家庭并网光伏发电系统的优化设计

1、太阳能光伏发电系统 课程设计课题名称：家庭并网光伏发电系统的优化设计专业班级: 学生姓名: 学生学号: 指导教师: 设计时间:沈阳工程学院报告正文第1章绪论 31.1设计背景 31.2设计意义 3第2章朝阳市气象资料及地理情况 4第3章家用并网型 6太阳能光伏发电系统的优化设计 63.1设计方案 63.2负载的计算 83.3太阳能电池板容量及串并联的设计及选型 93.4太阳能电池板的方位角与倾斜角的设计 113.5蓄电池容量及串并联的设计及选型 123.6控制器、逆变器的选型 133.7电气配置及其设计 143.8系统配置清单 16第4章家用并网型太阳能光伏发电系统的优化结果与讨论 18第5章

2、心得体会 19第1章绪论1.1设计背景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。1.2设计意义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第2章朝阳市气象资料及地理情况朝阳市位于辽

3、宁西部。辽宁省省辖市，东连辽宁中部工业城市群，南临渤海之 滨，西接京、津、冀经济圈，北依内蒙古腹地，海陆兼备，交通便利，地理位置 优越。朝阳居于北温带大陆性季风气候区，尽管东南部受海洋暖湿气影响，但由 于北部蒙古高原的干燥冷空气经常侵入，形成了半干燥半湿润易干燥地区，四季 分明，雨热同季，日照充足，日温差较大，降水偏少。全年平均气温5.4C8.7C； 年均日照时数28502950小时；年降水量450580毫米；无霜期120155天。从环保的角度考虑，在本地建立足够的太阳能光伏发电系统将会大大改善当地 的环境治理问题。同时，从长远角度来看，这也是社会发展的必然产物，采集的 当地全年的太阳能数据来

4、设计的一种可行的太阳能光伏发电系统。设计中选取最 大连续阴雨天数为3天。项目所在地名称辽宁省朝阳市双塔区经度东经 122° 25'-123 ° 48'纬度北纬 41 12' ,-42 ° 17'地质地貌情况平原，地势平坦日照辐射量kwh/m28502950海拔高度(m)169Mon thGlobal lrr kw.h/m2.dayTemper. oCJanuary2.62-12.3February3.53-7.2March4.761.1April5.7610.6May6.3417.8June5.8521.5July5.3823.1A

5、ugust5.1022.1September4.7417.6October3.6510.1November2.61-0.6December2.25-9.1Year4.397.9第3章家用并网型太阳能光伏发电系统的优化设计3.1设计方案设计一个家用太阳能并网型光伏发电系统为处于朝阳双塔区家庭提供连续3个阴 天基本供电1太阳能光伏系统的设计方案系统配置与设计：（1）控制器的选型与设计（2）逆变器的选型与设计（3）线路设计家庭太阳能分布式并网发电系统的技术原理家庭太阳能分布式并网发电系 统的技术原理家庭太阳能布式并网发电系统 (以下简称系统)主要由太阳能电池组、控制器、并网逆变器、蓄电池、电能表 等

6、组成，如图1所示其中的核心元件是太阳能电池组。各部件在系统中的作用是(1) 光伏电池组件：将太阳的光能直接转化家庭太阳能分布式并网发电系统 的电能。按基本材料主要分为：晶体硅太阳能电池，非晶体硅太阳能电池，化合 物太阳能电池和有机半导体太阳能电池。(2) 控制器：控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保 护的作用 温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控 开关、时控开关都应当是控制器的可选项(3) 并网逆变器：将直流电转换为交流电。并网逆变器是并网光伏系统的重要电 力电子设备，将来自太阳能电池方阵输出的直流电转换成与符合电网电压和频率要求的交流电

7、，并把电力输送给负载。同时具有最大功率点跟踪功能、防孤岛运行功能、 自动稳压和改善光伏发电系统的供电质量等功能。(4) 蓄电池：储存电能并向负载供电。蓄电池主要分为铅酸蓄电池和镉镍蓄电池。 对其基本要求是：自放电率低、使用寿命长、深放电能力强、充电效率高、少维 护或免维护、工作温度范围宽、价格低廉。(5) 智能电表：计量卖给电网和向电网买入的电量。此电表应可计量系统向电网 输送的电量，和用户在系统供应电量不足时从电网购得的电量，并保证计量误差在允许范围之 内。如用户需要在白天用电量较少的情况下存储下电能，而在晚上或其他用电高 峰时使用，贝冋在系统中加装蓄电池和充放电控制器。3.2负载的计算数量

8、功率使用时间荧光灯818W/ 盏5h/天电视机，电脑2120W/ 个3h/天洗衣机1120W600Wh/ 天电冰箱1180W1000Wh/ 天电热水器13KW0.5h/ 天用电负载总功率：PL =18W 8 120W 2 600W 1000W 3000W 二 4984W日用电量：(1) q1 =18W 8 5h =720Wh(2) q2 =120W 2 3h =720Wh(3) q3 =600Wh q1000Wh(5) q5 =3000W 0.5h =1500Wh日总用电量： qL =720720 600 1000 1500 =4.54KWh年总耗电量：Ql =4.54 365 = 1657.

