家庭式太陽能供電系統(tǒng)的研究與設(shè)計-畢業(yè)論文

PAGEPAGE41 …….……………….………………家庭式太陽能供電系統(tǒng)的研究與設(shè)計裝訂線……………….…….………….………….………目錄16719摘要 I14886Abstract II1194引言 1304541太陽能光伏發(fā)電的現(xiàn)狀 160711.1太陽能供電的背景與意義 1181701.2中國太陽能發(fā)電現(xiàn)狀 2233751.3家庭式太陽能供電系統(tǒng)的現(xiàn)狀 3296692太陽能發(fā)電系統(tǒng) 3137142.1太陽能發(fā)電方式簡介 3270522.2太陽能光電轉(zhuǎn)化的基本原理 4203992.3太陽能蓄電池 534912.4逆變器的基本工作原理 5243192.5家庭式太陽能供電系統(tǒng)的基本組成 6306413主要構(gòu)件的選擇及應(yīng)用 8153543.1太陽能電池板的選擇 8260963.2蓄電池的選擇 8240123.3防反沖二極管的選擇 9180303.4太陽能控制器的應(yīng)用 9183233.5逆變器的應(yīng)用 10204694家庭式太陽能供電系統(tǒng)的設(shè)計 1273094.1家庭式太陽能供電系統(tǒng)整體設(shè)計步驟 12107474.2家庭式太陽能供電系統(tǒng)光伏組件的確定 13314264.2.1光伏方陣最佳傾角計算 13258984.2.2平均峰值日照時數(shù)的計算 14306994.2.3負(fù)荷的計算 15207754.2.4計算方陣最佳方陣應(yīng)輸出電流 15150174.2.5計算太陽能電池板工作電壓 16249514.2.6計算太陽能電池板的功率 17149114.3蓄電池組的容量確定 1788924.4逆變器和控制器的確定 18167615計算機軟件的應(yīng)用及設(shè)計舉例 1827145.1RETScreen數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用 18300485.2家庭式太陽能供電系統(tǒng)設(shè)計舉例 2045.3應(yīng)用PVSYST進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計 25167616結(jié)論 3726341參考文獻(xiàn) 399928致謝 40Contents14886Abstract II1194Introduction 1304541Statusofsolarphotovoltaicpowergeneration 160711.1Backgroundandsignificanceofsolar-powered 1181701.2StatusofChinesesolarpower 2233751.3StatusofHouseholdSolarpowergenerationsystem 3296692Solarpowergenerationsystem 3137142.1Introductionofsolarpowergeneration 3270522.2Thebasicprinciplesofsolarphotovoltaicconversion 4203992.3SolarBattery 534912.4Thebasicprincipleoftheinverter 5243192.5Thebasiccompositionofhouseholdsolarpowersystem 6306413SelectionandApplicationofmajorcomponents 8153543.1Selectsolarpanels 8260963.2BatterySelection 8240123.3Anti-kickbackdiodeselection 9180303.4Theuseofsolarcontrollers 9183233.5InverterApplications 10204694Thedesignofhomesolarpowersystem 1273094.1ThestepsofdesignHouseholdSolarpowergenerationsystem 12107474.2PVmodules 13314264.2.1OptimumtiltangleofPVmodules 13258984.2.2TheHoursoftheaveragepeaksunshine 14306994.2.3Loadcalculation 15207754.2.4ThebestcurrentofPVmodules 15150174.2.5TheVoltageofPVmodules 16249514.2.6Calculatingtheaveragepowerofsolarpanels 17149114.3.Determinethecapacityofthebatterypack 1788924.4Inverterandcontrollerselect 18167615SoftwareapplicationandDesignExamples 1827145.1RETScreendatabase 18300485.2DesignofHouseholdSolarpowergenerationsystem 2045.3UsingPvsysttodesignsystem 25167616Conclusion 3726341References 399928Acknowledgement 40家庭式太陽能供電系統(tǒng)的研究與設(shè)計摘要：太陽能是最普遍的自然資源，亦是取之不盡的可再生清潔能源，它與化石能源相比，有很大優(yōu)勢。工業(yè)革命后人類生產(chǎn)生活方式發(fā)生巨大改變，對能源的需求越來越大。隨著自然環(huán)境的惡化及化石能源開采難度不斷增大，能源的可持續(xù)供應(yīng)受到人類的重視，如何利用太陽用進(jìn)入了人類的視野。本論文全面分析了當(dāng)今世界太陽能發(fā)電的現(xiàn)狀和國內(nèi)狀況，強調(diào)家庭式太陽能供電系統(tǒng)在我國及全世界發(fā)展的必要性。論文循序漸進(jìn)的對太陽能供電系統(tǒng)的原理、主要構(gòu)件的選擇與應(yīng)用、家庭式太陽能供電系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行了全面闡述，并結(jié)合實際地域進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計舉例。另外本論文應(yīng)用了計算機軟件RETScreen、NASA數(shù)據(jù)庫、PVSYST對太陽能供電系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行指導(dǎo)和模擬。關(guān)鍵詞：太陽能；光伏發(fā)電系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計；太陽輻射；軟件應(yīng)用

