家庭用分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)

滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)課題：家庭用分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)間：＿＿＿＿＿＿＿＿＿班級(jí)：光伏材料的加工與應(yīng)用學(xué)號(hào)：姓名：指導(dǎo)教師：完成日期：年月日家庭用分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù)稱(chēng)為光伏發(fā)電技術(shù)。是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。這種技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽(yáng)能電池。太陽(yáng)能電池經(jīng)過(guò)串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽(yáng)電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。光伏發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)是較少受地域限制，因?yàn)殛?yáng)光普照大地；光伏系統(tǒng)還具有平安可靠、無(wú)噪聲、低污染、無(wú)需消耗燃料和架設(shè)輸電線(xiàn)路即可就地發(fā)電供電及建設(shè)周期短的優(yōu)點(diǎn)。光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏特效應(yīng)原理,利用太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)化為電能。本次設(shè)計(jì)是家庭用分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，家庭用分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)是指利用光伏發(fā)電技術(shù)，在家庭的屋頂或墻壁等場(chǎng)地建立發(fā)電系統(tǒng)，多余電量可以送入當(dāng)?shù)嘏潆娋W(wǎng)中的發(fā)電方式。此次設(shè)計(jì)內(nèi)容包括了對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的容量設(shè)計(jì)和光伏發(fā)電系統(tǒng)的配置設(shè)計(jì)，容量設(shè)計(jì)主要對(duì)光伏組件和蓄電池的容量進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算，確定光伏組件和蓄電池的數(shù)量，發(fā)電系統(tǒng)的配置設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)中的光伏組件型號(hào)、安裝方式及配套設(shè)備與設(shè)施進(jìn)行設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)是為家用式光伏發(fā)電系統(tǒng)，具有節(jié)能，無(wú)污染運(yùn)用方便等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：光生伏特效應(yīng)太陽(yáng)能電池板逆變器致謝畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近了尾聲，這也意味著我的大學(xué)生活就要結(jié)束了，學(xué)生活一晃而過(guò)，回首走過(guò)的歲月，心中倍感充實(shí)，當(dāng)我寫(xiě)完這篇畢業(yè)論文的時(shí)候，有一種如釋重負(fù)的感覺(jué)，感慨良多。首先，我要特別感謝我的指導(dǎo)老師朱山川老師。做設(shè)計(jì)的過(guò)程是艱辛的，但是在我的努力之下還是完成了。在這個(gè)過(guò)程中朱老師給了我很大的幫助，沒(méi)有他的盡心指導(dǎo)和嚴(yán)格的要求，我也不會(huì)順利完成這次設(shè)計(jì)。每次遇到難題，我最先做的就是向朱老師尋求幫助，而朱老師每次不管忙或閑，總會(huì)抽空來(lái)找我面談，然后一起商量解決的方法。朱老師平日里工作繁多，但我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，都給予了我悉心的指導(dǎo)。這一個(gè)星期以來(lái)，朱老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想給我以無(wú)微不至的關(guān)心，在此謹(jǐn)向朱老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。