毕业论文———XX地区光伏发电系统设计

1、本科毕业论文（设计）论文（设计）题目：XX地区光伏发电系统设计学 院： 电气工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电 自XXX 学 号： 57944697465 学生姓名： XXXX 指导教师： XXXX 20XX年 X 月XX 日XX大学本科毕业论文（设计）诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。特此声明。论文（设计）作者签名： 日 期： 目录摘要IV英文摘要 IV第一章 前言1 1.1 本设计的目的和意义1 1.2 太阳能光伏发电的优缺点1 1.

2、3 国内外太阳能光伏发电研究现状2第二章 光伏发电系统简介32.1 系统组成与原理32.2光伏发电系统的分类42.2.1离网光伏发电系统42.2.2并网光伏发电系统4第三章 CQ地区气象和地理的相关参数5第四章 设计方案及各电气设备的设计64.1 相关参数总述64.2 太阳能电池组件设计64.2.1太阳能电池组件的工作原理及分类64.2.2太阳能电池组件的相关计算74.2.3太阳能电池组件方位角和倾斜角的设计84.2.4太阳能电池组件安装方式以及位置场所设计94.2.5光伏方阵前后间距与遮挡物之间的间距设计94.3 蓄电池选型104.3.1铅酸蓄电池简介104.3.2蓄电池的相关计算及设计11

3、4.4逆变器的设计114.4直流汇流箱的设计134.5控制器的设计13 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 II 页 4.6 交流配电柜设计144.7 防雷接地系统设计154.7.1雷击的简介154.7.2无外部防雷接地装置设计164.7.3有外部防雷接地装置设计164.7.4防雷接地设计总结16第五章 总结18参考文献19致谢20附录21 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 II 页 CQ地区光伏发电系统设计摘要人类进入21世纪以后，随着世界人口的持续增长和经济的不断发展，人类正面临着化石燃料短缺和生态环境污染的严重局面。因此逐步转变能源的消费结构，大力发展可再生能源，走可持续发展的道路已经到了

4、刻不容缓的地步。太阳能发电作为一种全新的电能生产方式，具有清洁无污染、来源永不衰竭且维护措施简单等特点，既是一次能源，又是可再生能源，因而受到越来越广泛的关注。各国政府也相继出台了一系列鼓励和支持太阳能光伏产业发展的政策法规，使得太阳能光伏产业迅猛发展，光伏发电技术和应用水平不断提高，应用范围也逐步扩大。 本文首先研究分析了当下太阳能光伏产业的发展状况，再根据CQ市某小区的具体负载参数，选用合适的太阳能电池组件、蓄电池组、光伏离网控制器、光伏逆变器、直流汇流箱以及交流配电柜等相关电气设备，利用太阳能光伏发电的原理设计出一个完整可靠的小功率光伏发电供电系统，来解决特定区域内给定负载的持续可靠供电

5、问题，并重点设计研究了此类型太阳能光伏发电系统防雷接地的相关问题。 关键词：太阳能光伏发电系统，铅酸蓄电池，光伏离网逆变器，防雷与接地系统 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 II 页 CQ area photovoltaic system design AbstractWiththeworldsever-increasingpopulationandthedevelopmentofeconomic,Humanbeingsarefacingtheserioussituationofascarcityoffossilfuelsandthepollutionoftheenvironmentintot

6、he21stCentury.Therefore,itisofgreaturgencytograduallytransformtheconsumptionstructureofenergy,vigorouslydeveloptherenewableenergysource,andpersistinginthecourseofsustainabledevelopment.Asanewwayofpowerenergyproduction,solarpowerisclean,nonpollution,inexhaustibleandsimplewithmaintenancemeasures.Itisb

7、othaprimaryenergysourceandakindofrenewablepowerresources.Soitgetsmoreandmoreattention.Governmentshavealsointroducedaseriesofpoliciesandregulationstoencourageandsupportthedevelopmentofsolarphotovoltaicindustry,whichmadeacontributiontotherapiddevelopmentofsolarphotovoltaicindustry,anincreaseofthetechn

8、ologyandapplicationofphotovoltaicpowergenerationtechnology,andawiderscopeofapplication.At first, this paper studied and analyzed the current development status of solar photovoltaic industry, and of a specific load parameters according to the city of CQ, choose appropriate photovoltaic solar modules

9、, batteries, off-grid photovoltaic controller, inverter, dc junction box and ac distribution cabinets and other related electrical equipment, the use of solar energy photovoltaic power generation principle of design of a complete and reliable low power photovoltaic power supply system, to solve the