StudyandDesignofHouseholdSolarPowerGenerationSystemAbstractsincetheindustrialrevolution,therapiddevelopmentoftheindustryhavebroughtgreatconveniencetohumanlife,butatthesametimetheneedofenergyisgettingmore.Itwillletusfacewithaseriousenergycrisis.Infact,theuseofoilandcoalcausedglobalclimategetworse.Sothenewenergyexplorationandresearchhasbecomeatopicofcommonconcernofallcountriesintheworld.Inmanykindsofnewenergy,solarenergyisthemostprimitiveandinexhaustible.Itisakindofrenewableenergy,butalsotheprimaryenergy.Solarenergyiscomingtotheearthmainlyaslightandheat.Solarenergydoesnotpollutetheenvironment,doesnotneedtotransport,carrybylight.Soinanumberofnewenergy,itisthecleanest.Amongmanywaysofusingsolarenergy,thesolarphotovoltaicpowergenerationisthemainlyway.Inthisthesis,householdsolarpowergenerationsystemastheresearchcenter,everylinkoftheWholesystemisintroducedwiththeanalysisandchoice.Inaddition,wealsousetheRETScreen、NASA'sdatabase、PVSYSTtoguidanceandsimulationforthedesignofHouseholdSolarpowergenerationsystem.keywords:solarpower;photovoltaicpowergenerationsystem;systemdesign;solarradiation;applicationofthesoftware引言在地球環(huán)境污染和能源形勢的變化日趨嚴(yán)峻的背景下，太陽能作為綠色能源越來越受到世界各國的重視。不論是從經(jīng)濟(jì)、社會走可持續(xù)發(fā)展之路和保護(hù)人類賴以生存的地球生態(tài)環(huán)境的高度來審視，還是從為世界上20億無電人口和一些特殊用途解決現(xiàn)實的能源供應(yīng)出發(fā)，發(fā)展太陽能光伏發(fā)電均具有重大的現(xiàn)實意義，利用太陽能是人類未來的希望。家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)是解決無電、缺電人口用電問題，改善能源結(jié)構(gòu)的有效途徑，具有強烈的緊迫性及戰(zhàn)略意義。1太陽能光伏發(fā)電的現(xiàn)狀1.1太陽能供電的背景與意義工業(yè)革命后人類生產(chǎn)生活方式發(fā)生巨大改變，如何獲得能源成為人類所關(guān)心的問題,能源短缺直接制約著經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展，能源的持續(xù)供應(yīng)成為關(guān)注的焦點，各國相繼開啟可再生能源的開發(fā)的研究。地球環(huán)境污染和能源形勢變的日趨嚴(yán)峻，人類迫切需要一種新型的清潔能源替代煤炭、石油、天然氣組成的傳統(tǒng)化石能源。太陽能這種綠色能源受到了世界各國的關(guān)注，利用太陽能發(fā)電也成為人類的研究重點。太陽能如下強勢的優(yōu)點：(1）人類在地球生存的歷史與太陽的壽命相比，太陽對人類來說是無限存在的，這種資源取之不盡用之不竭(2）太陽發(fā)射出來的能量對于人類來說十分巨大，太陽光線四十分鐘內(nèi)給予地球的能量，若被人類全部利用，可供應(yīng)世界一年的能源消耗。（3）太陽能量的傳遞依靠太陽光，陽光對生物環(huán)境都沒有危害，不存在浪費污染，只存在沒有利用。（4）有陽光的地方就可以利用太陽能，是一種最公平的自然資源。作為一種完全清潔的能源，在未來太陽能取代傳統(tǒng)的化石能源，對人類發(fā)展的可持續(xù)性具有重大的意義。隨著科研投入不斷加大，相關(guān)技術(shù)的發(fā)展與成熟，現(xiàn)如今光伏發(fā)電技術(shù)可以應(yīng)用在任何光照的條件下，為用戶提供電能。當(dāng)前研發(fā)不斷取得突破性的進(jìn)展，制造工藝逐漸成熟，系統(tǒng)組件的制造成本不斷降低，在不遠(yuǎn)的將來，太陽能發(fā)電將由現(xiàn)在的補充能源上升到最普及的替代能源。據(jù)國際能源署預(yù)測，到2020年，全球的總發(fā)電量中太陽能發(fā)電將占據(jù)2%的份額。許多發(fā)達(dá)國家都在積極發(fā)展可再生能源利用的研究，據(jù)統(tǒng)計僅光伏電池年產(chǎn)量平均增速已超過40%，迅速“發(fā)酵”的國際光伏市場也帶動了我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。中國已經(jīng)成為世界上最大的太陽能電池制造國，未來太陽能光伏發(fā)電將會在世界能源消耗占據(jù)重要地位，不但會替代常規(guī)的化石能源，而且會在世界能源供應(yīng)中的占據(jù)主體地位。估預(yù)測到2030年，可再生能源的利用在總能源中比例將達(dá)到30%，太陽能光伏發(fā)電量占到世界總電力供應(yīng)量的10%左右；預(yù)計到2040年，世界能耗中可再生能源的比重會占到50%左右，世界總電力中光伏發(fā)電的供給量達(dá)到20%；21世紀(jì)末期,可再生能源的供應(yīng)在全球總能源結(jié)構(gòu)中的比重將高達(dá)80%左右，其中太陽能發(fā)電量將至少占據(jù)全球總能源的60%左右。這些數(shù)字足以勾畫出太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的美好前景，我國發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)在能源領(lǐng)域具有重要的戰(zhàn)略地位。中國是世界上第二大電力消耗國，電能成為最重要的能源，電力短缺對中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約作用已十分明顯，我國多個領(lǐng)域亟待進(jìn)行節(jié)電改造。隨著工業(yè)化的推進(jìn)，中國人民生活條件的改善，我國電力需求量不斷增大，如何保證電力充足供應(yīng)得到中國政府的高度重視，太陽能發(fā)電技術(shù)對改善我國的能源結(jié)構(gòu)具有促進(jìn)作用。現(xiàn)今生態(tài)環(huán)境不斷惡化，傳統(tǒng)能源開采難度也不斷加大，廣泛使用綠色能源可以減少二氧化碳及其它有毒氣體的排放，防治大氣污染溫室效應(yīng)，對保護(hù)生態(tài)環(huán)境及能源的充足供應(yīng)都具有重要意義。因此，研究太陽能這種綠色能源的有效利用具有強烈的緊迫性及戰(zhàn)略意義。1.2中國太陽能發(fā)電現(xiàn)狀我國太陽光年日照時數(shù)大于2000小時，資源量很豐富，年太陽能輻射總量大于1389千瓦時每平方米的地區(qū)約占全國總面積的2/3，具有太陽能利用的堅實基礎(chǔ)。中國太陽能技術(shù)的研究比發(fā)達(dá)國家晚，我國在1958年開啟了太陽電池的研究項目，其成果首次成功應(yīng)用在1971年發(fā)射的“東方紅二號”衛(wèi)星上，1973年我國自產(chǎn)的太陽電池開始在港口面航標(biāo)燈上應(yīng)用。1979年我國開始用半導(dǎo)體工業(yè)的次品硅生產(chǎn)單晶硅太陽電池，使得太陽電池制造成本降低，并首次打開了應(yīng)用的市場。當(dāng)時生產(chǎn)的太陽電池面積較小，其電極采用的是真空蒸鍍銀鋁的制作方法。到80年代中后期，中國開始引進(jìn)國外太陽電池生產(chǎn)線和關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備，當(dāng)時我國太陽電池產(chǎn)能達(dá)4.5MW。21世紀(jì)以后，中國對新能源的重視程度加大，隨著投入的增加，在該領(lǐng)域技術(shù)不斷的進(jìn)步，我國在光伏發(fā)電方面開始培養(yǎng)了一大批的科研人員從事新能源發(fā)展和推廣。中國與發(fā)達(dá)國家的差距在一步步的縮小，到21世紀(jì)，國內(nèi)光伏發(fā)電市場呈現(xiàn)加速發(fā)展趨勢，年增長速度在20%左右，中國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已具有初步規(guī)模，已廣泛應(yīng)用到國內(nèi)生產(chǎn)生活的多個領(lǐng)域，如通信、交通、家庭生活用電等多個領(lǐng)域，其在航標(biāo)燈塔、鐵路公路等信號系統(tǒng)、微波中繼站、高山氣象站、邊防哨卡獨立電源、偏遠(yuǎn)山區(qū)等地域分散型用電領(lǐng)域都可發(fā)揮獨特作用。