其次，還要感謝這三年來(lái)教我知識(shí)的每位老師們，畢業(yè)論文能夠順利完成，你們也都有很大的功績(jī)。最后，我要向系部領(lǐng)導(dǎo)以及院部領(lǐng)導(dǎo)對(duì)我們的悉心領(lǐng)導(dǎo)，使我們?cè)诔_的前進(jìn)，以及給我們創(chuàng)造如此豐富多彩的校園生活。使我們度過(guò)了有意義的大學(xué)三年。再次，我由衷的表示感謝。謝謝你們。還有就是要向這三年大學(xué)生活期間所有幫助過(guò)我的同學(xué)們以及各位朋友們說(shuō)一聲謝謝。寫(xiě)作畢業(yè)論文是一次再系統(tǒng)學(xué)習(xí)的過(guò)程，畢業(yè)論文的完成，同樣也意味著新、生活的開(kāi)始。希望大家在將來(lái)的生活中繼續(xù)追逐最初的夢(mèng)想，永不放棄。曾凡兵2023年11月5日目錄TOC\o"1-2"\h\u7008第一章緒論1261631.1光伏發(fā)電技術(shù)的優(yōu)勢(shì) 1322901.2光伏發(fā)電技術(shù)的運(yùn)用 23211第二章任務(wù)分析424676第三章家庭用分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)888503.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8128093.2容量設(shè)計(jì) 951363.2配置選型 10177713.4安裝方式設(shè)安計(jì) 1120728第四章總結(jié)和展望167591參考文獻(xiàn)17插圖清單圖3-1家用光伏發(fā)電系統(tǒng)圖3-2家庭式太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖圖3-3光伏組件的安裝軸側(cè)示意圖圖3-4支架安裝示意圖圖3-5組件正面擺列圖圖3-6光伏組件板正反面示意圖圖3-7接線(xiàn)盒圖第一章緒論光伏發(fā)電技術(shù)的優(yōu)勢(shì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電的過(guò)程沒(méi)有機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件也不消耗燃料，并且不排放包括溫室氣體在內(nèi)的任何物質(zhì)，具有無(wú)噪聲、無(wú)污染的特點(diǎn)；太陽(yáng)能資源沒(méi)有地域限制，分布廣泛且取之不盡，用之不竭。因此，與其它新型發(fā)電技術(shù)(風(fēng)力發(fā)電與生物質(zhì)能發(fā)電等)相比，太陽(yáng)能光伏發(fā)電是一種具可持續(xù)開(kāi)展理想特征〔最豐富的資源和最潔凈的發(fā)電過(guò)程〕的可再生能源發(fā)電技術(shù)，其主要優(yōu)點(diǎn)有以下幾點(diǎn)。1、太陽(yáng)能資源取之不盡，用之不竭，照射到地球上的太陽(yáng)能要比人類(lèi)目前消耗的能量大6000倍。而且太陽(yáng)能在地球上分布廣泛，只要有光照的地方就可以使用光伏發(fā)電系統(tǒng)，不受地域、海拔等因素的限制。2、太陽(yáng)能資源隨處可得，可就近供電。不必長(zhǎng)距離輸送，防止了長(zhǎng)距離輸電線(xiàn)路所造成的電能損失，同時(shí)也節(jié)省了輸電本錢(qián)。這同時(shí)也為家用太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)在輸電不便的西部大規(guī)模使用提供了條件。3、太陽(yáng)能光伏發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程簡(jiǎn)單，是直接從光子到電子的轉(zhuǎn)換，沒(méi)有中間過(guò)程〔如熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電磁能等〕和機(jī)械運(yùn)動(dòng)，不存在機(jī)械磨損。根據(jù)熱力學(xué)分析，光伏發(fā)電具有很高的理論發(fā)電效率，可達(dá)80以上，技術(shù)開(kāi)發(fā)潛力巨大。4、太陽(yáng)能光伏發(fā)電本身不使用燃料，不排放包括溫室氣體和其他廢氣在內(nèi)的任何物質(zhì)，不污染空氣，不產(chǎn)生噪聲，對(duì)環(huán)境友好，不會(huì)遭受能源危機(jī)或燃料市場(chǎng)不穩(wěn)定而造成的沖擊，是真正綠色環(huán)保的新型可再生能源。5、太陽(yáng)能光伏發(fā)電過(guò)程不需要冷卻水，可以安裝在沒(méi)有水的荒漠戈壁上。光伏發(fā)電還可以很方便地與建筑物結(jié)合，構(gòu)成光伏建筑一體化發(fā)電系統(tǒng)，不需要單獨(dú)占地，可節(jié)省珍貴的土地資源。6、太陽(yáng)能光伏發(fā)電無(wú)機(jī)械傳動(dòng)部件，操作、維護(hù)簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。