家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計

家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計編號：12321101本科畢業(yè)論文家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計院系：電子科學(xué)與工程系姓名：學(xué)號：專業(yè)：年級：指導(dǎo)教師：職稱：完成日期：PAGEIV摘要20世紀(jì)70年代后，太陽能光伏發(fā)電在世界范圍內(nèi)受到高度重視并取得了長足進展。太陽能光伏發(fā)電技術(shù)作為太陽能利用的一個重要組成部分，并被認為是二十一世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ囊环N發(fā)電方式。研究便于普及型的家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)對于緩解能源危機、減少環(huán)境污染以及減小溫室效應(yīng)具有重要的意義。首先通過計算得出駐馬店地區(qū)太陽能光伏方陣的最佳傾角及相應(yīng)斜面上的歷年逐月的日均太陽能輻射量，然后再利用計算出的相關(guān)太陽能數(shù)據(jù)進一步計算選出了該家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的各主要設(shè)備的參數(shù)和規(guī)格，同時對設(shè)備參數(shù)進行了優(yōu)化選擇，選出了最佳的光伏方陣和蓄電池容量，最后對系統(tǒng)整體造價、每日發(fā)電量、節(jié)約能源進行計算，說明家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的巨大的社會效益。關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；家庭式太陽能；太陽輻射；最佳傾角

AbstractAfter

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solarphotovoltaic

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Researchonphotovoltaicsolarpowergenerationsystems

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PVarrayand

batterycapacity,andfinalnoteoftheenormoussocialbenefitsofhomesolarpowersystem.Keywords:

Photovoltaic;

Home

solar;

Solarradiation;

Theoptimumtiltangle目錄1緒論 11.1選題的背景意義和價值 11.2太陽能光伏發(fā)電利用的現(xiàn)狀 21.2.1國外太陽能光伏發(fā)電利用狀況 21.2.2國內(nèi)太陽能光伏發(fā)電利用狀況 31.2.3家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的現(xiàn)狀 41.2.4本設(shè)計研究的內(nèi)容 42家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的原理和組成 62.1家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的原理 62.2家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的組成 62.2.1太陽能電池方陣 72.2.2防反充二極管 92.2.3蓄電池組 92.2.4控制器 102.2.5逆變器 103家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計 123.1家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)整體設(shè)計步驟 123.2光伏方陣最佳傾角計算 133.3家庭日用電負荷計算 153.4電池組件的確定 163.5蓄電池容量的確定 163.6逆變器和控制器的確定 173.7太陽能組件安裝設(shè)計 173.8家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的效益分析 193.8.1系統(tǒng)的投資預(yù)算 193.8.2系統(tǒng)的經(jīng)濟效益 203.8.3系統(tǒng)的社會效益 214總結(jié)與展望 22參考文獻 24致謝 25附錄 26PAGE291緒論1.1選題的背景意義和價值隨著常規(guī)能源的大量消耗，使得可再生能源越來越多的受到21世紀(jì)人類的關(guān)注。對能源資源消耗所引發(fā)的氣候變化等一系列問題，不僅是對中國提出的挑戰(zhàn)，也是對世界提出的挑戰(zhàn),能源短缺使太陽能光伏發(fā)電越來越受青睞。太陽能之所以受到世界各國越來越多的關(guān)注主要是因為其具有以下優(yōu)點：(1)太陽的歷史壽命長，與人類的歷史(約30萬年)相比，太陽具有很長的壽命，所以對人類來講,太陽能幾乎是無限的能源：(2)太陽是十分強大的能源供應(yīng)體，太陽光40min內(nèi)賜予地球的能量如果能夠都為人類所利用的話，估計就能滿足全世界一年的能源消耗；(3)太陽能不會造成環(huán)境污染、能源損失等社會問題；(4)能量獲取簡單直接，在使用現(xiàn)場就能從太陽光獲得能量。1839年，法圍科學(xué)家貝克雷爾(Bccquml)發(fā)現(xiàn)，光照能使半導(dǎo)體材料的不同部位之間產(chǎn)生電位差，這種現(xiàn)象后來被稱為“光生伏打效應(yīng)”簡稱“光伏效應(yīng)”。1954年，美國科學(xué)家恰賓和皮爾挫在美圈貝爾實驗室首次制成了實用的單晶硅太陽電池，誕生了將太陽光能轉(zhuǎn)換為電能的實用光伏發(fā)電技術(shù)。在太陽能的有效利用當(dāng)中，太陽能光電利用是近些年來發(fā)展最快，最具活力的研究領(lǐng)域之，也是其中最受矚目的項目之一。太陽能光伏發(fā)電具有水電、火電、核電所不能比擬的清潔性、安全性、普及性等優(yōu)點。隨著科學(xué)進步，光伏發(fā)電技術(shù)已可用于任何需要電力且有光照的場合。據(jù)國際能源署預(yù)測，到2020年，全球光伏發(fā)電量將占總發(fā)電量的2％。最近5年，德國、西班牙、日本等許多國家都在鼓勵發(fā)展包括太陽能光伏在內(nèi)的可再生能源，光伏電池產(chǎn)量年平均增長率超過40％，迅速“發(fā)酵”的國際市場也拉動了我國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，目前我國已經(jīng)成為全球第一大光伏電池生產(chǎn)國，太陽能光伏發(fā)電在不遠的將來會占據(jù)世界能源消費的重要席位，不但將替代部分常規(guī)能源，而且將成為世界能源供應(yīng)的主體。