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文檔簡介

1、-PAGE . z.- - - .可修編 .太陽能光伏發(fā)電原理與應(yīng)用課程設(shè)計課題名稱: 家用獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計 專業(yè)班級: 光電02班 學(xué)生*: 1009040204 學(xué)生*: 黃斌 學(xué)生成績:指導(dǎo)教師: * 國 華 課題工作時間: 2013.6.24 至 2013.6.28 *工程大學(xué)教務(wù)處 一、課程設(shè)計的任務(wù)和要求要求:1、具備獨立查閱光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計的相關(guān)文獻和資料的能力;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)和型號的能力;具有收集、加工各種信息及獲取新知識的能力。2、具備獨立設(shè)計光伏發(fā)電系統(tǒng)的能力,能提出并較好地實施方案,能對光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)造和配置進展分析研

2、究和優(yōu)化設(shè)計。3、具備數(shù)值計算、仿真、繪圖和文字處理等能力。4、工作努力,遵守紀律,工作作風(fēng)嚴謹務(wù)實,按期圓滿完成規(guī)定的任務(wù)。5、報告內(nèi)容簡練完整、立論正確、討論充分、論述流暢、構(gòu)造嚴謹、結(jié)論合理;技術(shù)用語準確、符號規(guī)*統(tǒng)一、編號齊全、書寫工整、圖表完備。6、工作中有創(chuàng)新意識,對前人工作有一定改良或獨特見解。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:*; 2、使用單晶硅光伏電池; 3、負載表數(shù)量功率使用時間熒光燈818w/盞5h/天電視機,電腦2120w/個3h/天洗衣機1600wh/天電冰箱11000wh/天任務(wù):1、選擇適當?shù)墓夥姵?、蓄電池、逆變器和控制器?2、設(shè)

3、計合理的光伏發(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,并對結(jié)果進展分析和總結(jié)。 二、進度安排 1、2013.6.24 選題、分析查找相關(guān)資料、熟悉PVsyst軟件 2、2013.6.25 提出設(shè)計方案、思路和系統(tǒng)框圖、系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計 3、2013.6.26 討論、修改、進一步優(yōu)化方案,光伏發(fā)電系統(tǒng)各部件的選型 4、2013.6.27 寫出課程設(shè)計報告初稿5、2013.6.28 整理課程設(shè)計報告、交稿三、參考資料或參考文獻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). 2009年。2、李鐘實著. 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計施工與維護. 第1版. 人民郵

4、電. 2010年。3、PVsyst軟件應(yīng)用教程。指導(dǎo)教師簽字:*國華 2013年 6 月 1 日 教研室主任簽字: 2013年 6 月 1 日四、課程設(shè)計摘要中文摘要:以常規(guī)能源為寄根底的能源構(gòu)造隨著資源的不斷消耗將越來越不適應(yīng)可持續(xù)開展的需要,加速開發(fā)利用以太陽能為主題的可再生能源已經(jīng)成為人們的共識。針對于此,本文設(shè)計了一種可行的家用獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)。首先,概括介紹了獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成和運行方式,以及影響光伏發(fā)電系統(tǒng)效率的因素,重點討論了獨立性光伏發(fā)電系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計和仿真優(yōu)化結(jié)果。主要包括獨立型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的光伏組件數(shù)量的計算、蓄電池的數(shù)量計算以及安裝方式,并通過PVsyst軟

5、件模擬出該系統(tǒng),輸出了該系統(tǒng)的優(yōu)化結(jié)果,并對結(jié)果做了詳細分析,最終確定以24塊單晶硅9510RTL-CS 95的太陽能電池板采用2串12并的方式組成系統(tǒng)的光伏陣列,以6塊12 194 PV*-2120L的蓄電池采取2串3并的方式組成蓄電池組,最終優(yōu)化的結(jié)果用戶的需求滿足率可達97.3%,能量利用率為58%,雖然能量利用率有待提高,但綜合各種結(jié)果顯示這次設(shè)計的的系統(tǒng)在實際生活中是可行的。關(guān)鍵詞:獨立系統(tǒng),單晶硅太陽能電池板,PV*-2120L蓄電池,PVsyst,獨立系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果五、課程設(shè)計摘要英文Abstract: The conventional energy-mail-based ener

6、gy structure with continuous consumption of resources will bee increasingly unsuited to the needs of sustainable development, in order to accelerate the development and utilization of solar energy as the theme of renewable energy has bee the consensus. In light of this, we design a viable stand-alon