我國政府目出臺一系列扶持光伏發(fā)電發(fā)展的優(yōu)惠政策，在太陽能光伏發(fā)電的相關(guān)方面先后制定了發(fā)展的策略，并制定了相應(yīng)法律法規(guī)。為太陽能發(fā)電技術(shù)的發(fā)展?fàn)I造了積極的國內(nèi)環(huán)境。我國是世界上最大的發(fā)展中國家，地域遼闊，電網(wǎng)范圍不可能覆蓋到全部區(qū)域，我國有8億人口在農(nóng)村，很多偏遠(yuǎn)的農(nóng)村地區(qū)還用不到電，生活水平低下，生活極不方便。至目前資料顯示，中國仍存在二萬個無電村、多達(dá)上千無電的島嶼，至少2300萬的居民缺少的電能供應(yīng)，太陽能發(fā)電項目要優(yōu)先服務(wù)處于無電、缺點的用戶，家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的普及對我國改善民生，提高國民生活質(zhì)量具有重要意義。為區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展，為促進(jìn)人民生活水平的提高，我國啟動了“西部省區(qū)無電鄉(xiāng)村通電計劃”。主要由小型風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電這兩種途徑解決西部地區(qū)七個省份無電鄉(xiāng)村的用電問題。2010至2020年將繼續(xù)推廣，預(yù)計太陽能發(fā)電系統(tǒng)的安裝量將達(dá)到100MW。中國政府的大力支持對太陽能發(fā)電領(lǐng)域快速發(fā)展起了很大的推動作用。1.3家庭式太陽能供電系統(tǒng)的現(xiàn)狀現(xiàn)階段家庭式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要解決用于無電、缺電地區(qū)的用電問題。在這些用戶中，大多數(shù)都是偏遠(yuǎn)山區(qū)、牧區(qū)、移動性的養(yǎng)蜂戶、林區(qū)單位，這些單位一般只需滿足最基本的照明等生活用電需求，很適合用家庭式太陽能供電系統(tǒng)解決用電問題。家庭式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，若在無電、缺電地區(qū)以80%的保有量計算，加上國家推廣的“光明工程”、“送電到鄉(xiāng)工程”投資建設(shè)的大中型的光伏電站，能解決一百萬戶家庭的生活用電問題。資料顯示，2010年底，太陽能發(fā)電累計安裝容量達(dá)到70MW，農(nóng)村地區(qū)的電力建設(shè)占到43%，而我國仍有三百萬戶家庭處于無電可用的狀態(tài)，今后我們要采用太陽能或風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)來解決150萬戶家庭的用電問題。由于偏遠(yuǎn)山區(qū)受地域的限制，輸配電設(shè)備很難架設(shè)，只能采用分散式的供電方式，即應(yīng)用家庭式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。隨著用戶需求的不斷提高，現(xiàn)有太陽能發(fā)電系統(tǒng)也亟需升級換代。因此，發(fā)展家庭式太陽能供電系統(tǒng)對我國有很現(xiàn)實的意義。2太陽能發(fā)電系統(tǒng)2.1太陽能發(fā)電方式簡介太陽能發(fā)電有兩種利用方式：光-熱-電轉(zhuǎn)換方式和光-電直接轉(zhuǎn)換方式。光-熱-電轉(zhuǎn)換方式：收集太陽輻射的熱能發(fā)電。通過太陽能集熱器吸收太陽輻的射熱能轉(zhuǎn)換成蒸氣的動能，由蒸汽推動發(fā)電機發(fā)電。前一個過程是光--熱轉(zhuǎn)換過程；后一個過程是熱-電轉(zhuǎn)換過程，與普通的火力發(fā)電原理相似。這種發(fā)電方式的有很大的缺點，效率低成本高，只適用于小規(guī)模的特殊場合，不能大規(guī)模利用。光-電直接轉(zhuǎn)換：將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能，即光電效應(yīng)。光電轉(zhuǎn)換的基本裝置是太陽能電池，它是一種半導(dǎo)體光電二極管，只要有光照到光電二極管上時，利用光電效應(yīng)，就可以把太陽的光能轉(zhuǎn)變成電能，產(chǎn)生電動勢。太陽能電池方陣就是由許多個電池串聯(lián)或并聯(lián)起來，以產(chǎn)生較大的功率。目前利用太陽能電池板發(fā)電被廣泛應(yīng)用，完全利用太陽能為一戶家庭供電，已經(jīng)得以實現(xiàn)并成熟應(yīng)用。2.2太陽能光電轉(zhuǎn)化的基本原理太陽能發(fā)電是根據(jù)光生伏特效應(yīng)利用太陽能電池將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能。光伏發(fā)電系統(tǒng)主要構(gòu)件：太陽能電池板、逆變器、控制器三大部分。太陽能電池板（Solarpanel）有單晶硅、多晶硅、非晶硅、多元化合物、柔性薄膜太陽能電池等。國產(chǎn)晶體硅電池轉(zhuǎn)化池效率可以達(dá)到10-16%左右，國外同類產(chǎn)品轉(zhuǎn)化效率高于國產(chǎn)其效率達(dá)到18%-23%。表2-1各類太陽能電池轉(zhuǎn)化最高效率種類單晶硅多晶硅非晶硅砷化鎵銅銦鎵硒多接串疊最高效率24.7%19.8%14.5%25.7%8.8%33.3%光伏組件是由一個或多個太陽能電池片組成的電池板構(gòu)成，在光照條件下，太陽能電池片將生產(chǎn)電動勢，經(jīng)過串并聯(lián)的組合，得到系統(tǒng)所需要的電壓。該電池板生成的電能，經(jīng)過充放電控制器的調(diào)節(jié)后再對蓄電池進(jìn)行充電，以保證流進(jìn)蓄電池電能的質(zhì)量，此時光能的轉(zhuǎn)變成可以利用的電能貯存到蓄電池中。無光照條件見下，充電后蓄電池組在控制器控制下向逆變器輸入電流，通過逆變器的逆變作用，直流電轉(zhuǎn)換成交流電，再送入配電柜，經(jīng)配電柜切換作用，再對負(fù)載進(jìn)行供電?；驹砣缦聢D2-1所示：圖2-1光電效應(yīng)原理圖光線照射在光伏組件上，光在界面層被吸收，具有足夠能量的光子能夠在P型硅和N型硅中將電子從共價鍵中激發(fā)出來，產(chǎn)生空穴電子對。界面層附近的電子和空穴在復(fù)合之前，被空間電荷的電場作用分離。電子向帶正電的N區(qū)移動和空穴向帶負(fù)電的P區(qū)移動。通過界面層的電荷分離作用在，P區(qū)和N區(qū)之間會產(chǎn)生一個向外可測試的電壓（在硅片的兩邊加上電極接入電壓表測量，晶體硅太陽能電池，開路電壓的典型數(shù)值大約為0.5V-0.6V）。光伏組件面積越大，界面層吸收的光能越多，在界面層產(chǎn)生的電子-空穴對越多形成的電壓也越大。光線照在半導(dǎo)體P-N結(jié)上，形成空穴電子對，在P-N結(jié)內(nèi)建電場的作用下，電子由P區(qū)流向N區(qū)，空穴由N區(qū)流向P區(qū)，接通電路后就形成電流，這就是光電效應(yīng)太陽能電池的工作原理。2.3太陽能蓄電池太陽光照射在光伏組件上，會產(chǎn)生一定幅度的直流電，能量由光能轉(zhuǎn)為電能，經(jīng)智能控制器將電能輸送給蓄電池進(jìn)行儲存，電能轉(zhuǎn)變?yōu)樾铍姵刂械幕瘜W(xué)能，需要時經(jīng)化學(xué)反應(yīng)蓄電池釋放出儲存的電能。太陽能蓄電池是具有很好的過放電和過充電的能力、很好深循環(huán)能力的蓄電池，在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中作為能量儲存設(shè)備廣泛應(yīng)用。