預(yù)計到2030年，可再生能源在總能源結(jié)構(gòu)中將占到30％以上，而太陽能光伏發(fā)電在世界總電力供應(yīng)中的占比也將達到10％以上；到2040年，可再生能源將占總能耗的50％以上，太陽能光伏發(fā)電將占總電力的20％以上；到2l世紀(jì)末，可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中將占到80％以上，太陽能發(fā)電將占到60％以上。這些數(shù)字足以顯示出太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景及其在能源領(lǐng)域重要的戰(zhàn)略地位[1]。中國已成為繼美國之后的世界第二大電力消費大國，但電力對中國經(jīng)濟發(fā)展的制約作用已開始顯現(xiàn)，國內(nèi)數(shù)以百萬計的企業(yè)亟待進行節(jié)電改造。隨著人們生活水平不斷提高，社會經(jīng)濟活動和交流日益頻繁與擴大，生活用電量不斷增加，如何充分利用電力、節(jié)約電能、保障電力品質(zhì)，已經(jīng)成為我國亟待解決的問題，利用太陽能光伏發(fā)電必定是最好的選擇。隨著太陽能光伏發(fā)電在人們生活中被逐步認識和大量應(yīng)用，廣泛使用綠色能源對減少二氧化碳和其它有毒氣體的排放，防治大氣污染，保護生態(tài)環(huán)境具有重要意義。因此，研究開發(fā)太陽能發(fā)電的綠色能源具有強烈的緊迫性。1.2太陽能光伏發(fā)電利用的現(xiàn)狀1.2.1國外太陽能光伏發(fā)電利用狀況在化石能源日益稀缺的背景下，各國均大力發(fā)展太陽能利用，其中日本、歐洲國家(德國)和美國等經(jīng)濟發(fā)達、能源消耗大的國家起步較早，在技術(shù)和應(yīng)用上都處于領(lǐng)先地位。由于太陽能發(fā)電成本較傳統(tǒng)能源高，因此需要政府給予政策扶持。從20世紀(jì)90年代末開始，歐美、日本等國家紛紛實行“陽光計劃”，在太陽能發(fā)電的價格、稅收、發(fā)展基金等方面給予較大優(yōu)惠，同時，在政府資助下，歐洲一些高水平的研究機構(gòu)也加大了太陽能利用的研究。歐美、日本等國家還制定了長期的能源發(fā)展戰(zhàn)略，對太陽能的發(fā)展進行了長期規(guī)劃。1997年6月美國提出“百萬太陽能屋頂計劃”，計劃到2010年將在100萬個屋頂或建筑物其他可能的部位安裝太陽能系統(tǒng)，包括太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)、太陽能熱水系統(tǒng)和太陽能空氣集熱系統(tǒng)。歐洲也于1997年左右也宣布了百萬屋頂計劃，其中，在太陽能利用領(lǐng)域領(lǐng)先的德國聯(lián)合政府在歐洲百萬屋頂?shù)目蚣芟掠?998年10月提出了計劃——在6年內(nèi)安裝10萬套太陽能屋頂系統(tǒng)，總?cè)萘吭?00-500MW，每個屋頂約3-5KW。日本政府的計劃目標(biāo)是，到2010年安裝500MW屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)[2]。在各國政府的扶持下，世界太陽能電池產(chǎn)量快速增長，1995-2005年間，全球太陽能電池產(chǎn)量增長了17倍。2005年，全球太陽能電池年產(chǎn)量達到了1650MW，累計裝機發(fā)電容量超過5GW，其中，日本太陽能電池產(chǎn)量達到762MW，增長率為27%；歐洲產(chǎn)量增加48%，達到了464MW；美國增加12%，達到了156MW；世界其他地區(qū)增加96%，達到了274MW。我們預(yù)計，2010年全球太陽能電池的年產(chǎn)量有望達到10400MW，較2005年的年產(chǎn)量增長6.3倍；整個行業(yè)的銷售收入有望在2005-2010年間，從130億美元提高至450億美元，在未來5年內(nèi)增長3.5倍。同時，受益于規(guī)模經(jīng)濟、生產(chǎn)效率和工藝水平的提高，整個產(chǎn)業(yè)鏈的成本都有望下降，行業(yè)利潤率有望保持在較高水平上。到2010年年末，歐洲累計安裝29617.145MW，占世界光伏發(fā)電裝機總?cè)萘康?4.5%。以國家而論，世界最大的光伏發(fā)電國家是德國，2010年末裝機容量高達17320MW，占世界份額的43.5%；西班牙和日本裝機容量分別為3892MW和3617.2MW，占世界的份額為9.8%和9.1%；意大利、美國分居世界第四和第五位，占世界的份額為8.8%和6.3%。從世界范圍來講，光伏發(fā)電已經(jīng)完成了初期開發(fā)和示范階段，現(xiàn)在正在向大批量生產(chǎn)和規(guī)模應(yīng)用發(fā)展，從最早作為小功率電源發(fā)展到現(xiàn)在作為公共電力的并網(wǎng)發(fā)電，其應(yīng)用范圍也已遍及幾乎所有的用電領(lǐng)域。1.2.2國內(nèi)太陽能光伏發(fā)電利用狀況我國1958年開始研究太陽電池，于1971年成功地首次應(yīng)用于我國發(fā)射的東方紅二號衛(wèi)星上，1973年開始將太陽電池用于地面一天津港的航標(biāo)燈。1979年開始用半導(dǎo)體工業(yè)的次品硅生產(chǎn)單晶硅太陽電池，使太陽電池成本明顯下降，打開了地面應(yīng)用的市場。當(dāng)時太陽電池面積小，采用真空蒸鍍銀鋁的方法制作太陽電他的電極。80年代中期，引進國外太陽電池生產(chǎn)線或關(guān)鍵設(shè)備，使我國太陽電池生產(chǎn)能力達4.5MW。2005年后，我國光伏產(chǎn)業(yè)有了突飛猛進的發(fā)展，無錫尚德、天威英利、新光硅業(yè)、賽維LDK、新疆新能源、常州天合、天津京瓷等公司紛紛進入成長期，生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，技術(shù)水平不斷提高，企業(yè)競爭力不斷增強。我國太陽能資源豐富，年日照時數(shù)大于2000小時，年太陽能輻射總量高于每平方米1389千瓦時的一、二、三類地區(qū)約占全國總面積的三分之二以上，具有太陽能利用的良好礎(chǔ)。我國地域遼闊，經(jīng)濟發(fā)展不平衡，西部地區(qū)盡管具有豐富的電力資源，但是由于受到地理環(huán)境、交通和環(huán)境保護等因素制約，從經(jīng)濟角度考慮常規(guī)電力無法進入，使得這些地區(qū)經(jīng)濟和人們的生活環(huán)境極其落后，國家西部大開發(fā)戰(zhàn)略，給這一地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展注入了活力。正在實施的“光明工程”解決了部分無電鄉(xiāng)生活、辦公、學(xué)校用電問題，使一大批農(nóng)牧民結(jié)束了無電的歷史，改善了生活質(zhì)量。隨著我國對可再生能源扶持力度的逐步加大，我國的太陽能光伏產(chǎn)業(yè)取得了很大的進展。2008年我國首座太陽能發(fā)電一體化建筑的大廈在河北保定市正式投入運營，總裝機容量可達0.3MW，相當(dāng)于一個小型發(fā)電站，發(fā)出來的電不僅供大廈使用，還可直接并入電網(wǎng)。此座建筑大面積、多角度采用了太陽能發(fā)電技術(shù)，安裝并網(wǎng)容量達0.3MW，不僅能滿足大樓群的公共照明，而且能夠并網(wǎng)發(fā)電。我國一些知名高校也成立的太陽能光伏發(fā)電實驗室，如河南省黃淮學(xué)院2009年建成的的太陽能光伏發(fā)電實驗室，充分利用學(xué)校建筑面積總裝機量達到了2MW，經(jīng)升壓變壓后直接并與電網(wǎng)，實現(xiàn)電能互補利用。如除此之外，海南省也力爭打造“光伏島”等。