小型光伏发电系统设计

1、小型光伏发电系统设计摘要：本文对小型光伏发电系统设计进行了详细阐述，主要包括：太阳能光 伏发电系统结构、太能能光伏发电系统容量的选择与计算、太阳能电池组件功率 和方阵的设计与计算、蓄电池容量的设计与计算、控制器和逆变器的选型等内容，最后本文给出了一个装 机容量为3kW的小型光伏发电系统的典型配置。关键词：小型光伏发电设计；成本分析；小型光伏系统典型配置一、引言2013年以来，中国各地持续加重的雾霾天气，一再引发人们对环境的关注。2014年伊始，我国中东部地区因雾霾天气造成中重度空气污染，严重影响 了公众的健康，不仅成为社会关注的焦点，而且也已经成为严重的社会问题。治 理雾霾已成为政府工作的重中

2、之重，继国务院出台大气污染防治行动计划后， 相关部门陆续出台大气治理措施。当前，以光伏发电为代表的清洁能源为治理雾 霾提供了破解路径，并得到了国家高度重视。然而，当前由于大型光伏电站投资成本过高、对大型光伏发电站的成本测算、预期投资回收期以及运营费用等各方面的研究还不成熟，导致资本不敢贸然 投资光伏发电，当前看似如火如荼进展的光伏发电站则主要还是依赖政府补贴， 大型光伏发电站真正进入市场还有较长一段路要走。小型光伏发电系统相对而言具有投资成本小、技术瓶颈低、成本回收期短等优势。在当前各投资资本对大型光伏发电产业持观望态度时期，小型光伏发 电系统无疑会成为各资本进入光伏产业的探路石。在此背景下，

3、本文提出一种小型光伏发电系统的设计，并对该系统中的各关键问题进行研究分析。二、小型光伏发电系统的基本设计思路太阳能光伏发电系统的负载大小有别、用途各异、发电系统所处的地理位置、气象条件等都是光伏发电系统需要考虑的因素。因此要设计一个合理、实用、高 可靠性和高性价比的光伏发电系统，协调整个系统的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，如何尽量节省投资是一个复杂的系统工 作。因此一个小型光伏发电系统的设计应该包含如下步骤和内容：图1太阳能光伏发电系统的设计内容和步骤三、小型光伏发电系统构成小型光伏发电系统主要由太阳能电池组件、蓄电池组、光伏控制器、逆变器以及一些测试、监控、防护等附

4、属设施构成。光伏发电系统有多种拓扑结构， 本文考虑到系统的经济性与实用性，对小型家用光伏发电系统推荐采用如下拓 扑结构：图2太阳能光伏发电系统的推荐拓扑结构采用该拓扑结构，能兼顾太阳能光伏系统的实用性与经济性。使得太阳电能池板和蓄电池的容量可设计得小一些，基本上是当天有阳光，当天就用太阳 能发的电，遇到阴雨天时就用市电能量作为补充。采用该系统能明显减少太阳能 光伏发电系统的一次性投资，是现阶段小型太阳能光伏发电系统推广和普及较为 适宜的一种拓扑结构。四、光伏发电需求分析1、用户用电需求分析普通家庭用户一般负载及全天用电情况如下表所示：通过以上统计分析，家庭内的一般用电负荷最大约为3.6Kw，日

5、最大用电量 约为7.21kWh。考虑到用电设备的同时系数，对一般家庭用太阳能光伏发电系统 本文将以3kW负荷、日均用电量6kWh作为系统基础数据。实际设计中，光伏 系统用电量需求分析可根据文献【3】进行进一步详细论证。2、资源条件分析本文资源条件以天津市为例，天津市位于北纬39.1度，东经117.2度，年平均日照时间为2477小时，接收太阳辐射量为5240MJ/mF,该地区的平均峰 值日照时数为4.65小时【1】。五、蓄电池组容量计算与设计储能蓄电池的容量应按照下式进行计算：根据所选择逆变器、光伏组件参数以及系统所在地条件，由式（2）（3）可 得光伏组件的串联数。3、太阳能电池方阵的安装角度计

6、算根据光伏发电站设计规范GB50797-2012附录B，本光伏发电系统最佳 倾角为39.1 0+50=44.1 0，在不降低太阳能方阵发电效率的基础上，本设计选择 方便安装的440倾角。七、光伏控制器和逆变器的选型1、光伏控制器的选型光伏控制器要根据系统功率、系统直流工作电压、电池方阵输入路数、蓄电 池组数、负载状况及用户的特殊要求等确定其类型。为便于选择现有的光伏控制器以及方便电池单体串并联，光伏控制器直流 侧电压设计为48V，型号为SD4815。2、光伏逆变器的选型本文选用3kW的家庭负荷作为设计基础数据，故逆变器选用型号为 SN485KS，额定容量为5kVA的逆变器。七、3kW太阳能光伏

7、发电系统典型配置3kW太阳能光伏发电系统典型配置如下表所示：本文通过对天津地区小型家用光伏发电系统进行设计，基本结论如下：（1）通过对系统的容量设计，当放电深度取80%，损耗率取80%时，对日 用电量为6kWh，蓄电池考虑维持一天负荷用电的情况，所需蓄电池容量为 9.84kWh。实际运用中可根据家庭典型日用电量及需要蓄电池持续供电时间，按 照本文提供的计算公式进一步核算所需蓄电池容量。本光伏系统太阳能电池组件功率为2450W。确定太阳能电池方阵采用10块245Wp的多晶硅组件串联构成，占地 面积约为16.33m2，方阵安装倾角为440。本文对小型光伏发电系统设计进行了详细阐述，并给出了一个装机容量为 3kW的小型光伏发电系统的典型配置，可为小型家用光伏发电系统的设计提供 有益参考。参考文献：1李钟实太阳能光伏发电系统设计施工与应用M北京：人民邮电出版社， 2012 年韩学栋小型光伏发电系统设计J电力建设，2014年1月；104-1083李冬梅 小型户用光伏发电系统成本分析 内蒙古工业大学学报，2006, 33-354史珺光伏发电成本的数学模型分析太阳能技术与产品，2012, 53-585杨金焕21世纪太阳能发电的展望J.上海电力学院学报.2001，17(4)： 22286李安定太阳能光伏发电系统工程M.北京工业大学出版社.20