7、e photovoltaic systems home. First, an overview of the stand-alone photovoltaic system ponents and operation, as well as affect the efficiency of photovoltaic power generation system factors, focused on the independence of the PV system design and simulation parameters optimization results. Includin

8、g stand-alone photovoltaic solar photovoltaic systems calculate the number of ponents, the number of puting and battery installation, and through PVsyst software to simulate the system, the output of the system optimization results, and the results are analyzed in detail, and ultimately determine in

9、 9510RTL-CS 95 24 a two-string 12 and way as part of the PV array to 6 12 194 PV*-2120L take 2 and series 3) approach the position of the battery storage portion, the final optimization results meet the needs of users rate of 97.3%, the result proves the design of the system in real life is desirabl

10、e.Keywords: stand-alone systems, monocrystalline solar panels, PV*-2120L battery, PVsyst, stand-alone system optimization results六、指導(dǎo)教師評分評價內(nèi)容具 體 要 求權(quán)重得分調(diào)查論證能獨立查閱文獻和從事其他調(diào)研;能提出并較好地論述課題的實施方案;有收集、加工各種信息及獲得新知識的能力。10實踐能力獨立設(shè)計、計算、繪圖的能力課程設(shè)計;能正確選擇研究實驗方法,獨立進展研究的能力學(xué)年論文 15分析解決問題能力能運用所學(xué)知識和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實際問題課程設(shè)計;或能對課題進展

11、理論分析,得出有價值的結(jié)論學(xué)年論文。15工作量、工作態(tài)度按期圓滿完成規(guī)定的任務(wù),工作量飽滿,難度較大,工作努力,遵守紀律;工作作風(fēng)嚴謹務(wù)實。10質(zhì)量綜述簡練完整,有見解;立論正確,論述充分,結(jié)論嚴謹合理或設(shè)計過程完整,設(shè)計內(nèi)容完全;文字通順,技術(shù)用語準確,符號統(tǒng)一,編號齊全,書寫工整規(guī)*,圖表完備、整潔、正確;論文設(shè)計結(jié)果有參考價值。40外語和計算機應(yīng)用能力在課程設(shè)計或?qū)W年論文中,能夠表達外語和計算機的應(yīng)用能力。5創(chuàng)新工作中有創(chuàng)新意識;對前人工作有改良或獨特見解。5綜合評語指導(dǎo)教師簽字: 年 月 日七、辯論記錄記錄人簽字: 年 月 日辯論意見及辯論成績辯論小組教師簽字: 年 月 日課程設(shè)計總評

12、成績:指導(dǎo)教師評分80%+辯論成績20%目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc5937 第1章 緒論 PAGEREF _Toc5937 10 HYPERLINK l _Toc27799 1.1 世界能源構(gòu)造和開展新能源的背景 PAGEREF _Toc27799 10 HYPERLINK l _Toc499 1.2 太陽能光伏發(fā)電的重大優(yōu)勢 PAGEREF _Toc499 10 HYPERLINK l _Toc11944 1.3 太陽能光伏發(fā)電國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與開展趨勢 PAGEREF _Toc11944 11 HYPERLINK l _Toc6619 第2章 獨立型系統(tǒng)

13、的優(yōu)化設(shè)計 PAGEREF _Toc6619 13 HYPERLINK l _Toc7485 2.1 獨立型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)簡介 PAGEREF _Toc7485 13 HYPERLINK l _Toc14676 2.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)相關(guān)參數(shù) PAGEREF _Toc14676 13 HYPERLINK l _Toc21193 2.2.1 地理環(huán)境及月輻照度統(tǒng)計結(jié)果 PAGEREF _Toc21193 13 HYPERLINK l _Toc9165 2.2.2 用戶負載的相關(guān)參數(shù) PAGEREF _Toc9165 15 HYPERLINK l _Toc13926 2.2.3 光伏組件和蓄電池

14、的選擇 PAGEREF _Toc13926 15 HYPERLINK l _Toc17292 2.3 光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計與計算 PAGEREF _Toc17292 16 HYPERLINK l _Toc758 2.3.1 太陽能電池組件的數(shù)量的計算 PAGEREF _Toc758 16 HYPERLINK l _Toc12055 2.3.2 蓄電池組的設(shè)計與計算 PAGEREF _Toc12055 17 HYPERLINK l _Toc20167 2.4 離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變器和控制器的選擇 PAGEREF _Toc20167 18 HYPERLINK l _Toc6637 第3章 獨立型系