到2010年，中國光伏電池產(chǎn)量達到8GW，成為全球第一大光伏制造基地，占全球50%的產(chǎn)量，但國內(nèi)光伏系統(tǒng)安裝量僅約50MW，光伏系統(tǒng)的累積裝機容量僅約1GW，相當(dāng)于世界當(dāng)年安裝量的0.5%和世界累計安裝量的2.2%。其中：農(nóng)村電氣化（包括道路照明）累計裝機容量400MW，通訊和工業(yè)應(yīng)用300MW，光伏產(chǎn)品（路燈、草坪燈、城市景觀、LED照明、交通信號等）30MW，并網(wǎng)光伏發(fā)電270MW。所以，我國的太陽能光伏產(chǎn)業(yè)急需更更廣泛的推廣應(yīng)用。國家科技部最近發(fā)布的《太陽能發(fā)電科技發(fā)展“十二五”專項規(guī)劃》提出“十二五”期間，要實現(xiàn)光伏技術(shù)的全面突破，促進太陽能發(fā)電的規(guī)?；瘧?yīng)用，初步建立太陽能發(fā)電國家標(biāo)準(zhǔn)體系和技術(shù)產(chǎn)品檢測平臺，形成我國完整的太陽能技術(shù)研發(fā)、裝備制造、系統(tǒng)集成、工程建設(shè)、運行維護等產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)服務(wù)體系[3]。發(fā)展改革委能源研究所副所長李俊峰認為，今后5-l0年內(nèi)，我國光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用一方面還將以戶用光伏發(fā)電系統(tǒng)和建設(shè)小型光伏電站為主，來解決偏遠地區(qū)無電村和無電戶的供電問題，另一方面，要借鑒發(fā)達國家發(fā)展屋頂系統(tǒng)的經(jīng)驗，在大中城市的道路、公園、車站等公共設(shè)施照明中推廣使用。1.2.3家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的現(xiàn)狀目前，國內(nèi)家庭式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)現(xiàn)階段主要是用于無電、缺電的人口通電。至2010年底，已有大約75萬套家庭式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)進入用戶家庭。在這些用戶之中，大多數(shù)都是牧區(qū)的牧民家庭，這些家庭的通電水平還比較低，一般只能滿足基本的照明需要。除此以外，還有林區(qū)和農(nóng)區(qū)的農(nóng)戶和養(yǎng)蜂戶以及無電的公路道班、學(xué)校、商店等小單位以在使用家庭式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，還有一些缺電地區(qū)的城鎮(zhèn)居民，也成為家庭式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的用戶。如果這些家庭式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的保有量按80%計，加上國家光明工程和送電到鄉(xiāng)工程的光伏電站，中國目前至少有100萬戶家庭主要依靠光伏發(fā)電系統(tǒng)解決基本的生活照明用電[3]。到2010年底，中國的光伏發(fā)電市場累計安裝量達到70MW，其中約43%為農(nóng)村電力建設(shè)方面的應(yīng)用，而全國大約還有300萬無電戶，估計其中至少還有150萬戶需要在今后的十年內(nèi)采用光伏或風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)來解決。由于居住條件的限制，輸電設(shè)備很難到達，他們中的大多數(shù)只能采用分散的供電方式，即采用家庭式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。而許多已經(jīng)用上光伏系統(tǒng)的用戶也將升級換代，提高用電水平。因此，研究家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)有著很現(xiàn)實的意義。1.2.4本設(shè)計研究的內(nèi)容隨著太陽能光伏發(fā)電價格不斷下降及國家相關(guān)政策的支持，國內(nèi)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)迎來了一個快速發(fā)展的時期，但是我國目前投入較大的是大型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，對獨立型小功率太陽能發(fā)電系統(tǒng)的研究很少，尤其是對完整的家庭式太陽能系統(tǒng)研究設(shè)計更少，然而家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)靈活性和經(jīng)濟性都大大優(yōu)于大型的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，有利于廣泛普及?，F(xiàn)本人計劃設(shè)計一套完整的功率約為2KW的普通家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)，每天發(fā)電量約為8kW.h,能滿足普通家庭用戶日常的用電需求，可以解決偏遠地區(qū)用戶用電困難的問題，更重要的是它還有很好的社會效益。一套微型的300W太陽能發(fā)電系統(tǒng)，每年大約發(fā)電量250kW.h，每年減少發(fā)電消耗標(biāo)準(zhǔn)煤100KG，減少向大氣排放二氧化碳300KG，減少二氧化硫6.88KG，廣泛推廣必將產(chǎn)生巨大的社會效益。此外該系統(tǒng)還可以有效地利用建筑屋頂，節(jié)約寶貴的土地資源，太陽能發(fā)電陣列一般可安裝在屋頂及墻面上直接吸收太陽能，發(fā)電2家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的原理和組成2.1家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的原理太陽能光伏發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換器件是太陽能電池，又叫光伏電池。太陽能電池發(fā)電的原理是光生伏特效應(yīng)。當(dāng)太陽光（或其他光）照射到太陽能電池上時，電池吸收光能，產(chǎn)生光生電子——空穴對。在電池內(nèi)建電場作用下，光生電子和空穴被分離，電池兩端出現(xiàn)異號電荷的積累，即產(chǎn)生“光生電壓”，這就是“光生伏特效應(yīng)”。若在內(nèi)建電場的兩側(cè)引出電極并接上負載，則負載就有“光生電流”流過，從而獲得功率輸出。這樣，太陽的光能就直接變成了可以付諸實用的電能。2.2家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的組成一般來說，家庭式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要包括太陽能電池組件、控制器、蓄電池組和逆變器等部分。家庭式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。