独立光伏发电系统设计.doc
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小型独立光伏发电系统设计
摘要
太阳能光伏发电是一种最具可持续发展理想特征的可再生能源发电技术，近年来我国政府也相继出台了一系列鼓励和支持太阳能光伏产业发展的政策法规，使得太阳能光伏产业迅猛发展，光伏发电技术和应用水平不断提高，应用范围做不扩大，我国光伏发电产业的前景十分广阔。
加之我国地域广阔，是太阳能资源丰富的国家之一，三分之二的地区年辐射总量大于5020MJ/m2,年日照时数在2200h以上，利用太阳能发电就具有很强的优越性。
发展太阳能光伏发电系统也具有很高的可行性，首先能缓解我国目前的能源问题以及日益严重的环境问题，还能解决边远地区居民用电难，成本高的问题。
本论文将从小型独立系统的发电原理，系统设计原理，及其本身具有的优势结合其受众群体的所需考虑的各方面因素来设计适合家庭使用的小型系统。
通过理论与实际市场调查相结合的方法设计适合全国各地人民使用的优惠且实用的系统。
关键词：
小型；独立光伏发电；系统；优惠实用
目录
引言 1
1光伏发电系统简介 2
1.1光伏发电系统原理及设计原则 2
1.2光伏发电系统的分类 3
2独立光伏发电系统 4
2.1系统组成及功能 4
2.2独立光伏发电系统优劣 6
3小型独立光伏发电系统的设计 7
3.1 系统设计要求 7
3.2 系统设计方案 7
3.3 系统的配置 8
4.工程施工 14
4.1工程费用概算：
14
4.2工程周期 14
4.3施工期间需要用户配合的事项 14
5经济和社会效应 14
5.1优势特点 15
5.2减排效果:
15
参考文献 18
I
小型独立光伏发电系统设计
引言
当下，许多国家已把发展可再生能源作为未来实现可持续发展的重要方式，而中国也将以太阳能为代表的可再生能源作为未来低碳经济的重要组成部分。
近年来，国家财政对太阳能产业的补贴力度逐年增强。
同时太阳能屋顶计划与金太阳示范工程的财政补贴项目也相续推出，这一系列的政策措施给中国未来的太阳能光伏产业提供了一个广阔的发展空间。
虽然目前光伏发电的成本还比较高，但从长远来看，随着技术的提升，太阳能光伏产业链各个环节成本的持续下降，以及其他传统能源形式的逐渐饱和，太阳能可能将在2030年以后成为主流的能源形式之一。
并网光伏发电系统有集中式大型并网光伏电站一般都是国家级电站，主要特点是将所发电能直接输送到电网，由电网统一调配向用户供电。
但这种电站投资大、建设周期长、占地面积大，因而没有太大发展。
而分散式小型并网光伏系统，特别是光伏建筑一体化发电系统，由于投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大等优点，是并网光伏发电的主流。
本论文将从小型独立光伏系统的发电原理，系统设计原理，及其本身具有的优势结合其受众群体的所需考虑的各方面因素来设计适合家庭使用的小型系统。
通过理论与实际市场调查相结合的方法设计适合全国各地人民使用的优惠且实用的系统。
1光伏发电系统简介
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（Solarcells）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。
而国内主要研究生产适用于无电地区家庭照明用的小型太阳能发电系统。
1.1光伏发电系统原理及设计原则
1.1.1光伏发电系统原理
太阳能电池与蓄电池组成系统的电源单元，因此蓄电池性能直接影响着系统工作特性。
（1）电池单元：
由于技术和材料原因，单一电池的发电量是十分有限的，实用中的太阳能电池是单一电池经串、并联组成的电池系统，称为电池组件（阵列）。
单一电池是一只硅晶体二极管，根据半导体材料的电子学特性，当太阳光照射到由P型和N型两种不同导电类型的同质半导体材料构成的P-N结上时，在一定的条件下，太阳能辐射被半导体材料吸收，在导带和价带中产生非平衡载流子即电子和空穴。
