家庭并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

《太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)》

課程設(shè)計(jì)課題名稱家庭并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)專業(yè)班級學(xué)生姓名學(xué)生學(xué)號指導(dǎo)教師設(shè)計(jì)時(shí)間沈陽工程學(xué)院報(bào)告正文第1章緒論 31」設(shè)計(jì)背景 3TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1.2設(shè)計(jì)意義 3\o"CurrentDocument"第2章朝陽市氣象資料及地理情況 4第3章家用并網(wǎng)型 6太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì) 6\o"CurrentDocument"3.1設(shè)計(jì)方案 63.2負(fù)載的計(jì)算 8\o"CurrentDocument"3.3太陽能電池板容量及串并聯(lián)的設(shè)計(jì)及選型 9\o"CurrentDocument"3.4太陽能電池板的方位角與傾斜角的設(shè)計(jì) 12\o"CurrentDocument"3.5蓄電池容量及串并聯(lián)的設(shè)計(jì)及選型 13\o"CurrentDocument"3.6控制器、逆變器的選型 14\o"CurrentDocument"3.7電氣配置及其設(shè)計(jì) 15\o"CurrentDocument"3.8系統(tǒng)配置清單 17\o"CurrentDocument"第4章家用并網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化結(jié)果與討論 18\o"CurrentDocument"第5章心得體會 19第1章緒論1.1設(shè)計(jì)背景太陽能坨電是利用電池組件將太陽能直接轉(zhuǎn)更為電能的裝置。太陽能電池組件(Solarcells)是利用半導(dǎo)體材料的電子學(xué)特性實(shí)現(xiàn)P-V轉(zhuǎn)換的冏體裝置，在廣大的無電力網(wǎng)地區(qū)，該裝置可以方便地實(shí)現(xiàn)為用戶照明及生活供電，一些定達(dá)國家還可與區(qū)域電網(wǎng)并網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)。1.2設(shè)計(jì)意義太陽能發(fā)電是利用電池組件將太陽能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。太陽能電池組件(Solarcells)是利用半導(dǎo)體材料的電子學(xué)特性實(shí)現(xiàn)P-V轉(zhuǎn)換的冏體裝置，在廣大的無電力網(wǎng)地區(qū)，該裝置可以方便地實(shí)現(xiàn)為用戶照明及生活供電，一些坨達(dá)國家還可與區(qū)域電網(wǎng)并網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)。第2章朝陽市氣象資料及地理情況朝陽市位于遼寧西部。遼寧省省轄市，東連遼寧中部工業(yè)城市群，南臨渤海之濱，西接京、津、翼經(jīng)濟(jì)罔，北依內(nèi)蒙古腹地，海陸兼?zhèn)?，交通便利，地理位置?yōu)越。朝陽居于北溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，盡管東南部受海洋曖濕氣影響，但由于北部蒙古高原的干燥冷空氣經(jīng)常侵入，形成了半干燥半濕潤易干燥地區(qū)，四季分明，雨熱同季，日照充足，日溫差較大，降水偏少。全年平均氣溫5.4°C8.7°C；年均Fl照時(shí)數(shù)285()2950小時(shí)；年降水量45()580毫米；無霜期12()155天。從環(huán)保的角度考慮，在本地建立足夠的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)將會大大改善當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境治理問題。同時(shí)，從長遠(yuǎn)角度來看，這也是社會發(fā)展的必然產(chǎn)物，采集的當(dāng)?shù)厝甑奶柲軘?shù)據(jù)來設(shè)計(jì)的一種可行的太陽能光伏坨電系統(tǒng)。設(shè)計(jì)中選取晟大連續(xù)陰雨天數(shù)為3天。項(xiàng)目所在地名稱遼寧省朝陽市雙塔區(qū)經(jīng)度東經(jīng)122°25‘...123°48’緯度北緯41T2",—42T7,地質(zhì)地貌情況平原，地勢平坦F1照輻射董kwh/m228502950