一套光伏發(fā)電系統(tǒng)只要有太陽(yáng)能電池組件就能發(fā)電，加之自動(dòng)控制技術(shù)的廣泛采用，根本上可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，維護(hù)本錢(qián)低。7、太陽(yáng)能光伏發(fā)電工作性能穩(wěn)定可靠，使用壽命〔30年以上〕。晶體硅太陽(yáng)能電池壽命可達(dá)20~35年。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，只要設(shè)計(jì)合理、造型適當(dāng)，蓄電池的壽命也可長(zhǎng)達(dá)10~15年。8、太陽(yáng)能電池組件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，便于運(yùn)輸和安裝。光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)周期短，而用根據(jù)用電負(fù)荷容量可大可小，方便靈活，極易組合、擴(kuò)容。1.2光伏發(fā)電技術(shù)的運(yùn)用家用并網(wǎng)系統(tǒng)：這是興旺地區(qū)最流行的家庭和企業(yè)級(jí)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用類(lèi)型。允許將光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的多余電能輸送至電網(wǎng)，賣(mài)給公用機(jī)構(gòu)。當(dāng)沒(méi)有太陽(yáng)時(shí)，再?gòu)碾娋W(wǎng)輸出電力。逆變器用來(lái)將光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的直流電〔DC〕轉(zhuǎn)換為運(yùn)行一般電氣設(shè)備所需的交流電〔AC〕。并網(wǎng)發(fā)電廠：在一個(gè)廠區(qū)位置上，這些也并入電網(wǎng)的系統(tǒng)產(chǎn)生大量光伏電能，其容量從幾百千瓦到幾兆瓦。其中一些電廠位于機(jī)場(chǎng)或火車(chē)站等大型工業(yè)建筑內(nèi)，這類(lèi)電廠利用已有的可用空間，補(bǔ)償了高耗能用戶(hù)所需的局部電能。農(nóng)村電氣化離網(wǎng)系統(tǒng)：在不通電的地方，光伏系統(tǒng)通過(guò)充電控制器連接到電池。可以使用一個(gè)逆變器提供交流電源，供普通電器使用。典型的離網(wǎng)應(yīng)用是為偏遠(yuǎn)地區(qū)〔如山區(qū)房屋和開(kāi)展中國(guó)家的地區(qū)〕供電。農(nóng)村電氣化是指如下兩類(lèi)所以本次設(shè)計(jì)是家庭用分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，家庭用分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)是指利用光伏發(fā)電技術(shù)，在家庭的屋頂或墻壁等場(chǎng)地建立發(fā)電系統(tǒng)，不以大規(guī)模遠(yuǎn)距離輸送電力為目的，所產(chǎn)生的電力除用戶(hù)自用和就近利用外，多余電量可以送入當(dāng)?shù)嘏潆娋W(wǎng)中的發(fā)電方式。在國(guó)外，目前，西班牙的電網(wǎng)調(diào)度尚不具備遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制大規(guī)模光伏發(fā)電的能力，原因是輸電運(yùn)營(yíng)商僅要求1萬(wàn)千瓦以上的光伏發(fā)電工程安裝遙測(cè)裝置，而西班牙還沒(méi)有如此大規(guī)模的光伏工程。隨著兆瓦級(jí)工程的增應(yīng)用：可滿(mǎn)足一個(gè)家庭根本用電需求的小型家用太陽(yáng)能系統(tǒng)；或可為幾個(gè)家庭提供足夠電能、稍大些的小型太陽(yáng)能電網(wǎng)。混合系統(tǒng)：太陽(yáng)能系統(tǒng)可與其它種類(lèi)的能源〔例如生物質(zhì)能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電或柴油發(fā)電〕組合在一起，以確保持續(xù)穩(wěn)定供給電力。混合動(dòng)力系統(tǒng)可以是并網(wǎng)的、獨(dú)立的或求，如升級(jí)改造接入點(diǎn)的上級(jí)變壓器，重新配置饋線(xiàn)的電壓條件和控制設(shè)備等。德國(guó)的研究機(jī)構(gòu)認(rèn)為，要滿(mǎn)足德國(guó)的光伏開(kāi)展目標(biāo)，需要額外新建19.5萬(wàn)至38萬(wàn)千米高壓和中壓配網(wǎng)線(xiàn)路，相應(yīng)的投資為130億歐元~270億歐元。