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1、 家庭用分布式光伏发电系统的设计 摘 要光伏发电是根据光生伏特效应原理,利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。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。目前应用最为广泛的分布式光伏发电系统，是建在建筑物屋顶的光伏发电项目，方便接入就近接入公共电网，与公共电网一起为附近的用户供电。从发电入网角度出发，根据家庭用电情况可以给出系统施工要求、设计方法以及光伏组件、逆变器的选择等。本次设计是家庭用分布式光伏发电系统设计，家庭用分布式光伏发电系
2、统是指利用光伏发电技术，在家庭的屋顶或墙壁等场地建立发电系统，多余电量可以送入当地配电网中的发电方式。是为家用分布式光伏发电系统，具有节能，无污染运用方便等特点。关键词： 分布式光伏发电系统 太阳能 光生伏特效应 逆变器 前言1012kWh，相当于目前世界上能耗的40倍。从长远来看，太阳能的利用前景最好，潜力最大。近30年来，太阳能利用技术在研究开发、商业化生产和市场开拓方面都获得了长足发展，成为快速、稳定发展的新兴产业之一。 一、光伏发电技术的运用太阳能转换为电能的技术称为太阳能光伏发电技术（简称PV技术）。太阳能光伏发电不仅可以部分代替化石燃料发电，而且可以减少CO2和有害气体的排放，防止
3、地球环境恶化，因此发展太阳能光伏产业已经成为全球各国解决能源与经济发展、环境保护之间矛盾的最佳途径之一。目前发达国家如美国、德国、日本的光伏发电应用领域从航天、国防、转向了民用，如德国的“百万屋顶计划”使许多家庭不仅利用太阳能光伏发电解决了自家供电，而且这些家庭还办成了一所所私人的“小型电站”，能够源源不断地为公用电网提供电能。近几年，我国光伏行业发展也非常迅速。国家对光伏发电较为重视，国家和地方政府相继出台了一些列的补贴政策以促进光伏产业的发展，国家发改委实施“送电到乡”、“光明工程”等惠农项目，地方政府也陆续启动了光伏照明项目工程。与此同时，偏远地区消费者逐渐认可光伏产品，越来越多的居民开
4、始使用家用太阳能电源产品。光伏应用市场发展较为迅速。但目前我国的太阳能光伏发电技术和国外相比还有很大差距，主要表现为技术水平较低、电池效率低、成本高。因此我国还必须不断改进技术，使我国的太阳能光伏发电产业更上新台阶。二、分布式光伏发电系统结构1、系统配置框图：系统包括：太阳能电池、控制器、逆变器、蓄电池。上图中光伏组件的功能是：太阳能电池：通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。控制器：是用于太阳能发电系统中，控制多路太阳能电池方阵对蓄电池充电以及蓄电池给太阳能逆变器负载供电的自动控制设备。蓄电池组：目前太阳能光伏发电系统中通常使用蓄电池实现储能，常用蓄电池属于电化学电池。蓄电池
5、在充电时把电能转化为化学能储存起来，放电时把储存的化学能转化为电能提供给负载使用。一般来讲，太阳能光伏发电系统白天把太阳能转化为电能，通过充电器和蓄电池把电能储存起来，晚上再通过放电器把储存在蓄电池里的电能放出来使用。逆变器：将太阳能电池所产生的直流电能转换成交流电的电压的转换装置。三、光伏组件目前使用较多的两种太阳能电池板是单晶硅和多晶硅太阳电池组件。（1）单晶硅太阳能电池目前单晶硅太阳能电池板的单体光电转换效率为16%18%，是转换效率最高的，但是制作成本高，还没有实现大规模的应用。（2）多晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池板的单体光电转换效率约15%17%。制作成本比单晶硅太阳能电池要便宜一
6、些，材料制造简便，节约电耗，总生产成本较低，因此得到大量发展。目前主流的组件是250Wp多晶硅太阳电池组件，四、 光伏组件容量设计h 。太阳能电池组件板的功率2（3-3）式中，L为负载每天总耗电量；T0为平均日照峰值日照时数；1为蓄电池充电修正系数（0.800.90）；2为组件损耗修正系数，通常可取0.90.95；3为逆变器损耗修正系数，通常可取0.90.98。h，可计算出该系统需要太阳能电池板的总功率约为PA=0.72KW，由此可以选择总功率为0.75KW的太阳能组件方阵，一般采用太阳能电池标准组件，通过串并联构成所需要功率的太阳能电池方阵。功率250W多晶太阳能电池组件，再用3块该太因，蓄