太陽能電池組件太陽能電池組件控制器逆變器蓄電池交流負載直接供LED燈12/24/48VDC 110/220VAC圖2-1家庭式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖太陽能電池組件是整個系統(tǒng)能源的來源，它把照射到其表面的太陽能轉(zhuǎn)化為電能；控制器是整個系統(tǒng)的核心部件之一，其運行狀態(tài)決定著系統(tǒng)的運行狀態(tài)，系統(tǒng)在控制器的管理下運行；蓄電池的功能在于儲存太陽能電池陣列受光照時所發(fā)出的電能并在無光照時向負載供電；逆變器是將直流電變換為交流電的設(shè)備，由于太陽能電池陣列和蓄電池發(fā)出的是直流電，因此當(dāng)系統(tǒng)向交流負載供電時，逆變器是不可缺少的。2.2.1太陽能電池方陣通過導(dǎo)線連接的太陽能電池被密封成的物理單元被稱為太陽能電池組件，具有一定的防腐、防風(fēng)、防雹、防雨等的能力，廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域和系統(tǒng)。太陽能電池單體是光電轉(zhuǎn)換的最小單元，尺寸一般為2cm2cm到15cm15cm不等。太陽能電池單體的工作電壓約為0.45～1.5V，工作電流約為20～25mA/cm2,一般不能單獨作為電源使用。將太陽能單體進行串并聯(lián)并封裝后，就成為太陽能電池組件，其功率一般為幾瓦至幾百瓦，是可以單獨作為電源使用的最小單元。太陽能電池組件再經(jīng)過串并聯(lián)并裝在支架上，就構(gòu)成了太陽能電池方陣，可以滿足負載所要求的輸出功率[4]。（1）太陽能電池簡介一個太陽能電池只能產(chǎn)生大約0.45V電壓，遠低于實際應(yīng)用所需要的電壓。為了滿足實際應(yīng)用的需要，須把太陽能電池連接成組件。太陽能電池組件包含一定數(shù)量的太陽能電池，這些太陽能電池通過導(dǎo)線連接。一個組件上，太陽能電池組件的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量是36或40個（10cm×10cm），這意味著一個太陽能電池組件大約能產(chǎn)生16V的電壓，正好能為一個額定電壓為12V的蓄電池進行有效的充電。（2）太陽能電池的封裝類型太陽能電池的可靠性在很大程度上取決于防腐、防風(fēng)、防雹、防雨等的能力。其潛在的質(zhì)量問題是邊沿的密封以及組件背面的接線盒。太陽能電池的封裝方式主要有以下兩種：①雙面玻璃密封。太陽能電池組件的正反兩面均是玻璃板，太陽能電池被鑲嵌在一層聚合物中。這種密封方式存在的一個主要問題是玻璃板與接線盒之間的連接。這種連接不得不通過玻璃板的邊沿，因為在這種玻璃板上打孔是很昂貴的。②玻璃合金層疊密封。這種組件的前面是玻璃板，背面是一層合金薄片。合金薄片的主要功能是防潮、防污。太陽能電池組件中，電池與接線盒之間可用導(dǎo)線連接[5]。（3）太陽能電池的電氣特性。組件的電氣特性主要是指電壓—電流特性，也稱為V-I曲線，如圖2-2所示。V-I曲線顯示了通過太陽能電池組件傳送的電流Im與電壓Vm在特定的太陽輻照度下的關(guān)系。如果太陽能電池組件電路短路即V=0，此時的電流稱為短路電流Isc；如果電路開路即I=0，此時的電壓稱為開路電壓Voc.太陽能電池組件的輸出功率等于流經(jīng)該組件的電流與電壓的乘積，即P=VI。當(dāng)太陽能電池組件的電壓上升時，例如通過增加負載的電阻值或組件的電壓從0（短路條件下）開始增加時，組件的輸出功率亦從0開始增加；當(dāng)電壓達到一定值時，IIVmVocISCImPmV圖2-2太陽能電池V-I特性曲線（I－電流；Isc－短路電流；Im－最大工作電流；V－電壓；Voc－開路電壓；Vm－最大工作電壓；Pm－最大功率；）功率可達到最大，這時當(dāng)阻值繼續(xù)增加時，功率將躍過最大點，并逐漸減少至0，即電壓達到開路電壓Voc。在組件的輸出功率達到最大的點，稱為最大功率點；該點所對應(yīng)的電壓，稱為最大功率點電壓Vm（又稱為最大工作電壓）；該點所對應(yīng)的電流，稱為最大功率點電流Im(又稱為最大工作電流)；該點的功率，稱為最大功率Pm。（4）性能測試由于太陽能電池組件的輸出功率取決于太陽輻照度、太陽光譜分布和太陽能電池溫度，因此太陽能電池組件的測量在標(biāo)準(zhǔn)條件下（STC）進行，測量條件被歐洲委員會定義為101號標(biāo)準(zhǔn)，其條件是：光譜輻照度，1000W/m2；光譜，AM1.5；電池溫度，25℃。在該條件下，太陽能電池組件所輸出的最大功率被稱為峰值功率，表示為Wp。在很多情況下，組件的峰值功率通常用太陽能模擬器測定并與國際認證機構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化的太陽能電池進行比較。在戶外測量太陽能電池組件的峰值功率是很困難的，因為太陽能電池組件所接受到的太陽光的實際光譜取決于大氣條件及太陽的位置；此外，在測量的過程中，太陽能電池的溫度也是不斷變化的。在戶外測量的誤差很容易達到10%或更大[6]。（5）熱斑效應(yīng)和旁路二極管在一定的條件下，一串聯(lián)支路中被遮蔽的太陽能電池組件將被當(dāng)作負載，消耗其他被光照的太陽能電池組件所產(chǎn)生的能量。被遮擋的太陽能電池組件此時將會發(fā)熱，這就是熱斑效應(yīng)。這種效應(yīng)能很嚴重地破壞太陽能電池。有光照的太陽能電池所產(chǎn)生的部分能量或所有的能量，都可能被遮蔽的太陽能電池所消耗。為了防止太陽能電池由于熱斑效應(yīng)而被破壞，需要在太陽能電池組件正負極間并聯(lián)一個旁路二極管，以避免光照組件所產(chǎn)生的能量被遮蔽的組件所消耗。（6）連接盒連接盒是一個很重要的元件，它保護太陽能電池與外界的交界面及各組件內(nèi)部連接的導(dǎo)線和其他系統(tǒng)元件。它包含1個接線盒和1只或2只旁路二極管。（7）可靠性和使用壽命考察太陽能電池組件可靠性的最好方式是進行野外測試，但這種測試需經(jīng)歷很長的時間。為能用較低的費用在相似的工作條件下以較短的時間測量出可靠性，一種新型的測試方法正在發(fā)展之中，即加速使用壽命測試方法。這種測試方法，主要是依據(jù)野外測試和過去所執(zhí)行的加速度測試之間的關(guān)聯(lián)度，并基于理論分析和參照其他電子測量技術(shù)以及國際電工技術(shù)委員會太陽能光伏能源系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化委員會的測試標(biāo)準(zhǔn)（IEC/TC82）而設(shè)計的。在IEC規(guī)范的503條中描述了一整套可靠性的測試方法。這一規(guī)范包含如下測試內(nèi)容：UV照明測試；高溫暴露測試；高溫/高濕測試；框架扭曲度測試；機械強度測試；冰雹測試；溫度循環(huán)測試。太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)中的太陽能電池組件的期望使用壽命至少是25年，具體壽命決定于太陽能電池組件結(jié)構(gòu)性能和當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件。2.2.2防反充二極管又稱阻塞二極管。其作用是避免由于太陽能電池方陣在陰雨天和夜晚不發(fā)電時或出現(xiàn)短路故障時蓄電池組通過太陽能電池方陣放電。它串聯(lián)在太陽能電池方陣電路中，起單向?qū)ㄗ饔谩Ｒ笃淠艹惺茏銐虼蟮碾娏?，而且正向電壓降要小，反向飽和電流要小，其耐壓一定要比被充電的電池電壓高，否則電池就會被擊穿。