6KW家用屋頂離網(wǎng)光伏電站設計(課程匯報)

第1章前言1.1能源與環(huán)境問題能源與環(huán)境是世紀國際社會共同關注的重大問題長期以來，人類社會在改造自然發(fā)展經(jīng)濟的同時，由于不合理地開發(fā)利用自然資源，釀成了全球性的環(huán)境污染和生態(tài)破壞，對人類的生存和發(fā)展構(gòu)成了影響深遠的威脅。能源是人類生產(chǎn)生活賴以生存的基礎，也是現(xiàn)代經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱，同時也是國家經(jīng)濟發(fā)展的重要戰(zhàn)略物資。能源的合理開發(fā)和有效利用關系到世界的未來，當今世界正面臨著人口與資源、社會發(fā)展與環(huán)境保護等多重壓力的挑戰(zhàn)，而支持社會發(fā)展的傳統(tǒng)能源資源儲量卻越來越少，因此，開發(fā)新能源和可再生能源特別是把它們轉(zhuǎn)化為高品位能源，以逐步減少化石能源的使用，是保護生態(tài)環(huán)境、走經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的重大措施。目前占主導地位的是化石能源但由于其使用過程中可產(chǎn)生大量污染且具有不可再生性因而人們一直在探尋新的清潔能源及可再生能源其中最引人注目開展研究工作最多應用最廣的就是太陽能。1.2光伏發(fā)電簡介1.2.1光伏發(fā)電類型太陽能光發(fā)電是指無需通過熱過程直接將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電方式,包括光伏發(fā)電、光化學發(fā)電、光感應發(fā)電和光生物發(fā)電。光伏發(fā)電是利用太陽能級半導體電子器件有效吸收太陽光輻射能,并使之轉(zhuǎn)變成電能的直接發(fā)電方式。1.2.2光伏發(fā)電的主要應用領域與我國飛速發(fā)展的光伏制造業(yè)相比，光伏應用領域的前進步伐明顯滯后。從當前光伏發(fā)電領域來看，已廣泛用于航天、通訊、交通，以及偏遠地區(qū)居民的供電等領域，近年來又開辟了太陽能路燈、草坪燈和屋頂太陽能光伏發(fā)電等新的應用領域。1.2.3光伏發(fā)電優(yōu)缺點光伏發(fā)電的優(yōu)點主要體現(xiàn)在：—是無枯竭且安全可靠，無噪聲，無污染排放外，絕對干凈（無公害）；二是不受資源分布地域的限制，可利用建筑屋面的優(yōu)勢在無電地區(qū)，以及地形復雜地區(qū)使用；三是無需消耗燃料和架設輸電線路即可就地發(fā)電供電且能源質(zhì)量高；四是建設周期短，獲取能源花費的時間短。五是可靠性高,壽命長,并且應用范圍廣。光伏發(fā)電的缺點主要體現(xiàn)在—是照射的能量分布密度小，即要占用巨大面積；二是獲得的能源同四季、晝夜及陰晴等氣象條件有關；三是產(chǎn)生的電力接入電網(wǎng)需要増加無功補償設備；四是儲能困難；五是發(fā)電成本離，在無政府補貼的情況下，與居民用電價格相比無競爭優(yōu)勢。1.2.4國外太陽能發(fā)電技術的應用現(xiàn)狀太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)自世紀年代以來持續(xù)高速發(fā)展,每年以30%～40%的速度遞增。光伏發(fā)電技術的應用在當今世界,特別是在非洲、南美、澳洲及亞洲等各國,普遍受到重視。盡管利用太陽能光伏發(fā)電具有許多優(yōu)點,但是其發(fā)電的價格比常規(guī)電力價格高出許多,在電力市場上無法與常規(guī)能源進行競爭。20世紀90年代以前,太陽能光伏發(fā)電主要應用在邊遠的農(nóng)村無電地區(qū)以及遠距離通訊、光伏水泵等產(chǎn)業(yè)領域。為了鼓勵太陽能的開發(fā)和利用,各國政府分別積極制定各種優(yōu)惠政策來推動太陽能光伏發(fā)電的發(fā)展。其中,以美日德等西方發(fā)達國家為主。1.2.5我國太陽能發(fā)電技術的應用現(xiàn)狀我國的光伏電池技術是從20世紀60年代時發(fā)展空間用太陽能電池開始起步的，地面用太陽能電池的生產(chǎn)是從70年代初期開始，主要的低成本技術及生產(chǎn)能力則是在80年代中期建立起來的，90年代以來是我國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的時期光伏組件生產(chǎn)能力逐年增強成本不斷降低市場不斷擴大裝機容量逐年增加，2006年累計裝機容量達35MW約占世界份額的3%。目前我國的太陽能產(chǎn)業(yè)規(guī)模已位居世界第一是全球重要的太陽能光伏電池生產(chǎn)國。1.3論文選題意義太陽能作為一種綠色、可再生能源，越來越廣泛地受到各國政府的關注，太陽能光伏發(fā)電技術也逐漸成為熱點研究問題。