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1、家用太阳能发电系统设计摘 要随着一系列动力技术的发明，能源技术的革新带动人类社会日益进步，对社会发展起着巨大的推动作用。但能源需求消耗的大幅度提高以及随之而来的环境污染，形成了巨大的能源缺口，同时给环境造成了巨大灾难。资料表明，太阳能是最清洁、环保、取之不尽的可再生能源之一。本文以家用太阳能发电系统为研究对象，以太阳能电池板的光电转换原理、蓄电池充放电原理、蓄电池的充放电特性、蓄电池与负载以及控制器的功率匹配为主要研究方向，通过计算及实验，对如何实现蓄电池与负载及控制器的功率匹配、合理选取蓄电池的容量、合理选用太阳能电池板组件的功率等进行了分析研究。本设计主要对家用太阳能发电系统进行了试验，最
2、终完成了利用太阳能电池板将光能转化为电能，实现了利用太阳能所产生的电能带动家用电灯，成功设计出整个家用太阳能发电系统。本设计便于家庭、偏远地区、电力建设落后的地区使用，具有广阔的市场前景。关键词：太阳能发电；蓄电池；控制器；功率匹配 Home Solar Power System DesignAbstractWith the invention of a series of power technology, energy technology innovations driven by the growing progress of human society, plays a tremen
3、dous role in promoting social development. But substantial increase in demand for energy consumption and the consequent environmental pollution, the formation of a huge energy gap, caused huge disasters for the environment. The information shows that take full advantage of the sunlight is one of the
4、 most clean, environmental friendly, inexhaustible renewable energy.Home solar power system for the study, to charge and discharge characteristics of the solar panels, battery charging and discharging, the battery and the load and the controller power match for the main research directions, by calcu
5、lation and experiment on how the battery and the load and match the power of the controller, reasonable selection of battery capacity, a reasonable selection of the components of solar panels to power were analyzed. Designed primarily for home solar power system with the test, it finally completed u
6、se of solar panels to convert light to electricity, the electricity generated using solar energy to drive home lights, the successful design of the entire home solar power system. This design allows families in remote areas, backward areas of electric power construction, and has broad market prospec
7、ts.Key words: solar power; batteries; controller; power matching目 录1.引言1.1 本设计所做的工作12.家用太阳能发电系统综述2.1家用太阳能发电2.1.1 家用太阳能发展的历史22.1.2 家用太阳能光伏发电的优缺点22.1.3 家用太阳能发电的应用32.1.4 家用太阳能发电系统的原理42.2太阳能电池板系统52.2.1 太阳能电池板的发电原理52.2.2 太阳能电池板的分类52.3蓄电池储能系统62.3.1 蓄电池的充放电原理62.3.2 蓄电池的充放电特性62.4 控制器72.4.1控制器的原理72.4.2控制器的作用
8、82.5 逆变器92.5.1 逆变器的工作原理92.5.2逆变器的分类及特点103.家用发电系统功率匹配设计3.1各项技术参数113.2铅酸蓄电池容量的计算113.3太阳能电池方阵功率的计算124.实验过程的说明135.实验结果的展示146.总结与展望14参考文献16致 谢171. 引言从蒸汽机到电动机一系列动力技术的发明,对社会发展起着巨大的推动作用。但是随着现代工业的发展，全球能源危机和大气污染问题日益突出，传统的燃料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出。丰富的太阳能是最重要的能源，太阳光是最清洁、环保、廉价、人类能够自由利用的、取之不尽用之不竭的可再生能源之一。我国太阳能资源丰富