全社會(huì)分?jǐn)偡植际焦夥l(fā)電接入引起的電網(wǎng)改造本錢(qián)。國(guó)外政府通由電網(wǎng)提供后備支持。離網(wǎng)工業(yè)應(yīng)用：在電信領(lǐng)域，經(jīng)常需要把太陽(yáng)能發(fā)電用于遠(yuǎn)程應(yīng)用，尤其是在需要將偏遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)與國(guó)內(nèi)其它地區(qū)連接起來(lái)的場(chǎng)合。由光伏或混合動(dòng)力系統(tǒng)供電的移動(dòng)中繼站應(yīng)用，也有很大潛力。其它應(yīng)用還包括：交通信號(hào)燈、海航支持系統(tǒng)、保安、遠(yuǎn)程照明、公路標(biāo)志和廢水處理廠等。因?yàn)樗鼈兡転槟切╇娏魉筒坏降牡貐^(qū)提供動(dòng)力，從而防止了鋪設(shè)線(xiàn)網(wǎng)的高本錢(qián)，所以，目前這些應(yīng)用具有本錢(qián)優(yōu)勢(shì)。多，這些工程缺乏遙測(cè)設(shè)備將對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行產(chǎn)生顯著影響。分布式電源的大規(guī)模開(kāi)展，需要投入大量資金升級(jí)電網(wǎng)。目前，德國(guó)已經(jīng)開(kāi)始采取一些間接措施來(lái)滿(mǎn)足分布式電源接入配電網(wǎng)的要過(guò)征收電價(jià)附加，來(lái)支持必要的電網(wǎng)改造和分布式電源的接入。國(guó)光伏企業(yè)進(jìn)口的光伏電池產(chǎn)品啟動(dòng)反補(bǔ)貼調(diào)查。在此情況下，光伏行業(yè)將目光轉(zhuǎn)向國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。在我國(guó)分布式光伏發(fā)電近3年呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。從2023年開(kāi)始實(shí)施特許權(quán)招標(biāo)，推動(dòng)地面大型光伏電站建設(shè)。同年，開(kāi)始了“金太陽(yáng)〞工程和光電建筑示范工程，給予分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)補(bǔ)貼，并按照投資規(guī)模的大小，確定補(bǔ)貼額度。截至2023年年底，國(guó)家已公布的光電建筑示范工程規(guī)模約為30萬(wàn)千瓦；“金太陽(yáng)〞工程已公布的規(guī)模約為117萬(wàn)千瓦。在家庭的屋頂或墻壁等場(chǎng)地建立發(fā)電系統(tǒng)，不以大規(guī)模遠(yuǎn)距離輸送電力為目的，所產(chǎn)生的電力除用戶(hù)自用和就近利用外，多余電量可以送入當(dāng)?shù)嘏潆娋W(wǎng)中的發(fā)電方式。這就大大減輕了我國(guó)火力發(fā)電的負(fù)擔(dān)，而且綠色環(huán)保，無(wú)污染。家庭用分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)是指利用光伏發(fā)電技術(shù)。第二章任務(wù)分析我國(guó)輻源遼闊，有著十分豐富的太陽(yáng)能資源。大體上，我國(guó)約有2/3以上的地區(qū)太陽(yáng)能資源較好，特別是青藏高原、新疆、甘肅、內(nèi)蒙古一帶，這些地區(qū)利用太陽(yáng)能的條件尤其有利。根據(jù)各地接受太陽(yáng)總輻射的多少，可將全國(guó)劃分為四類(lèi)地區(qū)。如下表，表2-1全國(guó)各地太陽(yáng)能總輻射量與年平均日照當(dāng)量地區(qū)類(lèi)別地區(qū)太陽(yáng)能年輻射量年日照時(shí)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)光照下年平均日照時(shí)間〔時(shí)〕MJ/m2·年kWh/m2·年一寧夏北部、甘肅北部、新疆南部、青海西部、西藏西部6680-84001855-23333200-3300二河北西北部、山西北部、內(nèi)蒙古南部、寧夏南部、甘肅中部、青海東部、西藏東南部、新疆南部5852-66801625-18553000-3200三山東、河南、河北東南部、山西南部、新疆北部、吉林、遼寧、云南、陜西北部、甘肅東南部、廣東南部、福建南部、江蘇北部、安徽北部、臺(tái)灣西南部5016-58521393-16252200-3000四湖南、湖北、廣西、江西、浙江、福建北部、廣東北部、陜西南部、江蘇南部、安徽南部、黑龍江、臺(tái)灣東北部4190-50161163-13931400-2200表2-2我國(guó)主要城市的輻射參數(shù)表城市最正確傾角/〔°〕緯度/〔°〕平均峰值日照時(shí)數(shù)/h水平面年平均輻射量?jī)A斜面年輻射量斜面修正系統(tǒng)kW·h/mkJ/m2北京+439.85.011547.315570.31828.551.0976天津+539.14