目前在我國廣泛使用的太陽能蓄電池是：膠體蓄電池、鉛酸免維護(hù)蓄電池。這種類型的蓄電池，具有“免維護(hù)”特性并且對環(huán)境污染較少、性能可靠，應(yīng)用在無人值守的工作站點具有很大優(yōu)勢。特殊的工藝設(shè)計的膠體電解質(zhì)可以提高電池的使用壽命，在較差工作環(huán)也能正常使用。2.4逆變器的基本工作原理逆變器是把直流電（DC）轉(zhuǎn)變成交流電（AC）的裝置（國內(nèi)負(fù)載多使用220V50Hz正弦波）。光伏組件、蓄電池輸出的是直流電能,而負(fù)載多為交流負(fù)載，電能須通過逆變器的轉(zhuǎn)換（DC變?yōu)锳C）,才能驅(qū)動交流電設(shè)備。逆變器在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中占據(jù)重要地位，是系統(tǒng)的主要組成部分。圖2-2逆變器在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用太陽能發(fā)電系統(tǒng)的逆變電路是太陽能電池和蓄電池陣列所輸出的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)檎业慕涣麟?，?jīng)過低頻濾波器過濾后，得到220V50HZ的交流電壓。2.5家庭式太陽能供電系統(tǒng)的基本組成家庭式太陽能系統(tǒng)是由太陽能電池方陣、蓄電池組、交直流逆變器、充放電控制器、交流配電柜等設(shè)備組成。原理示意圖如下：圖2-3戶外太陽能發(fā)電系統(tǒng)模擬圖圖2-4家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)原理框圖圖2-5家庭式離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)原理示意圖圖2-6家庭式太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)示意圖該系統(tǒng)主要構(gòu)件的作用如下所示：太陽能電池在光照條件下，經(jīng)光生伏特效應(yīng)，產(chǎn)生電動勢，把光能轉(zhuǎn)換電能。太陽能電池板（Solarpanel）由單晶或多晶硅的太陽能電池片串并聯(lián)，由EVA、TPT、鋼化玻璃熱壓密封而成，是一種通過吸收太陽光，將太陽的輻射通過光電效應(yīng)或光化學(xué)效應(yīng)直接或間接的轉(zhuǎn)換成電能裝置。蓄電池組是貯存太陽能電池方陣受光照時發(fā)出的電能并可隨時向負(fù)載供電。防反充極管又名電池方陣電路中，為避免光伏電池方陣在無光照下不發(fā)電或者出現(xiàn)嚴(yán)重的短路故。逆變器在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中占據(jù)重要地位，是系統(tǒng)的主要組成部分。逆變器是把直流電（DC）轉(zhuǎn)變成交流電（AC）（我國一般為220V50Hz正弦波）。光伏組件、蓄電池輸出的是直流電能，而負(fù)載多為交流負(fù)載，電能須通過逆變器的轉(zhuǎn)換（DC變?yōu)锳C)才能驅(qū)動交流電設(shè)備。交流配電柜主要應(yīng)用在電站系統(tǒng)中，保證系統(tǒng)的可靠運行，對線路電能進(jìn)行計量、切換備用逆變器。3主要構(gòu)件的選擇及應(yīng)用3.1太陽能電池板的選擇太陽能電池板是太陽能發(fā)電系統(tǒng)的核心部件。目前，我國半導(dǎo)體材料研制技術(shù)已比較成熟，單晶硅、多晶硅材料產(chǎn)量穩(wěn)居世界第一，出口歐美多個各國，近幾年由于貿(mào)易保護(hù)主義使企業(yè)出口難度加大，歐美市場比例持續(xù)下降，國內(nèi)成為較多企業(yè)生存的市場。實驗多晶硅光電轉(zhuǎn)換最高效率為19.8%，轉(zhuǎn)換效率適中，進(jìn)口產(chǎn)品價格較高，國產(chǎn)多晶硅以其優(yōu)越的性價比是太陽能電池的首選材料。選用的國產(chǎn)多晶硅太陽能電池板大約10RMB/W，其光電轉(zhuǎn)換效率為13%至15%，性能穩(wěn)定，性價比高，是理想的太陽能電池板。附：2013年度光伏行業(yè)的"十佳"組件企業(yè)（注：以下排名不分先后）英利綠色能源控股有限公司天合光能有限公司阿特斯陽光電力有限公司晶澳太陽能有限公司晶科能源控股有限公司昱輝陽光能源有限公司韓華新能源有限公司上海航天汽車機電股份有限公司光為綠色新能源股份有限公司中節(jié)能太陽能科技（鎮(zhèn)江）有限公司3.2蓄電池的選擇太陽能蓄電池需要具備如下條件自放電率低使用壽命長深放電能力強充電效率高少維護(hù)或免維護(hù)工作溫度范圍寬造價低中國的太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，膠體蓄電池、鉛酸免維護(hù)蓄電池和普通鉛酸蓄電池是廣泛應(yīng)用的三類電池。膠體蓄電池鉛、酸免維護(hù)蓄電池具有“免維護(hù)”特性并且對環(huán)境污染較小，廣范用在太陽能發(fā)電系統(tǒng)。在高溫、高海拔或者低溫等較差條件可選用電解質(zhì)經(jīng)特殊工藝設(shè)計的膠體蓄電池。配用200AH以下容量的系統(tǒng)，一般選用小型的密封免維護(hù)鉛酸蓄電池；配用200AH以上容量的系統(tǒng)，一般選用固定式或者工業(yè)式免維護(hù)鉛酸蓄電池。太陽能蓄電池的容量類型生產(chǎn)廠家不同價格也相差很多。由6個單體鉛酸免維護(hù)蓄電池（12V100AH）組成的蓄電池組，可作為穩(wěn)點可靠配件推廣。圖3-1太陽能蓄電池3.3防反沖二極管的選擇防反沖二極管串聯(lián)在太陽能池池方陣電路中，僅起單向?qū)ㄗ饔?，不影響系統(tǒng)的發(fā)電效果。并且要求其可以承受足夠大的電流，正向電壓降小，反向飽和電流小，系統(tǒng)中一般應(yīng)用適合的整流二極管。3.4太陽能控制器的應(yīng)用太陽能充放電控制器簡稱太陽能控制器，是一種自動設(shè)備，在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，經(jīng)其調(diào)整才可對蓄電池充電，蓄電池為負(fù)載供電也需要控制作用，以保證電能質(zhì)量。太陽能控制器是由專用高速CPU微處理器、高精度A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器、顯示器、開關(guān)功率管等組成，是一個微機數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測控制系統(tǒng)，它還具有串行通信數(shù)據(jù)傳輸功能，可對多個光伏系統(tǒng)子站進(jìn)行集中管理和遠(yuǎn)距離控制。由于光照強度的變化，太陽能電池組件產(chǎn)生的電流有很大的波動性，產(chǎn)生的原生電流直接流入蓄電池或直接連入負(fù)載，將會對蓄電池和負(fù)載造成損壞，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的使用壽命。對蓄電池充電時，太陽能電池板產(chǎn)生的電流，優(yōu)先送入太陽能控制器，經(jīng)芯片電路對原生電流進(jìn)行數(shù)字化調(diào)整，并加入多級充電保護(hù)，采用獨有的“自適應(yīng)三階段充模式”控制技術(shù)處理后接入蓄電池組和負(fù)載，保證到了電能質(zhì)量，使負(fù)載和蓄電池組安全運行。對負(fù)載供電時，蓄電池的電流經(jīng)太陽能控制器調(diào)節(jié)后送入負(fù)載。經(jīng)控制器處理得到穩(wěn)定的電流保證負(fù)載正常工作，保護(hù)蓄電池不被過放電，此外還可以對蓄電池和負(fù)載進(jìn)行一系列的檢測，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定性。小型家用系統(tǒng)，在遠(yuǎn)離大電網(wǎng)，用電負(fù)荷低且交通不便的地區(qū)，比如說邊遠(yuǎn)牧區(qū)、海島通信基站、無電戶地區(qū)、微波站、邊防哨所等，可采用SR-LM系列太陽能控制器。