15、統(tǒng)仿真結(jié)果優(yōu)化分析 PAGEREF _Toc6637 19 HYPERLINK l _Toc13957 3.1 根底設(shè)計 PAGEREF _Toc13957 19 HYPERLINK l _Toc12433 3.2 傾斜角和方位角 PAGEREF _Toc12433 19 HYPERLINK l _Toc13603 3.3 用戶負載的輸入 PAGEREF _Toc13603 20 HYPERLINK l _Toc26808 3.3 蓄電池和光伏組件的選型 PAGEREF _Toc26808 21 HYPERLINK l _Toc32206 3.4 逆變器和控制器的選擇 PAGEREF _Toc

16、32206 22 HYPERLINK l _Toc5117 3.5 系統(tǒng)仿真結(jié)果分析 PAGEREF _Toc5117 23 HYPERLINK l _Toc25162 3.5.1 太陽能電池日均輸入和輸出關(guān)系 PAGEREF _Toc25162 23 HYPERLINK l _Toc20808 3.5.2 產(chǎn)能分析 PAGEREF _Toc20808 24 HYPERLINK l _Toc4425 3.5.2 系統(tǒng)能量利用率和用戶需求滿足率 PAGEREF _Toc4425 24 HYPERLINK l _Toc6725 3.5.3 蓄電池平均充電電壓 PAGEREF _Toc6725 26

17、 HYPERLINK l _Toc5254 3.5.4 組件日輸出量 PAGEREF _Toc5254 27 HYPERLINK l _Toc21909 第4章 完畢語 PAGEREF _Toc21909 28 HYPERLINK l _Toc29862 4.1 設(shè)計思路總結(jié) PAGEREF _Toc29862 28 HYPERLINK l _Toc23466 4.2 個人心得 PAGEREF _Toc23466 28 HYPERLINK l _Toc22827 參考文獻 PAGEREF _Toc22827 29第1章 緒論1.1 世界能源構(gòu)造和開展新能源的背景隨著化石能源的逐步消耗以及化石能

18、源的開發(fā)和利用所造成的環(huán)境污染和生態(tài)破壞問題,開發(fā)和利用能夠支撐人類社會可持續(xù)開展的新能源和可再生能源成為人類急迫需要解決的問題。新能源與可再生能源是指除常規(guī)化石能源和大中型水力發(fā)電、核裂變發(fā)電之外的生物質(zhì)能、太陽能、風(fēng)能、小水電、地?zé)崮芤约昂Q竽艿纫淮文茉?。研究和實踐說明,新能源和可再生能源資源豐富、分布廣泛、可以再生且不污染環(huán)境,是國際社會公認的理想替代能源。新能源和可再生能源的開發(fā)利用不僅可以解決目前世界能源緊*的問題,還可以解決與能源利用相關(guān)的環(huán)境污染問題,促進社會和經(jīng)濟可持續(xù)性開展。根據(jù)國際權(quán)威機構(gòu)的預(yù)測,到21世紀60年代,全球新能源與可再生能源的比例,將會開展到世界能源構(gòu)成的50

19、%以上,成為人類社會未來能源的基石和化石能源的替代能源。目前世界大局部國家能源供給缺乏,不能滿足經(jīng)濟開展的需要,各國紛紛出臺各種法規(guī)支持開發(fā)利用新能源和可再生能源,使得新能源和可再生能源在全球升溫。20世紀90年代以來,以歐盟為代表的地區(qū)集團,大力開發(fā)利用可再生能源,連續(xù)10年可再生能源發(fā)電的年增長速度都在15%以上。以德國、西班牙為代表的一些國家通過立法方式,促進可再生能源的開展,1999年以來可再生能源年均增長速度均到達30%以上。西班牙2003年風(fēng)力發(fā)電裝機占到全機總量的4%,德國在過去11年間,風(fēng)力發(fā)電增長21倍,2003年占全的3.1%。瑞典和奧地利的生物質(zhì)能源在其能源消費構(gòu)造中高達

20、15%以上。我國擁有豐富的新能源與可再生能源可供開發(fā)利用,近十年來的高長使我國迫切需要加大對新能源和可再生能源的開發(fā)利用,以解決能源題,保障能源供給平安。近年來,由于各級政府和社會各界的高度重視可再生能源的開發(fā)和利用方面取得了較快開展,并于2005年2月28日通過了再生能源法,該法已于2006年1月1日起實施。1.2 太陽能光伏發(fā)電的重大優(yōu)勢太陽能是一種能量巨大的可再生能源,據(jù)估算,太陽能傳送到地球上每40秒鐘就有相當于210億桶石油的能量傳送到地球,相當于全球一天的能源。在目前的幾種新能源技術(shù)中,太陽能以其突出的優(yōu)勢被定位為的未來能源,有無盡的潛力。目前太陽能利用的方式有:太陽能光伏發(fā)電,太

