家用獨(dú)立型光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 課題名稱 50W太陽能LED路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí)： 新能本121 學(xué)生學(xué)號(hào)： 2012213117 學(xué)生姓名： 馬宇馳 學(xué)生成績(jī)： 指導(dǎo)教師： 郭瑞、高微 課題工作時(shí)間： 2014.12.29 至 2015.1.5 沈陽工程學(xué)院 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)課題名稱： 家用獨(dú)立型光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì) 一、課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求要求：1、具備獨(dú)立查閱光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)文獻(xiàn)和資料的能力；具有查閱光伏電池、蓄電池、控制器和逆變器等光伏器件參數(shù)和型號(hào)的能力；具有收集、加工各種信息及獲取新知識(shí)的能力。2、具備獨(dú)立設(shè)計(jì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的能力，能提出并較好地實(shí)施方案，能對(duì)光伏發(fā)電

2、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和配置進(jìn)行分析研究和優(yōu)化設(shè)計(jì)。3、具備數(shù)值計(jì)算、仿真、繪圖和文字處理等能力。4、工作努力，遵守紀(jì)律，工作作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)，按期圓滿完成規(guī)定的任務(wù)。5、報(bào)告內(nèi)容簡(jiǎn)練完整、立論正確、討論充分、論述流暢、結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、結(jié)論合理；技術(shù)用語準(zhǔn)確、符號(hào)規(guī)范統(tǒng)一、編號(hào)齊全、書寫工整、圖表完備。6、工作中有創(chuàng)新意識(shí)，對(duì)前人工作有一定改進(jìn)或獨(dú)特見解。7、內(nèi)容不少于3000字。 技術(shù)參數(shù)：1、光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝地點(diǎn)：沈陽； 2、使用單晶硅光伏電池； 3、負(fù)載表數(shù)量功率使用時(shí)間熒光燈818w/盞5h/天電視機(jī)，電腦2120w/個(gè)3h/天洗衣機(jī)1600wh/天電冰箱11000wh/天任務(wù)：1、選擇適當(dāng)?shù)墓夥姵?、蓄?/p>

3、池、逆變器和控制器； 2、設(shè)計(jì)合理的光伏發(fā)電系統(tǒng)； 3、利用PVsyst軟件和有關(guān)理論模擬優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析和總結(jié)。 二、進(jìn)度安排 1、2013.12.16 選題、分析查找相關(guān)資料、熟悉PVsyst軟件 2、2013.12.17 提出設(shè)計(jì)方案、思路和系統(tǒng)框圖、系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì) 3、2013.12.18 討論、修改、進(jìn)一步優(yōu)化方案，光伏發(fā)電系統(tǒng)各部件的選型 4、2013.12.19 寫出課程設(shè)計(jì)報(bào)告初稿5、2013.12.20 整理課程設(shè)計(jì)報(bào)告、交稿三、參考資料或參考文獻(xiàn)1、楊金煥、于化叢、葛亮著. 太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用技術(shù). 第1版. 電子工業(yè)出版社. 2009年。2、李鐘實(shí)著. 太陽能光

4、伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工與維護(hù). 第1版. 人民郵電出版社. 2010年。 3、PVsyst軟件應(yīng)用教程。報(bào)告正文目錄第一章 緒論11.1設(shè)計(jì)背景1第2章 沈陽市氣象資料及地理情況2第3章 家用獨(dú)立型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)33.1 設(shè)計(jì)方案33.2 負(fù)載的計(jì)算43.3蓄電池容量及串并聯(lián)的設(shè)計(jì)及選型53.4 太陽能電池板的方位角與傾斜角的設(shè)計(jì)63.5 太陽能電池板容量及串并聯(lián)的設(shè)計(jì)及選型73.6 控制器、逆變器的選型83.7 系統(tǒng)配置清單9第4章 家用獨(dú)立型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化結(jié)果與討論104.1軟件仿真結(jié)果分析104.2 系統(tǒng)仿真結(jié)果分析114.2.1全年損耗分析114.2.2方陣日均輸入

5、/輸出能量124.2.3組件日輸出量134.2.4標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)能分析14第5章 心得體會(huì)15參考文獻(xiàn)15第一章 緒論1.1設(shè)計(jì)背景隨著世界性的能源短缺問題的日益嚴(yán)重，開發(fā)和利用新能源是一種必然的趨勢(shì)，而太陽能就是其中最好的能源之一，其原因是太陽能資源豐富、分布廣泛，是21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ目稍偕茉础ｋS著全球能源短缺和環(huán)境污染等問題日益突出，太陽能光伏發(fā)電因其清潔、安全、便利、高效等特點(diǎn)，已成為世界各國普遍關(guān)注和重點(diǎn)發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)。近年來全球光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)增長迅猛，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，產(chǎn)品成本持續(xù)下降。我國光伏 發(fā)電產(chǎn)業(yè)也得到迅速發(fā)展，使得家用獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。目前太陽能利用技術(shù)主要有:太陽能

