某家用太阳能发电系统设计

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1、南通纺织职业技术学院毕业论文南通纺织职业技术学院毕业论文某家用太阳能发电系统设计某家用太阳能发电系统设计陈冬梅 班 级 07 智能电子 专 业 电子信息工程技术（智能） 教 学 系 机电工程系 指导老师 贲礼进 完成时间 2010 年 月 日目录目录前言前言11 1 设计的整体思路设计的整体思路2 22 2 家用太阳能发电系统综述家用太阳能发电系统综述3 32.1 家用太阳能发电 32.1.1 家用太阳能发展的历史32.1.2 家用太阳能光伏发电的优缺点32.1.3 家用太阳能发电的应用42.1.4 家用太阳能发电系统的原理52.2 太阳能电池板系统 62.2.1 太阳能电池板的发电原理62.

2、2.2 太阳能电池板的分类62.3 蓄电池储能系统 72.3.1 蓄电池的充放电原理72.3.2 蓄电池的充放电特性82.4 关于控制器92.4.1 控制器的原理 92.4.2 控制器的作用 .102.5 逆变器.112.5.1 逆变器的工作原理.112.5.2 逆变器的分类及特点 .123.3.家用发电系统功率匹配设计家用发电系统功率匹配设计13133.1 各项技术参数 .133.2 铅酸蓄电池容量的计算 .143.3 太阳能电池方阵功率的计算 .144.4.实验过程的说明实验过程的说明15155.5.实验结果的展示实验结果的展示1616结束语结束语1717参考文献参考文献18180前前 言

3、言随着常规能源的大量消耗，使得可再生能源越来越多的受到 21 世纪人类的关注。对能源资源消耗所引发的气候变化等一系列问题，不仅是对中国提出的挑战，也是对世界提出的挑战,能源短缺使太阳能光伏发电越来越受青睐。太阳能之所以受到世界各国越来越多的关注主要是因为其具有以下优点：(1)太阳的历史寿命长，与人类的历史(约 30 万年)相比，太阳具有很长的寿命，所以对人类来讲,太阳能几乎是无限的能源：(2)太阳是十分强大的能源供应体，太阳光40min 内赐予地球的能量如果能够都为人类所利用的话，估计就能满足全世界一年的能源消耗；(3)太阳能不会造成环境污染、能源损失等社会问题；(4)能量获取简单直接，在使用

4、现场就能从太阳光获得能量。1839 年，法围科学家贝克雷尔(Bccquml)发现，光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差，这种现象后来被称为“光生伏打效应”简称“光伏效应” 。1954 年，美国科学家恰宾和皮尔挫在美圈贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳电池，诞生了将太阳光能转换为电能的实用光伏发电技术。在太阳能的有效利用当中，太阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域之，也是其中最受瞩目的项目之一。太阳能光伏发电具有水电、火电、核电所不能比拟的清洁性、安全性、普及性等优点。随着科学进步，光伏发电技术已可用于任何需要电力且有光照的场合。1太阳能家用发电系统设计太阳能家用发电系统设

5、计摘要：摘要：太阳能家用发电系统即离网型太阳能光伏发电系统。一般来说，离网型太阳能光伏发电系统主要有太阳能电池方阵、控制器、蓄电池组、直流/交流逆变器等部分组成。关键字：关键字： 太阳能电池 蓄电池 控制器 逆变器 1 1 设计设计的整体思路的整体思路本次设计是建立在太阳能电池板自身的光电转换特征基础之上的，整个流程使用到了较多的设备以辅助，例如蓄电池、电池板以及管理器等等，最终构成了整套的太阳能光伏发电系统，该系统的最大功能就是能够对太阳能进行接收与转化，成为电能，并储蓄，以此来为家用电器随时供电。本次设计的研究理论涉及较多，就蓄电池来说，就涵盖了充放电原理、蓄电池负载以及充放电特质，另外还

6、研究了管理器自身的功率匹配问题。依据这些问题及原理的分析，本文最终设计出了一套相对完整的太阳能发电体系，并将之应用到了实际生活，首先是进行了太阳能电池板的安装，选择地点要是光照较好之处，以此来便于太阳能电池板来接收并转化光能，被转化之后的光能成为了新的电能，并可以通过管理器达到蓄电池，蓄电池里存储的电能可以随时被家庭使用，例如到了晚上，不再有光照之时，就可以使用管理器来供电，将蓄电池的电能进行传输。详细太阳能光伏发电系统连接情况如下：图 1.1 家用太阳能光伏发电系统实物连接图22 2 家用太阳能发电系统综述家用太阳能发电系统综述2.12.1 家用太阳能发电家用太阳能发电2.1.12.1.1