9、1KWh本系统功率较小，光伏系统直流电压选择24V。该用户负载平均日用电量为 4.54KWh。年用电总量约为1657.1KWh光伏发电系 统在建立之后都不可避免的存在各种损耗，因此，设计的并网式光伏系统日均发 电量必须在4KWh以上，年均发电总量必须在1657.1KWh左右，太低就不能满足 用户需求，因此设计的系统应尽量做到实用。3.3太阳能电池板容量及串并联的设计及选型峰值日照小时数：4.85h电池板的功率：P =(qL 1.5). Ts =(45401.5). 4.85 =1404.12W根据电池板的功率选定所需电池板的型号，PVsyst软件提供一些厂家电池板参数和型号主要参数如下:功率(

10、W)峰值电压(V)峰值电流(A)开路电压(V)短路电流(A)110.317.506.321.706.90太阳能电池组件数量的计算用户用电电流一般较大，为了使负载能正常工作我们需要并联若干光电池组件光伏组件的并联数基本计算方法如下：PLNsPm卫沁82 110.3W电池组建的电压一般比较小，为了能满足用户需求，我们可以把多个光电池串联，这些组件串联后可以产生负载所需要的工作电压或者蓄电池组的充电电压。光伏组件串联数的基本计算公式如下：糸统直流电压Ns212( V)电池组件总发电量二组件并联数组件串联数组件峰值功率=8 2 110.3W3.4太阳能电池板的方位角与倾斜角的设计设计以全年均衡冬半年最

11、大数据为依据，在默认方位角为0。的条件下，通过PVsyst软件模拟得到最佳光伏板倾角为 45 °。Lollcctor plane onentotianAzimuth 0 degTilt 43 degTilt « 43 TjOptimisation oniAnnual yield» f TRIM EIR I"! IE K FC Summer (Ap(i - Sept)Azimuth fiC Winter (Oct - March)3.5蓄电池容量及串并联的设计及选型蓄电池的选择：蓄电池能在光伏组件不发电的情况下给用户负载提供可以使负载 正常工作的电量，因此

12、，蓄电池的选取很重要，并且还要考虑到节能减排方面， 综合考虑得。蓄电池容量： J =3dQL =3 3 1657.1 =14913.9(KWh)蓄电池的选择：选用2V,1200Ah的蓄电池 串联数：总电压单个电池电压=24 12=2并联数：总容量.单个电池容量=621.120、5 所以，总共用了 10个型号为6-GFM-120的蓄电池3.6控制器、逆变器的选型(1)控制器的确定:方阵最大电流：1 fsc 二 Np Isc 1.25 =8 6.9 1.25 =69A取大负载电流：_1.56 x PL1.56x4984IL323.96AU24(2 )逆变器的确定:逆变器的功率 二阻性负载功率(1.

13、21.5)感性负载功率(57)= 384 1.5 300 6 = 2376W屋顶结构与尺寸如下:23.7电气配置及其设计本系统主要由太阳能方阵，蓄电池，控制器，逆变器，熔断器，避雷器等组成。(1)太阳能方阵屋顶南面面积： Ai =16 10=160m太阳能电池组件面积：a单体二0.655m2计算出沈阳冬至日时的太阳高度角h =12.65 ;方位角1 =41.3 ；电池板垂直高度 H = 1m ；太阳能电池方阵间距 D = 3.41m。横向串联8个电池板组成一个方阵，纵向间隔3.41m将2个由8个电池板组成的方阵并联，如下图：（2）蓄电池总共用了 20个型号为6-GFM-120的蓄电池组合而成，

14、具有内阻低、自放电小、寿命长、使用温度范围广等优点。蓄电池安装在专用的房间内，并配有专用蓄电池支架，排列整齐，保持环境干燥并保持良好的通风条件。（3）控制器（4）逆变器（5）智能控制箱由微电脑定时器、继电器、交流接触器、指示灯、低压断路器等组成用来进行市 电对独立光伏发电系统的智能切换。市电供电：当控制器检测到蓄电池电压达到过放电压时，此时控制器无输出，使得K2,SJ1, K1线圈不能得电。K1-1为断开状态，此时k1-2闭合，时间继电器SJ3线圈得电，常开触点SJ3-1闭合，KM2接通，指示灯2亮，此时市电开始供电。（6）熔断器（7）避雷器3.8系统配置清单设备型号参数数目光伏电池开路电压2

15、1.70V 最大工作电压17.46V短路电流6.90A最大工作电流4.30A串联：3并联：2总计：6蓄电池额定容量120Ah额定电压12V串联：2并联：5总计：10控制器1并网逆变器1熔断器1避雷器1交逾电网发电直流交塢员载蓄电迪3.9系统图直流*第4章家用并网型太阳能光伏发电系统的 优化结果与讨论本设计应用结合光伏建筑一体化基本知识，结合小型用户用电量需求，并考虑到可靠性经济性，设计了一种满足小型用户使用的并网光伏发电系统。设计中，先通过简单计算确定太阳电池、蓄电池、控制器、逆变器等的设计参数 及限制条件，然后利用PVsyst软件对系统进行模拟仿真，最后对输出结果进 行分析讨论。实验结果显示

16、，本设计能胜任用户用电需求，过进一步完善改进， 可以用于实际生活之中。因为整个光伏发电系统设有安全可靠防雷装置，同时设有直流防雷、交流防雷，光伏防雷接地光伏系统与建筑物主体的防雷接地系统连结成一体，能有效防止雷击；选用的KACO逆变器具有过压、欠压、过载过流、短路接地、漏 电等保护，因而整个光伏发电系统具有所有这些保护功能，以保证系统与设备正常运行，确保人身安全第5章心得体会随着能源的日益短缺，太阳能的开发和利用在当今社会的低位将越来越重要， 这样的小型光伏发电系统也将越来越多的出现在人们的生活当中。本设计应用结 合光伏建筑一体化基本知识，结合小型用户用电量需求，设计了一种满足小型用 户使用的并网光伏发电系统。设计中，先通过简单计算确定太阳电池、蓄电池、 控制器、逆