6KW家用屋顶离网光伏电站设计(课程汇报).docx

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1、类型：课程设计名称：6KW家用屋顶离网光伏电站设计关键词：屋顶离网光伏发电系统；容置设计；设备选型；蓄电池；经济性分析第1章前言1.1 能源与环境问题能源与环境是世纪国际社会共同关注的重大问题长期以来，人类社会在改造自然发展经济的同时，由于不合理地开发利用自然资源，酿成了全球性的环境污染和生态破坏,对人类的生存和发展构成了影响深远的威胁。能源是人类生产生活赖以生存的基础，也是现代经济发展的重要支柱，同时也是国家经济发展的重要战略物资。能源的合理开发和有效利用关系到世界的未来，当今世界正面临着人口与资源、社会发展与环境保护等多重压力的挑战，而支持社会发展的传统能源资源储量却越来越少，因此，开发新

2、能源和可再生能源特别是把它们转化为高品位能源，以逐步减少化石能源的使用，是保护生态环境、走经济社会可持续发展的重大措施。目前占主导地位的是化石能源但由于其使用过程中可产生大量污染且具有不可再生性因而人们一直在探寻新的清洁能源及可再生能源其中最引人注目开展研究工作最多应用最广的就是太阳能。12光伏发电简介1.2.1光伏发电类型太阳能光发电是指无需通过热过程直接将光能转变为电能的发电方式,包括光伏发电、光化学发电、光感应发电和光生物发电。光伏发电是利用太阳能级半导体电子器件有效吸收太阳光辐射能,并使之转变成电能的直接发电方式。1.2 .2光伏发电的主要应用领域与我国飞速发展的光伏制造业相比，光伏应

3、用领域的前进步伐明显滞后。从当前光伏发电领域来看，已广泛用于航天、通讯、交通，以及偏远地区居民的供电等领域，近年来又开辟了太阳能路灯、草坪灯和屋顶太阳能光伏发电等新的应用领域。1.3 .3光伏发电优缺点光伏发电的优点主要体现在：一是无枯竭且安全可靠，无噪声，无污染排放外，绝对干净（无公害）；二是不受资源分布地域的限制，可利用建筑屋面的优势在无电地区，以及地形复杂地区使用；三是无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电且能源质量高；四是建设周期短，获取能源花费的时间短。五是可靠性高,寿命长,并且应用范围广。光伏发电的缺点主要体现在一是照射的能量分布密度小，即要占用巨大面积；二是获得的能源同四季、

4、昼夜及阴晴等气象条件有关；三是产生的电力接入电网需要增加无功补偿设备；四是储能困难；五是发电成本离，在无政府补贴的情况下，与居民用电价格相比无竞争优势。1.3.4 国外太阳能发电技术的应用现状太阳能光伏发电产业自世纪年代以来持续高速发展,每年以30%40%的速度递增。光伏发电技术的应用在当今世界,特别是在非洲、南美、澳洲及亚洲等各国,普遍受到重视。尽管利用太阳能光伏发电具有许多优点,但是其发电的价格比常规电力价格高出许多,在电力市场上无法与常规能源进行竞争。20世纪90年代以前,太阳能光伏发电主要应用在边远的农村无电地区以及远距离通讯、光伏水泵等产业领域。为了鼓励太阳能的开发和利用，各国政府分

5、别积极制定各种优惠政策来推动太阳能光伏发电的发展。其中，以美日德等西方发达国家为主。1.3.5 我国太阳能发电技术的应用现状我国的光伏电池技术是从20世纪60年代时发展空间用太阳能电池开始起步的，地面用太阳能电池的生产是从70年代初期开始，主要的低成本技术及生产能力则是在80年代中期建立起来的,90年代以来是我国光伏发电产业快速发展的时期光伏组件生产能力逐年增强成本不断降低市场不断扩大装机容量逐年增加,2006年累计装机容量达35MW约占世界份额的3%0目前我国的太阳能产业规模已位居世界第一是全球重要的太阳能光伏电池生产国。1.4 论文选题意义太阳能作为一种绿色、可再生能源，越来越广泛地受到各