MonthGloballrrkw.h/m2.dayTemper.oC1anuan*J J2.62-12.3Fcbruan*3.53-7.2March4.761.1April5.7610.6May6.3417.8Julie5.8521.5July5.3823.1August5」022.1September4.7417.6October3.6510.1November2.61-0.6December2.25-9.1Year4.397.9海拔高度(m) 169精品第3章家用并網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)4^設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)一個(gè)家用太陽能并網(wǎng)型光伏坨電系統(tǒng)為處于朝陽雙塔區(qū)家庭提供連續(xù)3個(gè)陰天基本供電。1太陽能光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案用電量需求的分析和計(jì)算當(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)鼐暥?，?jīng)度；年晟高晟低氣溫；全年太陽能輻射量；平均峰值FI照時(shí)數(shù)；年晟長連續(xù)陰雨天數(shù)等。確定光伏發(fā)電系統(tǒng)的形式 系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)：(1)太陽能電池組件功率7(2)莆電池(組)的容量-審方陣構(gòu)成的設(shè)計(jì)與計(jì)算亍組合的設(shè)計(jì)與計(jì)算\系統(tǒng)配置與設(shè)計(jì)：(1)控制器的選型與設(shè)計(jì)逆變器的選型與設(shè)計(jì)線路設(shè)計(jì)家庭太陽能分布式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)原理家庭太陽能分布式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)原理家庭太陽能布式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)(以下簡稱系統(tǒng))主要由太陽能電池組、控制器、并網(wǎng)逆變器、莆電池、電能表等組成，如圖1所示其中的核心元件是太陽能電池組。各部件在系統(tǒng)中的作用是光伏電池組件：將太陽的光能直接轉(zhuǎn)化家庭太陽能分布式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的電能。按基本材料主要分為：晶體硅太陽能電池，非晶體硅太陽能電池，化合物太陽能電池和有機(jī)半導(dǎo)體太陽能電池?？刂破鳎嚎刂普麄€(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對螢電池起到過充電保護(hù)、過放電保護(hù)的作用。溫差較大的地方，合格的控制器還應(yīng)具備溫度補(bǔ)償?shù)墓δ?。其他附加功能如光控開關(guān)、時(shí)控開關(guān)都應(yīng)當(dāng)是控制器的可選項(xiàng)并網(wǎng)逆交器：將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。并網(wǎng)逆交器是并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的重要電力電子設(shè)備，將來肖太陽能電池方陣輸出的宜流電轉(zhuǎn)換成與符合電網(wǎng)電壓和頻率要求的交流電，并把電力輸送給負(fù)載。同時(shí)具有晟大功率點(diǎn)跟蹤功能、防孤島運(yùn)行功能、肖動(dòng)穩(wěn)壓和改善光伏發(fā)電系統(tǒng)的供電質(zhì)量等功能。蓄電池：儲存電能并向負(fù)載供電。蓄電池主要分為鉛酸董電池和鎘鋰董電池。對其基本要求是：肖放電率低、使用壽命長、深放電能力強(qiáng)、充電效率高、少維護(hù)或免維護(hù)、工作溫度范圍寬、價(jià)格低廉。智能電表：計(jì)量賣給電網(wǎng)和向電網(wǎng)買入的電量。