别墅光伏发电系统设计方案结束稿.docx

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别墅光伏发电系统设计方案结束稿

别墅采用光伏系统供电

方案

光伏发电系统在别墅中的应用方案

1.项目概况

1.1项目背景及意义

本项目拟先设计一个独立系统，安装在别墅屋顶上，用于演示光伏发电系统在别墅中应用的情况，为日后大面积推广提供参考。

1.2光伏发电系统的要求

本项目设计一个5kWp的小型系统，平均每天发电25kWh,可供一个1kW的负载工作25小时。

可以满足别墅正常用电的需要（一般家庭每天用电量在10kWh左右）。

2.系统方案

2.1现场资源和环境条件

长春位于北纬43°05’～45°15’；东经124°18’～127°02’。

长春市年平均气温4.8°C，最高温度39.5°C，最低温度-39.8°C,日照时间2,688小时。

夏季，东南风盛行，也有渤海补充的湿气过境。

年平均降水量522至615毫米，夏季降水量占全年降水量的60%以上；最热月（7月）平均气温23℃。

秋季，可形成持续数日的晴朗而温暖的天气，温差较大，风速也较春季小。

2.2太阳能光伏发电系统原理

太阳能光伏发电是一种新型的发电方式,基本原理是光生伏特效应原理,也就是当太阳光照射在某些特殊材料上,会引起材料中电子的移动,形成电势差,从而由太阳光能直接转换为电能。

这其中的特殊材料也就是光伏发电的的最基本元件被称为太阳电池半导体,即太阳能电池（片）,它包括有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。

光伏发电系统主要由太阳能电池阵列、蓄电池、逆变器、控制器等几大部分组成,由这些电子元器件构成的系统,安装维护简便,运行稳定可靠。

白天太阳能电池组件将太阳辐射出的光线转变为电能,储存在蓄电池里,在夜间或需要时,从蓄电池里将电能释放出来,用于照明和其他用途。

太阳能电池组件是发电设备,蓄电池是储能设备,控制器、逆变器是充放电控制保护和直交流变换设备。

2.3太阳能光伏发电主要部件

（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。

太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。

（2）太阳能控制器：

　　太阳能控制器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。

（4）蓄电池：

　　一般为铅酸电池，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，保证了整个系统工作的连续性和稳定性。

　　（5）逆变器：

　　在很多场合，都需要提供220VAC、110VAC的交流电源。

由于太阳能的直接输出，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。

在某些场合，需要使用多种电压的负载时，也要用到DC-DC逆变器，如将24VDC的电能转换成5VDC的电能（注意，不是简单的降压）。

2.4太阳能光伏发电原理图

2.5家用电器耗电量的一般情况

（1）电视机一般家用47cm彩色电视机功率为75W，使用13.3h的耗电量为上1kW·h；36cm黑白电视机功率为40W，使用25h耗电量为1kW·h（以lkW·h即为通常所说的1度电）。