光伏電站的建設數(shù)量逐年增加，屋頂光伏電站的建設也在不斷增加。通過建設屋頂離網(wǎng)光伏電站，可以有效地利用建筑物屋頂，無需占用寶貴的土地資源。離網(wǎng)光伏電站可以自發(fā)自用，而且光伏電站的不釋放污染物、廢料，也不產(chǎn)生溫室氣體破壞大氣環(huán)境，是造福社會的一件好事。離網(wǎng)光伏電站經(jīng)過合理的設計能夠使系統(tǒng)運行效率提高。1.4本論文的主要工作太陽能作為一種綠色、可再生能源，越來越廣泛地受到各國政府的關注，太陽能光伏發(fā)電技術也逐漸成為熱點研究問題。太陽能光伏電站的設計方案直接影響到電站的運行性能，電站的運行性能也從很大程度上反應著電站設計方案存在的問題。因此，太陽能光伏電站的設計具有十分重要的意義。本課題主要研究了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設計，其中包括：（1）課題研究背景、光伏發(fā)電簡介、意義及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀；（2）光伏電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、分類及原理；（3）系統(tǒng)容量設計；（4）設備選型設計（光伏組件、匯流箱、控制器、逆變器、蓄電池等）；（5）經(jīng)濟性分析。

第2章光伏電站介紹2.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作原理太陽能電池通過光生伏打效應的原理，將光能變換為電能。在太陽光的照射下，當光伏電池吸收一定的太陽輻射能后，其內(nèi)部產(chǎn)生光生電子—空穴，然后在內(nèi)電場的作用下，光生電子—空穴對被分離，集中在電池兩端，則在電池兩端出現(xiàn)異號電荷積累，即產(chǎn)生光生電壓。2.2光伏電站分類2.2.1離網(wǎng)型光伏電站離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)是指沒有任何輔助電源光伏發(fā)電是唯一電力來源的電源系統(tǒng)。通過太陽能光伏方陣將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為直流電能，再經(jīng)過逆變器(直流供電無需逆變)將直流電能逆變?yōu)?20V或380V交流電能，逆變輸出的交流電未并入公共電網(wǎng)，而是直接供交流負載使用，這樣的一個發(fā)電系統(tǒng)被稱為太陽能離網(wǎng)型發(fā)電系統(tǒng)，也稱離網(wǎng)光伏電站。2.2.2并網(wǎng)型光伏電站并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)就是太陽能組件將接收來的太陽輻射能量經(jīng)過高頻直流轉(zhuǎn)換后變成高壓直流電，經(jīng)過并網(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)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)相比離網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)省掉了蓄電池儲能和釋放的過程，減少了其中的能量消耗，節(jié)約了占地空間，還降低了配置成本。2.3離網(wǎng)光伏電站結(jié)構(gòu)2.3.1離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)組成及工作原理離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2.1所示，主要由光伏陣列、匯流箱、控制器、蓄電池、逆變器和負載。直流負載控制器匯流箱光伏陣列直流負載控制器匯流箱光伏陣列交流負載逆變器蓄電池交流負載逆變器蓄電池圖2.1離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作原理是在太陽光的照射下，太陽能電池方陣吸收太陽光將其轉(zhuǎn)化成電能，在充放電控制器的作用下將產(chǎn)生的直流電直接驅(qū)動直流負載工作，或者通過交流逆變器的逆變功能將直流電轉(zhuǎn)換為交流電為交流負載供電，同時將多余的電量通過控制器的智能充放電控制儲存在蓄電池組中，在夜間或陰雨天時，則由蓄電池組向負載供電。2.3.2離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)各部件功能（1）太陽能電池組件（光伏陣列）。太陽能電池組件也叫太陽能電池板，是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部分。