中小型太陽能電站系統(tǒng)，需用專用電腦芯片實現(xiàn)了智能化控制，需要詳細(xì)的指示充放電電流、蓄電池電壓、充放電電量、工作模式及各種故障，分析判斷系統(tǒng)運行狀態(tài)，可采用SR-LG系列太陽能控制器。圖3-2太陽能控制器SR-LM和SR-LM系列產(chǎn)品圖樣3.5逆變器的應(yīng)用光伏組件和蓄電池輸出的均為直流電，一般為12V至48V，而國內(nèi)的負(fù)載一般都是標(biāo)準(zhǔn)的220V。為得到220V的交流電，直流電要經(jīng)過逆變電路的轉(zhuǎn)化，光伏蓄電池陣列輸出的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)檎医涣麟?，后?jīng)過低頻濾波器，得到工頻50HZ、220V的交流電供給負(fù)載或輸入電網(wǎng)。逆變器就是將直流電（CD）轉(zhuǎn)換成交流電（AC）的設(shè)備。圖3-3家用太陽能發(fā)電系統(tǒng)的逆變器電路光伏蓄電池陣列DC直流濾波升壓RC橋式正弦波振蕩器工頻逆變運算放大器升壓濾波接負(fù)載或并入電網(wǎng)。運算放大器組成的RC橋式正弦波振蕩器可將低壓直流電轉(zhuǎn)變?yōu)楣ゎl50HZ的低壓交流電,電路的振蕩頻率f=1/2πRC,其中R=R2=R3,C=C1=C2,起振的幅值條件為Rf/R1≥2，其中Rf=R4+R5+(R6//rD),rD為二極管正向?qū)娮?。運算放大器將逆變后的工頻交流電壓升壓為工頻220V的交流輸出電壓。光伏組件或蓄電池的輸出的直流電壓，先經(jīng)DC直流濾波電路升壓后，再由運算放大器組成的RC橋式正弦波振蕩電路轉(zhuǎn)變?yōu)楣ゎl50赫茲的交流電，然后經(jīng)運算放大器升壓得到220V交流輸出電壓，經(jīng)濾波器濾波得到220V的工頻電壓，供給負(fù)載或并入電網(wǎng)。附：2013年度光伏行業(yè)的"十佳"逆變器企業(yè)（注：以下排名不分先后）陽光電源股份有限公司古瑞瓦特新能源有限公司正泰電源系統(tǒng)有限公司山億新能源股份有限公司固德威電源科技有限公司特變電工新疆新能源股份有限公司歐姆尼克新能源科技有限公司株洲變流技術(shù)國家工程研究中心有限公司北京能高自動化技術(shù)股份有限公司艾伏新能源科技(上海)股份有限公司4家庭式太陽能供電系統(tǒng)的設(shè)計4.1家庭式太陽能供電系統(tǒng)整體設(shè)計步驟系統(tǒng)建設(shè)地點地理及氣象條件，如：緯度，經(jīng)度，海拔高度，年最高、最低氣溫和月平均氣溫，年分月太陽輻射量，年日照時數(shù)，年最長連續(xù)陰雨天數(shù)，年平均風(fēng)速及極限風(fēng)速，災(zāi)害性地質(zhì)及氣候情況↓計算出太陽能電池方陣最佳傾角β↓用電負(fù)載的特點及要求，允許的失電小時數(shù)，允許的輸電電壓↓初步確定太陽能電池方陣尺寸、額定功率、組件串并聯(lián)數(shù)及組合式↓確定蓄電池組的容量及其連接方式↓確定控制器的規(guī)格型號↓確定逆變器的規(guī)格型號↓最終確定太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)及各部件的技術(shù)參數(shù)↓系統(tǒng)容量設(shè)計所要求的報價清單↓家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益分析家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計分為軟件設(shè)計和硬件設(shè)計，其中軟件設(shè)計先線于硬件設(shè)計，包括：計算的負(fù)載用電量計算光伏方陣面的輻射量計算光伏方陣和蓄電池容量計算光伏方陣安裝傾角逆變器的選型和設(shè)計控制系統(tǒng)選型和設(shè)計系統(tǒng)中安裝傾角、太陽能輻射量等計算比較繁瑣，我們一般使用計算機完成；在要求不是太嚴(yán)的普通家庭系統(tǒng)我們一般采取估算法。設(shè)計計算需要的基本數(shù)據(jù)主要有：安裝現(xiàn)場的地理位置，包括地點、緯度、經(jīng)度和海拔等；安裝地點的氣象資料：太陽直接輻射量、逐月的太陽能總輻射量、太陽散輻射量；年平均氣溫，最高、最低溫度；最長連續(xù)陰雨天數(shù)等氣象資料。4.2家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)光伏組件的確定4.2.1光伏方陣最佳傾角計算一般采用兩種方法來布置光伏方陣：一種是安裝向日跟蹤系統(tǒng)；另一種是經(jīng)計算確定最佳安裝角度。第一種可以提高發(fā)電效率，但成本高，第二種雖然效率偏低，但性價比突出，被廣泛采用。依據(jù)各向異性天空散射模型，緯度φ、傾斜角β的斜面上，太陽輻射量為：（4-1）QUOTE——為傾斜面上的直接輻射量QUOTE——為水平面的散射輻射量——為大氣層外部的水平輻射量QUOTE——地面反射率（0.2-0.7），一般取QUOTE＝0.2。（4-2）（4-3）在朝向赤道的斜面:QUOTE為太陽能常數(shù)（4-4）其中為太陽緯度角，由Cooper方程近似得。（4-5）式中n為一年中的日期序號，根據(jù)《SolarEngineeringofThermalProcesses》EditedbyJohnA.DuffieandWilliamA.Beckman推薦各月所取的典型日期見下表表4-1各月所取的典型日期表月份123456789101112日期171616151511171615151410n174775105135162198228258288318344上式中分別為水平面和傾斜面的日出時交。（4-6）（4-7）在實際應(yīng)用時，傾角的計算結(jié)果精確到QUOTE1度己經(jīng)足夠。手工計算過程相當(dāng)繁瑣，我們可以計算機，利用相關(guān)軟件，輸入安裝地點的地理數(shù)據(jù)導(dǎo)入氣象資料，就可以顯示出任意傾角下的平均日輻射量。（可用《太陽能光伏系統(tǒng)設(shè)計軟件》PVSYST軟件進(jìn)行相關(guān)計算）4.2.2平均峰值日照時數(shù)QUOTE的計算利用輻射資料，歷年逐月日平均太陽能輻射量可計算出全年平均日太陽輻射量QUOTE.單位為QUOTE，QUOTE除以標(biāo)準(zhǔn)日太陽輻射照度，就可算求出平均峰值日照時數(shù)（4-8）歷年逐月日平均太陽能輻射量的相關(guān)數(shù)據(jù)，可以從氣象部門得到相關(guān)的數(shù)據(jù)資料，如果只有水平面的太陽輻射量，在實際的使用時須換算到相應(yīng)陣列傾斜面上的輻射量?？梢杂糜嬎銠C軟件RETscreen進(jìn)行查詢，該軟件所用數(shù)據(jù)來自美國航天局（NASA）數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫中包含全球任何地方的氣象資料和輻照數(shù)據(jù)。4.2.3負(fù)荷的計算負(fù)載的估算，是光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計重要內(nèi)容之一。通常列出所有負(fù)載的名稱、額定功率、額定工作電壓和每天工作時間。統(tǒng)計成表，如表4-2所示：表4-2普通家庭日常負(fù)荷統(tǒng)計表家用負(fù)載電器名稱耗電功率w數(shù)量每日工作時間h日耗電量Wh空調(diào)850223400燒水壺220010.51100電飯鍋75010.5375抽油煙機32010.5160電飯煲75011750電冰箱200151000照明40661440電視15014.55675電腦250141000洗衣機35010.5175其他140140總計705010215由上統(tǒng)計可知，該負(fù)載總功率約為7050w，每天耗電量L約為10215Wh。