（2）收录机一般手提式双喇叭的收录机功率为12W，使用84h耗电量为lkW·h。

（3）电子管收音机一般六灯的功率45W，使用22．3h所耗电量为1kW·h。

（4）日光灯40W日光灯使用25h耗电量为1kW.h。

（5）电饭锅一般家庭用500W的电饭锅使用2h耗电量为1kW。

（6）电熨斗一般功率为300W，使用3.3h耗电量为1kW.h。

（7）电风扇36cm的电容式电动机的功率为50W，使用20h耗电量1kW·h。

（8）洗衣机一般功率为250W，使用4h耗电量为1kW·h。

（9）电冰箱100L的总输入功率为110W，平均每24h耗电量为1kW·h。

（10）电磁灶一般功率为1000~1200W，分别使用1小时、50分钟耗电一度

2.6别墅中家用电器的一般配备数量及每天的耗电量

类别

功率

数量

使用时间/天

合计

电视机

75w

2个

10h

1500wh

洗衣机

250w

1个

2h

500wh

电灯

40w

10个

10h

4000wh

电饭煲

500w

2个

2h

2000wh

空调

1000w

2

4

8000wh

电冰箱

110w

2

24

2000wh

其它

2000wh

共计

20000wh

2.7配置方案

太阳能组件

功率

160W（43.7V,5.1A）

数量

40片

连接方式

4串10并

控制器

充电电压

120V

最大电流

80A

数量

1

说明

无

逆变器

规格

120V，10KW，输出电压：

220VAC，50HZ

数量

1

蓄电池

规格

120AH，12V

数量（节）

50

连接方式

10串5并

2.7.1电池组件

本系统拟采用江苏林洋新能源有限公司生产的SF-160单晶硅电池组件。

江苏林洋新能源有限公司是一家集晶体硅太阳能电池和组件的研发、生产、销售、服务为一体并在美国成功上市的国际性公司。

公司采用世界上最先进的电池片和组件生产设备加之完善的质量管理体系，从而保证了完美的产品品质。

产品通过了IEC61215、TUV、和UL国际认证，在国内享有盛誉。

该太阳能电池片转换效率高，表面玻璃为高透光低铁钢化玻璃，边框材料为轻质电镀铝合金。

SF-160单晶硅电池组件性能

SF-160单晶硅太阳能电池的机械特性。

图2SF-160单晶硅太阳能电池的I-V特性

2.7.2充电控制器

光伏控制器性能、参数

型号

WS100-120

蓄电池额定电压

120V

太阳能额定功率

10kW

卸载开始电压（出厂值）

140V

卸载控制方式

PWM脉宽调制

显示方式

LCD（液晶屏显示）

显示内容

蓄电池电压、光伏电压、光伏电流、光伏功率

工作温湿度范围

-20~+55℃/35~85%RH（但无结露）

静态电流

≤30mA

温度补偿（可选）

-4mV/℃/2V,–35℃--+80℃,精度：

±1℃

通信方式（可选）

RS232、RS485、RJ45、GPRS、USB

为了更好的服务于客户，我公司可根据客户要求调整和配置参数。

性能特点

1.数字化设计，结构简单，功能强大，稳定可靠；

2.卸载采用无触点功率器件，寿命长；

3.具有过充、防反接、开路、太阳能防反充、防雷等完善的保护功能；

4.高性能控制器卸载方式采用高频PWM方式，实现限压控制，保证最佳的充电效果；

5.LCD控制器可直观显示系统运行参数，如：

蓄电池电压、光伏电压、光伏电流、光伏功率。

2.7.3逆变器

性能参数

型号

WI100-120-S-220-50

额定蓄电池电压

120VDC

额定输出容量

10kVA

额定输出电压

220VAC

输出频率

50±0.05Hz

空载电流

1.00A

输出波形

纯正弦波

过载能力

120%1分钟,150%10秒

逆变效率

最大90%

波形失真率

≤5％

动态响应

5%

噪音

≤40dB

绝缘强度

1500VAC,1分钟

工作温湿度范围

-20~+55℃/35~85%RH（但无结露）

使用海拔

≤4000m

市电切换功能（可选）

自动切换

为了更好的服务于客户，我公司可根据客户要求调整和配置参数。

性能特点

1.数字化设计，结构简单，功能强大，稳定可靠

2.采用环形隔离变压器空载损耗，逆变效率高