10、specific problem of given load continuous and reliable power supply, and this type of solar photovoltaic power generation system design research is mainly focused on the grounding of the related problems.Keywords: Solar photovoltaic power generation systems,Lead-acid battery,Photovoltaic (pv) off-gr

11、id inverter,Lightning protection and grounding system 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 23 页 第一章 前言1.1 本设计的目的和意义目前，化石燃料正面临逐渐枯竭的危机局面，而太阳能是取之不尽的可再生能源。保护生态环境逐渐受到人们的重视，太阳能发电对环境没有污染。另外常规电网具有一定的局限性，太阳能资源可免费使用且无须运输。太阳能发电系统建设周期短，方便灵活，可以根据负荷的增减，任意添加或减少太阳能方阵，避免浪费。因此，太阳能光伏发电具有广阔的应用前景。本设计的目的是为了利用光伏发电的原理，设计一个完整可靠的离网发电供电系统，完成在CQ地

12、区特定区域内给定负载的持续供电。1.2 太阳能光伏发电的优缺点当前可再生能源每一种都有自己的优势与独到之处。 （1）太阳能资源取之不竭，没有随着化石能源枯竭的危险。只计算地球表面的太阳辐射的能量,足够的当前全球能源需求的一万倍1。由此可看出太阳能辐射地球表面的总量之大。（2） 发电系统中不似诸如水电火电风电等发电形式具有机械转动，所以光伏发电的部件一般不易损坏2。没有机械转动部件，也没有噪声，稳定性比较好。（3） 光伏发电没有使用化石燃料,维护简单,维护成本很低。（4） 太阳能发电系统运行比较灵活多样,建设周期相对较短3。除了蓄电池以外,其他部件完全干净,无任何污染的产生。（5） 太阳辐射能随

13、处都可获取，减少了远距离输送这个传统环节。同时，太阳能由于自身的局限性，主要有以下三个不足之处。（1） 分散性：虽然能量到达地球表面的结合是巨大的,但是因为大部分的地球表面被海洋覆盖,真正达到表面的土地只占总数的约10%,这直接导致了表面使用太阳的能量更少。事实上,太阳能的收集和使用能量密度低,大面积的太阳能辐照度,小于1千瓦/,这也使得许多太阳能收集难度增加。（2） 不稳定性：太阳能是受自然环境和气候条件因素的影响。一年四季,昼夜交替的纬度、海拔、地理和自然条件,如天气,雨和雪,云,如天气变化将严重影响系统。另外空气中的颗粒物如灰尘粉屑等降落在太阳能电池表面也会阻挡部分光线的照射，造成发电量

14、的减少。诸多随机因素的影响，给太阳能大面积的推广增大了难度。（3） 效率低和成本高：效率低和成本高:当前太阳能光伏发电应用技术发展理论和技术都已经成熟。最基本单位的光伏电池组件、光伏转换效率较低,光伏发电不宜普遍推广和应用。光伏发电成本由于效率偏低变得较高,和常规能源相比竞争性不高,太阳能的进一步发展需要国家出台经济政策来维护和加强。光伏系统的造价也比较高,系统成本4000060000元/k,售电价格为常规电价的10倍左右,相对较高。 尽管太阳能和缺点和缺陷,但随着化石能源逐渐枯竭,生态环境的恶化,开发和利用可再生能源是解决这一问题的主要措施之一。太阳能光伏无污染的安全,有很大的研究和利用价值

15、4。1.3 国内外太阳能光伏发电研究现状上世纪70年代石油危机和90年代的环境污染问题的影响，人们越来越关注了对能源和环境问题的认识，各国政府相继出台了不少支持和鼓励光伏产业发展的政策，不断加大科研投入，将光伏产业作为国家能源保障的重要项目。自1980年代以来,世界各国已将大量的人力物力来开发新能源,如太阳能的研究、开发和利用的工作。出现在1990年代末世界光伏市场是供不应求的情况,进一步推动光伏产业的发展速度6。广泛的大规模太阳能和可再生能源的使用,全球能源结构将彻底改变7。我国能源问题非常严重,大量使用化石燃料导致生态环境恶化。中国的太阳能总辐射超过5016 MJ /地区约占陆地总面积的三