.651455.545239.91695.431.0692哈爾濱+345.684.391287.944636.61605.801.1400沈陽(yáng)+141.774.61398.465034.41679.311.0671長(zhǎng)春+143.904.751376.054953.81736.491.1548呼和浩特+340.785.571680.4326049.52035.381.1468太原+537.784.831527.025497.31763.561.1005烏魯木齊+1243.784.61466.495279.41682.451.0092西寧+136.755.451701.016123.61988.951.1360蘭州+836.054.41517.395462.61606.210.9489銀川+238.485.451678.296041.91988.741.1559西安+1434.33.591295.854665.11313.190.9275上海+331.173.81293.724657.41388.120.9900南京+532.003.941328.094781.21440.431.0249合肥+931.853.691269.94571.61348.370.9988杭州+330.233.431183.014258.81254.380.9362南昌+228.673.81327.594779.31390.40.8640福州+426.083.451216.774380.41262.390.8978濟(jì)南+636.684.441423.815215.71621.621.0630鄭州+734.724.041351.724866.21476.021.0476武漢+730.633.81338.434818.41389.740.9036長(zhǎng)沙+628.203.211153.514152.61175.000.8020廣州-723.133.521227.824420.21287.840.8850海口+1220.033.841402.725049.81369.760.8761南寧+522.823.531268.8845681291.090.8231成都+230.672.881053.633793.11044.710.7553貴陽(yáng)+826.582.861047.053769.41037.720.8135昆明-825.024.251439.125180.81554.600.9216拉薩-829.706.712159.687774.92448.641.0964在設(shè)計(jì)計(jì)算中，需要的根本數(shù)據(jù)主要有：現(xiàn)場(chǎng)的地理位置，包括地點(diǎn)、緯度、經(jīng)度和海拔等；安裝地點(diǎn)的氣象資料，包括逐月的太陽(yáng)能總輻射量、直接輻射量及散輻射量，年平均氣溫和最高、最低氣溫，最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天數(shù)，最大風(fēng)速及冰雹、降雪等特殊氣象情況。氣象資料一般無(wú)法做出長(zhǎng)期預(yù)測(cè)，只能以過(guò)去10年到20年的平均值作為依據(jù)。由上表可知，從我國(guó)太陽(yáng)能資源分布情況來(lái)看，合肥位于三類(lèi)地區(qū)，為中國(guó)太陽(yáng)能資源中等類(lèi)型地區(qū)，日輻射量3.3-4.1KW·h/m2.合肥緯度為31.850，那么最正確傾角為40.850。本次設(shè)計(jì)家庭用分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)在合肥，處于中緯度地帶，為亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候。年平均氣溫在15℃-16℃之間，極端最低氣溫-20．6℃，極端最高氣溫38℃以上。年平均輻射量1269.90KWh/m2，年平均降水量在900-1000毫米之間。全年氣溫變化的特點(diǎn)是季風(fēng)明顯、四季清楚、氣候溫和、雨量適中、春溫多變、秋高氣爽、梅雨顯著、夏雨集中，總之氣候條件優(yōu)越，氣候資源豐富。家庭居住為普通民房平頂。所以采用支架式安裝方式。家庭用電為照明用電及普通電器。1.根據(jù)實(shí)際情況，可知該用戶(hù)全天用電情況，表2—1A用戶(hù)負(fù)載情況及全天用電情況表負(fù)載名稱(chēng)負(fù)載功率〔W〕數(shù)量全天工作時(shí)間〔h〕同時(shí)率(%)連續(xù)陰雨天節(jié)能燈96盞5804天彩色電視機(jī)701臺(tái)4100電風(fēng)扇251臺(tái)4100微波爐12001臺(tái)0.5100洗衣機(jī)1501臺(tái)11002.根據(jù)該用戶(hù)實(shí)際用電情況，該用戶(hù)家用電器全部為交流負(fù)載，本次設(shè)計(jì)為交流光伏發(fā)電系統(tǒng)。防雷方面，我們將太陽(yáng)能電池板四周的鋁合金框架與支架連接，支架均采用等電位聯(lián)結(jié)。然后通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)引用大地。