21、陽能熱利用,太陽能動力利用,太陽能光化利用,太陽能生物利用和太陽能光-光利用。其中太陽能光伏發(fā)電以其優(yōu)異的特性近年來在全世界*圍得到了快速開展,被認為是當前具有開展前景的新能源技術(shù),各興旺國家均投入巨資競相研究開發(fā),并產(chǎn)業(yè)化進程,大力開拓太陽能光伏發(fā)電的市場應(yīng)用。太陽能光伏發(fā)電是利用太陽能電池將太陽光能轉(zhuǎn)化為電能的一種模式,光電池是光電轉(zhuǎn)化的最小單位,將太陽能電池單元進展串并聯(lián)可以做成太陽能電池組件,其功率一般為幾瓦到幾百瓦,這種太陽能電池組件可以單獨作為電源使用的最小單元,將太陽能電池組件進展進一步的串并聯(lián),構(gòu)成太陽能電池方陣,以滿足負載所需要的功率輸出。太陽能光伏發(fā)電之所以開展如此迅速,是

22、因為其具有以下優(yōu)點(l)取之不盡,用之不竭。地球外表所承受的太陽能約為1.071014,是全球能量年需求的35000倍,可以說是一種無限的資源。(2)無污染。光伏發(fā)電本身不消耗工質(zhì),不向外界排放廢物,無轉(zhuǎn)動部件,不產(chǎn)生噪聲,是一種理想的清潔能源。(3)資源分布廣泛。不同于水電受水力資源限制,火電受到煤炭資源及運輸本錢等影響,光伏發(fā)電幾乎不受地域的限制,理論上講在任何可以得到太陽能的地方都可以利用太陽能進展發(fā)電。(4)建立周期短,建造靈活方便,運行維護費用低。光伏發(fā)電系統(tǒng)可以按照需要將光伏組件靈活地串并聯(lián),到達所需功率,所以其建立周期短,擴容方便;安裝于房頂,沙漠,還可與建筑相結(jié)合,從而節(jié)約占地

23、面積,節(jié)省安裝本錢;太陽能光伏發(fā)電所消耗的太陽能無需付費,一年中往往只需在遇到連續(xù)陰雨天最長的季節(jié)前后去檢查太陽能電池組件外表是否被污染,接線是否可靠以及蓄電池電壓是否正常等,因而太陽能光伏發(fā)電的運行費用很低。(5)光伏建筑集成。光伏產(chǎn)品與建筑材料集成是目前國際上研究及開展的前沿,這種產(chǎn)品不僅美觀大方,還節(jié)省發(fā)電站使用的土地面積和費用。(6)分布式。光伏發(fā)電系統(tǒng)的分布式特點將提高整個能源系統(tǒng)的平安性和可靠性,特別是從抗御自然災(zāi)害和戰(zhàn)備的角度看,更具有明顯的意義。1.3 太陽能光伏發(fā)電國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與開展趨勢當今世界各國特別是興旺國家對于太陽能光伏發(fā)電十分重視,針對其制定規(guī)劃,增加投入,大力開展

24、。20世紀80年代以來,即使是在世界經(jīng)濟從總體上處于衰退和低谷的時期,太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)也一直以10%-15%的遞增速度在開展。90年代后期,開展更為迅速,成為全球增長速度最快的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。到2004年,世界太陽能光伏發(fā)電裝機總?cè)萘康竭_964.9,到2005年底,到達4961.69MW。己經(jīng)商業(yè)化、實用化的太陽能光伏電池主要有單晶硅電池、多晶硅電池、非晶硅電池、聚光電池、帶狀硅電池以及薄膜電池等幾類。在國際市場上目前太陽能光伏電池的價格大約為3.15,并網(wǎng)系統(tǒng)價格為6,發(fā)電本錢為0.25。光伏電池的發(fā)電轉(zhuǎn)化效率也不斷提高,晶體硅光電池轉(zhuǎn)化率到達15%,單晶硅光電池轉(zhuǎn)化率是23.3%,砷化