其作用是吸收太陽光并將其轉(zhuǎn)化成電能后,在防反充電二極管的控制下為蓄電池組充電，也可以直接用于推動負載工作。（2）光伏匯流箱。在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，為了減少太陽能光伏電池陣列與逆變器之間的連線使用到匯流箱。其作用是將一定數(shù)量、規(guī)格相同的光伏電池串聯(lián)起來，組成一個個光伏串列，然后再將若干個光伏串列并聯(lián)接入到光伏匯流箱中。（3）控制器?？刂破鞯淖饔檬遣坏刂普麄€系統(tǒng)的工作狀態(tài),還能對蓄電池起到保護作用,防止出現(xiàn)過充或過放電狀態(tài),即在蓄電池達到一定的放電深度時,控制器將自動切斷負載,當蓄電池達到過充電狀態(tài)時,控制器將自動切斷充電電路。有的控制器能夠顯示獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的充放電狀態(tài),并能貯存必要的數(shù)據(jù),甚至還具有遙測、遙信和遙控的功能。直流或交流負載通過開關與控制器連接。（4）蓄電池。蓄電池的作用主要是存儲太陽能電池發(fā)出的電能，并可隨時向負載供電。太陽能電池發(fā)電對所用蓄電池組的基本要求是：自放電率低、使用壽命長、深放電能力強、充電效率高、少維護或免維護、工作溫度范圍寬、價格低廉。（5）逆變器。逆變器是把太陽能電池組件或者蓄電池輸出的直流電轉(zhuǎn)換成交流電供應給電網(wǎng)或者交流負載使用的設備。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。2.3.3離網(wǎng)光伏發(fā)電應用（1）獨立光伏電站在實際用電需求量較大的海島、比較偏遠的山村，可以利用獨立光伏電站為其供電。規(guī)模一般都在幾千瓦到幾百千瓦之間。（2）風光互補發(fā)電風光互補發(fā)電系統(tǒng)指的是在光伏發(fā)電系統(tǒng)當中再加入風能發(fā)電系統(tǒng)，來補充僅靠光伏發(fā)電系統(tǒng)本身無法獨立提供足夠電能的電能需求地區(qū)。它的規(guī)模一般比較大，目前最大的甚至能達到兆瓦級。（3）戶用光伏發(fā)電系統(tǒng)戶用光伏發(fā)電系統(tǒng)主要指的是用作照明和小型家電的電源，其次也有用在對外無人設備的供電方面，如廣播差轉(zhuǎn)臺、通信塔、燈塔等。也可為小區(qū)住戶本身供電，規(guī)模一般在幾十到幾百瓦。目前太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應用形式和規(guī)模各異。其應用形式多種多樣，在空間、交通、通信、家用等領域已得到廣泛的應用。其規(guī)?？缍群艽?，大到兆瓦級的光伏電站，小到公路兩邊的太陽能路燈；盡管光伏系統(tǒng)存在著以上差異，但其工作原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本相同。2.4并網(wǎng)光伏電站結(jié)構(gòu)2.4.1并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)組成及工作原理并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2.2所示，主要由光伏陣列，直流匯流箱，直流配電柜，并網(wǎng)逆變器，蓄電池，監(jiān)測顯示裝置，交流電網(wǎng)，交流配電柜，交流負載構(gòu)成。交流電網(wǎng)交流電網(wǎng)直流匯流箱直流配電柜并網(wǎng)逆變器光伏陣列直流匯流箱直流配電柜并網(wǎng)逆變器光伏陣列交流配電柜交流配電柜監(jiān)測顯示裝置蓄電池監(jiān)測顯示裝置蓄電池交流負載交流負載圖2.2并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作原理是太陽光照射在太陽電池板表面,太陽電池陣列輸出直流電,經(jīng)最大功率點跟蹤控制、并網(wǎng)逆變器后,產(chǎn)生交流電,供本地交流負載使用,多余的電量反饋給電網(wǎng),從而實現(xiàn)太陽能的充分利用。2.4.2并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)分類（1）集中式大型并網(wǎng)：其主要的特點是將逆變器輸出的交流電輸送到公共大電網(wǎng)中，通過統(tǒng)一的調(diào)配供用戶使用，電流的方向是單方向的，主要應用于大型光伏電站的并網(wǎng)，地理位置離負荷點較遠。建設這種大型并網(wǎng)光伏電站,投資巨大、建設期長,需要復雜的控制和配電設備,并要占用大片土地,同時其發(fā)電成本目前要比市電貴數(shù)倍,因而發(fā)展不快。