16、分之二的国家8。离网并网发电项目在这些地区,当地能源扶贫的发展,提高当地人民生活水平有着非常重要的作用。中国在1950年开始研究太阳能电池,并于1971年首次成功地应用于东方红2卫星发射。在摸索V电力不断发展。21世纪之初,国家发展和改革委员会在2002年发起了“发电送乡工程”,项目容量20 mw光伏系统8。尽管中国光伏技术经过50年的努力,取得了很大的成就。但光伏发电的关键技术和设备主要依靠进口。因此,光伏发电系统成本高,具有强烈的依赖性,这限制了光伏发电系统在国内的发展和推广。国内光伏系统并网主要应用单位功率因数,但它没有电能质量控制功能9。第二章 光伏发电系统简介2.1 系统组成与原理太

17、阳能发电可分为光热发电和光伏发电两种。通常而言，太阳能发电指的是太阳能光伏发电，简称“光电”。它是利用半导体界面的光生伏特效应将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护即可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件，就形成了光伏发电装置。光伏发电系统是由太阳能电池方阵，蓄电池组，充放电控制器，逆变器，交流配电柜，太阳跟踪控制系统等设备组成11。 图2.1 太阳能光伏发电系统结构图光伏发电系统是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太

18、阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电系统装置。太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理12。2.2光伏发电系统的分类光伏发电系统主要有两种发电形式。其中离网光伏发电系统，主要由光伏电池方阵、光伏控制器、蓄电池、光伏离网逆变器、交流配电柜等构成；另一个原因是电网的光伏发电系统中,光伏电池光伏方阵,控制器、光伏(pv)并网逆变器和其他电气设备组成,这两种形式的发电系统都有各自的适用范围及其优缺点,本设计主要是对离网光伏发电系统设计电力系统可靠地。2.2.

19、1离网光伏发电系统离网光伏发电系统主要由太阳能电池组件、光伏控制器、离网逆变器等电气设备构成,太阳能电池方阵输出电流为直流电，如果负载中有交流负载,则需要利用交流逆变器将直流电转换为交流电。离网光伏发电系统根据其简单可靠的系统结构广泛称为严寒高原、极度偏远山区及野外作业的发电供电电源13。在离网发电系统中，光伏控制器的作用是用来调节和控制的电能的分配,可以把调配后的电能供给负载,也可以向蓄电池存储电能。控制器可以有效防止电池过度充电以及过放电,保护蓄电池，提高蓄电池的使用年限。离网光伏系统可分为直流光伏发电系统和交流光伏系统两大类。下来,可分为直流没有电池,v直流光伏发电系统,电池系统,交流和

20、AC / DC混合光伏发电系统等14。2.2.2并网光伏发电系统并网电网的光伏发电系统由光伏方阵、并网逆变器等设备。网格光伏系统与离网太阳能光伏发电系统相比,前者忽略电池能量储存和释放过程,降低了能源消耗,节省空间,有效地降低了配置的成本。电网的光伏发电系统可分为两种,有电池,没有电池类型。和电池是可调度的,可以根据需要并入或退出电网,还具有备用电源的功能。主要包括回流电网光伏发电系统,通过电网的光伏发电系统中,切换网格型光伏发电系统,电网的光伏发电系统储能设备四种类型。第三章 CQ地区气象和地理的相关参数CQ地区位于中国西南部，具体位置在东经105110，北纬2832之间。CQ市年平均气温在

21、12左右，最热月份平均气温27，历史上极端最高为44.5；最冷月平均气温6，极端最低达到-13.2。CQ市月平均温度1月最低，78月最热，最冷月与最热月相差20以上16。CQ市年降水量比较充足，大部分地区为1200毫米左右。连阴雨持续时间一般为58天。CQ市年平均相对湿度为75。年日照时数大概1200小时，CQ市累年平均日照时数为1254小时，日照百分率仅为30。CQ市年总辐射量在33504200MJ/m2之间，峰值日照时数在2.553.20之间，平均为2.8。图3.1 钢球小区所在地区示意图第4章 设计方案及各电气设备的设计4.1 相关参数总述本设计需要解决此小区两个用户的持续供电问题。具体

22、参数如下表：表4.1 用户负载参数汇总表用电器额定功率（W)数量时长用电量（Kwh）用户A照明401052用户G风扇44651.32地点：重庆市九龙坡区二郎钢球厂二郎路161号经纬度：东经106.4655 北纬29.5145系统直流电压U：48V峰值日照时数：2.8h连续阴雨天数：8天控制器效率：80%负载日耗电量：1.32+2=3.2（ kW/h）4.2 太阳能电池组件设计4.2.1太阳能电池组件的工作原理及分类太阳能光伏光电转换模块的最小单位是一个太阳能电池单体之间的结构大小约5 100cm。太阳能电池单体电压为0.5 V工作,一般工作电流之间的25 25cm,因为电池单体弱,不能单独使用