QUOTE4.2.4計算方陣最佳方陣應(yīng)輸出電流最小輸出電流（4-9）L——為負(fù)載每天總耗電量QUOTE——最小的峰值時數(shù)，由方陣面上各月中最小的太陽能總輻射量計算出QUOTE——蓄電池充電效率?。?.80-0.90)QUOTE——方陣表面由于塵污遮蔽或老化引起的修正系數(shù)，?。?.9-0.95）QUOTE——方陣組合損失和對最大功率點偏離的修正系數(shù)，?。?.9-0.95）最大輸出電流（4-10）方陣的最佳輸出電流應(yīng)在Imin和Imax之間，具體數(shù)值的確定需進(jìn)行實驗獲得具體實驗方法：實驗要獲取一下數(shù)據(jù)，按預(yù)選的輸出電流，確定該方陣的發(fā)電量，對蓄電池的充放電狀態(tài)進(jìn)行試驗。計算公式如下：（4-11）（4-12）（4-13）其中：——按月求出方陣的輸出發(fā)電量N——當(dāng)月天數(shù)L——負(fù)載每天總耗電量——各月負(fù)載耗電量兩者相減，ΔE=EA-EL，若ΔE＞0，則該月方陣的發(fā)電量大于負(fù)載的耗電量，可以給蓄電池充電；若ΔE＜0，則月方陣的發(fā)電量小于負(fù)載的耗電量，不足的電能由蓄電池儲存來補充，蓄電池處于虧損狀態(tài)。若蓄電池全年荷電狀態(tài)低于原設(shè)定的放電深度（一般取0.5），則應(yīng)該增加方陣輸出電流。此外在必要條件下，還可以改變方陣傾角的值的大小，最終獲得最佳的方陣電流。4.2.5計算太陽能電池板工作電壓為保證能對蓄電池有效的充電，光伏方陣的輸出工作電壓應(yīng)足夠大，在各季節(jié)方陣電壓應(yīng)滿足：（4-14）（4-15）QUOTE——為蓄電池浮充電壓QUOTE——為因阻塞二極管引起的壓降取0.3-0.8VQUOTE——為因溫度升高引起的壓降a——為太陽能電池的溫度系數(shù)，對單晶硅、多晶硅（a=0.005）、非晶硅電池(a=0.003)QUOTE——太陽能電池的最高工作溫度?。?5℃-60℃）QUOTE——太陽能電池的電池的標(biāo)稱工作電壓4.2.6計算太陽能電池板的功率（4-16）K為考慮一些未知工作因素，而引入的安全系數(shù)，可根據(jù)電壓等級，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確程度，運行環(huán)境等，在1.05-1.30之間選取。這樣，只要根據(jù)太陽能電池組件的電流，電壓及功率，參照廠商提供太陽能電池組件性能參數(shù)，就可以選取合適的組件型號和規(guī)格了。（4-17）L——負(fù)載每日總耗電量——平均峰值日照時數(shù)——蓄電池充電效率，取(0.80-0.90)——方陣方陣組合損失表面由于老化或塵污遮蔽引起的修正系數(shù)，?。?.9-0.95）——逆變器的轉(zhuǎn)換效率，?。?.9-0.98）K——安全系數(shù)，可根據(jù)電壓等級，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確程度，運行環(huán)境等，在（1.05～1.30）間選取。4.3蓄電池組的容量確定蓄電池組的總?cè)萘扛鶕?jù)系統(tǒng)日用電量、蓄能的天數(shù)及蓄電池放電的深度來確定的，其計算公式為：（4-18）DOD一蓄電池的最大放電深度，約為75%-80%為了不影響蓄電池的壽命，取60%到70%。系統(tǒng)所需單體電池的個數(shù)（4-19）C——蓄電池組的總?cè)萘縌UOTE——單個蓄電池的額定電壓QUOTE——單個蓄電池的安時數(shù)4.4逆變器和控制器的確定根據(jù)用戶的負(fù)載實況計算出負(fù)載總功率為QUOTE，變器功率的確定：QUOTE=QUOTE/ηQUOTE——系統(tǒng)負(fù)載總功率，η一般取80%（4-20）當(dāng)負(fù)載的總功率超過大逆變器總功率的80%時，逆變器產(chǎn)生較多熱量，對逆變器造成損害，縮短使用壽命，選擇逆變器時要留有20%的設(shè)計余量?？刂破鞯倪x擇：所選擇控制器的電壓為所選取的蓄電池的電壓，所選擇控制器的標(biāo)示電流為流入電池組最大電流，電流主要看電池板的功率跟蓄電池電壓之比與負(fù)載功率跟蓄電池電壓之比，取最大值。5計算機軟件的應(yīng)用及設(shè)計舉例5.1RETScreen數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用本文主要應(yīng)用RETScreen來計算最佳傾斜角及太陽輻射量官方下載地址是：/zh/software_and_data.php圖5-1RETSCreen官方下載頁面RETscreen軟件所用到的數(shù)據(jù)來自美國航天局（NASA）數(shù)據(jù)庫，如果只是查詢最佳傾角及輻射量建議直接去NASA查詢，數(shù)據(jù)庫中包含各種氣象數(shù)據(jù)。地址是：/cgi-bin/sse/grid.cgi?email=zhenhuawan@圖5-2登陸NASA數(shù)據(jù)庫進(jìn)去后輸入Latitude（緯度）、Longitude(經(jīng)度)點擊Submit提交。如山東省泰安市泰山區(qū)緯度：36.18，經(jīng)度：117.13查詢得：/cgi-bin/sse/grid.cgi?email=zhenhuawan%40&step=1&lat=36.18&lon=117.13&submit=Submit圖5-3地理位置信息建入直接繼續(xù)點Submit提交，調(diào)轉(zhuǎn)到：/cgi-bin/sse/grid.cgi?&num=298127&lat=36.18&hgt=100&submit=Submit&veg=17&sitelev=&email=zhenhuawan@&p=grid_id&step=2&lon=117.13圖5-4目標(biāo)區(qū)域大量氣象信息在眾多氣象數(shù)據(jù)中找到“MonthlyAveragedRadiationIncidentOnAnEquator-PointedTiltedSurface(kWh/m2/day)”就是日照數(shù)據(jù)，如下截圖所示。圖5-5OPT為最佳傾角下每月的輻照量，OPTANG為最佳傾角太陽能離網(wǎng)式發(fā)電系統(tǒng)需要保證在日照最弱的冬季也可以產(chǎn)生電能供負(fù)載正常使用，所以冬至日輻照度最大的傾斜角，為離網(wǎng)式發(fā)電系統(tǒng)最佳傾斜角。太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)最佳傾角為使全面輻照量最大的傾角，離網(wǎng)系統(tǒng)最佳傾角要大于并網(wǎng)系統(tǒng)最佳傾角。5.2家庭式太陽能供電系統(tǒng)設(shè)計舉例最佳傾斜角的確定根據(jù)從美國航天局（NASA）數(shù)據(jù)庫中查詢氣象數(shù)據(jù)，建議用PVsyst確定。家庭負(fù)荷用電量的調(diào)查表5-1家庭負(fù)荷統(tǒng)計表家用負(fù)載電器名稱耗電功率w數(shù)量每日工作時間h日耗電量Wh空調(diào)850223400燒水壺220010.51100電飯鍋75010.5375抽油煙機32010.5160電飯煲75011750電冰箱200151000照明40661440電視15014.55675電腦250141000洗衣機35010.5175其他140140總計705010215負(fù)載總功率約為7050w，每天耗電量L約為10215Wh年輻射量和年日照時數(shù)的確定地理位置山東農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)度：117.06緯度：36.11海拔：156m，地理位置數(shù)據(jù)來源GoogleEarch，氣象數(shù)據(jù)來源PvsystNASASSEsatelitedata,1983-2005。圖5-6氣象數(shù)據(jù)全年平均日輻射量為=，則=3.5h，=2.37h，=5.34h。4．太陽能方陣的電流的確定方陣最大輸出電流QUOTE=10215÷(5.34QUOTE0.85QUOTE0.9QUOTE0.9)≈2778.39mA方陣最小輸出電流QUOTE=10215÷(2.37QUOTE0.85QUOTE0.9QUOTE0.9)≈6206.17mA按每月30天計算，月耗電量為：30QUOTE10215Wh=306.45kWh選最佳輸出電流為5500mA平均日輻射量取則該月發(fā)電量為：（5500QUOTE30QUOTE1890QUOTE0.9QUOTE0.9QUOTE0.8）÷100≈577.5kWh去負(fù)載消耗，可沖入蓄電池的發(fā)電量為：577.5-306.45=271.05kWh5.