（2）分散式小型并網(wǎng)：其主要特點是將逆變器輸出的交流電能直接供給用戶負載，如出現(xiàn)過剩電能或者不足電能可以通過與公共電網(wǎng)聯(lián)絡進行調(diào)節(jié)，與電網(wǎng)能量的交換是雙向的，主要適用于小規(guī)模光伏電站。2.5家用太陽能光伏發(fā)電的現(xiàn)狀及發(fā)展前景至2007年底，已有大約75萬套家用太陽能光伏發(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，除此之外，還有林區(qū)和農(nóng)區(qū)的農(nóng)戶和養(yǎng)蜂戶以及無電的學校、商店等小單位已在使用家用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，還有一些缺電地區(qū)的城鎮(zhèn)居民，也成為家用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的用戶。由于居住條件的限制，大多數(shù)用戶只能采用分散的供電方式，即采用家用太陽能光伏發(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，我國的光伏市場潛力仍然很大。在人口稠密的都市中，光伏發(fā)電系統(tǒng)也正在起著越來越重要的作用。沒有油田煤礦的溫州擁有許多的屋頂，每天只要有陽光，每個屋頂將會是一個小型的綠色發(fā)電廠。這將很大緩解溫州的用電緊張。

第3章家用屋頂離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)容量設計3.1家用屋頂離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)規(guī)劃設計方法家用屋頂離網(wǎng)太陽能系統(tǒng)主要有太陽電池組件、匯流箱、控制器、蓄電池、逆變器以及交流等構(gòu)成,沒有多少部件,看似簡單,但要真正做到比較理想的設計卻非易事。首先,由于光伏發(fā)電得依靠太陽能輻射,所以要盡可能的掌握當?shù)氐臍庀?、環(huán)境狀況。其次,還要考慮用戶的用電需求情況,然后在這兩者的基礎上,需要對幾十個參數(shù)做出綜合考慮和計算,才能最大限度發(fā)揮系統(tǒng)各部件的性能。家用離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)容量設計步驟如圖3.1所示。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)；年最大連續(xù)陰雨天數(shù)等。系統(tǒng)用電量需求的分析當?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)；年最大連續(xù)陰雨天數(shù)等。系統(tǒng)用電量需求的分析確定光伏發(fā)電系統(tǒng)的形式確定光伏發(fā)電系統(tǒng)的形式系統(tǒng)容量設計：系統(tǒng)電壓、太陽能組件功率和方陣構(gòu)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)容量設計：系統(tǒng)電壓、太陽能組件功率和方陣構(gòu)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：系統(tǒng)配置與設計：控制器的選型與配置；交流逆變器的選型與配置組件支架及固定方式設計；其他輔助設備選型等圖3.1家用離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)設計方法3.2氣象資源獲取無論是設計離網(wǎng)系統(tǒng)還是并網(wǎng)系統(tǒng)，首先要收集現(xiàn)場的氣候地理數(shù)據(jù)。由于太陽輻射的隨機性，無法確定光伏系統(tǒng)安裝后電池陣列上各個時段確切的太陽輻射量，只能根據(jù)氣象臺記錄的歷史資料作為參考，由于我國當前具有太陽資源測量的氣象站較少，在實際工程項目中，我們一般采用RETScreen軟件來獲取當?shù)靥栙Y源。圖3.2為利用RETScreen獲取浙江溫州的太陽資源。由此可得該地區(qū)每月平均每天氣象資源如表3.1所示。圖3.2RETScreen氣象獲取表3.1浙江溫州氣象資源（每月平均每天）月份輻射量（MJ/m2/d）峰值日照時數(shù)（h/d）1月8.702.422月9.332.583月10.102.874月13.803.755月14.914.156月14.984.197月19.305.518月17.524.769月13.903.7810月12.253.4011月9.802.8312月9.622.703.3系統(tǒng)配置原則普通家庭的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)一般設計用于固定使用，但由于目前的太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)品普及率不高，所以在配置光伏發(fā)電系統(tǒng)時，應考慮系統(tǒng)整體牢固耐用，減少因外力破壞的可能。