3. 纯正弦波，自动稳压、稳频输出，波形失真率≤5%

4. 较强的过载能力，120%过载可正常工作1分钟；150%过载可正常工作10秒钟

5.高可靠性；高稳定性；高抗震动性；低噪声，噪音≤40dB

6.输入输出回路完全隔离设计，提高了产品的运行稳定性

7.LCD直观显示蓄电池电压，交流输出电压，以及过压、欠压、过载、过热等故障状态，便于客户及时了解机器运行情况

8.具有过压、欠压、过载、过热、短路、防雷等完善的保护功能和报警提示功能

9.市电切换功能，保证了负载工作的连续性和稳定性

2.7.4蓄电池

性能特性

1.采用优质、高纯度高锡铅多元合金及超纯电解液，电池自放电小；

2.良好的深度放电恢复性能，专利极板技术，可以有效提高电池的低温性能及接收充电能力，电池适用温度宽广，可在-30℃～45℃范围内使用，电池最佳工作温度为25℃；

3.应用在太阳能系统中，应对长期充电不足与频繁放电适应能力更强；

4.先进的设备保证了电池的一致性良好；

5.独特技术处理的防水型引线蓄电池，为太阳能路灯产品的稳定运行提供可靠的保障；

技术参数

电池型号

额定电压（V）

容量（AH）

外形尺寸

重量（KG）

端子形成

长

宽

高

总高

JYHY121200S

12

120

406

174

225

233

35.5

F5

3.工程费用概算

种类

规格

数量

单价

合计

太阳能电池板

43.7V160W

40片

2400元

100000元

太阳能专用电池

12V120AH

50块

1000元

50000元

逆变器

WI100-120-S-220-50

1个

15000元

15000元

控制器

WS100-120

1个

8000元

8000元

其他（支架等）

12000元

12000元

合计

185000元

4.经济和社会效应

独立系统:

它由太阳能电池采集阳光，转化为电能，通过控制和逆变设备，把直流电转换成目前家庭通用的220V交流电。

目前采用高性的胶体铅酸蓄电池作为储能装置，有可有效地为业主在任意时间连续提供电力。

它的配置主要包括:

太阳能电池板（光伏组件）,控制器,逆变器,供配电柜等设备,主要应用于与国家电网离得比较远的别墅,比如,在一些山区,林地或离城市较远的郊区.这种别墅由于配高低压电线和安装成本昂贵（包括输电线路,电线竿/电塔安装）,比较适合安装太阳能独立系统.

1.优势特点

1）使用寿命长,无需专人维护.其中太阳能电池寿命长达25年以上.

2）自给自足，蓄电池作为蓄能装置，把白天太阳能电池收集的电能储存起来，方便业主使用，阴雨天气,可按用户要求连续供电（3-10天）;

3）一次投资,终身受益,太阳能清洁无辐射,无污染.

4）绿色能源,安全环保.间接地减少对大气二氧化碳等温室气体的排放。

5）安全可靠、无噪声、无污染、能量随处可得，不受地域限制

6）无须消耗燃料，无机械转动部件,无须另外架输电线路，可以按照业主的要求，方便地与任意地面或建筑物相接合.

7）建造的周期很短，实际建造时间按规模大小来算。

8）不破坏建筑的外观。

太阳能电池板一般安装在屋顶或倾斜面，不会破坏原有建筑外观，甚至有时会增加其建筑的美感。

2.减排效果:

光伏发电属于清洁可再生能源，无论从能源角度，还是从环境角度，都是未来发展的重点，光伏并网发电的推广应用，无疑会带来良好的环境效益。

每KWh电耗煤：

目前我国发电耗煤为平均390g标煤/KWh（能源基础数据汇编，国家计委能源所，1999。

1,p16）按照EPIA的估计，光伏发电取代柴油发电机的CO2减排效果为1Kg/KWh;光伏并网发电的平均减排效果为0.6Kg/KWh。

到2020年，全世界光伏发电的累计安装量将达到195GWp，其中大约50％为光伏并网发电。

2000－2020年通过光伏发电达到的CO2的减排量将是7亿吨，仅2020年当年CO2的减排将达到1.64亿吨，相当于4400万辆汽车或75个大型火力发电厂的排放量。

5.结束语

以上所提方案只是个人根据一般情况假而设计的，具体的方案需要根据具体的案例进行设计，例如，太阳能电池板的布置，电池及控制器、逆变器摆放位置和支架的形状设计等方面。

这样才能充分的发挥风光互补发电系统的清洁、环保、低碳、节约能源等众多优势。

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