同于P-N结势垒区存在着较强的内建静电场，因而能在光照下形成电流密度J，短路电流Isc，开路电压Uoc。
若在内建电场的两侧面引出电极并接上负载，理论上讲由P-N结、连接电路和负载形成的回路，于是就有“光生电流”流过，太阳能电池组件就实现了对负载的功率P输出。
（2）电能储存单元：
太阳能电池产生的直流电先进入蓄电池储存，蓄电池的特性影响着系统的工作效率和特性。
蓄电池技术是十分成熟的，但其容量要受到末端需电量，日照时间（发电时间）的影响。
因此蓄电池瓦时容量和安时容量由预定的连续无日照时间决定。
1.1.2光伏发电系统设计原则
光伏发电系统的设计要本着合理性、实用性、高可靠性和高性价比（低成本）的原则。
太阳能光伏发电系统的设计需要考虑的因素：
1、需要考虑太阳能光伏发电系统使用的地方以及该地日光辐射情况；
2、需要考虑太阳能光伏发电系统需要承载的负载功率；
3、系统所输出电压，以及考虑应该使用直流电还是交流电；
4、系统每天需要工作的小时数；
5、如遇到没有日光照射的阴雨天气，系统需连续供电多少天；
6、考虑负载的情况，是纯电阻性、电容性还是电感性，启动电流的大小。
1.2光伏发电系统的分类
太阳能光伏发电系统分为独立光伏发电系统与并网光伏发电系统：
1、独立光伏发电系统也叫离网光伏发电系统。
主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成，若要为交流负载供电，还需要配置交流逆变器。
2、并网光伏发电系统就是太阳能组件产生的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这后直接接入公共电网。
并网光伏发电系统有集中式大型并网光伏电站一般都是国家级电站，主要特点是将所发电能直接输送到电网，由电网统一调配向用户供电。
但这种电站投资大、建设周期长、占地面积大，发展难度较大。
而分散式小型并网光伏系统，特别是光伏建筑一体化发电系统，由于投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大等优点，是并网光伏发电的主流。
2独立光伏发电系统
独立光伏发电系统也叫离网光伏发电系统。
主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成，若要为交流负载供电，还需要配置交流逆变器。
2.1系统组成及功能
独立光伏发电系统是由光伏电池方阵、控制器、并网逆变器、蓄电池组成。
2.1.1太阳能电池板
太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。
其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。
其转换率和使用寿命是决定太阳电池是否具有使用价值的重要因素。
组件设计：
按国际电工委员会IEC：
1215：
1993标准要求进行设计，采用36片或72片多晶硅太阳能电池进行串联以形成12V和24V各种类型的组件。
该组件可用于各种户用光伏系统、独立光伏电站和并网光伏电站等。
原材料特点：
电池片：
采用高效率（16.5%以上）的单晶硅太阳能片封装，保证太阳能电池板发电功率充足。
玻璃：
采用低铁钢化绒面玻璃（又称为白玻璃），厚度3.2mm,在太阳电池光谱响应的波长范围内（320-1100nm）透光率达91%以上，对于大于1200nm的红外光有较高的反射率。
此玻璃同时能耐太阳紫外光线的辐射，透光率不下降。
EVA：
采用加有抗紫外剂、抗氧化剂和固化剂的厚度为0.78mm的优质EVA膜层作为太阳电池的密封剂和与玻璃、TPT之间的连接剂。
具有较高的透光率和抗老化能力。
TPT：
太阳电池的背面覆盖物—氟塑料膜为白色，对阳光起反射作用，因此对组件的效率略有提高，并因其具有较高的红外发射率，还可降低组件的工作温度，也有利于提高组件的效率。
当然，此氟塑料膜首先具有太阳电池封装材料所要求的耐老化、耐腐蚀、不透气等基本要求。
边框：
所采用的铝合金边框具有高强度，抗机械冲击能力强。
2.1.2太阳能控制器