此外，為了維護維修方便應盡量選用組裝簡單、通用性強的產(chǎn)品。3.4系統(tǒng)負載用電需求分析由于家用用電設備中存在較多待機電氣設備難以用額定功率及用電時間求取耗電量，最為簡捷的方法就是通過月平均耗電量來核算電氣設備每天耗電量。但是，對離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)來說要保證系統(tǒng)全年缺電率為零。只要保證該系統(tǒng)在耗電量最多的月份或時間段內(nèi)，且光照資源等氣象因素最差的情況下能正?？煽窟\行就可。如果能保證上述最惡劣情況下，系統(tǒng)能正常運行那么該系統(tǒng)也能滿足其他時間段的用電需求。所以從我國浙江省家庭負載運行情況來看冬季2月份是用電高峰期同時也是光照資源最差的時間段。假設一家庭用電設備在冬季2月達到最高耗電量320kWh，可得平均每天耗電11kWh。用戶平均日用電量如表3.2所示。表3.2家用電器平均日用量負載類型規(guī)格功率數(shù)量運行時間消耗電能照明節(jié)能燈9W56270Wh臺式計算機液晶顯示100W16600Wh打印機激光打印機250W11250Wh液晶電視機34寸150W16900Wh微波爐500W11500Wh抽油煙機250W11250Wh冰箱150L100W1242400Wh空調(diào)1．51200W133600Wh電熱水器儲水式1000W122000Wh其他小家電300W1300Wh合計3859W11070Wh3.5離網(wǎng)系統(tǒng)直流電壓確定系統(tǒng)直流電壓U也稱為系統(tǒng)電壓，其實是蓄電池、控制器、逆變器輸入端的直流電壓值常見離網(wǎng)系統(tǒng)直流電壓12V、24V、48V、96V、110V等。根據(jù)本項目實際情況結(jié)合后續(xù)蓄電池組逆變器控制器的選配情況本方案系統(tǒng)電壓設置48V。3.6光伏陣列總?cè)萘吭O計在設計太陽能電池組件的容量時,一方面要考慮當?shù)貧夂颦h(huán)境條件,這個因素決定系統(tǒng)的可發(fā)電量；另一個方面要考慮用戶用電需求量,這是系統(tǒng)需要提供的電量,要求兩者相當。光伏陣列總?cè)萘烤褪窍到y(tǒng)所有電池組件容量之和。光伏陣列總?cè)萘康拇笮≈饕c負載日耗電量有關。有如下關系：Gp×η=Gη=η1×ηGp式中Gp表示組件日發(fā)平均電量,單位KW·h,Gf表示負載每日平均耗電量單位kW·h,η為系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率，包括充電效率系數(shù)η1，一般取0.9；逆變器轉(zhuǎn)換系數(shù)η2，取0.9；組件損耗系數(shù)η3在此家用屋頂離網(wǎng)系統(tǒng)中冬天2月為耗電量最大時間故在上述光伏陣列總?cè)萘康姆逯等照諘r數(shù)必須采用冬天2月的平均峰值日照時數(shù)。所以家用屋頂離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)負載日耗電11kWh而且上述峰值日照時數(shù)為2.58h，則可得光伏陣列總?cè)萘縋B為5.85KW。上述光伏陣列總?cè)萘繛樵摷矣秒x網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)實際最小容量實際略大于該值。故擬建6KW家用屋頂離網(wǎng)電站

第4章家用屋頂離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)設備的選型設計4.1光伏組件選型及設計4.1.1光伏組件的選型光伏電站太陽能電池種類應選用技術成熟、轉(zhuǎn)換效率較高、已規(guī)?；a(chǎn)的且在國內(nèi)有工程應用實例的太陽能組件作為光電轉(zhuǎn)換的核心器件。廣泛使用的硅光電池大致可分為單晶硅、多晶硅、非晶硅這3類硅光電池。其中單晶硅轉(zhuǎn)換效率最高，但是價格昂貴，通過轉(zhuǎn)換率、成本等各方面因素考慮，多晶硅光伏電池的性價比略高。如表4.1所示，轉(zhuǎn)換效率最高的單晶硅光伏電池，成本也是最高的，制作工藝復雜，生產(chǎn)過程耗能最高。多晶硅光伏電池雖然轉(zhuǎn)換效率低于單晶硅，但制作相對簡便，生產(chǎn)過程中耗能也低于單晶硅，市場占有率最高。非晶硅光伏電池轉(zhuǎn)換效率最低，生產(chǎn)過程中耗能最少。表4.1光伏電池對比表種類轉(zhuǎn)換效率/%原材料生產(chǎn)成本優(yōu)點單晶硅15單晶硅高最廣泛獲取的原料，最成熟多晶硅12多晶硅較高制造簡便，市場使用量最大非晶硅8非晶硅較便宜對于弱光下性能控制好，價格相對便宜綜合考慮，本課題選用由佛山德九新能源光電有限公司生產(chǎn)的250W瓦多晶太陽能電池板，共需24塊組件。