：,那么采用兩個(gè)24V/40A太陽(yáng)能充電控制器就可以滿足了。注意事項(xiàng)：如果超過(guò)1000W的系統(tǒng)，盡量采用雙控制器，以便檢測(cè)發(fā)電狀況和使用維護(hù)，控制器因?yàn)樘?yáng)能板在發(fā)電時(shí)并不是始終處于最大電壓和電流，所以在選控制器按40%-50%的電流，就可以滿足了。3.9.2逆變器的確定及選型說(shuō)明：逆變器是鏈接負(fù)載和電池的最后一個(gè)關(guān)鍵組件，一般采用純正弦波逆變器，其不會(huì)對(duì)任何電器電機(jī)的使用壽命造成影響。逆變器的計(jì)算公式如下因此，需要一個(gè)24V/6kW輸出的220V/50HZ的逆變器。我選擇KSG-6K型并網(wǎng)逆變器，其優(yōu)點(diǎn)如下：

DC電壓500V單路MPPT高效率拓?fù)?，最高效?7.5%體積小重量輕結(jié)構(gòu)防水設(shè)計(jì)掛架式安裝方式其具體參數(shù)如下表：表10KSG-6K并網(wǎng)逆變器規(guī)格逆變器型號(hào)參數(shù)KSG-6K最大光伏組件功率6.4kWp最大直流輸入電壓550V啟動(dòng)電壓380VMPPT范圍150-540V最大直流輸入電流28A直流輸入路數(shù)2額定交流功率6.1kW額定交流電流30A交流電流畸變率（THD)<3%@額定功率額定交流電壓220,230,240V交流電壓范圍-15%～+10%（可設(shè)置）交流電壓頻率48Hz～50.5Hz（可設(shè)置）功率因數(shù)≧0.99@額定功率隔離方式帶隔離接地方式TT最大效率97.30%歐洲效率96.80%待機(jī)狀態(tài)功耗<15W冷卻方式強(qiáng)制風(fēng)冷防護(hù)等級(jí)IP20防雷等級(jí)D級(jí)過(guò)/欠壓保護(hù)有過(guò)/欠頻保護(hù)有防孤島保護(hù)有低電壓穿越功能無(wú)過(guò)流保護(hù)有防反放電保護(hù)有極性反接保護(hù)有工作環(huán)境溫度-40℃~+55℃工作環(huán)境濕度≤95%（無(wú)結(jié)露）海拔高度3000m，大于3000m需降額顯示LCD/LED通訊接口RS232/RS485逆變器的選型說(shuō)明：（1）超乎一般的技術(shù)等級(jí)設(shè)計(jì)—足以抵擋極端溫度、潮濕及高粉塵的工作環(huán)境。高效的冷卻系統(tǒng)—特殊的氣流組織設(shè)計(jì)為日常操作提供了高效的自然對(duì)流冷卻系統(tǒng)（另設(shè)有滿負(fù)荷安全通風(fēng)設(shè)備），甚至在高溫環(huán)境中也可保證設(shè)備的長(zhǎng)壽命及無(wú)故障運(yùn)行。（2）您在使用標(biāo)準(zhǔn)插頭的同時(shí)也可選擇其它多種連接方式。壁掛式安裝設(shè)計(jì)—具有外殼把手及鉆孔定位夾具。（3）優(yōu)化高效的變壓器—輸入電壓范圍值廣及高速的MPP-Tracking功能。超強(qiáng)的適應(yīng)性—因可接受的輸入電壓范圍值廣，可適用于多晶硅、單晶硅及薄膜光伏組件。舒適的操作—大型背光LCD圖表顯示屏及簡(jiǎn)明的操作菜單。復(fù)雜的分析功能—使操作一目了然。（4）集成的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)—每日、每周及全年的數(shù)據(jù)摘要。為優(yōu)化集成每一個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)的安裝，可以有自由的外形結(jié)構(gòu)選擇。（5）網(wǎng)絡(luò)易接功能—擁有RS485接口，可接入英特網(wǎng)或進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)集成通過(guò)限壓器實(shí)現(xiàn)直流輸入浪涌保護(hù)。（6）備用繼電器輸出可用于激活外部指示單元。板載自動(dòng)斷路開(kāi)關(guān)。3.10電氣配置及其設(shè)計(jì)電氣系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能方陣，蓄電池，控制器，逆變器等組成。太陽(yáng)能方陣屋頂結(jié)構(gòu)與尺寸如下：北圖5東西12m南北6m屋頂南面面積：太陽(yáng)能電池組件面積：光伏陣列間距設(shè)計(jì):D=cosβ×H/tan[arcsin(0.648cosα-0.399sinα)]其中：β是太陽(yáng)方位角，β=arcsin[0.648/cos[arcsin(0.648cosα-0.399sinα)]]α為當(dāng)?shù)鼐暥?32.55°H是電池板安裝高度=1.06m。代入數(shù)據(jù)得：β=43.48°，間距D=2.3m?？梢猿醪降贸鲫嚵邪惭b方式，為南北走向，且斜面朝北。橫向并聯(lián)4個(gè)電池板組成一個(gè)方陣，縱向間隔2.3m，將由4個(gè)并聯(lián)的2方陣串聯(lián)，如下圖：2.3m圖6組件安裝示意圖圖7組件安裝傾角及安裝間距蓄電池總共用了2個(gè)型號(hào)為JYHY122000S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?？刂破鳎阂?jiàn)3.9.2逆變器：見(jiàn)3.9.1智能控制箱,：由微電腦定時(shí)器、繼電器、交流接觸器、