25、鎵光電池轉(zhuǎn)化率是25%,在實驗室中特制的砷化嫁光電池轉(zhuǎn)化率己達35%-36%。太陽能光伏電池/組件使用壽命大大增長,可使用30多年。目前,太陽能光伏發(fā)電主要集中在日本、歐盟和美國,其太陽能光伏發(fā)電量約占世界光伏發(fā)電量的80%。今后太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要圍繞高效率、低本錢、長壽命、美觀實用等方向開展。專家們預(yù)測到2050年,太陽能光伏發(fā)電在發(fā)電總量中將占13%-15%,到2100年將約占64%。20世紀90年代以來是我國太陽能光伏發(fā)電快速開展的時期,在這一時期我國光伏組件生產(chǎn)能力逐年增強,本錢不斷降低,市場不斷擴大,裝機容量逐年增加,2004年累計容量達35,約占世界份額的3%。10多年來,我國

26、太陽能光伏產(chǎn)業(yè)長期平均維持了全球市場1%左右的份額。到2020年前,我國太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)將會得到不斷的完善和開展,本錢將不斷下降,太陽能光伏發(fā)電市場發(fā)生巨大的變化:2005-2010年,我國的太陽能電池主要用于獨立光伏發(fā)電系統(tǒng),發(fā)電本錢到2010年將約為1.20元/;2010-2020年,太陽能光伏發(fā)電將會由獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)向并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng),發(fā)電本錢到2020年將約為0.60元/()。到2020年,我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平有望到達世界先進展列。獨立型系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計2.1獨立型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)簡介離網(wǎng)獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)是指未與公共電網(wǎng)相連接的獨立太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng),其輸出功率提供給本地負

27、載(交流負載或直流負載)的發(fā)電系統(tǒng)。其主要應(yīng)用于遠離公共電網(wǎng)的無電地區(qū)和一些特殊場所,如為公共電網(wǎng)難以覆蓋的遙遠偏僻農(nóng)村、海島和牧區(qū)提供照明、看電視、聽播送等根本生活用電,也可為通信中繼站、氣象站和邊防哨所等特殊處所提供電源??刂破魈柲茈姵仃嚵薪涣髦绷?直流DC/AC變換器交流負載直流充放電直流流直流負載蓄電池圖2.1離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)圖2.1所示為一種常用的太陽能獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)造示意圖,該系統(tǒng)由太陽能電池陣列、蓄電池組、DC/AC逆變器和交直流負載構(gòu)成。太陽能電池組件式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的核心部件;蓄電池的作用主要是存儲太陽能電池發(fā)出的電能,并隨時向負載供電;光伏控制器的作用是控制整個系統(tǒng)的

28、工作狀態(tài);DC/AC逆變器的作用是把太陽能電池組件或者蓄電池輸出的直流轉(zhuǎn)換成交流電供給給交流負載使用的設(shè)備。蓄電池和太陽能電池板可以直接通過控制器給直流負載供電。2.2光伏發(fā)電系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)2.2.1 地理環(huán)境及月輻照度統(tǒng)計結(jié)果本次設(shè)計地理位置是中國*省*市。據(jù)有關(guān)資料顯示:*處于東經(jīng)104.1北緯31.4海拔高度508m,如圖2.2所示。隸屬于第7時區(qū)。平均峰值日照時數(shù)2.83小時。水平面年平均輻射量1053.63.市區(qū)面積598平方公里,地域遼闊,有充足的太陽能資源可以利用。-. z.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?shù)氐沫h(huán)境治理問題。同時,從長遠角度來看,這

29、也是社會開展的必然產(chǎn)物,因此本次設(shè)計就是依據(jù)PVsyst軟件上采集的當?shù)厝甑奶柲軘?shù)據(jù)來設(shè)計的一種可行的獨立型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。設(shè)計中選取最*續(xù)陰雨天數(shù)為5天,兩最*續(xù)陰雨天數(shù)間最短間隔天數(shù)取30天。下面是PVsyst軟件上記錄的數(shù)據(jù):圖2.2 *市地理位置及時區(qū)-. z.表2.1*市月輻照度及其他參數(shù)月份123456789101112輻照度(kWh/m2)40.945.062.591.4107.1119.5107.1101.277.856.548.235.7溫度5.57.211.616.52123.525.224.921.016.911.87.1風(fēng)速(m/s)0.91.101.291.3