組件詳細參數(shù)如表4.2所示。表4.2太陽能電池DJ-156P-250規(guī)格參數(shù)產(chǎn)品型號DJ-156P-250峰值功率（Pmax）250Wp峰值工作電壓（Vmpp）34.4V峰值工作電流（Impp）7.27A開路電壓（Voc）34.4V短路電流（Isc）8.05A功率偏差（正）+3%功率偏差（負）-3%電池片類型多晶硅溫度特性-40～85℃最大系統(tǒng)電壓1000V保險絲額定電流20A4.1.2光伏組件串并聯(lián)設計在離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中電池組件串并聯(lián)后要通過控制器給蓄電池充電此時串聯(lián)后的組件峰值電壓Uf必須滿足下列關系。M×UUf式中UP為單體電池組件的峰值電壓,Uf為組件串聯(lián)后的峰值電壓,η4為充電電壓系數(shù),取值范圍為1.40-1.49。U為4.1.4光伏陣列設計及安裝方式光伏組件方陣的安裝形式對系統(tǒng)接收到的太陽能輻射量有很大影響，從而影響系統(tǒng)的發(fā)電能力，其主要安裝方式有固定式、單軸跟蹤式和雙軸跟蹤式。對于離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)由于受其環(huán)境影響，光伏陣列將更多的采用固定傾斜角放置方式。光伏陣列的設計如圖4.1所示。圖4.1光伏陣列的設計4.1.3光伏組件的最佳傾角對于全年負載均勻的固定式光伏方陣,如果設計斜面的輻射量小,需要更多的太陽電池來保證向用戶供電；如果傾斜面各月太陽輻射量很大,需要大量的蓄電池來保證太陽輻射量低月份的電力供應。這些都會提高整個系統(tǒng)的造價,因此確定方陣的最佳傾角是光伏發(fā)電系統(tǒng)中一個不可缺少的重要環(huán)節(jié)。為了使太陽能電池獲得最大的發(fā)電量，需要考慮設計太陽能電池方陣的最佳傾斜角。傾角的不同造成各個月份方陣面接受的太陽輻射量差別很大。在家用系統(tǒng)中,鑒于系統(tǒng)造價、用戶使用條件和可能發(fā)電增益的考慮,最佳傾角可以根據(jù)當?shù)鼐暥扔邢铝嘘P系粗略確定如表4.3所示。表4.3光伏電池方陣傾斜角度緯度太陽能電池方陣傾角0～25°等于緯度26～40°+5～10°41～55°+10～15°>55°+15～20°離網(wǎng)系統(tǒng)應考慮一年里發(fā)電量的均衡性，尤其是冬季低發(fā)電量問題，而不是使系統(tǒng)在一年內(nèi)獲取最大太陽資源。所以對于本課題的離網(wǎng)系統(tǒng)傾斜角主要是保證在冬天2月份獲取最大輻照度，為了獲取更優(yōu)傾斜角可以采用Retscreen軟件進行分析圖4.1為浙江溫州地區(qū)3種傾斜角獲取太陽資源的情況。圖4.2Retscreen傾斜角設置從圖4.1中可以看出傾斜角為30度時，該地區(qū)2月份可以獲取最大太陽資源其日峰值日照時數(shù)為2.58h，同時年平均日峰值日照時數(shù)也獲取較大達到2.88h。故傾斜角設置為30度4.2光伏匯流箱的選型為了降低光伏組件陣列和逆變器之間的連線的復雜難度、減少損耗、方便維護、提高光伏系統(tǒng)的安全性和可靠性，可在光伏陣列和逆變器之間接入智能匯流裝置。通常智能匯流裝置都采用匯流箱的使用形式?？蓪⒁欢〝?shù)量的相同規(guī)格的光伏組件串聯(lián)后，再將其并聯(lián)接入光伏匯流裝置，在匯流裝置內(nèi)匯流后，通過內(nèi)部直流斷路器輸出，最后經(jīng)光伏逆變器。本課題選用由安科瑞電氣股份有限公司生產(chǎn)的智能光伏匯流箱。智能匯流箱詳細參數(shù)如表4.4所示。表4.4智能匯流箱APV-M12規(guī)格參數(shù)產(chǎn)品型號APV-M12輸入路數(shù)12路輸入范圍DC±20A絕緣電阻≥100MΩ溫度/濕度工作溫度：-25～+60℃，濕度95%，無凝露、無腐蝕性氣體場所機殼防水等級IP654.3光伏控制器的選型為了更高效率的利用太陽能，使太陽能電池和蓄電池高效、安全、可靠的工作，提高蓄電池使用效率，延長光伏發(fā)電系統(tǒng)的運行時間等一系列問題，從而引入光伏系統(tǒng)控制器。光伏控制器可實現(xiàn)蓄電池充放電控制、系統(tǒng)保護、系統(tǒng)狀態(tài)顯示、系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲、故障報警、溫度補償、遠程通信控制、防逆流等功能。本課題選用由合肥傷尚碩新能源有限公司生產(chǎn)的高性能太陽能控制器。高性能太陽能控制器詳細參數(shù)如表4.5所示。