7、家用太阳能发展的历史家用太阳能发展的历史十九世纪三十年代末期，法国著名科学家克雷尔首次发现了光生伏特效应，主要效应来自于光照之后，半导体材料自身出现的电位差异，后来又被称之为光伏效应。二十世纪三十年代初期，科学家布鲁若在进行太阳能的研究之时，发现太阳能可以启动发电机，这也是太阳能第一次被使用。在这之后，五十年代中期，美国的科学家又制作成功了单晶硅太阳能电池，世界上首次诞生光伏发电技术。五十年代末，太阳能多晶硅电池出现，效率为二十分之一。六十年代初期，硅太阳能电池被研发，并正式投入使用，其能够将电能传送至电网，以此来为家庭服务。到七十年代末期，太阳能的优势逐渐被挖掘，并且受到人们重视。七十年代中

8、后期，发达国家美国创建了太阳能地面光伏站，该站的创建，为较多家庭提供了太阳能电能，在一定程度上保障了能源与环境。八十年代初期，美国又成立了 1MWp 光伏电站，并且使用了冶金硅电池，效率上有了成倍的提升，这也为更多的普通家庭提供了电能，再加上后期光伏电站规模的扩张与发展，以及家用光伏产品的研发和普及，小型太阳能光伏发电体系得到飞速发展。九十年代末期，随着社会科技的不断发展，整个光伏发电在领域之中的作用也越来越明显。直到新世纪初，全国已经创建了十余座的兆瓦级光伏发电系统，和六个兆瓦级的联网光伏电站。越来越多的国家开始使用这种光伏发电技术，并不断创建新的发电站。美国作为世界上第一个创建光伏发电系统

9、的国家，先是在九十年代中后期制定了百万屋顶计划，也就是打算在二十一世纪一十年代初期完成一百万户的家庭太阳能光伏电池安装，以此来完善整个系统，并以光照及电池传输电能，且不被时间所限制；二十世纪九十年代初期，日本也开始了太阳能发电系统的制定，并将之命名为新阳光计划，准备在二十一世纪一十年代到达之前为国家的居民们安装家用太阳能电池，并以此供电。通过各个国家所制定的光伏计划及方案能够看出，现如今，家用太阳能光伏发电系统已经被世界较多地区所认可且使用，人们逐渐发现了该系统的优势与应用价值。由于传统能源的逐渐减少与消失，发电方式开始面临种种问题与困难，而本文所提到的这种太阳能发电技术的出现与发现就在一定程

10、度上解决了这些问题，并且保障了环境。2.1.22.1.2 家用太阳能光伏发电的优缺点家用太阳能光伏发电的优缺点在最近一段时期之中，太阳能光伏发电有了迅猛的进步与发展，之所以会出现这样的情况，主要原因就是这种发电方式自身具备的优势与特征。其优点主要有以下几个方面。一，这种太阳能光伏发电方式由多个电子元器件组合，3其中没有任何机械部件，不会发生部件的运作与回转，因此无噪音；二，并不需要进行燃烧，因此也就无需燃料，更为便利，成本也较低；三，在整个发电流程之中是不会产生废气的，绿色无污染；四，无论是设备的安装还是维修都非常便利，且维修的花费也较低；五，这种发电有很强的环境适应性，能够在多种环境下正常运

11、作，没有限制；六，就算没有人看守也可正常运作，十分省事；七，国家或者地区都可以依据自身需求来进行调整与规模扩张，具有灵活性。然而这种光伏发电方式的优势虽多，但也并不代表其就没有问题与不足之处。这些问题主要集中在以下方面：一，光电转化效率很低。存在四分之一的转换效率，在如今看来已经是全球最高，因此也难得到再次的突破；二，使用太阳能进行光伏发电必须使用到较大的地域，因此在面积上会有所要求。在上文中我们提到过，光伏发电的材料及维修等环节成本都较低，然而相应的，面积却完全相反，太阳能电池效率和面积之间存在着紧密联系与影响，前者的效率高低都来自于后者，且呈正比，因此，太阳能电池要想存储足够的光能，就必须