23、光伏(pv)电源。必须通过研究串并联和封装太阳能电池单体组成的太阳能电池组件,可以使用光伏电源为最小单位。太阳能电池组件通过一系列的串联和并联组合,可以形成固定安装的太阳能电池方阵。太阳能光伏发电系统输出功率所需的电力负荷通常几百几千瓦,大,只有通过这可以满足。电池组件根据他们不同类型可分为晶体硅组件,非晶硅薄膜电池组件和砷化镓电池组件。晶体硅是分为两种类型,即单晶硅和多晶硅。常用的太阳能电池主要是晶体硅太阳能电池。晶体硅太阳能电池是由晶体硅晶圆,内衬金属表面网格线,表面金属层。一层电阻启动薄膜太阳能电池,并能减少太阳能的反射损失。之间的负载连接太阳能电池表面的两个,将会有电流流过负载。太阳能

24、电池发电,太阳能电池吸收一个光子被创建时,电流就越大。单晶硅太阳能电池光电转换效率高,稳定性好,但成本较高;非晶硅太阳能电池生产效率高,成本较低,但显然,光电转换效率相对较低,与单晶硅电池多晶硅相比,成本低,转换效率比非晶硅薄膜电池有点高。实验室高的光电转换效率约为17%,工业大规模生产的光电转化率为10%18。本设计综合各种条件选择多晶硅薄膜电池。4.2.2太阳能电池组件的相关计算在设计和计算太阳电池组件方阵时，本设计根据所选地区的地理和气象数据以及负载参数，首先选择大小符合要求的电池组件,峰值功率、峰值,根据电流和功率数据等根据具体要求确定。再在之后的计算中确定该电池组件的串、并联数量以及

25、方阵的总功率大小。具体公式为：太阳能组件发电电流= =56.76A系统的总功率P=1.434856.7=3896.07W本设计所选用电池组件的峰值功率为220W，峰值电压为28.9V，峰值电流为7.61A。需要电池总数=3896.07/220=17.7 取18块。电池组件的串联数=1.4348/28.9=2.4取串联数为3块并联数为=18/3=6即选用18块太阳能电池板，采用3块串联，并联6串的方式组成电池方阵此方阵的总功率=18220=3960W表4.2 太阳能电池组件详细参数表电池组件规格220W电池片尺寸（mm)156156峰值功率（W)220峰值电压（V）28.9峰值电流（A)7.61

26、开路电压（V)36.6短路电流（A)8.23重量（Kg）21.0组件尺寸(mm)长1670固定孔距（mm)A1400宽990B950厚45/50C700固定孔直径（mm)9电池片排列610数量（个）64.2.3太阳能电池组件方位角和倾斜角的设计（一）光伏方阵方位角的设计。通常情况下，方阵垂直面与正南的夹角为0时，这时候光伏方阵才可以获取年平均最大辐射量，才可以获得年平均最大发电量。在北半球，偏离正南30度发电当成方阵的发电总量将减少约15。偏离正南60方阵的发电量将减少大概25,因此光伏方阵的设计对整个系统的发电量有很大的影响22。结合当地的实际情况，本设计方位角选择正南方向。（二）太阳电池倾

27、角的设计。电池倾角主要决定的光伏发电系统,不同需求的不同类型的太阳能光伏发电系统优化设计和安装角的选择是不一样的19。相同的地理位置,一年冬天白天日照时间较短,太阳角不高,太阳辐射能量很小,夏天白天日照时间相对较长,太阳角度较高,一个相当大的太阳能辐射。在中国大部分地区通常添加7纬度,可以用来设计和选择太阳能电池角。根据全年用电总量的要求,可按表方式选择组件的角度。表4.2.1 倾斜角选择参数表光伏发电安装地所处纬度光伏组件水平倾角选择纬度在025之间倾角等于纬度大小纬度在2640之间倾角等于纬度加7纬度在4155之间倾角等于纬度加11纬度55倾角等于纬度加17由于本设计所选的小区地理位置处于

28、北纬29.5，所以倾角选择.4太阳能电池组件安装方式以及位置场所设计光伏阵列安装可以分为电流跟踪支架和固定支架两种。跟踪支架分为单轴跟踪、双轴跟踪和斜跟踪形式;角必须面对太阳方位。与固定支架安装相比,这种安装方法可使发电效率约2060%。安装光伏发电系统根据不同的地方,可以分为杆安装方式,安装地面安装,屋顶,墙等四种方式20。杆柱安装是指杆柱安装是在金属、混凝土、木制的杆、柱子、塔上等上面安装太样能光伏发电系统。地面安装倾斜支架安装在地面,然后光伏组件装配固定在支架上。屋顶安装可分为支持安装和电池组件直接与屋顶形式整体安装两类,前者是将电池通过支架固定在屋顶上,这也被称为光伏方