6、光伏發(fā)電，太陽能熱利用，太陽能動(dòng)力利用，太陽能光化利用，太陽能生物利用和太陽能光-光利用等。其中以太陽能光伏發(fā)電以其優(yōu)異的特性近年來在全世界得到廣泛的發(fā)展，被認(rèn)為是當(dāng)前最具有發(fā)展前景的新能源技術(shù)。太陽能光伏發(fā)電就是利用太陽能電池板，將太陽能轉(zhuǎn)化為能提供人們生產(chǎn)生活的電能。1.2 設(shè)計(jì)意義 本文通過對(duì)太陽能組件工作的原理的學(xué)習(xí)和認(rèn)識(shí)，針對(duì)小型用戶用電需求，根據(jù)沈陽的經(jīng)度、緯度、氣象、環(huán)境狀況及用戶負(fù)荷狀況，運(yùn)用太陽能光伏發(fā)電知識(shí)設(shè)計(jì)了一種家用獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)，運(yùn)用PVsyst軟件對(duì)系統(tǒng)的電池板傾角、光伏方陣、蓄電池、控制器、逆變器等組件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)和選擇。最后用PVsyst軟件對(duì)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行

7、模擬仿真。第2章 沈陽市氣象資料及地理情況沈陽市所在地區(qū)緯度為北緯41.46°，經(jīng)度為東經(jīng)123.25°其它氣象參數(shù)：第 14 頁第3章 家用獨(dú)立型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)3.1 設(shè)計(jì)方案當(dāng)?shù)靥柲苜Y源和氣象地理?xiàng)l件數(shù)據(jù)的收集、計(jì)算。如當(dāng)?shù)亟?jīng)度、緯度;年最高最低氣溫；全年太陽能輻射量；平均峰值日照時(shí)數(shù)；年最長連續(xù)陰雨天數(shù)等用電量需求的分析與計(jì)算確定光伏發(fā)電系統(tǒng)的形式系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)：太陽能電池組件功率和方陣構(gòu)成的設(shè)計(jì)與計(jì)算 蓄電池（組）的容量與組合的設(shè)計(jì)與計(jì)算系統(tǒng)配置與設(shè)計(jì)；1.控制器的選型與配置 2.逆變器的選型與配置 3.2 負(fù)載的計(jì)算數(shù)量功率使用時(shí)間熒光燈818w/盞

8、5h/天電視機(jī)，電腦2120w/個(gè)3h/天洗衣機(jī)1600wh/天電冰箱11000wh/天通過軟件算出負(fù)載日耗電總量為3040wh根據(jù)表統(tǒng)計(jì)日負(fù)荷平均耗電量時(shí)，增加5%的預(yù)期負(fù)荷留量，所以日均耗電總量為：3.041.05=3.2kWh。3.3蓄電池容量及串并聯(lián)的設(shè)計(jì)及選型由于所設(shè)計(jì)的家用獨(dú)立光伏系統(tǒng)是小型的系統(tǒng)，所以選擇的系統(tǒng)直流工作電壓為24V。為滿足5個(gè)連續(xù)陰雨天能正常供電，所需的蓄電池容量C為：蓄電池容量C=其中安全系數(shù)取1.2，最大放電深度為60，求得的蓄電池容量為1333.3Ah因此選擇型號(hào)為TXE 1300 / OPzS1200，額定容量為1370Ah，額定電壓2V，電池庫倫效率97

9、%，具體參數(shù)如下圖所示：根據(jù)選用的蓄電池可以算出所需蓄電池的串聯(lián)數(shù)和并聯(lián)數(shù):蓄電池串聯(lián)數(shù)=12蓄電池并聯(lián)數(shù)=1所以選用2V/1370Ah的蓄電池共12個(gè)，其中每12個(gè)串聯(lián)后，1個(gè)并聯(lián)。3.4 太陽能電池板的方位角與傾斜角的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)以全年均衡冬半年最大數(shù)據(jù)為依據(jù)，在默認(rèn)方位角為0°條件下，通過軟件模擬得到最佳光伏板傾角為53°。傾斜面上平均日輻射量為3.95kWh/m²,計(jì)算得到的峰值日照小時(shí)數(shù)為3.95h。3.5 太陽能電池板容量及串并聯(lián)的設(shè)計(jì)及選型用戶用電電流一般較大，為了使負(fù)載能正常工作，通常需要串并聯(lián)若干太陽能電池組件。首先需要求出電池板的功率，方法如下：

10、功率P=其中K取1.2，得到功率P=972.15W根據(jù)電池板的功率來選定所需電池板的型號(hào)。其中本次設(shè)計(jì)所選用的單晶硅電池板型號(hào)為Si-mono ZT75S Zytech，開路電壓Voc=21.96v，最大工作電壓Vmm=17.46v，短路電流Isc=4.74A，其具體參數(shù)如下圖所示：根據(jù)所選用電池板型號(hào)可求得需要串并聯(lián)電池板個(gè)數(shù)，公式如下：電池組件并聯(lián)數(shù)Np=8塊電池組件串聯(lián)數(shù)Ns=2塊電池組件總發(fā)電量=組件并聯(lián)數(shù)×組件串聯(lián)數(shù)×選定組件峰值功率=8×2×75.1=1201.6w>972.15w，所以選用的串并聯(lián)數(shù)能夠滿足用戶需求。3.6 控制器、逆

