课程设计光伏发电系统设计与施工

1、课程设计课程名称光伏发电系统设计与施工班 级光伏发电（1）班 专 业 太阳能发电技术及应用学 号 0903031047 姓名 课程设计成绩 评语： 指导教师（签名） 目 录第一章 绪论1.1 设计工作原理.4 1.2 设计意义 . 4第二章 新余市基本气象及地理情况.4第三章 太阳能电池发电系统设计3.1 太阳能光伏系统分类. 4 3.2 系统设计资料收集.6 3.3 pv系统设计五步骤.6 3.4 光伏发电与建筑一化.6第四章 太阳能光伏系统设计方案 4.1与设计相关的因素和技术条件.6 4.2太阳能电池组件（方阵）的方位角与倾斜角.7 4.3太阳能电池组件及方阵的设计方法.74.4蓄电池和

2、蓄电池组的设计方法.74.5其他简易计算公式和设计方法.84.6并网光伏（光伏建筑一体化）发电系统容量的设计与计算.8.第五章 太阳能光伏发电系统的整体配置与相关设计85.1 构成.85.2设计步骤.8心得体会 .9参考文献 .9第一章 绪论1.1太阳能发电系统设计的结构和工作原理    太阳能发电是利用电池组件将太阳能直接转变为电能的装置。太阳能电池组件(solar cells)是利用半导体材料的电子学特性实现p-v转换的固体装置，在广大的无电力网地区，该装置可以方便地实现为用户照明及生活供电，一些发达国家还可与区域电网并网实现互补。目前从民用的角度，

3、在国外技术研究趋于成熟且初具产业化的是"光伏-建筑(照明)一体化"技术，而国内主要研究生产适用于无电地区家庭照明用的小型太阳能发电系统。成功地把太阳能组件和建筑构件加以整合，如太阳能屋面(顶)、墙壁及门窗等，实现了"光伏-建筑照明一体化.意义绿色能源和可持续发展问题是本世纪人类面临的重大课题，开发新能源，对现有能源的充分合理利用已经得到各国政府的极大重视。太阳能发电作为一种取之不尽，用之不竭的清洁环保能源将得到前所未有的发展。随着太阳能产业化进程和技术开发的深化，它的效率、性价比将得到提高，它在包括bipv在内的各个领域都将得到广泛的应用，也将极大地推动中国&qu

4、ot;绿色照明工程"的快速发展。1.2意义 光伏发电系统的设计要本着合理性、实用性、高可靠性和高性价比（低成本）的原则。做到既能保证光伏系统的长期可靠运行，充分满足负载的用电需要，同时又能使系统的配置最合理、最经济，特别是确定使用最少的太阳能电池组件功率，协调整个系统工作的最大可靠性和系统成本之间的关系，在满足需要保证质量的前提下节省投资，达到最好的经济效益。第二章 新余市基本气象及地理位置2.1 新余位于北纬27°3328°05，东经114°29115°24,属亚热带湿润性气候，具有四季分明、气候温和、日照充足、雨量充沛、无霜期长、严冬较短的

5、特征。新余属亚热带湿润气候，年平均气温17.7，年平均降雨量1594.8mm, 年平均日照时数1655.4小时，年平均地温20.1，年平均相对湿度80%。年平均日照率为38%第三章 太阳能电池发电系统设计3.1太阳能光伏系统分类 太阳能电池发电系统（又称光伏发电系统），从大类上分独立（离网）和并网光伏发电系统两大类。目前应用比较广泛的光伏发电系统，主要是在偏远地区可以作为独立的电源使用，也可以与风力发电机或柴油机等组成混合发电系统，在城市太阳能光伏建筑集成并网发电得到了快速发展，光伏发电与建筑一体化是太阳能光伏与建筑的完美结合，属于分布式发电的一种。它能够减少电网用电，大大减轻公共电网的压力，

6、就近向电网输送电力。3.1.1独立的电源使用（光伏离网发电系统） 太阳能光伏组件组成太阳电池方阵，在阳光充足情况下，一方面给负载供电（直流负载，若交流负载需要逆变器），另一方面给蓄电池组充电，晚上依靠蓄电池组放电供负载使用（如下图示意）。太阳电池方阵控制器负载阻塞二极管蓄电池 图1-1直流负载光伏发电示意图在方阵工作时，阻塞二极管防止向电池方阵反充电，止逆二极管两端有一定的电压降，对硅二极管通常为0.60.8v；肖特基或锗管0.3v左右。（一般选择压降小的）光伏发电系统的规模依用户要求而异，按负载增加配置。3.1.2市电互补光伏发电系统当然我们可以选用双向逆变器，在独立的光伏发电系统中以太阳能