蓄電池組的容量的確定取DOD即鉛蓄電池放電深度為0.65C=271.05/0.65≈417kWh蓄電池的儲備天數(shù)N=417/306.45≈1.36可以維持1.36天X=417000÷(48QUOTE400)≈22單體電池，因為是普通家庭用戶，選用標(biāo)稱電壓48V400AH的密封免維護(hù)鉛酸蓄電池，即采用22個48V400AH的免維護(hù)密封鉛蓄并聯(lián)組成蓄電池組。6.太陽能電池方陣電壓的計算采用多晶硅的材料（取a=0.005）額定30V的太陽能電池板，太陽能電池最高溫度取60℃，QUOTE取0.8V，采用電池板的規(guī)格電壓30V的太陽能電池。QUOTE=0.005QUOTE(60-25)QUOTE30=5.25VQUOTE=1.175×48=56.4VV=56.4+0.8+5.25=62.45V為滿足方陣電壓的要求采用電池板規(guī)格為30V的兩個電池片串聯(lián)達(dá)到。計算太陽能電池組件的時均功率采用的多晶硅太陽能電池板30V/210W，該用戶的負(fù)載耗電量為10215Wh，則該系統(tǒng)需要的太陽能電池板的總功率為P=4.08kw,選用總功率為4kw的太陽能電池組件，選用20塊30V/210W的太陽能電池板兩兩串聯(lián)再并聯(lián)使用。8.逆變器和控制器的選用該用戶負(fù)載總功率為7050w逆變器功率為7050÷0.8=8.8125kw，需用9kw的逆變器太陽能電池板的時均功率為4.0kw，由于采用30V*2的蓄電池，系統(tǒng)最大電流為4.0kw÷60=66.67A，選用60V70A的太陽能控制器。此外有條件的用戶還可以加入ATS裝置。9.主要元器件表5-2主要設(shè)備規(guī)格序號代號名稱型號規(guī)格數(shù)量1CELL1.1太陽能電池組件DC30V,210W47度202kP太陽能控制器SYT-F100070A60V13INV逆變器SYT-B10009kw94BAT1.1密封式免維護(hù)鉛蓄電池48V400AH225ATS1自動電源切換系統(tǒng)DR61TAC220V16ATS2穩(wěn)壓保護(hù)裝置SCU-A19.方案模擬圖5-7太陽能離網(wǎng)式發(fā)電系統(tǒng)方案圖圖5-8家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)接線圖在本系統(tǒng)中，負(fù)載是照明、筆記本電腦等常用家庭負(fù)載。根據(jù)負(fù)載的情況，采用冬季的發(fā)電量最大指標(biāo)來設(shè)計系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)的供電不足時可采用ATS裝置且切換到市電，以保證負(fù)載正常運行所需的電量。ATS裝置可確保發(fā)電系統(tǒng)供電和電力電網(wǎng)供電分離，在一般情況下，只取一種電源供電，使系統(tǒng)運行的可靠安全性得到保障。10.設(shè)備安裝流程太陽能組件與支架組裝→線路匯流→蓄電池、控制器、逆變器、穩(wěn)壓器、控制柜組裝→接線→線路規(guī)范整理以及固定→系統(tǒng)上電測試、調(diào)試。11.安裝后調(diào)試太陽能組件方陣的仰角方向宜保持一致，滿足系統(tǒng)設(shè)計采光要求。固定設(shè)備應(yīng)符合設(shè)計規(guī)定。太陽能組件安裝縱向中心線和支架縱向中心線應(yīng)一致，緊固后目測應(yīng)無歪斜。支架固定牢靠，可抵抗7-8級風(fēng)。匯流盒及護(hù)線PVC管必須做到100%防水保護(hù)、安裝牢固。系統(tǒng)安裝使用的支架、抱箍、螺栓、壓板等金屬構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行熱鍍鋅處理，防腐質(zhì)量應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《金屬覆蓋及其他有關(guān)覆蓋層維氏和努氏顯微硬度試驗》（GB/T9700）、《熱噴涂金屬件表面預(yù)處理通則》（GB/T11373）、《鋼鐵熱浸鋁工藝及質(zhì)量檢驗》（ZBJ36011）的有關(guān)規(guī)定。各種螺母緊固，宜加墊片和彈簧墊。緊固后突出螺母不得少于兩個螺距。安裝完成后進(jìn)行檢查，確認(rèn)無誤，方可進(jìn)行分項調(diào)試。各分項調(diào)試完成后，可進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，聯(lián)動調(diào)試，試運行。5.3應(yīng)用PVSYST進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計PVSYST的一款非常實用的光伏系統(tǒng)設(shè)計輔助軟件，用于指導(dǎo)光伏系統(tǒng)設(shè)計及對光伏系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電量進(jìn)行模擬計算。圖5-9PVSYST運行界面默認(rèn)的中國數(shù)據(jù)庫只有一些比較大的城市，例如：泰安市的數(shù)據(jù)需要我們自己添加利用GoogleEarch查詢山東農(nóng)業(yè)大學(xué)的經(jīng)度、緯度、海拔高度。經(jīng)度：117.06緯度：36.11海拔：156m（a）地理位置信息的查詢新建山東農(nóng)業(yè)大學(xué)的地理數(shù)據(jù)經(jīng)度：117.06緯度：36.11海拔：156m時區(qū)：東八時區(qū)。（b）建入地理信息（c）導(dǎo)入每月份的月均輻射量（d）導(dǎo)入每月份的日均輻射量圖5-10目標(biāo)區(qū)域數(shù)據(jù)的導(dǎo)入下面以山東農(nóng)業(yè)大學(xué)地理位置和氣候要素進(jìn)行光伏并網(wǎng)型系統(tǒng)設(shè)計。(a)(b)圖5-11建立地理位置信息Sunpaths太陽的軌跡，橫軸為地平經(jīng)度，縱軸為太陽高度，單位時deg（角度數(shù)）。圖5-12太陽軌跡圖每月的氣象資料GlobalIrrad.直射光，Temper，wind太陽能輻射量等信息。月均輻射量日均輻射量圖5-13山東農(nóng)業(yè)大學(xué)氣象資料數(shù)據(jù)選擇的裝機容量計算，選擇10kwp，在北半球時方位角是正南面，方位角選擇0度，F(xiàn)T(斜面輻射與水平輻射的比)1.08，相對于最優(yōu)化的損失比為0.0%，陣列的傾角選擇在NASA的數(shù)據(jù)庫中查詢得27度，得到27度斜面的輻照度，全年最優(yōu)為1383kw每平方米。一般并網(wǎng)型選擇全年最優(yōu)，光伏水泵型系統(tǒng)夏季最優(yōu)，獨立型系統(tǒng)選冬季最優(yōu)。圖5-14光伏組件最佳傾斜角輸入度數(shù)來調(diào)整傾斜角和方位角時，調(diào)整時，有3個參數(shù)會相應(yīng)變化，分別為FT（斜面輻射與水平輻射的比），相對于最優(yōu)化的損失比以及傾斜面輻射能，當(dāng)FT為最大，相對于最優(yōu)化損失比為零時，傾斜輻射能最大這三個條件同時滿足時，傾斜角方位角最佳，無特殊情況，當(dāng)在北半球時方位角是正南面為零度。間距優(yōu)化：借助陰影曲線圖計算間距，上下無效距離都設(shè)為0修改前的設(shè)計借助陰影曲線圖，通過調(diào)節(jié)間距使冬至日即12月22日上午9點至下午3點不產(chǎn)生陰影，反應(yīng)在圖上為兩點落在第一條虛線上，第一條曲線為陰影臨界角，遮陽式與棚屋式遮光位置相反，棚屋式曲線下為遮光區(qū)域，遮陽式曲線上為遮光區(qū)域?？