29、阵和屋顶的集成安装21。墙上安装也可以分为两种:墙上的特殊组件电池组件固定方阵的方法称为支持安装,即太阳能电池组件方阵插件或连接在墙上的建筑外围。另一种是将光伏采光阵列作为墙壁材料合二为一，直接应用到建筑物墙壁上。本设计结合当地具体地理情况决定选择通过支架在屋顶固定安装。4.2.5光伏方阵前后间距与遮挡物之间的间距设计一般情况下，计算出的太阳能电池发电量，是在太阳能电池方阵面安全没有阴影的前提下得到的。因此当太阳能电池不能被日光直射到时，只有散射光用来发电，发电效率会比无遮挡物时减少约10%20%。在选择安装太阳能电池方阵时应注意避免建筑物或者山体的遮挡。如果实在无法避开，应适当调整其方位角或

30、者从太阳能电池的接线方法上进行解决，使阴影对发电量的影响降低到最低。另外，如果太阳能电池方阵时前后放置的，后面的太阳能电池方阵与前面的太阳能电池方阵之间距离较小时，前边太阳能电池方阵的阴影会对后边的太阳能电池方阵的发电量产生影响。当纬度较高时，太阳能电池方阵之间的距离也应加大。通常在排布太阳能电池方阵时，应分别选取每一个太阳能电池方阵的构造尺寸，将其高度调整到合适值，从而利用其高度差使太阳能电池方阵之间的距离调整到最小。具体的太阳能电池方阵设计，在合理确定方位角和倾斜角的同时，还应进行全面考虑，才能使太阳能电池方阵达到最佳状态。光伏方阵前后间距或与前方遮挡物之间的间距的设计与光伏系统所在纬度、

31、前排方阵或遮挡物高度有关。设D：前后间距；：光伏发电系统所处纬度；H：后排光伏组件至前排遮挡物垂直高度；D=0.707H/tanarcsin(0.648cos0.399sin)本设计中：钢球小区地处北纬=29.51则D=0.707H/tanarcsin(0.648cos29.510.399sin29.51)=0.707H/tanarcsin(0.6480.8700.3990.493)=0.707H/tanarcsin(0.5640.196)=0.707H/tanarcsin0.368=0.707H/tan21.59=0.707H/0.396=1.786H4.3 蓄电池选型4.3.1铅酸蓄电池简

32、介蓄电池是太阳能光伏发电系统的一个重要组件的组件。电池的主要任务在雨天,太阳辐射等不足,可以有效地保证系统负载的正常秩序和可靠的电力。电池包括铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池类23。电池可以使用多次和经济实用性强,具有电压稳定、移动方便等优点。铅酸蓄电池电压是稳定的,并且可以小电流放和大电流放电,工作温度范围相对较大,在- 40到65可稳定工作。加上铅酸电池技术成熟,成本相对较低,具有良好的跟随负载输出的特点,在此基础上,本设计的优点选择铅酸电池来完成完整的光伏发电系统的设计铅酸电池是将电能转化为化学能,当需要将化学能转换成电能。电池的负极材料主要是铅、铅阳极主要,主要是稀硫酸电解液,

33、所以称为铅酸电池。铅酸电池不同的产品根据结构形式可分为开放式,阀门密封免维护类型和几类,如类型控制阀门密封胶体,再通过使用环境的不同可以分为两种类型的移动和固定。铅酸电池主要由正极板和负极板、电解液、分离器、电池外壳,电池盖,过桥,安全阀和接线端子等,可以组装成电池2 v 、6 v、12 v。电池2 v是归类为一个单位。4.3.2蓄电池的相关计算及设计电池选型设计主要是设计的电池容量，之后再完成电池的串并联组合设计。蓄电池容量=负载日平均用电量（Ah）连续阴雨天数放电率修正系数/最大放电深度温度修正系数=3.32100080.9/(480.70.8)=889.29Ah可以选用GFM-500免维