7、电池容易损坏；容量太小，容易造成过放电，不能满足负载用电需要。五、逆变器容量设计：在选型是要考虑为光伏发电系统将来的扩容留有一定的余量，并参考下面公式：逆变器的功率=阻性负载功率（1.21.5）+感性负载功率（57）根据数据,逆变器的=01.5+(9W5h0.8+70W4h+1200W0.5h+150W) 6=6000W.由此我们选用中国北京普泰日盛的中等功率逆变器。型号PIC-2KM,性能优势：逆变器核心元器件全部为美国原装进口，安全、稳定、可靠；标准工频纯正弦波输出，适用于任何负载；抗冲击能力强，150%过载可工作20s，最大程度避免客户在使用不当的时造成设备损坏；输入、输出回路完全隔离，
8、确保用户安全使用；完善的保护功能：自动稳压、过压保护、欠压保护、过载保护、短路保护、过热保护、直流端防反接保护等,温度适应范围（-25-55）。型号PIC-1KW5KW,工作参数指标：额定功率：1KW5KW；输入电压：DC12V/24V/48V；输出电压：AC220V/110V；输出频率：50HZ0.05Hz；逆变效率：90%。六、蓄电池容量设计在独立型家庭式太阳能光伏发电系统中，蓄电池是仅次于光伏组件的最重要部件，而且随着光伏组件价格的不断降低，蓄电池在总投资中的比例正在逐渐增加。所以，合理配置蓄电池容量十分重要：容量过大，不仅增加投资，而且会造成蓄电池充电不足，长期处于亏电状态，加上自放电
9、等原蓄电池容量两个文献，蓄电池容量的计算可以根据用电负荷和连续阴雨天数来确定，实际计算可按式（3-4）：（3-4）式中，C蓄电池容量, S蓄电池供电支持的天数（一般取2.55.0d）,即连续阴雨天数，由表3-1可知，取4天； L负载平均每天用电量,；DOD蓄电池放电深度（一般取0.8）, out -从蓄电池到负荷的效率:out = FoFi, Fo交流配电电路效率（一般取0.95）,Fi逆变器效率（一般取0.900.98）,K蓄电池放电容量修正系数（一般取1.2）等于蓄电池Amp-hour效率的倒数。h，再根据式(3-4)，可算出蓄电池组的容量C值为9kWh，选择12V的标称电压铅酸蓄电池单体
10、，串联成24 V电池蓄电池组；根据电池组容量安时数等于所需瓦时除以电池组电压，得电池组的容量C= C/24 = 375Ah，所以可选择4个12 V，200 Ah的密封免维护铅酸蓄电池先两两串联后再进行并联，即可接成满足需要的蓄电池组。七、光伏组件阵列安装朝向和角度如果安装地点是平面，则要计算光伏支架的倾角，北半球朝南，南半球相反。考虑到跟踪系统虽然能提高系统效率，但需要维护，而且会增加故障率，再结合费用、实用性等因素，家庭分布式光伏系统采用固定的光伏方阵较好。从气象站得到的资料，均为水平面上的太阳能辐射量，需要换算成光伏阵列倾斜面的辐射量才能进行发电量的计算。对于某一倾角固定安装的光伏阵列，所
11、接受的太阳辐射能与倾角有关，较简便的辐射量计算经验公式为：RSsin(+)/sin+D式中：R倾斜光伏阵列面上的太阳能总辐射量S 水平面上太阳直接辐射量D 散射辐射量中午时分的太阳高度角光伏阵列倾角根据当地气象局提供的太阳能辐射数据，按上述公式可以计算出不同倾斜面的太阳辐射量，确定太阳能光伏阵列安装倾角。现在用得很多的是利用RETScreen软件来分析不同倾角是斜面上的辐照度，再根据组件的相关参数计算出不同倾角的年发电量，最后取年发电量最大所对应的倾角。八、维护检修设计光伏发电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和发电效率。一般情况下，无需对太阳能电池组件进行表
12、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。 致 谢本课题在选题及研究过程中得到张磊老师的悉心指导。张老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。张老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，虽历时三载，却给以终生受益无穷之道。对张老师的感激之情是无法用言语表达的。通过这次毕业设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。在此，我忠心感谢张磊老师的指导和支持。在未来的工作和学习中，我将以更好的成绩来回报老师。谢谢老师！参考文献：李刚太阳能发电原理北京电力出版社，2003黄丽华，纪建伟等电力系统分析中国水利水电出版社，2002张秀然等编电工技术机械工业出版社，1986蒋路平风电、光电发电中逆变器的选择太阳能，2003年第5期杨德仁，汪雷第十届中国太阳能光伏会议论文集迎接光伏发电新时代D 浙江：浙江大学出版社，2008-9-11汤叶华光伏技术发展现状可再生能源，2005年第3期彭丽新太阳能利用技术化学工业出版社，2005年1月曹莹家用太阳能发电系统设计机电工程2011年1月刘树民，宏伟太阳能光伏发电系统的设计与施工D 北京：科学出版社，2006-4-1