這種防雷方式很適應(yīng)本設(shè)計(jì)的家庭，即平頂房。至于備用電源，不再需要。因?yàn)樵撚脩?hù)采用的是局部電器用電。另外，從氣象部門(mén)得到的資料，一般只有水平面的太陽(yáng)輻射量，實(shí)際使用時(shí)必須設(shè)法換算到相應(yīng)陣列傾斜面上的輻射量。國(guó)家科技部最近發(fā)布的《太陽(yáng)能發(fā)電科技開(kāi)展“十二五〞專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃》提出“十二五〞期間，要實(shí)現(xiàn)光伏技術(shù)的全面突破，促進(jìn)太陽(yáng)能發(fā)電的規(guī)?；瘧?yīng)用，初步建立太陽(yáng)能發(fā)電國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)體系和技術(shù)產(chǎn)品檢測(cè)平臺(tái)，形成我國(guó)完整的太陽(yáng)能技術(shù)研發(fā)、裝備制造、系統(tǒng)集成、工程建設(shè)、運(yùn)行維護(hù)等產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)效勞體系[1]第三章家庭用分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.根據(jù)實(shí)際情況，該用戶(hù)為平頂房，所有采用支架式安裝方式，效果如以下圖。圖3-1家用光伏發(fā)電系統(tǒng)太陽(yáng)能電池組件太陽(yáng)能電池組件控制器逆變器交流負(fù)載電網(wǎng)系統(tǒng)圖3-2家庭式太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)配置框圖系統(tǒng)包括：eq\o\ac(○,1)太陽(yáng)能電池、eq\o\ac(○,2)控制器、eq\o\ac(○,3)逆變器、eq\o\ac(○,4)蓄電池。上圖中光伏組件的功能是：太陽(yáng)能電池：通過(guò)光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置?？刂破鳎菏怯糜谔?yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中，控制多路太陽(yáng)能電池方陣對(duì)蓄電池充電以及蓄電池給太陽(yáng)能逆變器負(fù)載供電的自動(dòng)控制設(shè)備。蓄電池組：目前太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中通常使用蓄電池實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能，常用蓄電池屬于電化學(xué)電池。蓄電池在充電時(shí)把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)，放電時(shí)把儲(chǔ)存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能提供給負(fù)載使用。一般來(lái)講，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)白天把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，通過(guò)充電器和蓄電池把電能儲(chǔ)存起來(lái)，晚上再通過(guò)放電器把儲(chǔ)存在蓄電池里的電能放出來(lái)使用。逆變器：將太陽(yáng)能電池所產(chǎn)生的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電的電壓的轉(zhuǎn)換裝置。3.2容量設(shè)計(jì)3.2.1光伏組件容量設(shè)計(jì)由統(tǒng)計(jì)表知普通家庭家用負(fù)載總功率約為1.488KW；每日耗電量L約為1.346kW·h。太陽(yáng)能電池組件板的功率[2]〔3-3〕式中，L為負(fù)載每天總耗電量；T0為平均日照峰值日照時(shí)數(shù)；η1為蓄電池充電修正系數(shù)〔0.80～0.90〕；η2為組件損耗修正系數(shù)，通常可取0.9～0.95；η3為逆變器損耗修正系數(shù)，通?？扇?.9～0.98。由日耗電量1.346kW·h，可計(jì)算出該系統(tǒng)需要太陽(yáng)能電池板的總功率約為PA=0.72KW，由此可以選擇總功率為0.75KW的太陽(yáng)能組件方陣，一般采用太陽(yáng)能電池標(biāo)準(zhǔn)組件，通過(guò)串并聯(lián)構(gòu)成所需要功率的太陽(yáng)能電池方陣。功率250W多晶太陽(yáng)能電池組件，再用3塊該太因，蓄電池容易損壞；容量太小，容易造成過(guò)放電，不能滿(mǎn)足負(fù)載用電需要。