此電表應(yīng)可計(jì)量系統(tǒng)向電網(wǎng)輸送的電量，和用戶在系統(tǒng)供應(yīng)電量不足時(shí)從電網(wǎng)購得的電量，并保證計(jì)量誤差在允許范圍之內(nèi)。如用戶需要在白天用電量較少的情況下存儲下電能，而在晚上或其他用電高峰時(shí)使用，則可在系統(tǒng)中加裝董電池和充放電控制器。負(fù)載的計(jì)算數(shù)量功率便用時(shí)間熒光燈8詠7盞5h/天電視機(jī)，電腦2120W/個(gè)3h/天洗衣機(jī)1120W600WIV大電冰箱1180WlOOOWh/天電熱水器13KWO.5h/大用電貞載總功率：片=18Wx8+120Wx2+600W+1000WV+3000W=4984W日用電量：(1)A=18Wx8x5/7=720人⑵ =120VVx2x3/z=720⑶ =600VV7?%=1°°°必q5=3000IVx0.5/;=1500Wh日總用電量： 乞=720+720+600+1000+1500=4.54/CVW?年總耗電量：QL=4.54X365=1657.\KWh本系統(tǒng)功率較小，光伏系統(tǒng)宜流電壓選擇24V。該用戶負(fù)載平均日用電量為4.54KWh。年用電總量約為1657.1K\Vh。光伏發(fā)電系統(tǒng)在建立之后■都不可避免的存在各種損耗，閔此，設(shè)計(jì)的并網(wǎng)式光伏系統(tǒng)「【均坨電量必須在4KXh以上，年均發(fā)電總量必須在1657.1KWh左右，太低就不能滿足用戶需求，因此設(shè)計(jì)的系統(tǒng)應(yīng)盡量做到實(shí)用。3.3太陽能電池板容量及串并聯(lián)的設(shè)計(jì)及選型峰值F1照小時(shí)數(shù)：4.85h電池板的功率：P=(qx\.5)/2=(4540X1.5)/4.85=1404.12W根據(jù)電池板的功率選定所需電池板的型號，PVsyst軟件提供一些廠家電池板參數(shù)和型號

本設(shè)計(jì)選取的單晶硅光伏電池楓型號為Si-monoPhcbus110Sorclcc主要參數(shù)如下:功率(W)峰值電壓(V)峰值電流(A)開路電壓(V)短路電流(A)110.317.506.321.706.90太陽能電池組件數(shù)量的計(jì)算用戶用電電流一般較大，為了使負(fù)載能正常工作我們需要并聯(lián)若干光電池組件。光伏組件的并聯(lián)數(shù)基本計(jì)算方法如下:N=Pl空叫*PNsPm 2x11°?31V電池組建的電壓一般比較小，為了能滿足用戶需求，我們可以把多個(gè)光電池串聯(lián),這些組件串聯(lián)后可以產(chǎn)生負(fù)載所需要的工作電壓或者蓄電池組的充電電壓。光伏組件串聯(lián)數(shù)的基本計(jì)算公式如下：N<=—N<=—s12(V)M系統(tǒng)直流電壓°土 =2電池組件總發(fā)電量二組件并聯(lián)數(shù)X組件串聯(lián)數(shù)x組件峰值功率=8x2x110.3VV=1764.8VV>1404.12W，所以選用的串并聯(lián)能夠滿足用戶需求。

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)以全年均衡冬半年晟大數(shù)據(jù)為依據(jù)，在默認(rèn)方位角為0°的條件下，通過PVsyst軟件模擬得到晟佳光伏扳傾角為45°oCollectorplaneorientationAzimuth0degOptimisationon<'AnnualyieldCAzimuth0degOptimisationon<'AnnualyieldCSummer(April-Sept)廣Winter(Oct.-March)Tilt |43 vjAzimuth ro 之Azimuth[o3.5蓄電池容量及串并聯(lián)的設(shè)計(jì)及選型董電池的選擇：董電池能在光伏組件不走電的情況下給用戶負(fù)載提供可以使負(fù)載正常工作的電量，閔此，董電池的選取很重要，并且還要考慮到節(jié)能減排方面，綜合考慮得。董電池容量：Cw=3dq=3x3x1657.1=14913.9(/nW?)C=3〃°%=621(KA”)董電池的選擇：選用2V,1200Ah的蓄電池。串聯(lián)數(shù)：總電壓/單個(gè)電池電爪=24/12=2并聯(lián)數(shù)：總?cè)萘?單個(gè)電池容量=621/120人5所以，總共用了1()個(gè)型號為6-GFNI-120的蓄電池。3.6控制器.