30、01.301.201.091.101.100.890.890.81-. z. PVsyst軟件仿真輸出的數(shù)據(jù)如下:圖2.3*市月輻照度及相關(guān)參數(shù) 從圖2.3中可以看出*市全年總輻照度為892.9kWh,最低氣溫5.5、平均溫度16,平均風(fēng)速1.1m/s,而冬季的1月、2月、11月、12月這四個月的輻照度較低,發(fā)電量不能滿足用戶需求;而4月、5月、6月、7月、8月這幾個月的輻照度比擬充足,我們可以用蓄電池存儲這幾個月份過剩的電能來彌補冬季幾個月分的缺乏,從而可以全年滿足用戶需求。-. z.2.2.2 用戶負載的相關(guān)參數(shù)表2.2用戶負載參數(shù) 負載 數(shù)量 功率 使用情況 熒光燈 8盞 18W/盞 5

31、h/day 電視機/電腦 2臺 120W/臺 3h/day 洗衣機 1臺 600Wh/day 電冰箱 1臺 1000Wh/day 根據(jù)表2.2可以算出該用戶負載的日均用電量和年度總用電量,計算公式如下: 2.1 2.2根據(jù)式1、2可以看出,該用戶負載平均日用電量為3.04,年用電總量約為1110。光伏發(fā)電系統(tǒng)在建立之后都不可防止的存在各種損耗,因此,設(shè)計的獨立式光伏系統(tǒng)日均發(fā)電量必須在3以上,年均發(fā)電總量必須在1100左右,太低就不能滿足用戶需求,太高則會浪費過多資源。因此設(shè)計的系統(tǒng)應(yīng)盡量做到實用且節(jié)約能源。2.2.3 光伏組件和蓄電池的選擇本次設(shè)計采用的單晶硅電池型號為:Si-mono,RT

32、L-CS 95,查閱的具體參數(shù)如下:圖2.4光電池根本參數(shù) 從上圖2.4中我們可以看到,該電池的標準條件:1000,短路電流為:8.40,最大工作電流7.89,溫度系數(shù)1.1。開路電壓為:16.25,,最大工作電壓12.03,電池長度:1000,電池寬度:750,電池厚度:8.0,電池重量:13.0,單個組件面積0.75。 蓄電池的選擇:蓄電池能在光伏組件不發(fā)電的情況下給用戶負載提供可以使負載正常工作的電量,因此,蓄電池的選取很重要,并且還要考慮到節(jié)能減排方面,綜合考慮得,本次設(shè)計由PVsyst系統(tǒng)智能選擇,選擇的型號是PV*-2120L、Lead-acid, vented, vehicle

33、starting,如圖2.5中所示可以看出本次設(shè)計需要的蓄電池數(shù)量是6組,每組的額定電壓是12.0、額定容量是194Ah,電池的庫倫效率是97%,電池寬度:221,電池深度:248,電池高度:527,電池重量62.7。各項數(shù)據(jù)說明,此類蓄電池的選擇在實際應(yīng)用中是可行的。 參考數(shù)據(jù)如下: 圖2.5蓄電池根本參數(shù)2.3光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計與計算 在我國,太陽能電池的方位角一般都選擇正南方,以使太陽能電池單位容量的發(fā)電量最大。因此,本次設(shè)計的系統(tǒng)太陽能電池方位角選擇0。太陽能電池的傾斜角對太陽能電池的年發(fā)電量影響較大,根據(jù)屢次模擬測試得出本次設(shè)計的方案中傾斜角設(shè)為26.6最適宜。通過PVsyst軟件測

34、試平均每年可得到的太陽能輻射量為1139,配合蓄電池的供電。該系統(tǒng)根本符合用戶負載用電需求。2.3.1 太陽能電池組件的數(shù)量的計算 用戶用電電流一般較大,為了使負載能正常工作我們需要并聯(lián)假設(shè)干光電池組件。光伏組件的并聯(lián)數(shù)根本計算方法如下: 2.3其中, (2.4)電池組建的電壓一般比擬小,為了能滿足用戶需求,我們可以把多個光電池串聯(lián),這些組件串聯(lián)后可以產(chǎn)生負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)的根本計算公式如下: 2.5系數(shù)1.43是太陽能電池組件峰值工作電壓與系統(tǒng)工作電壓的比值。根據(jù)3、4式我們可以求出光伏陣列的總功率,其計算公式如下: 2.6以上公式均是理想狀態(tài),實際應(yīng)