3.2.2蓄電池容量設(shè)計(jì)在獨(dú)立型家庭式太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池是僅次于光伏組件的最重要部件，而且隨著光伏組件價(jià)格的不斷降低，蓄電池在總投資中的比例正在逐漸增加。所以，合理配置蓄電池容量十分重要：容量過(guò)大，不僅增加投資，而且會(huì)造成蓄電池充電缺乏，長(zhǎng)期處于虧電狀態(tài)，加上自放電等原蓄電池容量?jī)蓚€(gè)文獻(xiàn)，蓄電池容量的計(jì)算可以根據(jù)用電負(fù)荷和連續(xù)陰雨天數(shù)來(lái)確定，實(shí)際計(jì)算可按式〔3-4〕：〔3-4〕式中，C－蓄電池容量,S－蓄電池供電支持的天數(shù)〔一般取2.5～5.0d〕,即連續(xù)陰雨天數(shù)，由表3-1可知，取4天；L－負(fù)載平均每天用電量,；DOD－蓄電池放電深度〔一般取0.8〕,ηout-從蓄電池到負(fù)荷的效率:ηout=Fo×Fi,Fo－交流配電電路效率〔一般取0.95〕,Fi－逆變器效率〔一般取0.90～0.98〕,K－蓄電池放電容量修正系數(shù)〔一般取1.2〕等于蓄電池Amp-hour效率的倒數(shù)。根據(jù)系統(tǒng)要求計(jì)算日耗電量L=1.346kW·h，再根據(jù)式(3-4)，可算出蓄電池組的容量C值為9kW·h，選擇12V的標(biāo)稱(chēng)電壓鉛酸蓄電池單體，串聯(lián)成24V電池蓄電池組；根據(jù)電池組容量安時(shí)數(shù)等于所需瓦時(shí)除以電池組電壓，得電池組的容量C′=C/24=375Ah，所以可選擇4個(gè)12V，200Ah的密封免維護(hù)鉛酸蓄電池先兩兩串聯(lián)后再進(jìn)行并聯(lián)，即可接成滿(mǎn)足需要的蓄電池組。3.2配置選型1.太陽(yáng)能電池組件：選用選安徽省旭騰光伏的STP6-250單晶硅系列太陽(yáng)能電池組件，該組件采用6*15，共計(jì)90塊每塊電壓為0.5V，功率為2.8W的太陽(yáng)能電池板串聯(lián)，電壓45V，功率塊進(jìn)行并聯(lián)。性能優(yōu)勢(shì)：高透光率的剛性玻璃，提高光的穿透性和組件的機(jī)械強(qiáng)度，組件玻璃具有自清潔能力，降低灰塵及其他影響組件發(fā)電效率的機(jī)率；對(duì)所有組件進(jìn)行功率和電流分檔，以提高系統(tǒng)整體性能和組件的壽命；防水接線(xiàn)盒和集成旁路二極管，以減少太陽(yáng)能電池組件因外表被遮擋造成的熱斑效應(yīng)從而引起的組件損傷；通過(guò)多項(xiàng)國(guó)際認(rèn)證和測(cè)試IEC,Tuv,CE,ISO，提供五年的產(chǎn)品質(zhì)量保證和10-25年的產(chǎn)品功率保證。工作參數(shù)指標(biāo)：最大功率250W；工作電流5.88A；工作電壓17.2V；系統(tǒng)電壓12V；開(kāi)路電壓21V；短路電流6.5A；電池?cái)?shù)量90只。如圖3-6光伏組件板正反面示意圖。2.蓄電池電池組：選用中國(guó)合肥賽能信息工程的鉛酸電池，選擇容量為200Ah的12V電池，兩兩串聯(lián)后再進(jìn)行并聯(lián)。工作參數(shù)指標(biāo)：電壓：12V；型號(hào)：SNT12-200

；化學(xué)類(lèi)型：免維護(hù)；

電液量：標(biāo)準(zhǔn)L；外型尺寸：480*170*240mm；額定容量：200Ah

；重量：59KG。由此知防反充二極管的耐壓值可取35V。3.控制器：本設(shè)計(jì)采用太陽(yáng)能組件短路電流是6.5A。使用3塊太陽(yáng)能電板的總共短路電流為6.5A×3=19.5A。控制器通?？刂频氖且粔K太陽(yáng)能組件，而本設(shè)計(jì)中有較大功率用電器，所以考慮多路輸出。我們可選擇24V60A的控制器。所以我們可以選用中國(guó)北京普泰日盛的功率控制器。性能優(yōu)勢(shì)：可根據(jù)不同的使用環(huán)境調(diào)整參數(shù)，最大效率的進(jìn)行光-電能量轉(zhuǎn)換；淘汰了傳統(tǒng)控制器落后的技術(shù)，采用了全新的硬件技術(shù)；采用真正的多級(jí)PWM充電模式，有效延長(zhǎng)蓄電池壽命；具有過(guò)充、過(guò)放、過(guò)熱、電子短路、過(guò)載保護(hù)，防反接等完善的保護(hù)功能；溫度適應(yīng)范圍〔-25℃--55℃〕，并自帶溫度補(bǔ)償程序，令控制器在充放電控制中自動(dòng)適應(yīng)當(dāng)前溫度,有效保護(hù)蓄電池。工作參數(shù)指標(biāo)：額定電壓DC12V/24V/48V/220V，過(guò)充電壓14.4V、×2/24V，過(guò)放電壓11.1V、×2/24V,負(fù)載能力40A/60A/80A/100A/120A。4.逆變器：在選型是要考慮為光伏發(fā)電系統(tǒng)將來(lái)的擴(kuò)容留有一定的余量，并參考下面公式：逆變器的功率=阻性負(fù)載功率×〔1.2～1.5〕+感性負(fù)載功率×〔5～7〕根據(jù)數(shù)據(jù),逆變器的=0×1.5+(9W×5h×0.8+70W×4h+1200W×0.5h+150W)×6=6000W.