34、护铅酸电池，其标准电压为2V，标称容量为500Ah。蓄电池串联数=系统工作电压/蓄电池标称电压=48/2=24蓄电池并联数=蓄电池总容量/蓄电池标称容量=889.29/500=1.78 取2组所以需要蓄电池总数=242=48块，其中每24块串联，再2组并联。表4.3 蓄电池选型详细参数表规格型号GFM-500标准电压（V）2标称容量（Ah） 10h5001h325参考外形尺寸（mm)长243宽172高328总高365参考重量（Kg）37.24.4逆变器的设计逆变器是将直流电可以改变使用交流电源负载开关装置,它是整流设备的反向转换功能。由于光伏发电系统提供的直流电,不能为交流负载提供电源,因此必

35、须配备变频器。逆变器可以根据不同的方式分类,例如,根据它们输出交流有单相逆变器,三相逆变器以及多相逆变器。在太阳能光伏发电系统中，还可以将逆变器划分为离网型逆变器以及并网型逆变器24。在离网光伏发电系统中,系统电压的设计需要根据在负载条件下用电量的大小来确定,当所需的负载电压较高时,系统电压也应该选择设计相对较高的电压。如果没有12 v直流负载的系统,该系统可以设计在48 v和24 v电压或以上级别,这一部分的好处是能够使系统后直流电流小。系统设计电压越高,电流小,可使系统更小的损失和线损,提高整个电力系统的运行效率。逆变器有合理的电路结构,足够的直流输入电压范围、效率高、可靠性高,具有一定的

36、过载能力。选择变频器时应确保一般可以超载125%到150%。当超载150%,应该能够保持30分钟,当超载125%可以持续超过60分钟。表4.4 逆变器选型详细参数表 逆变器型号DC48V单相逆变器SN485KS直流输入额定电压（V)DC 48额定电流（A)116电压范围（V)4264交流输出额定容量（kVA）5额定输出功率（）4额定输出电压及频率AC 220V/50Hz正弦波额定输出电流(A)22.7电压精度AC2203频率精度50Hz0.05Hz波形失真程度5%（线性负载）动态响应程度5%（负载0-100%）功率因数大小0.8过载能力150%，10s峰值系数3:1逆变效率（80%阻性负载）9

37、0%使用环境温度（）-20+50防护等级IP20海拔高度（m)1000750尺寸立式（深宽高）（mm)4704007504.4直流汇流箱的设计直流汇流箱也称为直流接线箱，它的主要作用是把太阳电池组件方阵的多路输出电流集中输入和分组连接，能独立维护的地方,不影响整个电力系统。直流配电箱通常通过直流熔断器、分支开关和主开关,防雷防雷设备和终端。直流汇流箱的选择是为了确保能满足太阳电池方阵直流电压,选择开关的内部设备远远大于额定工作电流等于最大工作电流回路,额定工作电压大于或等于最大工作电压电路。其内部电路为：图4.1直流汇流箱内部结构示意图4.5控制器的设计太阳能电池在光伏发电系统的作用是吸收光能

38、变成电能,充放电控制器的电池充电和放电,而且负载供电。充放电控制器的功能主要有两个,一个是电池充电和放电保护,避免电池充电或放电;第二个是给一个稳定的直流电压源逆变器和直流负载25。光伏控制器必须基于系统总功率,直流电压,电池平方数量的输入和输出,铅酸电池,负载的性质和用户的特殊要求来确定它的类型25。也很注重在设计和选型、控制器的功能如果这个系统最适用的和有用的功能,宁愿放弃功能控制器的没有更多的实用价值,否则不仅会增加系统建设的成本,但也会增加系统故障的可能性。表4.5 光伏控制器选型详细参数表光伏控制器型号SD4815额定电压（V)DC 48额定电流（A)15太阳电池组件最大功率（W)7

39、20蓄电池充电电压（V)保护57.6浮充54.8蓄电池过放电压（V)保护43.2恢复49.6负载过压（V)保护70恢复60温度补偿（mV/）-60使用环境温度（）-20+50温度过高保护75温度过低恢复65防护等级IP20海拔高度（m)5500外形尺寸（长宽厚）（mm)202136.5454.6 交流配电柜设计使用交流电源配电箱在太阳能光伏发电系统中,逆变器之间的连接和交流负载提供接收和电力调度和分配。主要是监控,确保电力供应的安全性,显示参数和监控故障。交流配电柜主要由开关电器、保护电器、测量电器,以及指标、母线等26。交流配电柜可以设计的逆变器制造商或专业制造商和提供成型的产品,也可以根据