7、发电为主，以普通220v交流市电为补充电能。太阳能方阵 双向逆变器 、控制系统交流负载 蓄电池市 220v（ac）直流负载 图1-4交流及交、直流混合光伏发电系统3.1.3并网光伏发电系统所谓并网光伏发电系统就是太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后，直接接入公共电网。3.2系统设计资料收集 主要包括气象资料收集、地理位置收集、相关建筑资料收集。3.3 pv系统设计五步骤 1.了解你的耗电需求 做一个你准备使用光伏系统供电运作的设备、负载的清单。找出它们每个运行时的耗电量。大部分设备背面都有一个标明功率多少瓦特的标签。2.优化你的用电系统需求 要做到这点检查你的

8、用电量并尽可能多的削减你的需求是很重要。3. 确定蓄电池规格 包括温度影响、放电程度、电池额定能力、电池寿命、蓄电池规格计算表4.确定一天内可用的日照时间 .光伏阵列产生电量能力取决于光线照射组件的角度.,当光线垂直照射组件时产生最大电流.逐渐偏离垂直时,越来越多的能量被反射而不再被组件吸收. 依赖于你的应用,阳光跟踪系统防护垫可以通过自动调整组件的方位来增加电力输出.5.确定你的阵列规格 1.-输入你每天需要的电量   2.-参照表格输入你所在地区每日日照量       3.-第一项处以第二项.-所得数

9、值是需要从光伏阵列得到的电流. 4.-输入你选择的光伏组件的电流峰值5.-用第三项除以第四项得到需要并联的组件数目6.-从下表中选择需要串连的组件7.-第五项乘以第六项得到阵列需要的光伏组件总数. 8.-输入你选择的组件理论功率-(瓦)  9.-第七项乘以第八项得到系统电能输出理论值.3.4光伏发电与建筑一体化 光伏发电屋顶结构和光伏玻璃幕墙结构把分装好的光伏组件，根据用户现场不同的供电负荷的需要，设计、配置安装太阳能光伏发电系统。在城市将太阳能光伏发电与建筑装饰结合起来，安装在建筑物屋顶或光伏幕墙，是光伏发电系统与建筑装饰美化联用一体化解决方案的典范。第四章太阳能光伏系统设计方案4

10、.1与设计相关的因素和技术条件1）系统用电负载的特性 由于用途不同，耗电功率、用电时间、对电源可靠性的要求等各不相同。有的用电设备有固定的耗电规律，这些因素相当复杂，原则上需要对每个发电系统单独进行计算，对一些无法确定数量的影响因素，只能采用一些系数来进行估量。 2）当地太阳能辐射资源及气象地理条件 太阳照在地面太阳电池方阵上的辐射光的光谱，光强受到大气质量、地理位置、当地气候、气象、地形等多方面因素的影响，因此在设计太阳能光伏发电系统时，应考虑太阳辐射的方位角和倾斜角、峰值日照数、连续阴雨天数及最低气温、冰雹等。4.2太阳能电池组件（方阵）的方位角与倾斜角 最理想的倾斜角是使太阳能电池年发电

11、量尽可能大，而冬季和夏季发电量差异尽可能小，一般取当地纬度或当地纬度加几度作为当地太阳能电池组件安装的倾斜角。当然如果能够采用计算机辅助设计软件优化设计。根据当地纬度初略确定太阳能电池的倾斜角.新余最佳倾斜角是30度。4.3太阳能电池组件及方阵的设计方法 太阳能电池组件的设计原则是要满足平均天气条件（太阳辐射量）下负载每日用电量的需求，也就是说太阳能电池组件的全年发电量要等于负载全年用电量。1根据各种数据直接计算出太阳能电池组件或方阵的功率，根据计算结果选配或定制相应功率的电池组件，进而得到电池组件的外形尺寸和安装尺寸；另一种方法是选定尺寸符合要求的电池组件，根据该组件峰值功率、峰值工作电流和

12、日发电量等数据，结合各种数据进行设计计算，在计算中确定电池组件的串、并联数及总功率。 基本计算方法：电池组件的并联数负载日平均用电量(ah)/组件日平均发电量（ah）其中，组件日平均发电量组件峰值工作电流（a）×峰值日照时数（h）电池组件的串联数系统工作电压（v）×系数1.43组件峰值工作电压（v）电池组件（方阵）总功率（w）组建并联数×组件串联数×选定组件峰值输出功率（w）a设计时要考虑造成组件功率衰降的各种因素按10的损耗，交流逆变器转换效率的损失也按10计算。b蓄电池充电损耗5101） 实用计算公式：电池组件的并联数负载日平均用电量（ah）组件日平