11、變器的選型控制器的確定方陣直流工作電壓為24V，輸出最大電流為4.748=37.92A。據(jù)此知控制器應(yīng)滿足要求如下：額定工作電壓為24V；額定工作電流應(yīng)大于37.92A。因此選擇控制器Isofoton,Isoltel60，它的系統(tǒng)電壓為24V，最大充電及最大負(fù)載電流均為60A。逆變器的確定用戶總負(fù)載為1074W，由于負(fù)載總?cè)萘看笥谀孀兤骺偣β实?0%時(shí)，逆變器會(huì)發(fā)熱過度從而減少使用壽命，故逆變器容量應(yīng)大于1074/0.8=1342.5W。由于PVsyst軟件自帶的逆變器有1.5kW和3kW兩種，故前者剛好符合要求，型號(hào)為Back-up generator,1.5kW3.7 系統(tǒng)配置清單序號(hào)設(shè)備

12、名稱規(guī)格型號(hào)參數(shù)數(shù)量1太陽能電池板Si-mono ZT75S Zytech開路電壓Voc=21.96v，最大工作電壓Vmm=17.46v，短路電流Isc=4.74A 162蓄電池TXE 1300 / OPzS1200額定容量為1370Ah，額定電壓2V，電池庫倫效率97% 123控制器Isofoton,Isoltel60系統(tǒng)電壓為24V，最大充電及最大負(fù)載電流均為60A14逆變器Back-up generator,1.5kW1.5KW1第4章 家用獨(dú)立型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化結(jié)果與討論4.1軟件仿真結(jié)果分析通過圖可以看出本次設(shè)計(jì)所選用的電池尺寸及相關(guān)參數(shù)型號(hào)：電池自主放電天數(shù)5天，電池預(yù)留量

13、5%，額定電壓24V，下面的條形圖可以看出可以獲得的太陽能量：3.7kwh/day，用戶需要的能量為3.3kwh/day，雖然11月，12月的太陽能不能滿足用戶的需求，但是可以將其他月份剩余電流存儲(chǔ)起來，補(bǔ)償這兩個(gè)月的電量，綜合考慮得出，依靠本地太陽能發(fā)電量可以滿足用戶全年用電量的需求。4.2 系統(tǒng)仿真結(jié)果分析4.2.1全年損耗分析如圖 所示，沈陽地區(qū)全年平均輻照量為1292kWh/m²,方陣的轉(zhuǎn)換效率為11.5%，陣列的全年名義發(fā)電能量為1659kWh，陣列損耗中反射損耗15.3%，能量浪費(fèi)5.4%，陣列全年有效輸出能量1140kWh，相當(dāng)于負(fù)載全年功耗1110kWh，完全滿足需要

14、，電池年損耗6.6%。4.2.2方陣日均輸入/輸出能量圖為系統(tǒng)每日輻射能量與電能產(chǎn)出情況圖，涵蓋了一年中每一天的情況，每個(gè)點(diǎn)都為每天的平均輸入產(chǎn)出情況。從圖中我們可以了解系統(tǒng)的能量效率。斜率越高效率越高， 圖中某些點(diǎn)輻射很大但產(chǎn)能很低，主要是輻射導(dǎo)致電池板溫度升高發(fā)電效率降低4.2.3組件日輸出量圖所示為光伏組件在這一年中每天輸出的有效能量，途中輸出不規(guī)則可能是天氣原因，連續(xù)陰雨天可能影響日發(fā)電量的輸出，二是可能夏季氣溫過高造成光伏組件發(fā)電量較低，綜合考慮，本次設(shè)計(jì)略微改進(jìn)在實(shí)際應(yīng)用中可以實(shí)施。4.2.4標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)能分析如圖 所示為系統(tǒng)全年標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)能，電池組件每天損耗0.2kwh，太陽能丟失1.

15、1kwh，系統(tǒng)和電池控制損失-0.07kwh，供給用戶2.53kwh。同時(shí)由圖可看出2、3、4、9、10、月份發(fā)電量最充足，在滿足負(fù)載用電情況下，不僅滿足蓄電池充滿電，還有盈余，11、12月份發(fā)電量有不足，不過影響不大。第5章 心得體會(huì)隨著能源的日益短缺，太陽能的開發(fā)和利用在當(dāng)今社會(huì)的低位將越來越重要，這樣的小型光伏發(fā)電系統(tǒng)也將越來越多的出現(xiàn)在人們的生活當(dāng)中。本設(shè)計(jì)應(yīng)用結(jié)合光伏建筑一體化基本知識(shí)，結(jié)合小型用戶用電量需求，設(shè)計(jì)了一種滿足小型用戶使用的獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)。設(shè)計(jì)中，先通過簡(jiǎn)單計(jì)算確定太陽電池、蓄電池、控制器、逆變器等的設(shè)計(jì)參數(shù)及限制條件，然后利用PVsyst軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真，最后對(duì)輸出結(jié)果進(jìn)行分析討論。通過這次課程設(shè)