40、实际的需要自己的设计。交流配电柜内部结构图如下：图4.2 交流配电柜内部示意图4.7 防雷接地系统设计4.7.1雷击的简介在正常情况下,光伏发电系统的重要组成部分,比如数组是安装在户外条件下,分布面积大,所以或多或少地直接和间接雷击的风险。与此同时,相关电气设备和光伏发电系统直接电缆连接结构也会导致一些雷电危害。因此为了保护光伏系统的相关设备建筑物及用电负载的供电安全，需要设计一个合理有效的防雷与接地系统对整个发电配电系统进行保护。雷击是指两部分与异构云,或负责云与地球直接暴力的放电现象。闪电一般有强壮的积雨云活动,强烈的天气现象通常与风有关,造成了严重的电力传输设备,包括托架通讯线路和杆损坏

41、等27。雷击相比于其他灾害性天气，一是时间较为短促，绝大多数雷击灾害都是在瞬间完成并造成伤害的，在一刹那就会导致设备失灵或者损坏。二是雷击的发生频率较高，立体性强。裸露在外界的各种发电输配电设备都有被雷击干扰或损坏的可能性。CQ城市常常被闪电击中,闪电天平均每年大约是40天,当地45 50闪电,甚至有雷暴活动一般集中在夏季,冬季闪电活动可能相对较小,所以有很强的季节性。平均闪电通常发生2月至10月期间CQ区域,包括7名,闪电最常发生在8月,紧随其后的是5、6月,闪电集中在春季和夏季末,也有雷暴发生在另一个月,包括雷暴天气发生在冬季。鉴于CQ地区属于雷击高发频率的区域，因此设计一个可靠适用的防雷

42、接地保护系统很有必要。为实现这一地区光伏发电系统的设计,闪电入侵光伏发电系统主要是通过地面潜在的反电压通过肢体入侵,通过太阳能电池方阵直流输入行入侵和入侵的光伏系统输出电线。为防止光伏发电系统受到损坏，通常在太阳能光伏发电系统的选址的时候就需要尽量避免安放在容易受到雷击的位置和地点，结合当地的具体情况，也可以采用一定的防护措施对雷击进行防护，比如假装避雷针和避雷器等都可以有效的减小雷击的概率。为了防止雷电感应,可以使用装饰与统一的雷电流的指导地球,或整个光伏系统所有裸露的金属等等,例如,包括套管外电池组件金属线管连接接头都需要等电位接地体,和单独的接地)。甚至可以回的方式一步一步在光伏系统中装

43、有防雷设备,实现多级保护,通过多级雷电流流量达到防雷防雷装置的效果28。太阳能光伏发电系统的防雷接地设计通常可分为无外部防雷装置的设计和有外部防雷装置，各自都有具体的适用条件和优势。4.7.2无外部防雷接地装置设计无外部防雷防雷接地设计的光伏发电系统结构简单,主要作用是防止直接雷击攻击,不超过这种类型的民用住宅设计或小型光伏发电系统,防雷要求不是太高。接地保护等一般只需要太阳能电池方阵和离网逆变器配备一流的防雷设备,以及离网逆变器、交流配电柜和通信设备中使用的配电柜和负载与第二个防雷装置能保证系统从闪电伤害。防雷设备前需要的离网逆变器最大空载电压根据选址,后者需要根据工作电压的交流电源配电箱和

44、电源设备。重要的是要注意,所有的雷电保护装置必须有一个良好的基础条件。4.7.3有外部防雷接地装置设计相比之下,没有外部防雷装置的太阳能光伏发电系统,该系统与外部防雷装置主要是在外部配有防雷装置,在发生雷击灾害时，外部避雷装置可以在第一时间将系统过大的雷击电流通过接地线导入大地，防止系统崩溃。和无外部防雷装置系统一样，此类型的防雷装置也需要在太阳能电池方阵和离网逆变器之间加装第一级防雷器，为了提高可靠性还可以在离网逆变器与交流配电柜之间加装第二级避雷设备。4.7.4防雷接地设计总结防雷接地保护系统是光伏发电系统中最重要的保护之一，对为了系统能够稳定可靠的运行，需要设计和确定整套的防雷接地方案，

45、离网光伏发电系统防雷接地保护主要包括防直击雷保护以及防雷击电磁脉冲保护接地系统。（1）防直击雷保护设计一般来说在屋顶安装太阳能光伏发电系统的电池组件，部分区域直接裸露在外，容易遭到雷击。防直击雷的措施首先是要在建筑物和光伏发电系统的顶部加装避雷针等防护设备29。太阳能电池方阵组件和避雷设备需要先做可靠的等电位连接,再与屋顶的避雷器相连接连入大地。安装在室内的太阳能光伏控制器、铅酸蓄电池和离网逆变器等设备,也需要作可靠的等电位连接，最后由接地引下线接入大地，这样就可以保护光伏发电系统不受直击雷的损坏了。图4.3 离网光伏发电系统等电位防雷接地保护方案示意图（2）防雷击电磁脉冲保护设计防雷击电磁脉