35、用中我們還應(yīng)該考慮太陽能電池組件的的功率衰降,蓄電池的充放電損耗等因素。2.3.2 蓄電池組的設(shè)計與計算蓄電池的任務(wù)是在太陽能輻射量缺乏時,保證用戶負載的正常工作。設(shè)計蓄電池時不僅應(yīng)該考慮連續(xù)陰雨天數(shù)以及蓄電池放電深度對光伏系統(tǒng)的影響,還要考慮蓄電池的放電率、環(huán)境溫度等因素的影響。因此蓄電池的容量相關(guān)計算公式如下: 2.7 2.8 2.9本次設(shè)計中最低溫度時5.5,而0時蓄電池的容量下降到大約標稱電壓的95%左右,因此,本次設(shè)計可以不考慮蓄電池的低溫修正系數(shù)。蓄電池的串、并聯(lián)數(shù)可以由以下公式算出: 2.10 2.11實際應(yīng)用中應(yīng)該盡量選擇大容量的蓄電池以減少并聯(lián)電池的數(shù)量,這樣可以減少蓄電池之

36、間不平衡造成的影響。本次設(shè)計中選擇并聯(lián)蓄電池的數(shù)量為3組,理論上完全符合設(shè)計要求。2.4離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變器和控制器的選擇為正確選用光伏發(fā)電系統(tǒng)用的逆變器,應(yīng)對逆變器的技術(shù)性能進展評價。根據(jù)逆變器對離網(wǎng)型發(fā)電系統(tǒng)運行特性的影響和光伏發(fā)電系統(tǒng)對逆變器性能的要求,評價內(nèi)容有如下幾項:額定輸出容量;輸出電壓穩(wěn)定度;整機效率; 保護功能;啟動性能; 維護方便;計算方法。 由于PVsyst系統(tǒng)中自帶的逆變器就兩種Back-up generator,1.5和Back-up generator,3,,本次設(shè)計選用第一種,即型號為Back-up generator,1.5的逆變器。太陽能光伏控制器是連接太

37、陽能電池陣列、各種用電設(shè)施和蓄電池組的控制中心,是控制整個系統(tǒng)的工作狀態(tài),對蓄電池起到過充電保護、過放電保護的作用,同時還具有防止蓄電池外接短路保護、蓄電池斷路保護、防止太陽電池方陣反接保護、在夜間防止蓄電池向太陽電池板放電等的功能,在太陽能離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)中是不可缺少的。本次設(shè)計對控制器沒有做具體要求,根據(jù)系統(tǒng)自行選擇。第3章 獨立型系統(tǒng)仿真結(jié)果優(yōu)化分析3.1根底設(shè)計圖3.1*市離網(wǎng)型發(fā)電系統(tǒng)的根底設(shè)計從圖3.1可以看出本次設(shè)計的*市離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)的電池尺寸和其它相關(guān)參數(shù)的要求:電池自主放電時間為4天,電池預(yù)留量為5%,額定電壓24,電池容量561,用電單價:2.41.下面的條形圖上可

38、以看出可以獲得的太陽能能量為:4.6,而用戶需要的能量為:3.0,雖然1月、2月、12月份的太陽能輻射量不能滿足用戶需求,但4月到9月的光伏發(fā)電量都遠超用戶需求,可以用蓄電池存儲起來補充其他月份缺乏的電量,綜合考慮只要設(shè)計合理,依靠本地太陽能光伏發(fā)電量可以供該用戶常年使用。3.2傾斜角和方位角 太陽能電池的方位角只要在正南20之內(nèi),都不會對發(fā)電量有太大影響,因此,本次設(shè)計選擇方位角為0。最理想的傾斜角是使太陽能電池年發(fā)電量盡可能大,而冬季和夏季發(fā)電量盡可能小時的傾斜角,綜合考慮如圖3.2所示,當傾斜角取26.6時,年發(fā)電量是最大的,因此,本次設(shè)計選取的太陽能電池板傾斜角為26.6最正確。圖3.

39、2方位角和傾斜角的選取3.3用戶負載的輸入圖3.3模擬軟件中輸入用戶負載如圖3.3所示,在PVsyst模擬軟件負載輸入界面輸入各項負載參數(shù),系統(tǒng)自動運算并顯示了該用戶負載的月均用電量是91.2,日均用電量是3.04。3.3蓄電池和光伏組件的選型圖3.4蓄電池及光伏組件型號的選取如圖3.4所示,通過輸入的負載的參數(shù)系統(tǒng)只能優(yōu)化,最后選擇的是12、194型號為PV*-2120L的選電池6塊,采取2串聯(lián)3并聯(lián)的方式接入系統(tǒng);光伏組件選用的是95、10型號為Si-mono、RTL-CS 95的光電池,采取2串聯(lián)12并聯(lián)的方式接入系統(tǒng),從圖中還可以看出,光電池組件通過串聯(lián)后的電壓略微有些偏低,實際安裝中