v軸為太陽高度橫軸為地平經(jīng)度圖5-15陰影曲線圖圖5-16光伏陣列項目遮光損失曲線圖第一條曲線為單排陣列（無遮光損失），在各個角度下傾斜面輻射量與水平面輻射量的比值；第二條曲線為互相遮光下的損失，有陰影不考慮組件電學(xué)性能影響下的輻射比值；第三條曲線為考慮組件光學(xué)性能的影響及當(dāng)電池片被遮擋時和其串聯(lián)的電池片均受影響。圖5-17光伏組件間的間距確定間距選擇4.8m，選棚屋式安裝，棚屋的側(cè)面寬度選3m，頂部和底部無效寬度為0，陰影限制角為32.6度，即太陽高度大于32.6度便會發(fā)生遮擋。安裝方式選用標(biāo)準(zhǔn)式不透光，多晶硅面板，平整屋頂，通風(fēng)安裝。圖5-18光伏組件的安裝方式輸出結(jié)果，初步設(shè)計的主要參數(shù)有各月的地面輻照度、傾斜面的輻照度，發(fā)電量及成本投入和收益，貨幣為歐元，根據(jù)市場資料修改部件的成本。圖5-19各項成本預(yù)算系統(tǒng)壽命25年小于1kwp下組件的特定價格5人民幣0.62EUR/W小于10kwp下組件的特定價格4.5人民幣0.56EUR/W小于100kwp下組件的特定價格4人民幣0.49EUR/W大于100kwp下組件的特定價格3.5人民幣0.43EUR/W定制組件加價比1.5小于5kwp下逆變器的特定價格2500人民幣309EUR/W大于5kwp下逆變器的特定價格1500人民幣185.4EUR/W大于20kwp下逆變器的特定價格1000人民幣123.6EUR/W平屋頂支架特定價格0.75人民幣0.09EUR/W建筑一體化式支架特定價格1.5人民幣0.18EUR/W自由安裝支架特定價格0.6人民幣0.07EUR/W運輸安裝費用（5kwp并網(wǎng)系統(tǒng)）1500人民幣185.4EUR/kw維護(hù)費用（5kw并網(wǎng)系統(tǒng)）0人民幣9.89EUR/kw規(guī)模指數(shù)因子0.7蓄電池特定價格（容量kWh）1000人民幣123.6EUR/kWh控制器特定價格（基于500w）1人民幣0.12EUR/W地面泵特定價格2人民幣0.375EUR/W水泵控制器特定價格（基于500w）1人民幣0.12EUR/W潛水泵（井）價格3人民幣0.24EUR水泵控制逆變一體機特定價格2人民幣0.24EUR運輸和安裝價格（500wp獨立系統(tǒng)）4000人民幣494.4EUR/kw規(guī)模指數(shù)因子0.6結(jié)果輸出：粗率計算數(shù)系統(tǒng)安裝所需面積67平方米，年發(fā)電量11.3MWh/yr得到投資總額及每度電的成本，總投入約87242元，每度電的成本0.61元。第一個圖表顯示的是在各個月份下平均每天的水平面及傾斜面、陰影下的日輻射值。圖5-20水平面全局輻射量傾斜面全局輻射量光伏陣列全局輻射量（a）系統(tǒng)成本預(yù)算估算（b）每個月份每天平均系統(tǒng)輸出的能量（c）數(shù)據(jù)匯總表圖5-21太陽輻射量和系統(tǒng)輸出電量圖5-22系統(tǒng)輸出報告圖圖5-23系統(tǒng)輸出能量圖5-24太陽能輻射量圖5-25數(shù)據(jù)匯總圖結(jié)論本論文全面分析了當(dāng)今世界太陽能發(fā)電的現(xiàn)狀和國內(nèi)狀況，家庭式太陽能供電系統(tǒng)在我國及全世界發(fā)展具有重要意義，文章循序漸進(jìn)的對太陽能發(fā)電系統(tǒng)的原理、主要構(gòu)件的選擇與應(yīng)用、家庭式太陽能供電系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行了全面闡述，并結(jié)合實際地域進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計舉例，應(yīng)用計算機軟件為家庭式太陽能供電系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行指導(dǎo)和模擬，為解決邊遠(yuǎn)的農(nóng)牧地區(qū)、偏僻的山區(qū)、孤立的島嶼等地方人們?nèi)粘Ｉ?、生產(chǎn)用電的需要，改善人們的生活水平，提供了解決方案。根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀?、環(huán)境狀況及具體用電情況，給出了系統(tǒng)的設(shè)計方法及施工要求，包括蓄電池容量的計算、控制器的選擇、逆變器功率的選擇、太陽能電池組件的選擇和布置等。隨著社會各界對“低碳”經(jīng)濟(jì)的重視，太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用也取得了飛速發(fā)展，國家己出臺多項政策鼓勵新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展，因此新的太陽能光伏產(chǎn)品將會源源不斷地出現(xiàn)。期待國家早日完成能源革新，走出能源危機。參考文獻(xiàn)[1]王長貴，王斯成.太陽能光伏發(fā)電實用技術(shù)[M].北京化學(xué)工業(yè)出版社，2012-09-01.[2]馮良桓，張靜全.中國太陽能光伏進(jìn)展[M].成都:西南交通大學(xué)出版社，2010.53-56.[3]鞠振河.太陽能光伏產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀與技術(shù)分析[J].陽光能源，2009（3）：42-43.[4]王兆安.電力電子技術(shù)基礎(chǔ)（第5版）[M].北京:機械工業(yè)出版社，2012-12.[5]于軍勝.太陽能應(yīng)用技術(shù)[M].四川:電子科技大學(xué)出版社，2012-02.98-114.[6]李鐘實.太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的施工與應(yīng)用[M].人民郵電出版社，2012-09-01.[7]潘柏英.太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計[M].湖南師范學(xué)院學(xué)報,2008,30(2):26-32.[8]PVSYST使用手冊.pdf..[9]RAMONS.AGuidetoPhotovoltaic(PV)SystemDesignandInstallation[EB/OL].[2001-09-04].http://www.energy.ca.gov/reports/2001-09-04_500-01-020[1].pdf.[10]RETScreen?軟件在線用戶手冊.pdf..[11]何道青，何濤，丁宏偉.太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)原理與應(yīng)用設(shè)計[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2012-07-01.25-30.[12]WENHAMSR,GREENMA,WATTME.AppliedPhoto-voltacis[M].Australia,CentreforPhotovolaticDevicesandSystem,1994.[13]楊金煥，毛家俊，陳中華.不同方位傾斜面上太陽輻射量及最佳傾角的計算[J].上海交通大學(xué)學(xué)報，2002,36(7).[14]都志杰.可再生能源離網(wǎng)型獨立發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)與應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009-07-01.[15]龍維緒、涂潔磊等.家用太陽能光伏電源系統(tǒng)憂化設(shè)計[J].太陽能，2008（8):27-31.[16]張尉宏,張永忠.獨立光伏電站鉛酸蓄電池容量恢復(fù)的措施[J].光伏與工程：36-38.基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現(xiàn)一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設(shè)計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環(huán)走絲方式研究\t