6、国政府的关注，太阳能光伏发电技术也逐渐成为热点研究问题。光伏电站的建设数量逐年增加，屋顶光伏电站的建设也在不断增加。通过建设屋顶离网光伏电站，可以有效地利用建筑物屋顶，无需占用宝贵的土地资源。离网光伏电站可以自发自用，而且光伏电站的不释放污染物、废料，也不产生温室气体破坏大气环境，是造福社会的一件好事。离网光伏电站经过合理的设计能够使系统运行效率提高。14本论文的主要工作太阳能作为一种绿色、可再生能源，越来越广泛地受到各国政府的关注，太阳能光伏发电技术也逐渐成为热点研究问题。太阳能光伏电站的设计方案直接影响到电站的运行性能，电站的运行性能也从很大程度上反应着电站设计方案存在的问题。因此，太阳能

7、光伏电站的设计具有十分重要的意义。本课题主要研究了太阳能光伏发电系统设计，其中包括：(1)课题研究背景、光伏发电简介、意义及国内外发展现状；（2）光伏电站系统结构、分类及原理；（3）系统容量设计；（4）设备选型设计（光伏组件、汇流箱、控制器、逆变器、蓄电池等）；（5）经济性分析。第2章光伏电站介绍2.1光伏发电系统的工作原理太阳能电池通过光生伏打效应的原理，将光能变换为电能。在太阳光的照射下，当光伏电池吸收一定的太阳辐射能后，其内部产生光生电子一空穴，然后在内电场的作用下，光生电子一空穴对被分离，集中在电池两端，则在电池两端出现异号电荷积累，即产生光生电压。2.2光伏电站分类2.2.1离网型光

8、伏电站离网型光伏发电系统是指没有任何辅助电源光伏发电是唯电力来源的电源系统。通过太阳能光伏方阵将太阳辐射能转化为直流电能，再经过逆变器（直流供电无需逆变）将直流电能逆变为220V或380V交流电能，逆变输出的交流电未并入公共电网，而是直接供交流负载使用，这样的一个发电系统被称为太阳能离网型发电系统，也称离网光伏电站。2.2.2并网型光伏电站并网型光伏发电系统就是太阳能组件将接收来的太阳辐射能量经过高频直流转换后变成高压直流电，经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网。并网太阳能光伏发电系统相比离网太阳能光伏发电系统省掉了蓄电池储能和释放的过程，减少了其中的能量消耗，节约

9、了占地空间，还降低了配置成本。2.3离网光伏电站结构2.3.1离网光伏发电系统组成及工作原理离网光伏发电系统结构如图2.1所示，主要由光伏阵列、汇流箱、控制器、蓄电池、逆变器和负载。图2.1离网光伏发电系统结构离网光伏发电系统的工作原理是在太阳光的照射下，太阳能电池方阵吸收太阳光将其转化成电能，在充放电控制器的作用下将产生的直流电直接驱动直流负载工作，或者通过交流逆变器的逆变功能将直流电转换为交流电为交流负载供电，同时将多余的电量通过控制器的智能充放电控制储存在蓄电池组中，在夜间或阴雨天时，则由蓄电池组向负载供电。2.3.2离网光伏发电系统各部件功能（1）太阳能电池组件（光伏阵列）。太阳能电池

10、组件也叫太阳能电池板，是光伏发电系统的核心部分。其作用是吸收太阳光并将其转化成电能后,在防反充电二极管的控制下为蓄电池组充电，也可以直接用于推动负载工作。（2）光伏汇流箱。在太阳能光伏发电系统中，为了减少太阳能光伏电池阵列与逆变器之间的连线使用到汇流箱。其作用是将一定数量、规格相同的光伏电池串联起来，组成一个个光伏串列，然后再将若干个光伏串列并联接入到光伏汇流箱中。（3）控制器。控制器的作用是不但控制整个系统的工作状态,还能对蓄电池起到保护作用，防止出现过充或过放电状态，即在蓄电池达到一定的放电深度时,控制器将自动切断负载，当蓄电池达到过充电状态时,控制器将自动切断充电电路。有的控制器能够显示

11、独立光伏发电系统的充放电状态,并能贮存必要的数据,甚至还具有遥测、遥信和遥控的功能。直流或交流负载通过开关与控制器连接。（4）蓄电池。蓄电池的作用主要是存储太阳能电池发出的电能，并可随时向负载供电。太阳能电池发电对所用蓄电池组的基本要求是：自放电率低、使用寿命长、深放电能力强、充电效率高、少维护或免维护、工作温度范围宽、价格低廉。（5）逆变器。逆变器是把太阳能电池组件或者蓄电池输出的直流电转换成交流电供应给电网或者交流负载使用的设备。逆变器按运行方式可分为独立运行逆变器和并网逆变器。2.3.3离网光伏发电应用（1）独立光伏电站在实际用电需求量较大的海岛、比较偏远的山村，可以利用独立光伏电站为其