13、均发电量（ah）×逆变器效率系数电池组件的串联数系统工作电压（v）×系数1.43组件峰值工作电压（v）电池组件（方阵）总功率（w）组件并联数×组件串联数×选定组件的峰值输出功率（w）4.4蓄电池和蓄电池组的设计方法 蓄电池的任务是在太阳能辐射不足时，保证系统负载的正常用电。蓄电池的设计主要包括蓄电池容量和串、并联组合设计。1） 蓄电池容量负债日平均用电量（ah）×连续阴雨天数最大放电深度平均放电率（h）连续阴雨天数×负载工作时间最大放电深度负载工作时间负载功率×负载工作时间负载功率2） 实用蓄电池容量计算公式：蓄电池容量负载

14、日平均用电量（ah）×连续阴雨天数×放电率修正系数最大放电深度×低温修正系数蓄电池串联数系统工作电压蓄电池标称电压蓄电池并联数蓄电池总容量蓄电池标称容量4.5其他简易计算公式和设计方法太阳能电池组件功率用电器功率（w）×用电时间（h）当地峰值日照时数(h)×损耗系数蓄电池容量(ah)用电器功率(w)×用电时间(h)系统电压(v)×连续阴雨天数(h)×系统安全系数4.6并网光伏（光伏建筑一体化）发电系统容量的设计与计算1）光伏方阵发电量的计算 年发电量（kwh）当地年总辐射能（kwhm2）×光伏方阵面积(m

15、2)×电池组件转换效率×修整系数 即：ph×aק×ka- 光伏建筑一体化发电光伏组件占用的屋顶、受光外墙立面有效面积；§-组件转换效率，单晶硅18，多晶硅组件16；修正系数kk1×k2×k3×k4×k5其中k1为太阳能电池长期运行性能衰降修正系数，一般取0.8；k2为灰尘遮挡玻璃及温度升高造成组件功率下降修正，取0.82；k3为线路损耗修正，取0.95；k4为逆变器效率，一般取0.85，也可根据逆变器厂商提供技术参数确定；k5为光伏方阵朝向及倾斜角修正系数，具体参数查表。2） 根据负

16、载耗电量计算光伏方阵的面积光伏组件（方阵）面积年耗电总量当年总辐射能×电池组件转换效率×修正系数aphק×k4.7太阳能辐射能量的计算第五章 太阳能光伏发电系统的整体配置与相关设计 5.1 构成 详细叙述太阳能光伏发电系统设计的原则、步骤和内容，以及光伏发电系统设计应考虑的整体配置和选型设计要求和设计规范，主要包括光伏组件、光伏控制器、交流逆变器、组件支架及固定方式确定与基础设计、直流汇流箱、所用电缆、交流配电系统、监控和测量系统等。太阳能发电系统的配置构成：光伏方阵支架基础设计直流接线箱控制、逆变交流配电、并网控制选型设计综合配电监控测量系

17、统选型设计编程组态蓄电池选型防雷接地、防静电系统选型设计5.2设计步骤决定光伏发电系统配置和连接方式，每一组光伏电池组件的电流和电压太阳电池进行适当的串、并联，组成相应电压等级的光伏发电系统；由于太阳的方位角和高度角每日每时都在作周期性的变化。一个完善的太阳电池发电系统需要考虑很多因素，进行各种设计，如电气性能设计、热力设计、静电屏蔽设计、机械结构设计等等，最主要的是根据使用要求，决定太阳电池方阵和蓄电池规模，以满足正常工作的需求；光伏发电系统总的设计原则是在保证满足负载用电需要的前提下，确定最少的太阳电池组件，以尽量减少投资，即同时考虑可靠性及经济性。5.2.1决定方阵发电量的因素 光照条件

18、：。 太阳电池方阵的光电转换效率：由于转换效率受到电池本身的温度和太阳光强、蓄电池电压浮动等因素的影响，因而方阵的输出功率也随着这些因素的改变而出现一些波动。 2.2.2 太阳电池发电系统的设计步骤1) 列出基本数据所有负载的名称、额定工作电压、耗电功率、用电时间、有无特殊要求等。当地的地理位置：包括地名、经度、纬度、海拔等。当地的气象资料：主要有逐月平均太阳总辐射量，直接辐射及散射量，年平均气温及极端气温，最长连续阴雨天数、最大风速及冰雹等特殊气候情况。这些气象数据需取积累几年或几十年的平均值。只要根据算出的太阳电池方阵的电压及功率，参照生产厂家提供的太阳电池组件的性能参数，选取合适的型号即可，根据安装面积和规格尺寸排列组合安装光伏组件阵列。心得体会：一个完善的太阳电池发电系统需要考虑很多因素，进行各