由此我們選用中國(guó)北京普泰日盛的中等功率逆變器。型號(hào)PIC-2KM,性能優(yōu)勢(shì)：逆變器核心元器件全部為美國(guó)原裝進(jìn)口，平安、穩(wěn)定、可靠；標(biāo)準(zhǔn)工頻純粹弦波輸出，適用于任何負(fù)載；抗沖擊能力強(qiáng)，150%過(guò)載可工作20s，最大程度防止客戶(hù)在使用不當(dāng)?shù)臅r(shí)造成設(shè)備損壞；輸入、輸出回路完全隔離，確保用戶(hù)平安使用；完善的保護(hù)功能：自動(dòng)穩(wěn)壓、過(guò)壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、短路保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、直流端防反接保護(hù)等,溫度適應(yīng)范圍〔-25℃--55℃〕。型號(hào)PIC-1KW～5KW,工作參數(shù)指標(biāo)：額定功率：1KW～5KW；輸入電壓：DC12V/24V/48V；輸出電壓：AC220V/110V；輸出頻率：50HZ±0.05Hz；逆變效率：90%。5.電表的選型：每個(gè)電表都有他能承受的電流。所以電表的選型要先把功率換成電流值。本次設(shè)計(jì)家庭的電流=總功率÷系統(tǒng)電壓=720W÷21V=34.29A。所以選用上海大華測(cè)控設(shè)備廠DDS879單相電表40A.該電表單相電子式電能表采用專(zhuān)用集成電路，外圍元件少，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，功耗低，壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，可用于計(jì)量額定頻率為50Hz的單相交流有功電能。選用兩個(gè)，一個(gè)用來(lái)記錄系統(tǒng)發(fā)電容量的；另一個(gè)用來(lái)記錄從電網(wǎng)用電量。3.4安裝方式設(shè)安計(jì)本次設(shè)計(jì)地點(diǎn)選定的是合肥，由表2-2我國(guó)主要城市的輻射參數(shù)表2-2可知，合肥地區(qū)位于北緯為31.850，傾斜角=緯度+90.所以太陽(yáng)能電池組件最正確傾角為41o，；比擬理想的安裝位置是將太陽(yáng)能電池板直接安裝在屋頂上，依據(jù)屋頂?shù)膬A角合理安排，依托不銹鋼支架安裝太陽(yáng)能電池板。[3]一般情況下，我們?cè)谟?jì)算發(fā)電量時(shí)，是在方陣面完全沒(méi)有陰影的前提下得到的。因此，如果太陽(yáng)電池不能被日光直接照到時(shí)，那么只有散射光用來(lái)發(fā)電，此時(shí)的發(fā)電量比無(wú)陰影的要減少約10％～20％。通常，在電池組件周?chē)薪ㄖ锛吧椒宓任矬w時(shí)，太陽(yáng)出來(lái)后，建筑物及山的圍會(huì)存在陰影，因此在選擇鋪設(shè)太陽(yáng)能組件的地方時(shí)應(yīng)盡量避開(kāi)陰影。光伏陣列的方位角是陣列的垂直與正南方向的夾角〔向東偏設(shè)定為負(fù)角度，向西偏設(shè)定為正角度。由資料可知，合肥一天中復(fù)核的峰值時(shí)刻是12點(diǎn)，經(jīng)度1170.所以由以下公式可以計(jì)算出方位角。==所以光伏陣列以南為基準(zhǔn)，向西偏10。安裝過(guò)程中，首先要先固定支架，支架的角度及固定見(jiàn)圖3-4支架安裝示意圖。由計(jì)算已經(jīng)知道了合肥的方位角為向西偏轉(zhuǎn)10。然后把組件擺設(shè)在支架上，如圖3-5組件正面擺列圖及圖3-3光伏組件的安裝軸側(cè)示意圖。安裝完畢后即可進(jìn)行布線(xiàn)。圖3-3光伏組件的安裝軸側(cè)示意圖圖3-4支架安裝示意圖圖3-5組件正面擺列圖3-6光伏組件板正反面示意圖圖3-7接線(xiàn)盒圖第四章總結(jié)和展望家庭式分布式光伏發(fā)電具有多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)：充分利用太陽(yáng)能資源，無(wú)需開(kāi)采、運(yùn)輸；太陽(yáng)能屬于清潔能源，利用太陽(yáng)能發(fā)電在減少燃煤的同時(shí)，減少碳粉塵、二氧化碳、二氧化硫等污染物排放。使用家庭分布式光伏發(fā)電時(shí)電壓穩(wěn)定，在自足供電享受?chē)?guó)家補(bǔ)貼的同時(shí)，還能夠賣(mài)給國(guó)家電網(wǎng)。年發(fā)電量=當(dāng)?shù)啬贻椛淇偭俊睰W·h/㎡)×光伏方陣面積〔㎡)×電池組件轉(zhuǎn)換效率×修正系數(shù)。其中光伏組件轉(zhuǎn)換效率為單晶14%。修正系數(shù)K=0.8×0.82×0.95×0.85×0.9=0.48。根據(jù)以上設(shè)計(jì)與計(jì)算結(jié)果可知；當(dāng)?shù)啬贻椛淇偭繛?348.37KW·h/㎡，光伏方