12、供电。规模一般都在几千瓦到几百千瓦之间。（2）风光互补发电风光互补发电系统指的是在光伏发电系统当中再加入风能发电系统，来补充仅靠光伏发电系统本身无法独立提供足够电能的电能需求地区。它的规模一般比较大，目前最大的甚至能达到兆瓦级。（3）户用光伏发电系统户用光伏发电系统主要指的是用作照明和小型家电的电源，其次也有用在对外无人设备的供电方面，如广播差转台、通信塔、灯塔等。也可为小区住户本身供电，规模一般在几十到几百瓦。目前太阳能光伏发电系统的应用形式和规模各异。其应用形式多种多样，在空间、交通、通信、家用等领域已得到广泛的应用。其规模跨度很大，大到兆瓦级的光伏电站，小到公路两边的太阳能路灯；尽管光伏

13、系统存在着以上差异，但其工作原理和系统结构基本相同。2.4并网光伏电站结构2.4.1并网光伏发电系统组成及工作原理并网光伏发电系统结构如图2.2所示，主要由光伏阵列，直流汇流箱，直流配电柜,并网逆变器，蓄电池，监测显示装置，交流电网，交流配电柜，交流负载构成。光伏阵列匕|直流汇流箱匕图2.2并网光伏发电系统结构并网光伏发电系统的工作原理是太阳光照射在太阳电池板表面,太阳电池阵列输出直流电,经最大功率点跟踪控制、并网逆变器后,产生交流电,供本地交流负载使用，多余的电量反馈给电网,从而实现太阳能的充分利用。2. 4.2并网光伏发电系统分类(1)集中式大型并网：其主要的特点是将逆变器输出的交流电输送

14、到公共大电网中，通过统一的调配供用户使用，电流的方向是单方向的，主要应用于大型光伏电站的并网，地理位置离负荷点较远。建设这种大型并网光伏电站,投资巨大、建设期长,需要复杂的控制和配电设备,并要占用大片土地，同时其发电成本目前要比市电贵数倍，因而发展不快。(2)分散式小型并网：其主要特点是将逆变器输出的交流电能直接供给用户负载，如出现过剩电能或者不足电能可以通过与公共电网联络进行调节，与电网能量的交换是双向的，主要适用于小规模光伏电站。2. 5家用太阳能光伏发电的现状及发展前景至2007年底，已有大约75万套家用太阳能光伏发电系统进入用户家庭，在这些用户之中，大多数都是牧区的牧民家庭，这些家庭的

15、通电水平还比较低，一般只能满足基本的照明需要，除此之外，还有林区和农区的农户和养蜂户以及无电的学校、商店等小单位已在使用家用太阳能光伏发电系统，还有一些缺电地区的城镇居民，也成为家用太阳能光伏发电系统的用户。由于居住条件的限制，大多数用户只能采用分散的供电方式，即采用家用太阳能光伏发电系统。而许多已经用上光伏系统的用户也将升级换代，提高用电水平。因此，我国的光伏市场潜力仍然很大。在人口稠密的都市中，光伏发电系统也正在起着越来越重要的作用。没有油田煤矿的温州拥有许多的屋顶，每天只要有阳光，每个屋顶将会是一个小型的绿色发电厂。这将很大缓解温州的用电紧张。第3章家用屋顶离网光伏发电系统容量设计2.1

16、 家用屋顶离网光伏发电系统规划设计方法家用屋顶离网太阳能系统主要有太阳电池组件、汇流箱、控制器、蓄电池、逆变器以及交流等构成,没有多少部件,看似简单,但要真正做到比较理想的设计却非易事。首先，由于光伏发电得依靠太阳能辐射,所以要尽可能的掌握当地的气象、环境状况。其次,还要考虑用户的用电需求情况,然后在这两者的基础上，需要对几十个参数做出综合考虑和计算,才能最大限度发挥系统各部件的性能。家用离网光伏发电系统容量设计步骤如图3.1所示。图3.1家用离网光伏发电系统设计方法3. 2气象资源获取无论是设计离网系统还是并网系统，首先要收集现场的气候地理数据。由于太阳辐射的随机性，无法确定光伏系统安装后电池阵列上各个时段确切的太阳辐射量，只能根据气象台记录的历史资料作