12、拥有较大面积。三，对于光照的要求较高且繁杂，无论是选择地，还是光照条件都存在限制。一旦阴天，或者阳光不充足，那么能够被转换的光能量自然降低；四，整体的发电成本较高，这种情况一旦维持一段时期不变，那么就不能够进行大规模的发展与普及。2.1.32.1.3 家用太阳能发电的应用家用太阳能发电的应用就我国而言，光照充足，因此太阳能资源也十分丰富，一旦对这些资源进行合理的使用，那么不单单可以降低传统资源的使用率，还能够在特定地区完全的使用太阳能资源进行采暖，一举多得，还十分环保。当前，随着科技的不断发展，太阳能光伏发电技术已经日渐完善与成熟，且能够使用到多种场合之中，例如家用电器，例如航天器等等，就是玩

13、具也不例外。再加上光伏发电的普及与规模扩张，其的产品已经得到了多个领域的使用，主要产品存在三种类型，分别是：一是为无电场合提供电源；二为太阳能日常使用产品，像是太阳能路灯以及充电器等等；三为并网发电，在世界上的发达国家之中，已经得到了较大的推广与使用。和我国相比，国外的太阳能光伏电子技术发展的更好，且更为完善，应用范围与领域也有了极大的扩张。就德国来说，其实行的百万屋顶计划不仅解决了许多普通家庭的供电问题，还为一些家庭创建了个人的小型发电站，能够不断的向公共电网进行供电。而在日本，随着家用光伏发电的普及与推广，出于对保护环境的考量，该国家正在大力普及太阳能光伏体系，并已经在多个地区实现与使用。

14、4我国虽然与德国以及日本等发达国家相比有所差距，但是就太阳能光伏发电技术来说，也是得到了飞速进步与发展得，就我国河北省保定市来说，就普遍使用了太阳能路灯，无论是街道，还是十字路口，都安装了该系统，除此之外，在一些家庭也都使用到了太阳能光伏发电技术，可以说，这种环保的发电方式已经逐渐深入到了人们的日常生活与工作之中。在我国的一些偏远地区与农村，因为电力的建设落后以及需求，也为太阳能光伏发电带来了较大潜力与发展空间。上文中我们有提到过，光伏发电系统的安装及维修都十分简单与方便，无论是屋顶还是墙壁外面都可进行，所以也就在一定程度上解决了一些没有发电站地区的供电问题。太阳能光伏发电系统实际应用情况如下

15、：图 2.1 太阳能光伏发电系统的应用实例2.1.42.1.4 家用太阳能发电系统的原理家用太阳能发电系统的原理家用太阳能光伏发电系统指的就是一种太阳能光照能源的转换，由光能转化为家用电能，以此为家用电器随时供电，在该系统之中，涉及到了多项辅助设备，例如电池组件、管理器以及蓄电池等等。若是白天的光照充足，那么太阳能电池组件就会自动吸收光能，并形成电动势，然后使用太阳能电池方阵来传送电压，利用管理器对蓄电池进行电能传输与储存。等到了夜晚，光照不充足的条件之下，家用电器就能够通过蓄电池之中所供应的电能来进行运作，该流程的控制者就是管理器。另外还需要注意的就是，在光伏发电站系统之中，还应当进行防雷装

16、置以及限荷保护设备的安装，这样才可以令整套设备避免雷劈现象，以及运行负载情况，最终保障系统的正常运作。总的来说，在家用太阳能系统之中需要存在着诸多的设备，例如电池组件、管理器以及蓄电池组等等辅助。详细发电系统示意图如下：5图 2.2 太阳能光伏发电系统示意图2.22.2 太阳能电池板系统太阳能电池板系统 2.2.12.2.1 太阳能电池板的发电原理太阳能电池板的发电原理太阳能电池发电原理是建立于半导体的光电效应基础之上的，换而言之也就是在半导体材料得到光照之时，所产生的载流子数量，这些载流子能够提升导电能力，最终形成光电效应。图 2.3 太阳能电池板发电原理就结构而言，太阳能电池就是一个规模十分之大的 P-N 结，且为平台。一旦 P 型与 N 型半导体进行了结合，那么就会在界面之中构成一种十分独特的层面，其中 P 带正电，N 相反，带负电。一旦阳光照射于电池之上，然后被界面层所获取之后，整个界