逆變器的選型控制器的確定：方陣晟大電流：IFxe= XIsrX1.25=8X6.9x1.25=69A晟天負(fù)載電流：I=L56X”=156x4984=323.96A逆交器的確定：逆變器的功率邛且性負(fù)載功率x(l.2?1.5)+感性負(fù)載功率x(5?7)=384x1.5+300x6=2376VV3.7電氣配置及其設(shè)計(jì)3.7電氣配置及其設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主要由太陽能方陣，董電池，控制器，逆交器，熔斷器，避宙器等組成。(1)太陽能方陣屋頂結(jié)構(gòu)與尺寸如下：東西16m南北10m屋頂南面面積:Aj=16x10=160/n2太陽能電池組件面積：“單體=O655〃F計(jì)算出沈陽冬至日時(shí)的太陽高度角/?=12.65°;方位角0=41.3。；電池板垂直高度H=\m;太陽能電池方陣間距D=3.4叭橫向串聯(lián)8個(gè)電池板組成一個(gè)方陣，縱向間隔3.41m將2個(gè)由8個(gè)電池板組成的方陣并聯(lián)，ND□□□蓄電池總共用了2()個(gè)型號為6-GFNI-120的蓄電池組合而成，具有內(nèi)阻低、肖放電小、壽命長、使用溫度范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。董電池安裝在專用的房間內(nèi)，并配有專用董電池支架，排列整齊，保持環(huán)境干燥并保持良好的通風(fēng)條件?？刂破髂孀兤髦悄芸刂葡溆晌㈦娔X定時(shí)器、繼電器、交流接觸器、指示燈、低壓斷路器等組成用來進(jìn)行市電對獨(dú)立光伏坨電系統(tǒng)的智能切換。市電供電：當(dāng)控制器檢測到董電池電壓達(dá)到過放電壓時(shí)，此時(shí)控制器無輸出，使得K2,SJ1,K1線圈不能得電。KI-1為斷開狀態(tài)，此時(shí)kl-2閉合，時(shí)間繼電器SJ3線罔得電，常開觸點(diǎn)SJ3-1閉合，KM2接通，指示燈2亮，此時(shí)市電開始供電。熔斷器避雷器3.8系統(tǒng)配置清單設(shè)備型號參數(shù)數(shù)目光伏電池開路電壓21.70V最大工作電壓17.46V短路電流6.90A最大工作電流4.30A串聯(lián)：3并聯(lián)：2總計(jì)：6蓄電池額定容量120A/?額定電壓12V串聯(lián)：2并聯(lián)：5總計(jì)：10控制器1并網(wǎng)逆交器1熔斷器1

避雷器13.9系統(tǒng)圖第4章家用并網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化結(jié)果與討論本設(shè)計(jì)應(yīng)用結(jié)合光伏建筑一體化基本知識，結(jié)合小型用戶用電量需求，并考慮到可靠性經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計(jì)了一種滿足小型用戶使用的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。設(shè)計(jì)中，先通過簡單計(jì)算確定太陽電池、蓄電池、控制器、逆萸器等的設(shè)計(jì)參數(shù)及限制條件，然后利用PVsyst軟件對系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿更，晟后對輸出結(jié)果進(jìn)行分析討論。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，本設(shè)計(jì)能勝任用戶用電需求，過進(jìn)一步完善改進(jìn)，可以用于實(shí)際生活之中。因?yàn)檎麄€(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)有安全可靠防雷裝置，同時(shí)設(shè)有直流防雷、交流防宙，光伏防宙接地光伏系統(tǒng)與建筑物主體的防宙接地系統(tǒng)連結(jié)成一體，能有效防止宙擊；選用的KACO逆更器具有過壓、欠壓、過載過流、短路接地、漏電等保護(hù)，閔而整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)具有所有這些保護(hù)功能，以保證系統(tǒng)與設(shè)備正常運(yùn)行，確保人身安全。第5章心得體會隨著能源的F1益短缺，太陽能的開坨和利用在當(dāng)今社會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，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并網(wǎng)光伏走電系統(tǒng)。設(shè)計(jì)中，先通過簡單計(jì)算確定太陽電池、蕾電池