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1、太阳能光伏发电系统设计方案一、方案设计背景太阳能光伏发电是新能源和可再生能源的重要组成部分，由于它及开发利用绿色可再生能源、改善生态环境、改善人民生活于一体，被认为是世界上最有发展前景的新能源技术，因而越来越受到人们的青睐。随着世界光伏市场需求持续高速增长、我国可再生能源法的颁布实施以及我国光伏企业在国际光伏市场上举足轻重的良好表现，我国光伏技术应用呈现了前所未有的快速增长的态势并表现出强大的生命力。它的广泛应用是保护生态环境、走经济社会可持续发展的必由之路。太阳能发电的利用通常有两种方式，一种是将太阳能发电系统所发出的电力输送到电网中供给其他夫在使用，而在需要用电的时候则从电网中获取电能，称
2、谓并网发电方式。另一种是依靠蓄电池来进行能量存储的所谓独立发电方式，它主要用于因架设线路困难市电无法到达的场合及一些小型的户用系统，应用十分广泛。鉴于此此次我们进行的设计就是离网的独立发电系统。二、方案设计目的及要求目的：为职工宿舍设计建造一个小型太阳能发电系统，提供电力需求。100 位员工，住宿 25 个宿舍，每个宿舍用电设施主要有一个节能灯、一盏风扇、一台饮水机和一支卫生间普通照明灯，其他还有走廊照明灯。系统按一个月 5 个阴雨天设计，除保证正常用电外，还应有应急方案。地理环境：东营市位于北纬 37.27，东经 118.30。温带季风型大陆气候，夏季炎热多雨，温度湿大，有时受台风侵袭，冬季
3、天气干冷，雨雪稀少。基于此假设东应有效日照时间为 4.4h. 要求逆变器在负载和日照变化幅度较大的情况下均能高效运行。光伏电站的能量来自太阳能，而日照强度随气候而变化，这就要求逆变器能在不同的日照条件均能高效运行三、方案所需原材料太阳能光伏组件、控制器、蓄电池、逆变器、支架、接线盒及导线等（一）太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。（二）太阳能控制器：太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过
4、充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，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。（三）蓄电池：一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定，所以一般需要配置蓄电池系统才能工作。蓄电池容量的选择一般要遵循以下原则：首先在能满足夜晚照明的前提下，把白天太阳能电池组件的能量尽量存储下来，同时还要能够存储满足连续阴雨天夜晚照明需要的电能。蓄电池容量过小不能够满足夜晚照明的需要，蓄电池过大，一方面蓄电池始终处在
5、亏电状态，影响蓄电池寿命，同时造成浪费。蓄电池应与太阳能电池、用电负荷相匹配。蓄电池存储能量的大小设计为自主运行期间满足平均每日电子负载的需求。一般来说，应能储备 5 天的用电量。蓄电池是整个太阳能发电系统的关键部分，它是整个太阳能系统的储备能源设备，白天时太阳电池给蓄电池充电，晚上，系统和负载所用电全部由蓄电池来提供，其次，阴雨天的供电也要靠蓄电池来完成。在独立光伏系统中，由光伏阵列产生的电能不总是在电能产生的同时加以使用，所以在多数独立光伏系统中需要蓄电池。（四）逆变器：在很多场合，都需要提供 220V四、方案设计原理图工作原理介绍 太阳能光伏发电是利用太阳能电池将太阳的光能转化为电能后，
6、通过充电控制器的控制，一方面直接提供给相应的电路或负载用电，另一方面将多余的电能存储在蓄电池中作为夜晚或是太阳能电池产生的电力不足时备用。太阳能电池组件是由多个多晶硅或单晶硅电池片串并联，并经严格封装而成的。而其中的电池单体在太阳的照射下可发生光电效应而产生一定的电压和电流，通过将电池板串并联组合后得到一定大小等级的电压和电流后经电缆送至充电控制器。充电控制器是对蓄电池进行自动充电、放电的监控装置，当蓄电池充满电时，它将自动切断充电回路或将充电转换为浮充电方式，使蓄电池不致过充电；当蓄电池发生过度放电时，它会及时发出报警提示以及相关的保护动作，从而保证蓄电池能够长期可靠运行。当蓄电池电量恢复后
7、，系统自动恢复正常状态。控制器还具有反向放电保护功能、极性反接电路保护等功能。蓄电池作为系统的储能部件，主要是将太阳能电池产生的电能存储起来方便供电。还有由于太阳能组件应放置在楼房房顶，以便于采光，但高出易于遭受雷击，所以出于安全考虑其系统中通常会加入防雷保护措施。如下图： 五、方案设计理论依据下面为宿舍分布图：1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25：代表走廊灯 125：代表宿舍说明：每个宿舍占地面积 35 (长 7 宽 5)2每个宿舍用电设施主要有一个节能灯、一盏风扇、一台饮水机和一支卫生间普通照明灯
8、，其他还有走廊照明灯宿舍用电器数量规格及功率明细如下：用电地点 用电器用电器功率（W）用电器数量用电器工作时间（小时）用电器每天耗电量（KWH)备注节能灯 30 25 8 6 饮水机 500 25 4 50 70 25 0 0 冬天宿舍风 扇 70 25 12 21 夏天走廊与楼梯 节能灯 30 10 4 1.2洗手间 节能灯 30 25 4 3采用光控和声控总计： 81.2 由上表可知宿舍最大用电是在夏天，最大用电量为 81.2KWH假设每月按 30 天其中有 5 个阴雨天设计，5 天的用电器总耗电量为：Q1=81.2KWH*5=406KWH假设蓄电池放电深度为 0.9，控制器、逆变器及导线