表4.5高性能太陽能控制器參數(shù)系統(tǒng)電壓48V系統(tǒng)電流30A空載損耗＜15mA太陽能輸入電壓100V超壓保護66.0V±1%超壓恢復60.0±1%溫度補償系數(shù)-4mV/℃/2V工作溫度-25℃～+60℃防護等級IP304.4光伏逆變器的選型據(jù)不完全統(tǒng)計，當今世界上絕大多數(shù)國家民用電都為純正弦波交流電。而絕大多數(shù)用電設備，不管是工業(yè)的或者民用軍用的，不管是大至功率幾千瓦的機床，或是小至我們?nèi)粘Ｊ褂玫碾娔X電視等。日常生活中的設備大部分采用的是220V、50Hz的交流電而光伏發(fā)電技術產(chǎn)生的電流又為直流電，因此家用太陽能電源系統(tǒng)中加入逆變器。逆變器是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)最關鍵的電氣設備之一，逆變器的好壞直接關系到系統(tǒng)效率的高低。逆變器的逆變效率隨著負載變化而變化，逆變器最大逆變效率對系統(tǒng)不具有決定意義。負載長時間工作點對應的逆變器效率，才具有實際意義。逆變器的種類多種多樣，按照分類的方法的不同，可分為不同種類的逆變器。按輸出的電壓波形分類，則為方波逆變器、修正波逆變器、正弦波逆變器。其中正弦波逆變器的優(yōu)點是性能最好，輸出波形最好，干擾、噪聲方面相對最低，功能完整，帶保護。故本課題選用由桑尼電子有限公司生產(chǎn)容量為6KW純正弦波帶穩(wěn)壓充電的逆變器。純正弦波帶穩(wěn)壓充電逆變器的詳細參數(shù)如表4.6所示。表4.6純正弦波帶穩(wěn)壓充電逆變器XD-6000VA規(guī)格參數(shù)產(chǎn)品型號XD-6000VA產(chǎn)品功率6000W輸入電壓48V輸出電壓220V輸出波形純正弦波溫度0℃～40℃保護特性欠壓、低壓、過壓、過載保護、輸出短路保護、過溫保護濕度10%～90%（無凝結(jié)）頻率50Hz±0.5Hz4.5蓄電池的容量計算及選型4.5.1蓄電池如果將光伏電池組件產(chǎn)生的電能直接用于生產(chǎn)，會出現(xiàn)電流、功率等不穩(wěn)定的情況這對生產(chǎn)設備的損害極大。鑒于這種情況家用太陽能光伏電源系統(tǒng)中采用蓄電池搭配使用。蓄電池，即可反復充放電使用的二次電池，可以提供給負載穩(wěn)定、方便、可靠的電源。離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池組的加入保障了離網(wǎng)光伏系統(tǒng)的穩(wěn)定正常工作，而且還能將太陽能電池發(fā)出的多余的電能儲存起來。4.5.2蓄電池種類目前，光伏發(fā)電系統(tǒng)貯能用蓄電池的需求量在蓄電池的市場銷售中所占份額很少，開發(fā)和生產(chǎn)在性能上更適合貯能用的蓄電池尚未引起足夠的重視。光伏系統(tǒng)用的蓄電池主要有光伏發(fā)電儲能專用鉛酸電池、固定型鉛酸蓄電池、閥控式密封型鉛酸蓄電池、堿性蓄電池。大多數(shù)用戶采用開口式固定型鉛酸蓄電池，有的為減少維護工作量選用密封鉛酸蓄電池。光伏發(fā)電貯能專用鉛酸蓄電池在國內(nèi)尚無光伏發(fā)電貯能專用鉛蓄電池技術標準和檢測標準，一些廠家雖在開發(fā)、試制專用貯能鉛酸蓄電池方面進行了努力，但技術不夠成熟、品種少因此，目前選用完全適合光伏發(fā)電用的貯能鉛酸蓄電池仍受到一定限制。固定型（開口式）鉛酸蓄電池主要用作通信電源、發(fā)電廠和變電所以及其它固定場所的備用電源這種鉛酸蓄電池的優(yōu)點是：容量大，單位容量價格便宜，使用壽命長和輕度硫酸化可恢復。與起動用蓄電池相比固定型蓄電池的性能更貼近光伏系統(tǒng)的要求，因此目前在功率較大的光伏電站中多數(shù)采用固定型（開口式）鉛酸蓄電池。開口式鉛酸蓄電池的主要缺點是：需要維護，在干燥氣候地區(qū)要經(jīng)常添加蒸餾水，隔一段時間還要檢查和調(diào)整電解液密度。閥控式鉛酸蓄電池與開口式鉛酸蓄電池相比，主要優(yōu)點是不需專門的維護，即使傾倒電解液也不會溢出，不向空氣中排放氫氣和酸霧，安全性能更好。缺點是對過充電敏感，因此對過充電保護器性能要求高，當長時間反復過充電后極板易變形，比普通開口鉛蓄電池價格高。近年來，國內(nèi)小功率光伏電源已選用了閥控式鉛蓄電池，目前離網(wǎng)型光伏電站也大多都已采用閥控式鉛酸蓄電池。隨著工藝技術的不斷提高和生產(chǎn)成本的降低，閥控式鉛酸蓄電池在光伏發(fā)電領域的市場將不斷擴大。目前常見的堿性蓄電池有鎘鎳電池和鐵鎳電池。堿性蓄電池（指鎘鎳電池）與鉛酸蓄電池相比，主要優(yōu)點是對過充電、過放電的耐受能力強，反復深放電對蓄電池壽命無大的影響，在高負荷和高溫條件下仍具較高的效率，維護簡單，循環(huán)壽命長。缺點是內(nèi)阻大，電動勢小，輸出電壓較低，價格高。雖然蓄電池的種類和類型很多，但目前在離網(wǎng)光伏電站中常用的蓄電池主要為鉛酸蓄電池。