蓄電池電壓要按最高電壓計算，電池充滿時的電壓約為標(biāo)稱的1.2倍。為了防止意外，應(yīng)留出余量，一般取最大值的1.414倍。2.2.3蓄電池組目前太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中通常使用蓄電池實現(xiàn)儲能，常用蓄電池屬于電化學(xué)電池。蓄電池在充電時把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存起來，放電時把儲存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能提供給負載使用。一般來講，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)白天把太陽能轉(zhuǎn)化為電能，通過充電器和蓄電池把電能儲存起來，晚上再通過放電器把儲存在蓄電池里的電能放出來使用。太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)對所用蓄電池組的要求是：①自放電率低；②使用壽命長；③深放電能力強；④充電效率高；⑤少維護或免維護；⑥工作溫度范圍寬；⑦價格低廉。目前我國與太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)配套使用的蓄電池主要是鉛酸蓄電池和鎘鎳蓄電池。配套200Ah以上的鉛酸蓄電池，一般選用固定式或工業(yè)免維護鉛酸蓄電池；配套200Ah以下的鉛酸蓄電池，一般選用小型密封免維護鉛酸蓄電池[7]。2.2.4控制器是家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的核心部件之一。家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的控制器一般應(yīng)具備如下功能：①信號檢測。檢測光伏發(fā)電系統(tǒng)各種裝置和各個單元的狀態(tài)和參數(shù)，為對系統(tǒng)進行判斷、控制、保護等提供依據(jù)。需要檢測的物理量有輸入電壓、充電電流、輸出電壓、輸出電流以及蓄電池溫升等。②蓄電池最優(yōu)充電控制?？刂破鞲鶕?jù)當(dāng)前太陽能資源情況和蓄電池荷電狀態(tài)，確定最佳充電方式，以實現(xiàn)高效、快速地充電，并充分考慮充電方式對蓄電池壽命的影響。③蓄電池放電管理。對蓄電池放電過程進行管理，如負載控制自動開關(guān)機、實現(xiàn)軟啟動、防止負載接入時蓄電池端電壓突降而導(dǎo)致的錯誤保護等。④設(shè)備保護。光伏系統(tǒng)所連接的用電設(shè)備，在有些情況下需要由控制器來提供保護，如系統(tǒng)中因逆變電路故障而出現(xiàn)的過壓和負載短路而出現(xiàn)的過流等，如不及時加以控制，就有可能導(dǎo)致光伏系統(tǒng)或用電設(shè)備損壞。⑤故障診斷定位。當(dāng)光伏系統(tǒng)發(fā)生故障時，可自動檢測故障類型，指示故障位置，為對系統(tǒng)進行維護提供方便。⑥運行狀態(tài)指示。通過指示燈、顯示器等方式指示光伏系統(tǒng)的運行狀態(tài)和故障信息。2.2.5逆變器逆變器是將直流電變換成交流電的設(shè)備。由于太陽能電池和蓄電池發(fā)出的是直流電，當(dāng)負載是交流負載時，逆變器是不可缺少的。對逆變器的基本要求是：①能輸出一個電壓穩(wěn)定的交流電。無論是輸入電壓出現(xiàn)波動，還是負載發(fā)生變化，它都要達到一定的電壓穩(wěn)定精度，靜態(tài)時一般為2%。②能輸出一個頻率穩(wěn)定的交流電。要求該交流電能達到一定的頻率穩(wěn)定精度，靜態(tài)時一般為0.5%。③輸出的電壓及其頻率在一定范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)。一般輸出的電壓可調(diào)范圍為5%，輸出頻率可調(diào)范圍為2Hz。④具有一定的過載能力，一般能過載125%～150%。當(dāng)過載150%時，應(yīng)能持續(xù)30s；當(dāng)過載125%時，應(yīng)能持續(xù)1min及以上。⑤輸出電壓波形含諧波成分應(yīng)盡量小。一般輸出波形的失真率應(yīng)控制在7%以內(nèi)，以利于縮小濾波器體積。⑥具有短路、過載、過熱、過電壓、欠電壓等保護功能和報警功能。⑦起動平穩(wěn)，起動電流小，運行穩(wěn)定可靠。⑧換流損失小，逆變頻率高，一般在90%以上。⑨具有快速的動態(tài)響應(yīng)[8]。逆變器按運行方式，可分為獨立運行逆變器和并網(wǎng)逆變器。獨立運行逆變器用于獨立運行的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，為獨立負載供電。并網(wǎng)逆變器用于并網(wǎng)運行的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，將發(fā)出的電能饋入電網(wǎng)。逆變器按輸出波形又可分為方波逆變器和正弦波逆變器。方波逆變器，電路簡單，造價低，但諧波分量大，一般用于幾百瓦以下和對諧波要求不高的系統(tǒng)。正弦波逆變器，成本高，但可以適用于各種負載。從長遠看，晶體管正弦波（或準(zhǔn)正弦波）逆變器將成為發(fā)展的主流。3家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計3.1家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)整體設(shè)計步驟系統(tǒng)建設(shè)地點地理及氣象條件，如：緯度，經(jīng)度，海拔高度，年最高、最低氣溫和月平均氣溫，年分月太陽輻射量，年日照時數(shù)，年最長連續(xù)陰雨天數(shù)，年平均風(fēng)速及極限風(fēng)速，災(zāi)害性地質(zhì)及氣候情況系統(tǒng)建設(shè)地點地理及氣象條件，如：緯度，經(jīng)度，海拔高度，年最高、最低氣溫和月平均氣溫，年分月太陽輻射量，年日照時數(shù)，年最長連續(xù)陰雨天數(shù)，年平均風(fēng)速及極限風(fēng)速，災(zāi)害性地質(zhì)及氣候情況計算太陽能電池方陣最佳傾角(β)用電負載的特點及要求，允許的失電小時數(shù)，允許的輸電電壓初步確定太陽能電池方陣尺寸、額定功率、組件串并聯(lián)數(shù)及組合方式確定蓄電池組容量及串并聯(lián)方式計算確定控制器的規(guī)格型號計算確定逆變器的規(guī)格型號計算出整體系統(tǒng)的報價清單家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)濟效益分析圖3-1家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計步驟框圖如圖3-1為家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計步驟框圖。家庭式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計分為軟件設(shè)計和硬件設(shè)計，軟件設(shè)計先于硬件設(shè)計。軟件設(shè)計包括：負載用電量的計算，太陽能電池方陣面輻射量的計算，太陽能電池和蓄電池容量的計算，太陽能電池方陣安裝傾角的計算，系統(tǒng)運行情況的預(yù)測和系統(tǒng)經(jīng)濟效益的分析等。