9、，如果将太阳能源充分加以利用，不仅有可能节省大量常规能源，而且有可能在某些区域完全利用太阳能发电，实现绿色环保、无污染的清洁能源的良好使用，并可以为电力建设落后的偏远地区实现通电。太阳能电池发电的原理是基于半导体的光电效应，即一些半导体材料受到光照时，载流子数量会剧增，导电能力随之增强，半导体的该效应也称为光生伏特效应。太阳能电池板可以有效地将光能转换成电能，能够充分有效的利用太阳光这个取之不尽用之不竭的能源。市场上常见的太阳能电池板虽然发电效率不高，但价格便宜、结实耐用且便于安装、使用方便。1.1 本设计所做的工作本设计基于太阳能电池板的光电转换特性，利用太阳能电池板、蓄电池、控制器、逆变器
10、等辅助设备组成家用太阳能光伏发电系统，将太阳能转化为电能，并储存在蓄电池中，以供家用电器的使用。该设计的主要研究方向是太阳能电池板的光电转换原理、蓄电池的充放电原理、蓄电池的充放电特性、蓄电池与负载及控制器的功率匹配，通过对这些问题的研究，设计出家用太阳能光伏发电系统。实际应用时，将太阳能电池板安装于光照充足的地方以更充分接受光照将光能转化为电能，将转化而成的电能通过控制器向蓄电池充电，晚上再通过控制器使蓄电池放电供家用电器使用。太阳能光伏发电系统的实物连接图如下图所示：图1 家用太阳能光伏发电系统实物连接图2.家用太阳能发电系统综述2.1家用太阳能发电2.1.1 家用太阳能发展的历史1839
11、年，法国科学家贝克雷尔发现，光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差，这种现象就是光生伏特效应，简称光伏效应。1931年，科学家布鲁若利用太阳能第一次启动了电动机。1954年，美国科学家首次制成了使用的单晶硅太阳能电池，诞生了光伏发电技术。1959年，第一个多晶硅电池问世，效率达5%。1960年，硅太阳能电池第一次实现并网运行，可向电网供电，以供普通家庭使用。20世纪70年代后，太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点。1978年，美国建成100kWp太阳地面光伏站。光伏站的建成，为更多普通家庭使用太阳能这种清洁环保的能源提供了更多的可能。1983年，美国建成1MWp光伏电站，冶金硅电池的效
12、率达到11.8%。1986年，美国建成6.5MWp光伏电站。随着光伏电站规模的不断扩大，使用太阳光所转化而成的电能的家庭用户也在不断增加，家用光伏电子产品不断推出，供家庭所使用的小型太阳能光伏发电系统得到良好的发展。20世纪90年代后，光伏发电快速发展，到2006年，世界上已建成了10多座兆瓦级光伏发电系统，6个兆瓦级的联网光伏电站。一些国家也先后制定了太阳能光伏发电计划。美国是最早制定光伏发电的发展计划的国家，1997年又提出了“百万屋顶”计划，即在2010年以前为100万户，每户安装35kWp的光伏电池，组成家用太阳能光伏发电系统，有太阳时光伏屋顶向家庭以及电网供电，无太阳时电网向家庭供电
13、；日本1992年启动了新阳光计划，提出到2010年生产43亿Wp光伏电池，在住户的屋顶安装光伏电池，供给住户的家庭用电。这些国家所采取的举措表明，家用太阳能光伏发电系统已得到大范围的推广，人们已经认识到光伏发电的优势。随着传统能源的不断减少，常规的发电方式也面临着众多的问题，家用太阳能光伏发电技术的日益成熟为解决传统能源问题提供了良好的思路，为家庭用电的清洁环保绿色提供了途径。2.1.2 家用太阳能光伏发电的优缺点近年来，太阳能光伏发电的迅猛发展正是由于其独有的众多特点。其优点主要有以下几个方面。第一，主要由电子元器件构成，不涉及机械部件，也没有回转运动部件，运转没有噪声；第二，没有燃烧过程，
14、发电过程不需要燃料；第三，发电过程没有废气污染，没有废水、废物排放；第四，设备安装和维护都十分简便，维修保养简单，维护费用低，运行可靠稳定；第五，环境条件适应性强，可在不同环境下工作；第六，能够在长期无人值守的条件下正常稳定工作；第七，根据需要很容易进行容量扩展，扩大发电规模。虽然太阳能光伏发电的优点众多，但是到目前为止，仍然有许多未被解决的问题。这些问题主要集中在以下方面：第一，光电转化效率很低。百分之二十四的转换效率已是世界最高的且暂时无法超越的高度；第二，光伏发电需要很大的面积。虽然光伏发电具有原材料廉价、制作工艺简单的巨大吸引力，但是电池的效率随面积的放大而降低，这一点与太阳能发电需要
15、充足的光照和广域的面积相矛盾；第三，所需光照要求复杂，选择地日光辐射情况适当。如果在阳光不太充足的多云天气或者是雨天和闷热的天气里，太阳光伏效应转换的效率将会大幅度降低；第四，光伏发电成本太高。成本居高不下，远不能满足大规模推广应用的要求。2.1.3 家用太阳能发电的应用我国拥有丰富的太阳能资源，如果将其充分利用，不仅可能节省大量常规能源，而且有可能在某些区域完全利用太阳能采暖。太阳能光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合，上至航天器，下至家用电源，大道兆瓦级电站，小到玩具。随着光伏发电技术的日益发展成熟，光伏发电的应用面逐步扩大，到目前为止，太阳能光伏发电产品主要用于三大方面:一是为无电场合
16、提供电源；二是太阳能日用电子产品，如各种太阳能充电器、太阳能路灯等；三是并网发电，这在发达国家已经大面积推广实施。在国外，家用太阳能光伏发电技术日趋成熟，应用日益广泛。德国的百万屋顶计划使许多家庭利用太阳能光伏发电解决了自家供电问题，而且这些家庭还办成了一所所私人的小型电站，能够源源不断的向公用电网输送电能。家用太阳能光伏发电在日本也得到了迅猛良好的发展，为了实现温室气体减排的目的，日本正在大力推广太阳能的使用，在建筑以及部分住宅小区已经得到了广泛的应用，使用户使用自己太阳能光伏发电系统所发的电能，并且实现并网向一些公共设施提供电能。在国内，太阳能光伏发电技术也得到了良好的发展。在河北保定，太阳能路灯得到了很好