4.5.3蓄電池的工作原理在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，鉛酸蓄電池的應用最廣泛。其正極是二氧化鉛PbO2，負極是金屬鉛Pb正極：PbO2負極：Pb+HSO總反應：PbO2在放電過程中,化學反應是從左至右,PbO2與Pb電解液中的離子反應生成硫酸鉛(PbSO4),同時正負極的正負電荷被中和,能量得到釋放4.5.4蓄電池容量計算正確選擇蓄電池容量是至關重要的。如果蓄電池選擇不當，蓄電池供電時間將不能滿足工程要求，甚至會造成停電。對于一個特定的電站系統(tǒng)，儲電天數(shù)越多，放電深度越淺，系統(tǒng)效率越低，傳輸損耗越大，則相應需配置的蓄電池組容量就越大，系統(tǒng)在蓄電池組上的投入也就越多。離網(wǎng)光伏系統(tǒng)中蓄電池容量設計要考慮負載耗電量逆變器效率氣象參數(shù)等因素一般計算公式如下：C=D×F×P式中C為蓄電池容量，單位Ah；F蓄電池放電效率修正系數(shù)，通常取1.05；PF逆變器平均負荷容量，本課題取由此計算出C=984.4Ah，系統(tǒng)電壓為48V。實際可選擇標稱電壓為12V100AH的蓄電池40個，進行4串10并的連接方式。4.5.5蓄電池選型蓄電池組是離網(wǎng)光伏電站中使用壽命最短的部件，一定時間后要進行更新。離網(wǎng)型系統(tǒng)的蓄電池組選型要考慮以下因素：自放電率低、使用壽命長、深放電能力強、充電效率高、少維護或免維護、工作溫度范圍寬、價格低廉。鉛酸蓄電池容量大，成本低廉，因此選取鉛酸蓄電池作為儲能電池。所以本課題選用松下蓄電池（中國）有限公司生產(chǎn)的12V-100AH的蓄電池，共需40個。蓄電池詳細參數(shù)如表4.7所示。表4.7蓄電池LC-P12100ST規(guī)格參數(shù)產(chǎn)品信號LC-P12100ST電池蓋排氣拴結(jié)構(gòu)閥控式密閉蓄電池化學類型鉛酸蓄電池維護類型免維護額定容量100AH電壓12V設計壽命10年工作溫度范圍放電、-40℃到71℃；充電、-23℃到60℃浮充電壓13.55±0.15V@25℃均充電壓13.55±0.15V@25℃

第5章經(jīng)濟性分析5.1光伏系統(tǒng)發(fā)電量分析5.1.1光伏系統(tǒng)無故障率光伏發(fā)電系統(tǒng)實際發(fā)電量不僅要考慮系統(tǒng)效率，還要考慮系統(tǒng)的無故障率，系統(tǒng)無故障率是個小于1的數(shù)，一般在0.9以上，越接近1，說明系統(tǒng)的可靠性越高。本課題是擬建在溫州設計安裝容量為6kW，固定30°傾角安裝，發(fā)電量統(tǒng)計時間間隔為2015.12.31-2016.12.31,平均日峰值瓦時3.59h,無故障日平均發(fā)電量為17kW·h，全年所有無故障發(fā)電量17×365＝6205kW·h，則可獲得系統(tǒng)效率和系統(tǒng)無故障率為如下。實際光照理論發(fā)電量：6kW×3.59h×365＝7668.2kW·h系統(tǒng)效率＝（6205kW·h/7668.2kW·h）×100%＝80%全年實際發(fā)電量：5751kW·h，無故障發(fā)電：6205kW·h系統(tǒng)無故障率＝（5751kW·h/6205kW·h）×100%＝92.7%系統(tǒng)實際發(fā)電量是理論發(fā)電量的75%（5751/7668.2）。5.1.2光伏系統(tǒng)實際發(fā)電量關于發(fā)電量的計算有兩種方法，一種是根據(jù)由光伏發(fā)電系統(tǒng)的裝機容量和光伏發(fā)電的年日照峰值小時數(shù)來計，另一種方法是根據(jù)該地區(qū)的太陽能年輻射量和光伏系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換率計算。本文依據(jù)第一種方法計算。對于光伏發(fā)電系統(tǒng)，系統(tǒng)實際發(fā)電量可由下式表示：系統(tǒng)實際發(fā)電量=發(fā)電量估算：日發(fā)電量=安裝容量×本課題是擬建在溫州設計安裝容量為6kW，安裝傾角30°，全年平均日輻照量＝3.59kW·h/m2，年輻照量＝1310.35kW·h/m2，系統(tǒng)無故障率為92.7%，那么日發(fā)電量為6kW×3.59h×80%×92.7%＝16kW·h5.1.3節(jié)能減排效益太陽能光伏發(fā)電是一種取用不竭的清潔能源，既不消耗化石燃料，同時又不釋放污染物、廢物，也幾乎不生產(chǎn)溫室氣體破壞大氣環(huán)境，沒有廢渣的堆放、廢水處理等問題，有利于保護周圍環(huán)境。與火力發(fā)電等傳統(tǒng)能源相比，具有建設周期短、運行維護簡便、系統(tǒng)模塊化結(jié)構(gòu)、容量規(guī)?？纱罂尚〉葍?yōu)點。本課題是擬建在溫州的6KW屋頂離網(wǎng)光伏電站，則年平均發(fā)電量為5830kW·h。與相