硬件設(shè)計包括：負載的選型及必要的設(shè)計，太陽能電池和蓄電池的選型，太陽能電池支架的設(shè)計，逆變器的選型和設(shè)計，以及控制系統(tǒng)選型和設(shè)計。由于軟件設(shè)計牽涉到復(fù)雜的太陽能輻射量、安裝傾角以及系統(tǒng)優(yōu)化的設(shè)計計算，一般是由計算機來完成的；在要求不太嚴格的情況下，也可以采取估算的辦法。在設(shè)計計算中，需要的基本數(shù)據(jù)主要有：現(xiàn)場的地理位置，包括地點、緯度、經(jīng)度和海拔等；安裝地點的氣象資料，包括逐月的太陽能總輻射量、直接輻射量及散輻射量，年平均氣溫和最高、最低氣溫，最長連續(xù)陰雨天數(shù)，最大風(fēng)速及冰雹、降雪等特殊氣象情況。氣象資料一般無法做出長期預(yù)測，只能以過去10年到20年的平均值作為依據(jù)。另外，從氣象部門得到的資料，一般只有水平面的太陽輻射量，實際使用時必須設(shè)法換算到相應(yīng)陣列傾斜面上的輻射量。對于偏遠地區(qū)的太陽輻射數(shù)據(jù)可能并不類似于附近的城市，可采用鄰近某個城市的氣象資料或類似地區(qū)氣象觀測站所記錄的數(shù)據(jù)進行類推。3.2光伏方陣最佳傾角計算由于太陽光照射到地面的角度時時刻刻都在變化，而太陽能電池只有在日光直射的時候發(fā)電的效率是最高的，因此太陽能電池方陣布置有兩種方法:一種是安裝向日跟蹤系統(tǒng);另外一種是根據(jù)計算確定最佳安裝角度安裝太陽能電池方陣。前者可以提高太陽能電池的發(fā)電效率，但成本很高，后一種雖然效率沒有前者高，但建設(shè)成本較低，綜合考慮采用第二種方法。（1）計算方法[9]根據(jù)天空散射各向異性模型的計算方法，在緯度為φ處，傾角為β的斜面上，其太陽輻射量為：（3-1）式中：Hb和Hd分別為水平面上直接和散射輻射量；Rb為傾斜面與水平面上直接輻射量之比；H0為大氣層外水平面上太陽輻射量。對于朝向赤道的斜面：Rb=（3-2）式中δ是太陽赤緯角，可由Cooper方程近似計算：（3-3）式中N為一年中的日期序號，根據(jù)《SolarEngineeringofThermalProcesses》EditedbyJohnA.DuffieandWilliamA.Beckman推薦各月所取的典型日期見表3-1。式中ωS和ωST分別為水平面和傾斜面上日出時角，（3-4）（3-5）表3-1各月所取的典型日期月份123456789101112日期171616151511171615151410N174775105135162198228258288318344由（3-1）于（3-5）可由下式求出：（3-6）式中ISC=1367W/m2為太陽能常數(shù)。（3-1）式中ρ為地物表面反射率。一般情況下，最后一項地面反射輻射量很小，只占HT的百分之幾。式中H為水平面上總輻射量。ρ為地面反射率，范圍大致為0.2～0.7，通常取ρ=0.2。在實際應(yīng)用時，傾角的計算結(jié)果精確到1°已經(jīng)足夠。具體計算過程相當(dāng)復(fù)雜，為此可利用計算機軟件，只要輸入安裝地點的太陽輻射資料及地理緯度等數(shù)據(jù)，即可算出任意傾角下的平均日輻射量，最后確定當(dāng)?shù)氐淖罴褍A角及各月平均日輻射量[10]。（2）平均峰值日照時數(shù)計算由太陽能電池傾斜面方陣上有輻射資料的歷年逐月日平均太陽能輻射量可求出全年平均日太陽輻射量HT,，并用單位mWh/cm2表示，除以標(biāo)準(zhǔn)日太陽輻射照度，即可求出平均峰值日照時數(shù)T0，如式（3-7）所示。（3-7）（3）駐馬店地區(qū)的氣象資料駐馬店位于河南中南部，北接漯河，南鄰信陽，地處淮河上游的丘陵平原地區(qū)。位于北緯32°18′—33°15′，東經(jīng)113°10′—115°12′，地處亞熱帶與暖溫帶的過渡地帶，具有亞熱帶與暖溫帶的雙重氣候特征，是典型的季風(fēng)型半濕潤氣候。主要特點是：季風(fēng)分明、四季分明、溫濕適中、雨熱同季。年平均太陽輻射總量112～120千卡/平方厘米，年平均日照時數(shù)約為2000～2200小時。全年平均氣溫15℃，極端最低氣溫-21℃，極端最高氣溫達44℃。全市多年平均降水量為920mm，南部多于北部，西部多于東部。常年主導(dǎo)風(fēng)向冬季為西北風(fēng)和北風(fēng)，夏季為東南風(fēng)和南風(fēng)，最大風(fēng)速為25米/秒。表3-2駐馬店市(1998-2008)年平均基本氣候資料駐馬店基本氣候情況（據(jù)1998-2008年資料統(tǒng)計）月份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月平均溫度（℃）15.420.625.427.226.021.516.09.33.5平均最高溫度（℃）6.48.913.721.226.430.831.930.926.921.814.88.9極端最高溫度（℃）21.825.530.635.137.740.040.540.638.834.330.121.7平均最低溫度（℃）-2.8-22.3-0.8極端最低溫度（℃）-18.0-18.1-10.0-1.24.410.716.014.48.5-1.5-8.7-14.8平均降水量（毫米）21.425.051.358.284.3130.0194.4180.5106.771.839.216.4降水天數(shù)（日）12.76.24.9平均風(fēng)速（米/秒）2.02.32.4根據(jù)駐馬店地區(qū)的歷年逐月日平均輻射量及駐馬店地區(qū)的緯度經(jīng)計算駐馬店地區(qū)平均實際日照時數(shù)7小時；平均峰值日照時數(shù)（組件表面上）為4.33小時；最小的日峰值日照時數(shù)為3.68小時；駐馬店地區(qū)的太陽能電池組件最佳傾角為41°。結(jié)果見表（3-3）所示。表3-3駐馬店光伏方陣最佳傾角及其相應(yīng)斜面上的歷年逐月日平均輻射量地點緯度最佳傾角1月2月3月4月5月6月駐馬店地區(qū)北緯32°18′41°395.3413.8438.7465.2482.5480.97月8月9月10月11月12月490.2524.6502.1483.0421.8368.23.3家庭日用電負荷計算本次試驗設(shè)計所用的家庭負荷量數(shù)據(jù)采用調(diào)查訪問的形式獲得，對普通家庭式日常用電負荷進行調(diào)查，計算統(tǒng)計出家庭常用負荷的功率及其用電時數(shù)，表3-4為普通家庭日常負荷表。表3-4普通家庭日常負荷統(tǒng)計表家用負載電器名稱規(guī)格型號耗電功率數(shù)量每日工作時間日耗電量照明負載節(jié)能燈11W64264Wh電腦液晶顯示300W151500Wh打印機噴墨30W1130Wh電冰箱21300W1103000Wh洗衣機200W10.5100Wh微波爐800W10.5400Wh彩色電視機25寸80W16480Wh總計1776W5774Wh由統(tǒng)計表知普通家庭家用負載總功率約為1.78KW；每日耗電量L約為5.77kW.h。3.4電池組件的確定太陽能電池組件板的功率（3-8）式中，L為負載每天總耗電量；T0為平均峰值日照時數(shù)；η1為蓄電池充電效率（0.80～0.90）；η2為方陣方陣組合損失表面由于塵污遮蔽或老化引起的修正系數(shù)，通?？扇?.9～0.95；η3為逆變器的轉(zhuǎn)換效率，通常可取0.9～0.98。K為考慮一些未知工作因素，而引入的安全系數(shù)，可根據(jù)電壓等級，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確程度，運行環(huán)境等，在1.05～1.30之間選取。