家庭并网光伏发电系统的优化设计.doc
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《太阳能光伏发电系统》
课程设计
课题名称：
家庭并网光伏发电系统的优化设计
专业班级：
学生姓名：
学生学号：
指导教师：
设计时间：
沈阳工程学院
报告正文
目录
第1章绪论 3
1.1设计背景 3
1.2设计意义 3
第2章朝阳市气象资料及地理情况 4
第3章家用并网型 6
太阳能光伏发电系统的优化设计 6
3.1设计方案 6
3.2负载的计算 8
3.3太阳能电池板容量及串并联的设计及选型 9
3.4太阳能电池板的方位角与倾斜角的设计 12
3.5蓄电池容量及串并联的设计及选型 13
3.6控制器、逆变器的选型 14
3.7电气配置及其设计 15
3.8系统配置清单 17
第4章家用并网型太阳能光伏发电系统的优化结果与讨论 18
第5章心得体会 19
第1章绪论
1.1设计背景
太阳能发电是利用电池组件将太阳能直接转变为电能的装置。
太阳能电池组件（Solar cells）是利用半导体材料的电子学特性实现P-V转换的固体装置，在广大的无电力网地区，该装置可以方便地实现为用户照明及生活供电，一些发达国家还可与区域电网并网实现互补。
1.2设计意义
太阳能发电是利用电池组件将太阳能直接转变为电能的装置。
太阳能电池组件（Solar cells）是利用半导体材料的电子学特性实现P-V转换的固体装置，在广大的无电力网地区，该装置可以方便地实现为用户照明及生活供电，一些发达国家还可与区域电网并网实现互补。
第2章朝阳市气象资料及地理情况
朝阳市位于辽宁西部。
辽宁省省辖市，东连辽宁中部工业城市群，南临渤海之滨，西接京、津、冀经济圈，北依内蒙古腹地，海陆兼备，交通便利，地理位置优越。
朝阳居于北温带大陆性季风气候区，尽管东南部受海洋暖湿气影响，但由于北部蒙古高原的干燥冷空气经常侵入，形成了半干燥半湿润易干燥地区，四季分明，雨热同季，日照充足，日温差较大，降水偏少。
全年平均气温5.4℃～8.7℃；年均日照时数2850～2950小时；年降水量450～580毫米；无霜期120～155天。
从环保的角度考虑，在本地建立足够的太阳能光伏发电系统将会大大改善当地的环境治理问题。
同时，从长远角度来看，这也是社会发展的必然产物，采集的当地全年的太阳能数据来设计的一种可行的太阳能光伏发电系统。
设计中选取最大连续阴雨天数为3天。
项目所在地名称
辽宁省朝阳市双塔区
经度
东经122゜25'---123゜48’
纬度
北纬41゜12’,---42゜17’
地质地貌情况
平原，地势平坦
日照辐射量kwh/m2
2850~2950
海拔高度（m）
169
Month
Globallrr
kw.h/m2.day
Temper.
oC
January
2.62
-12.3
February
3.53
-7.2
March
4.76
1.1
April
5.76
10.6
May
6.34
17.8
June
5.85
21.5
July
5.38
23.1
August
5.10
22.1
September
4.74
17.6
October
3.65
10.1
November
2.61
-0.6
December
2.25
-9.1
Year
4.39
7.9
第3章家用并网型
太阳能光伏发电系统的优化设计
3.1设计方案
设计一个家用太阳能并网型光伏发电系统为处于朝阳双塔区家庭提供连续3个阴天基本供电。
1.太阳能光伏系统的设计方案
当地太阳能资源和气象地理条件数据的收集，计算。
如当地纬度，经度；年最高最低气温；全年太阳能辐射量；平均峰值日照时数；年最长连续阴雨天数等。
用电量需求的分析和计算
确定光伏发电系统的形式
系统容量设计：
（1）太阳能电池组件功率和方阵构成的设计与计算
（2）蓄电池（组）的容量与组合的设计与计算
系统配置与设计：
（1）控制器的选型与设计
（2）逆变器的选型与设计
（3）线路设计
家庭太阳能分布式并网发电系统的技术原理
家庭太阳能分布式并网发电系统的技术原理家庭太阳能布式并网发电系统（以下简称系统）主要由太阳能电池组、控制器、并网逆变器、蓄电池、电能表等组成，如图1所示其中的核心元件是太阳能电池组。
各部件在系统中的作用是
（1）光伏电池组件:
将太阳的光能直接转化家庭太阳能分布式并网发电系统
的电能。
按基本材料主要分为:
晶体硅太阳能电池，非晶体硅太阳能电池，化合物太阳能电池和有机半导体太阳能电池。
（2）控制器:
控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。
温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。
其他附加功能如光控开关、
时控开关都应当是控制器的可选项
（3）并网逆变器:
将直流电转换为交流电。
并网逆变器是并网光伏系统的重要电力电子
设备，将来自太阳能电池方阵输出的直流电转换成与符合电网电压和频率要求的交流电，并把电力输送给负载。
同时具有最大功率点跟踪功能、防孤岛运行功能、自动稳压和改善光伏发电系统的供电质量等功能。
（4）蓄电池:
储存电能并向负载供电。
蓄电池主要分为铅酸蓄电池和镉镍蓄电池。
对其基本要求是:
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）智能电表:
计量卖给电网和向电网买入的电量。
此电表应可计量系统向电网输送的电量，
和用户在系统供应电量不足时从电网购得的电量，并保证计量误差在允许范围之内。
如用户需要在白天用电量较少的情况下存储下电能，而在晚上或其他用电高峰时使用，则可在系统中加装蓄电池和充放电控制器。
3.2负载的计算
数量
功率
使用时间
荧光灯
8
18W/盏
5h/天
电视机，电脑
2
120W/个
3h/天
洗衣机
1
120W
600Wh/天
电冰箱
1
180W
1000Wh/天
电热水器
1
3KW
0.5h/天
用电负载总功率：
日用电量：
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
日总用电量：
年总耗电量：
本系统功率较小，光伏系统直流电压选择24V。
该用户负载平均日用电量为4.54KWh。
年用电总量约为1657.1KWh。
光伏发电系统在建立之后都不可避免的存在各种损耗，因此，设计的并网式光伏系统日均发电量必须在4KWh以上，年均发电总量必须在1657.1KWh左右，太低就不能满足用户需求，因此设计的系统应尽量做到实用。
3.3太阳能电池板容量及串并联的设计及选型
峰值日照小时数：
4.85h
电池板的功率：
根据电池板的功率选定所需电池板的型号，PVsyst软件提供一些厂家电池板参数和型号
本设计选取的单晶硅光伏电池板型号为Si-monoPhebus110Sorelec
主要参数如下：
功率（W）
峰值电压（V）
峰值电流（A）
开路电压（V）
短路电流（A）
110.3
17.50
6.3
21.70
6.90
太阳能电池组件数量的计算
用户用电电流一般较大，为了使负载能正常工作我们需要并联若干光电池组件。
光伏组件的并联数基本计算方法如下：
电池组建的电压一般比较小，为了能满足用户需求，我们可以把多个光电池串联，这些组件串联后可以产生负载所需要的工作电压或者蓄电池组的充电电压。
光伏组件串联数的基本计算公式如下：
，所以选用的串并联能够满足用户需求。
3.4太阳能电池板的方位角与倾斜角的设计
设计以全年均衡冬半年最大数据为依据，在默认方位角为0°的条件下，通过PVsyst软件模拟得到最佳光伏板倾角为45°。
3.5蓄电池容量及串并联的设计及选型
蓄电池的选择：
蓄电池能在光伏组件不发电的情况下给用户负载提供可以使负载正常工作的电量，因此，蓄电池的选取很重要，并且还要考虑到节能减排方面，综合考虑得。
蓄电池容量：
蓄电池的选择：
选用2V,1200Ah的蓄电池。
串联数：
并联数：
所以，总共用了10个型号为6-GFM-120的蓄电池。
3.6控制器、逆变器的选型
（1）控制器的确定：
方阵最大电流：
最大负载电流：
（2）逆变器的确定：
3.7电气配置及其设计
本系统主要由太阳能方阵，蓄电池，控制器，逆变器，熔断器，避雷器等组成。
（1）太阳能方阵
屋顶结构与尺寸如下：
东西16m´南北10m
屋顶南面面积：
太阳能电池组件面积：
计算出沈阳冬至日时的太阳高度角；方位角；电池板垂直高度；
太阳能电池方阵间距。
横向串联8个电池板组成一个方阵，纵向间隔3.41m将2个由8个电池板组成的方阵并联，如下图：
（2）蓄电池
总共用了20个型号为6-GFM-120的蓄电池组合而成，具有内阻低、自放电小、寿命长、使用温度范围广等优点。
蓄电池安装在专用的房间内，并配有专用蓄电池支架，排列整齐，保持环境干燥并保持良好的通风条件。
（3）控制器
（4）逆变器
（5）智能控制箱
由微电脑定时器、继电器、交流接触器、指示灯、低压断路器等组成用来进行市电对独立光伏发电系统的智能切换。
市电供电：
当控制器检测到蓄电池电压达到过放电压时，此时控制器无输出，使得K2,SJ1，K1线圈不能得电。
K1-1为断开状态，此时k1-2闭合，时间继电器SJ3线圈得电，常开触点SJ3-1闭合，KM2接通，指示灯2亮，此时市电开始供电。
（6）熔断器
（7）避雷器
3.8系统配置清单
设备
型号
参数
数目
光伏电池
开路电压
最大工作电压
短路电流
最大工作电流
串联：
3
并联：
2
总计：
6
蓄电池
额定容量
额定电压
串联：
2
并联：
5
总计：
10
控制
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