9、耗损度为 0.9，则 5 天中所需总电量：Q2=406KWH0.90.9=501KWH由此推理需用 2V2500AH 的铅酸蓄电池 100 块其他 25 天中每天蓄电池应多存储的电量：q =501KWH/25=20KWH由以上可知电池组件每天最少法的电量：94Q =81.2KWH+20KWH=101.2KWH到此我们考虑到走廊灯与宿舍厕所灯用电时段相同，同时都是采用声光控制，决定单独设一个分系统，单独控制，命名为声光系统。宿舍其他用电器为一个系统，也单独控制，命名为普通系统。由明细表知声光系统总耗电量为：=1.2+3=4.2其功率: =4.24.4=955由明细表知普通系统总耗电量为：+50+
10、21=77KWH =6其功率：=774.4=17500每天多储存电量的功率： =204.4=4545为了方便计算将 按比例（77000 ：4200=18 ：1）平分到上面两个系统则： 声光系统总功率变为： 1=1194W普通系统总功率变为： P2=21806W、太阳能电池组件与蓄电池规格的选择太阳能电池板是太阳能路灯中的核心部分，也是太阳能路灯中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送至蓄电池中存储起来。太阳能电池主要使用单晶硅为材料。用单晶硅做成类似二极管中的 P-N 结。工作原理和二极管类似。只不过在二极管中，推动 P-N 结空穴和电子运动的是外部电场，而在太阳能电池中推动
11、和影响 P-N 结空穴和电子运动的是太阳光子和光辐射热。也就是通常所说的光生伏特效应原理。目前光电转换的效率，大约是光伏电池效率大约是单晶硅 1315，多晶硅 1113 。目前最新的技术还包括光伏薄膜电池。I 声光系统采用 FUDA-250M 太阳能组件电压取 30V 电流取 8.0A数量：1194W/250W=5 块由比例可知蓄电池也为储能量相当于 5 块 2V2500AH 的当量，又由于 30V 组件为 20V 蓄电池充电效果最好，所以需用 10 块 2VXAH 的蓄电池，则5*2500*2=10*X*2解得 X=1250AH 实际考虑 X 可取 1300AH所以需要 10 块 2V130
12、0AH 铅酸蓄电池串连在一起II 普通系统采用 FUDA-290M 太阳能组件电压取 36V 电流取 8.0A数量： /290W=76 块21806W由比例可知蓄电池也为储能量相当于 95 块 2V2500AH 的当量，又由于 36V 组件为 24V 蓄电池充电效果最好，所以可采用 96 块（12*8 ）2V2500AH 的蓄电池，共 8 串，每串 12 块蓄电池。、控制器的选择太阳能控制器选择考虑：太阳能发电系统中最重要的一环是控制器，其性能直接影响到系统寿命，特别是蓄电池的寿命。控制器用工业级 MCU 做主控制器，通过对环境温度的测量，对蓄电池和太阳能电池组件电压、电流等参数的检测判断，控
13、制 MOSFET 器件的开通和关断，达到各种控制和保护功能。控制器一般是用电器总电流、功率的 1.5 倍I 声光系统：电流： =581.5=60功率： 出于实际考虑=11941.5=1791 取 1.8II 普通系统：电流： 出于实际考虑取 1000A=7681.5=912功率： 出于实际考虑=218061.5=32709 取 33、逆变器的选择I 声光系统：DC20VAV220VP 为 1.8KWII 普通系统：DC24VAV220VP 为 33KW六、组件、控制器、蓄电池及逆变器的摆放组件的摆放共 81 块组件，FUDA-250M 太阳能组件 5 块，FUDA-290M 太阳能组件 76
14、块，可以摆三排，每排 27 件普 通 系 统 组 件 声 光 系 统 组 件七、系统维护系统的使用与维护的好坏直接影响着系统的使用寿命，影响着系统的运行成本，影响着系效率。做好光伏发电系统的维护是维持系统良好运行的最佳手段。一般情况下，无需对太阳能电池组件进行表面清洁处理，但对暴露在外的接线接点要进行定期检查，维护。(1) 遇有大风、暴雨、冰雹、大雪等情况，应采取措施保护太阳能电池方阵，以免损坏。(2) 太阳能电池方阵的采光面应经常保持清洁，如有灰尘或其它污物，应先用清水冲洗，再用干净纱布将水迹轻轻擦干，切勿用硬物或腐蚀性溶剂冲洗、擦拭。 (3) 与太阳能电池方阵匹配使用的蓄电池组，应严格按照
15、蓄电池的使用维护方法使用。(4) 运输中应注意防止太阳能电池组件受到碰撞，以免损坏。(5) 运输中避免太阳能电池组件方阵架在运输过程中有太大变形。二、密封铅酸免维护蓄电池使用与维护方法如下：(1) 蓄电池荷电出厂，安装使用前应检查各单体开路电压，若低于 2.13V 或贮存期超过六个月应进行均衡补充电；(2) 正确使用电缆、铜排、连接线；蓄电池组输出终端以后的连接，由用户根据与负载的实际距离考虑；(3) 蓄电池系统应尽量靠近负载，以免增加线路压降；(4) 蓄电池组并联使用时，应尽量使各电池组线路损耗压降大致相同，每组电池配保险装置；(5) 每隔六个月测量一次在浮充使用时各单体电池电压，若低于 2.18V，应以 2.35-2.40V/单体电压进行均衡充电；(6) 正常使用时，每 6 个月进行一次放电试验，放出额定容量的 30-40，每 12 个月进行一次容量考核，若实放容量低于额定容量的 80，则认为该电池组寿命终止；(7) 浮充使用时，充电电压为 2.23-2.25V/单体，若充电电流连续 3 小时不变，表明该电池组已基本充足 (使用初期，浮充电压推荐使用 2.23V/单