由日耗電量L=5.77kW.h，可計算出該系統(tǒng)需要太陽能電池板的總功率PA=1.67KW，由此可以選擇總功率為1.7KW的太陽能組件，一般采用太陽能電池標(biāo)準(zhǔn)組件，通過串并聯(lián)構(gòu)成所需要功率的太陽能電池方陣。該系統(tǒng)可采用36塊每塊電壓為0.5V，功率為2.8W的太陽能電池板串聯(lián)成面積125×125，電壓18V，功率100W單晶太陽能電池組件，再用17塊該太陽能組件進行并聯(lián)使用。3.5蓄電池容量的確定在獨立型家庭式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池是僅次于光伏組件的最重要部件，而且隨著光伏組件價格的不斷降低，蓄電池在總投資中的比例正在逐漸增加。所以，合理配置蓄電池容量十分重要：容量過大，不僅增加投資，而且會造成蓄電池充電不足，長期處于虧電狀態(tài)，加上自放電等原蓄電池容量因，蓄電池容易損壞；容量太小，容易造成過放電，不能滿足負載用電需要。參考<<RAPSDesignManual>>和<<AppliedPhotovoltaics>>兩個文獻，蓄電池容量的計算可以根據(jù)用電負荷和連續(xù)陰雨天數(shù)來確定，實際計算可按式（3-9）：（3-9）式中，C－蓄電池容量,S－蓄電池供電支持的天數(shù)（一般取2.5～5.0d）,L－負載平均每天用電量,；DOD－蓄電池放電深度（一般取0.8）,ηout-從蓄電池到負荷的效率:ηout=Fo×Fi,Fo－交流配電電路效率（一般取0.95）,Fi－逆變器效率（一般取0.90～0.98）,K－蓄電池放電容量修正系數(shù)（一般取1.2）等于蓄電池Amp-hour效率的倒數(shù)。根據(jù)系統(tǒng)要求計算日耗電量L=5.77kW.h，再根據(jù)式(3-9)，可算出蓄電池組的容量C值為27.91kWh，選擇12V的標(biāo)稱電壓鉛酸蓄電池單體，串聯(lián)成24V電池蓄電池組；根據(jù)電池組容量安時數(shù)等于所需瓦時除以電池組電壓，得電池組的容量C′=C/24=1162.86Ah，所以可選擇12個12V，200Ah的密封免維護鉛酸蓄電池先兩兩串聯(lián)后再進行并聯(lián)，即可接成滿足需要的蓄電池組。3.6逆變器和控制器的確定根據(jù)用戶的負載實況要求計算出負載總功率為P負為1.77KW，由于負載的總功率大于逆變器總功率的80%時，逆變器會發(fā)熱過度減少逆變器的使用壽命，所以選擇逆變器時需要有設(shè)計余量，一般逆變器的功率計算為P逆=P負/η，一般η取80%，則P逆為1.77kW/80%=2.22KW，所以需要選用3KW的逆變器。太陽能電池板需要的時均總功率為PA為1.7KW，由于采用24V電池，因此系統(tǒng)最大電流約為PA/24=70.8A，我們可選擇24V803.7太陽能組件安裝設(shè)計本次設(shè)計選定的駐馬店地區(qū)位于北緯32.58o，經(jīng)計算太陽能電池組件最佳傾角為41o，；比較理想的安裝位置是將太陽能電池板直接安裝在屋頂上，依據(jù)屋頂?shù)膬A角合理安排，依托不銹鋼支架安裝太陽能電池板[11]。一般情況下，我們在計算發(fā)電量時，是在方陣面完全沒有陰影的前提下得到的。因此，如果太陽電池不能被日光直接照到時，那么只有散射光用來發(fā)電，此時的發(fā)電量比無陰影的要減少約10％～20％。通常，在電池組件周圍有建筑物及山峰等物體時，太陽出來后，建筑物及山的圍會存在陰影，因此在選擇鋪設(shè)太陽能組件的地方時應(yīng)盡量避開陰影。如圖3-2與圖3-3為家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的初步設(shè)計框圖，圖3-4為家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)連接框圖圖3-2家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的初步設(shè)計框圖充電控制器充電控制器直流負載電池逆變器交流負載圖3-3家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的初步設(shè)計框圖蓄電池蓄電池逆變器交流負載智能控制器熔斷絲+-+++++太陽能電池組件直流LED燈+-圖3-4家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的接線圖3.8家庭式太陽能系統(tǒng)的效益分析3.8.1系統(tǒng)的投資預(yù)算系統(tǒng)設(shè)備具體選擇如下：（1）太陽能電池組件：選用選用中國深圳市鑫光源太陽能科技有限公司的的多晶硅XGY-100P系列太陽能電池組件17塊進行并聯(lián)。性能優(yōu)勢：高透光率的剛性玻璃，提高光的穿透性和組件的機械強度，組件玻璃具有自清潔能力，降低灰塵及其他影響組件發(fā)電效率的機率；對所有組件進行功率和電流分檔，以提高系統(tǒng)整體性能和組件的壽命；防水接線盒和集成旁路二極管，以減少太陽能電池組件因表面被遮擋造成的熱斑效應(yīng)從而引起的組件損傷；通過多項國際認證和測試IEC,Tuv,CE,ISO，提供五年的產(chǎn)品質(zhì)量保證和10-25年的產(chǎn)品功率保證。工作參數(shù)指標(biāo)：最大功率100W；工作電流5.88A；工作電壓17.2V；系統(tǒng)電壓12V；開路電壓21V；短路電流6.5A；電池數(shù)量36只；外形尺寸1161×670×35（mm）；參考重量8.6KG。（2）蓄電池電池組：選用中國深圳環(huán)宇昌電池有限公司的鉛酸電池，選擇容量為200Ah的12塊電池，兩兩串聯(lián)后再進行并聯(lián)。工作參數(shù)指標(biāo)：電壓：12V；型號：HYS122000

；化學(xué)類型：免維護；

電液量：標(biāo)準(zhǔn)L；外型尺寸：327*172*225mm；額定容量：200Ah

；重量：29.8KG。（3）控制器：選用中國北京普泰日盛的大功率控制器。性能優(yōu)勢：可根據(jù)不同的使用環(huán)境調(diào)整參數(shù)，最大效率的進行光-電能量轉(zhuǎn)換；淘汰了傳統(tǒng)控制器落后的技術(shù)，采用了全新的硬件技術(shù)；采用真正的多級PWM充電模式，有效延長蓄電池壽命；具有過充、過放、過熱、電子短路、過載保護，防反接等完善的保護功能；溫度適應(yīng)范圍（-25℃--55℃），并自帶溫度補償程序，令控制器在充放電控制中自動適應(yīng)當(dāng)前溫度,有效保護蓄電池。工作參數(shù)指標(biāo)：額定電壓12V/24V/48V/220V，過充電壓14.4V、×2/24V，過放電壓11.1V、×2/24V,負載能力40A/60A/80A/100A（4）逆變器：選用中國北京普泰日盛的中等功率逆變器。性能優(yōu)勢：逆變器核心元器件全部為美國原裝進口，安全、穩(wěn)定、可靠；標(biāo)準(zhǔn)工頻純正弦波輸出，適用于任何負載；抗沖擊能力強，150%過載可工作20s，最大程度避免客戶在使用不當(dāng)?shù)臅r造成設(shè)備損壞；輸入、輸出回路完全隔離，確保用戶安全使用；完善的保護功能：自動穩(wěn)壓、過壓保護、欠壓保護、過載保護、短路保護、過熱保護、直流端防反接保護等。工作參數(shù)指標(biāo)：額定功率：1KW～5KW；輸入電壓：DC12V/24V/48V；輸出電壓：AC220V/110V；輸出頻率：50HZ±0.05Hz；逆變效率：95%。