太阳能控制器是由专用处理器CPU、电子元器件、显示器、开关功率管等组成。
主要特点：
1、使用了单片机和专用软件，实现了智能控制；
2、利用蓄电池放电率特性修正的准确放电控制。
放电终了电压是由放电率曲线修正的控制点，消除了单纯的电压控制过放的不准确性，符合蓄电池固有的特性，即不同的放电率具有不同的终了电压。
3、具有过充、过放、电子短路、过载保护、独特的防反接保护等全自动控制；以上保护均不损坏任何部件，不烧保险；
4、采用了串联式PWM充电主电路，使充电回路的电压损失较使用二极管的充电电路降低近一半，充电效率较非PWM高3%-6%，增加了用电时间；过放恢复的提升充电，正常的直充，浮充自动控制方式使系统由更长的使用寿命；同时具有高精度温度补偿；
5、直观的LED发光管指示当前蓄电池状态，让用户了解使用状况；
6、所有控制全部采用工业级芯片（仅对带I工业级控制器），能在寒冷、高温、潮湿环境运行自如。
同时使用了晶振定时控制，定时控制精确。
7、取消了电位器调整控制设定点，而利用了E方存储器记录各工作控制点，使设置数字化，消除了因电位器震动偏位、温漂等使控制点出现误差降低准确性、可靠性的因素；
8、使用了数字LED显示及设置，一键式操作即可完成所有设置，使用极其方便直观的作用是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。
在温差较大的地方，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。
2.1.3逆变器
太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。
为能向220VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。
逆变器是将直流电转换成交流电的设备。
由于太阳能电池和蓄电池是直流电源，而负载是交流负载时，逆变器是必不可少的。
逆变器按运行方式，可分为独立运行逆变器和并网逆变器。
独立运行逆变器用于独立运行的太阳能电池发电系统，为独立负载供电。
并网逆变器用于并网运行的太阳能电池发电系统。
逆变器按输出波型可分为方波逆变器和正弦波逆变器。
方波逆变器电路简单，造价低，但谐波分量大，一般用于几百瓦以下和对谐波要求不高的系统。
正弦波逆变器成本高，但可以适用于各种负载。
逆变器的保护功能：
过载保护、短路保护、接反保护、欠压保护、过压保护、过热保护。
2.1.4蓄电池
一般分为铅酸电池和胶体电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。
其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。
2.2独立光伏发电系统优劣
2.2.1独立光伏系统的优点
1、太阳能取之不尽，用之不竭，地球表面接受的太阳辐射能，能够满足全球能源需求的1万倍。
只要在全球4%沙漠上安装太阳能光伏系统，所发电力就可以满足全球的需要。
太阳能发电安全可靠，不会遭受能源危机或燃料市场不稳定的冲击；
2、太阳能随处可处，可就近供电，不必长距离输送，避免了长距离输电线路的损失；
3、太阳能不用燃料，运行成本很低；
4、太阳能发电没有运动部件，不易用损坏，维护简单，特别适合于无人值守情况下使用；
5、太阳能发电不会产生任何废弃物，没有污染、噪声等公害，对环境无不良影响，是理想的清洁能源；
6、太阳能发电系统建设周期短，方便灵活，而且可以根据负荷的增减，任意添加或减少太阳能方阵容量，避免浪费。
2.2.2独立光伏系统的缺点
1、地面应用时有间歇性和随机性，发电量与气候条件有关，在晚上或阴雨天就不能或很少发电；
2、能量密度较低，标准条件下，地面上接收到的太阳辐射强度为1000W/M^2。
大规格使用时，需要占用较大面积；
3、价格仍比较贵，为常规发电的3~15倍，初始投资高。
3小型独立光伏发电系统的设计
本系统拟先设计一个独立系统，安装在用户
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