40、可以做一點調(diào)整,但理論上本次這樣的設(shè)計還是可以滿足用戶需求的。3.4逆變器和控制器的選擇圖3.5系統(tǒng)電路如圖3.5所示,系統(tǒng)電路圖中已經(jīng)接入控制器Regulater)、逆變器Back-up generator)、蓄電池、光伏組件等,逆變器和控制器的選取要求是不超過負載的電壓、電流或功率,本次設(shè)計模擬仿真中沒有設(shè)置到逆變器的選取,系統(tǒng)智能匹配,最正確溫度選擇的是20。3.5系統(tǒng)仿真結(jié)果分析3.5.1太陽能電池日均輸入和輸出關(guān)系圖3.6光電池日均輸入/輸出散點圖如圖3.6所示,該圖顯示的是系統(tǒng)全年每日每平方米的太陽輻射量和電能產(chǎn)出情況,橫坐標表示的是*天一平方米產(chǎn)生的太陽能輻射總量即全天每平方米太

41、陽能輸入總量,縱坐標表示的是系統(tǒng)全天一平方米輸出的有效能量,每一個點就表示一天,從圖中我們可以看出系統(tǒng)的能量效率,斜率越高則能量效率越高,粗略估計最高點坐標4.5,9.0,這一天的產(chǎn)能和每平方米的輻射能之比大約是2.0,最低點坐標3.7,2.5可以計算出其產(chǎn)能和每平方米的輻射量之比約為0.68,圖中平均斜率大約是1.35,圖中有些點的每平方米輻射量很大但產(chǎn)能很低主要是電池溫度升高,影響了電池的產(chǎn)能效率。3.5.2 產(chǎn)能分析圖3.7系統(tǒng)產(chǎn)能量如圖3.7所示,該系統(tǒng)電池組平均每天天損耗是0.18,太陽能喪失0.79,系統(tǒng)和電池控制損失0.18,供給用戶的有1.3。從數(shù)據(jù)可以看出該系統(tǒng)的損失不是很大

42、,但是平均每天提供給用戶的能量不是很富裕,其中4月份到9月份的產(chǎn)能較其它月份的產(chǎn)能大很多,不僅能提供用戶足夠的用電量,還能將蓄電池充滿電以備電量缺乏時使用。因此,雖然有個別月份發(fā)電量缺乏,但綜合考慮影響不大。3.5.2 系統(tǒng)能量利用率和用戶需求滿足率如圖3.8所示,該系統(tǒng)的能量利用率為0.530,用戶需求滿足率為0.973,雖然能量利用率不是很理想,但是用戶需求根本能滿足,設(shè)計的系統(tǒng)在實際應(yīng)用中再就具體實際情況略作修改,應(yīng)該可以投入應(yīng)用。注: 2.12 2.13圖3.8系統(tǒng)能量利用率和用戶需求滿足率3.5.3 蓄電池平均充電電壓圖3.9年度蓄電池平均充電電壓如圖3.9所示,可以看出,電池的充電

43、電壓狀態(tài)與用戶滿足率根本相當,但1月、2月、3月、10月、11月、12月這幾個月中有時候的平均充電電壓比擬低,主要原因應(yīng)該是太陽輻照度比擬低,蓄電池充電量缺乏,不能滿足用戶需求,只能依靠其他幾個月份多余出來的電量儲存起來供給這幾個月使用。3.5.4 組件日輸出量圖3.10光伏組件日輸出量 圖3.10所示的是光伏組件在這一年中每一天的發(fā)電輸出的有效電量,途中輸出很不規(guī)則很有可能是天氣影響的原因,輸出量比擬低的那幾個月可能是因為陰雨天數(shù)較長影響日發(fā)電量的輸出,二對于夏季光照比擬充足有少數(shù)時間日輸出量也比擬低主要原因應(yīng)該是夏季高溫導(dǎo)致光伏組件發(fā)電效率降低的緣故,但綜合考慮,本次設(shè)計在實際應(yīng)用中略做改善是可以實施的。第4章 完畢語4.1設(shè)計思路總結(jié)本次設(shè)計給定時間是一周,但由于中途有其他事項的影響,實際專心設(shè)計時間并缺乏5天,因此設(shè)計時間顯得有些倉促,因此在設(shè)計的有些結(jié)果不是很滿意,但本次設(shè)計本著從理論出發(fā),與實際相結(jié)合,最終理論和實際相結(jié)合,在誤差可承受的*圍以內(nèi)能投入使用,具體設(shè)計思路:首先,明確本次設(shè)計課題是家用獨立性光伏發(fā)

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