該家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的總投資約為6.61萬元，具體預(yù)算如表3-5所示。表3-5家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)投資預(yù)算RMB6.61萬元建設(shè)項目內(nèi)容金額建設(shè)費太陽能電池組件1.7KW（含支架）1.80逆變器3KW3.00控制器800.0612只12V/200Ah蓄電池1.56土建工程0.05安裝調(diào)試占總投資的2%0.12管理費日常維護及其他0.02合計6.613.8.2系統(tǒng)的經(jīng)濟效益節(jié)約的電量計算如下：（3-10）式中PA為太陽能電池板的最大功率量，該系統(tǒng)為1.7KW；T0為平均峰值日照時數(shù)，4.33h；η1為蓄電池充電效率（0.80～0.90）；η2為方陣表面由于塵污遮蔽或老化引起的修正系數(shù)，通常可取0.9～0.95；η3為逆變器的效率通?？扇?.9～0.98；E0為線路傳輸損耗，綜合考慮可取0.05；N為每年的天數(shù)，通?？扇?65。每年節(jié)約的用電量：P=2138.69kW.h年節(jié)約電費A1=1132.24kWh×0.56元=1191.66元此外還有個對應(yīng)電價上調(diào)節(jié)約的增加額G1=1132.24kW.h×0.04元=85.54元分別利用等額收付(UniformSeriesPresentWorthFactor)和遞增等差收付序列(PresentWorthFactoroftheUniformGradientSeries)現(xiàn)值計算公式，25年節(jié)約電費現(xiàn)值P計算過程如下：P=A(P/A,i,n)+G(P/G,i,n)=A+（3-11）式中i是對應(yīng)于可再生能源系統(tǒng)的社會年利率(10%),n是光伏發(fā)電系統(tǒng)的太陽能電池組件工作年限,A是每年光伏發(fā)電系統(tǒng)節(jié)省的等年值電費,G是光伏發(fā)電系統(tǒng)每年節(jié)省的因電價預(yù)期上調(diào)增加的等差變額電費。P=1191.66+=16607.50元3.8.3系統(tǒng)的社會效益根據(jù)專家統(tǒng)計：每節(jié)約1度（千瓦時）電，就相應(yīng)節(jié)約了0.4千克標(biāo)準(zhǔn)煤，同時減少污染排放0.272千克碳粉塵、0.997千克二氧化碳（CO2）、0.03千克二氧化硫（SO2）、0.015千克氮氧化物（NOX）。則該系統(tǒng)每年可以為國家節(jié)省發(fā)2138.69度電所消耗的標(biāo)準(zhǔn)煤0.86噸，減少排放污染物0.582噸碳粉塵、2.132噸二氧化碳（CO2）、0.073噸二氧化硫（SO2）、0.032噸氮氧化物（NOX）。經(jīng)過計算可以知道，目前家庭式太陽能系統(tǒng)的造價成本相對較高，但是可以用于偏遠地區(qū)。當(dāng)然了我們不能只考慮到它的經(jīng)濟效益，還要考慮其巨大的社會效益。隨著光伏發(fā)電技術(shù)的提高，以及國家對新型能源扶持力度的加大，家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)必將以惠民的價格走入千家萬戶，創(chuàng)造出巨大的社會效益。4總結(jié)與展望4.1總結(jié)太陽能是一種清潔、可再生能源，并且太陽能資源在我國廣泛分布。眾所周知，我國是一個能源消耗大國，并且人口分布極不合理，因此發(fā)展太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)對于我國的可持續(xù)發(fā)展、保持能源供給的獨立性和安全性，以及分散人口地區(qū)居民用電具有重要意義。對能源的需求，對新技術(shù)的追求以及人們不斷提高的物質(zhì)文化的需要，都將促使太陽能光伏技術(shù)成為21世紀(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，而家用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)也必會走進千家萬戶。本次設(shè)計的家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)，平均每天發(fā)電量約為6度，能滿足一般的家庭用戶日常需要，總體設(shè)計比較合理。本文的主要內(nèi)容：（1）庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的背景及意義，以及它美好發(fā)展前景。（2）介紹了家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的主要組成及工作原理。（3）家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計過程，并對相關(guān)組成部件進行優(yōu)化設(shè)計，確保系統(tǒng)的可行性。（4）對家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)進行效益評估，說明它重要的價值。4.2展望目前獨立家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)成本總體較高，這是制約我們太陽能發(fā)展的關(guān)鍵因素。比較合理的投資計劃是將家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)并入國家電網(wǎng)，白天太陽能發(fā)電直接補充電網(wǎng)電力，夜晚再由電網(wǎng)供電，還可以節(jié)省出蓄電池的成本，但是我國目前并網(wǎng)機制尚不完整，國家對太陽能發(fā)電系統(tǒng)的補貼政策還不明確。家庭式太陽能發(fā)電全國普及需滿足以下條件：（1）太陽能組件每瓦價格低于六元，預(yù)計五年內(nèi)實現(xiàn)。2012年5月16日舉行的SNEC（上海）2012展會，由昱能光伏第二代微逆系統(tǒng)構(gòu)成的光伏系統(tǒng)價格已經(jīng)進入8元時代，即包括組件及支架的系統(tǒng)每瓦價格可低至人民幣8.8元左右。（2）硅片轉(zhuǎn)換效率高于20%。據(jù)最新報道：我國英利綠色能源集團推出的熊貓”N型單晶硅電池轉(zhuǎn)換效率量產(chǎn)達19%，實驗室最高轉(zhuǎn)效率達20%，組件轉(zhuǎn)換效率達16.2%。（3）國家電網(wǎng)允許并大力支持雙向電表。（4）太陽能發(fā)電價格在1.5--2.0元之間。（5）國家電網(wǎng)智能調(diào)峰系統(tǒng)。如能達到以上條件，投資家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)能在五年內(nèi)收回成本，家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)將會更加廣泛的使用，從而創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟效益與社會效益。隨著我國對新能源的重視，我國的并網(wǎng)發(fā)電機制肯定會日益完善，國內(nèi)太陽能光伏產(chǎn)業(yè)必將迎來更加廣闊的發(fā)展空間。目前我國應(yīng)抓緊制定并出臺支