46、冲防护设计主要包括系统设备均衡和等电位连接的组件,以及过电压和过电流保护。绝大多数光伏系统组件是金属材料,如电池广场铝合金框架,使用金属支架,固定安装光伏控制器、离网逆变器,直流配电箱和金属框架交流配电柜等设备,都需要分别做等电位连接可靠,并连接大地。等电位连接主要有两种类型的网络结构,即s形恒星结构和M型网络结构。通常是等电位连接网络用于相对较小,局限于本地系统。小型离网光伏发电系统的形式应该年代类型的等电位接地装置连接网络6。光伏发电系统过电压和过电流保护是防止雷电电磁脉冲发生时,系统的过电压和过电流损坏家庭输电线路安装在室内光伏设备。在这种情况下,为了防止设备损坏,应在太阳能电池方阵的输

47、出控制器电路电源浪涌保护器安装在30。这组差模滤波器的浪涌保护器将有助于消除谐波,防止设备电磁干扰的光伏发电系统。此外,由于光伏控制器、铅酸电池和离网逆变器设备属于重要设备,成本较高,第二层次的电源应安装在其内部的浪涌保护器,使它们具有防雷功能。最后如果离网逆变器输出到负载设备需要保持一定量的供电可靠性和负载的安全设备,也应该安装在逆变器失去出口电源浪涌保护器,以提高系统的可靠性。防雷接地系统在系统中当条件允许时,应独立于其他接地系统31。它的作用是接地系统的雷电流满足尽快导入到地球,和保证系统没有受到闪电伤害。光伏设备接地系统的要求是严格的,接地电阻不能太大,否则,放电过程中港口由于巨额经常

48、发烧,可能损坏接地系统,最终导致破产的光伏发电系统。根据接地装置的布局类型IEC6230523设置设备类型A或B型5。接地装置在体内埋深不应小于0.7米,接地装置材料耐腐蚀强一般持平或圆钢,冲击接地电阻一般不超过10。第五章 总结能源问题一直是人类二十一世纪需要重点面对的问题，在化石燃料逐渐枯竭的今天，大力开发各种新能源成为解决能源危机的有效途径之一。本设计在收集CQ地区相关地理和气象信息的基础上，结合当地实际环境、负载情况以及用户要求，选择合适的光伏发电系统各个板块的设备，设计出一个具有一定稳定性的独立小功率发电供电系统。利用光伏发电在本地区的应用情况进行设计和总结，为大规模大面积推广太阳能

49、光伏发电打下良好的基础和提供相关的应用依据。本设计首先简要的叙述了光伏发电的相关概念和国内外的研究现状，结合实际负载对太阳能电池方阵和蓄电池组进行了相关的计算和设计。在确定电池方阵和蓄电池组的型号及安装方式之后，依次对直流汇流箱、光伏控制器、离网逆变器、交流配电柜进行选型设计。由于考虑到光伏发电系统容易受到雷击的危害，本设计重点研究了光伏发电系统防雷接地的相关问题，包括防直击雷设计和防雷击电磁脉冲保护设计。参考文献1 傅知兰. 电力系统电气设备选择与实用计算M. 北京：中国电力出版社，2004.2 王兆安，刘进军. 电力电子技术M.北京：机械工业出版社，2009.53 赵争鸣,刘建政,孙晓瑛等

50、. 太阳能光伏发电及其应用M. 北京:科学出版社,2005.4 中国电力行业标准DL/T6211997.交流电气装置的接地S. 北京：中国电力出版社，1998 5 GB50057-1994. 建筑物防雷设计规范(2000 版)S. 北京:中国计划出版社,20016 赵争鸣，刘建政，等. 太阳能光伏发电及其应用M. 北京：科学出版社，20057 王长贵，王斯成. 太阳能光伏发电实用技术M. 北京：化学工业出版社，20058 谢士涛. 光伏建筑一体化技术与应用J. 光伏专刊，2008（3）：14-159 李钟实. 太阳能光伏发电系统设计施工与维护M. 北京：人民邮电出版社，201010 张培明，黄建华，廖东进. 太阳能光电利用基础M. 北京：化学工业出版社,201411 吕勇军，鞠振河. 太阳能应用检测与控制技术M.