5kW并网型不可调度式光伏发电系统设计毕业论文.docx
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）
辽宁工业大学
光伏发电技术课程设计（论文）
题目：
5kW并网型不可调度式光伏发电系统设计
院（系）：
新能源学院专业班级：
学 号：
学生姓名：
指导教师：
（签字）起止时间：
2015.12.14-2015.12.25
II
本科生课程设计（论文）
院（系）：
新能源学院 教研室：
电气教研室
学号 121806014 学生姓名 甘可新 专业班级 电气（光伏）121
课程设计
I
（论文）题目
课程设计
（论文
）任务
5kW并网型不可调度式光伏发电系统设计
并网型不可调度式光伏发电系统由于没有储能设备，所以系统包括发电、逆变、输出并网四环节，每个环节根据需要可独立或与其它部分组合成一体。
最大发电功率5kW，输出电压220V。
设计过程中，需要计算的要有计算依据和过程。
主要设计内容：
1.太阳能电池板设计及选择
2.汇流设备设计及选择
3.逆变器设计及选择
4.并网方法及设备设计
第1天 查阅收集资料
第2天 总体设计方案的确定
度
第4、5天 太阳能电池板设计及选择进 第6天 逆变器设计及选择
计 第7天 并网方法及设备设计划
第8天 汇流设备设计及选择
第9、10天设计说明书完成
指导教师
评 平时：
论文质量：
答辩：
语
及
成 总成绩：
指导教师签字：
绩
年 月 日
注：
成绩：
平时40%论文质量60%以百分制计算
本科生课程设计（论文）
摘要
论文主要完成了5kw光伏并网发电系统的设计工作，并提出了一种光伏并网中孤岛效应的检测方法，设计了双闭环电流电压结合SVPWM算法在逆变侧的仿真，首先对光伏发电系统进行了概括，说明了本文研究内容，对光伏发电系统总体进行设计，然后再进行设备的选择，对太阳能电池板的选择，对逆变器进行了设计，对汇流箱进行设计，再进行并网设计，最后做出了总结，对各个部分进行仿真实验。
关键词：
孤岛效应；SVPWM算法；太阳能电池板；汇流箱；
II
目录
第1章绪论 1
1.1光伏发电系统概况 1
1.2本文研究内容 2
第2章光伏发电系统总体设计 3
第3章发电系统设备选择及设计 4
3.1太阳能电池板的选择 4
3.2逆变器设计 6
3.3CPU控制系统 7
3.4汇流箱设计 7
3.5并网设计 8
第4章总结 12
参考文献 13
III
第1章绪论
1.1光伏发电系统概况
我国的光伏发电产业早起源于上世纪70年代。
但是在整个70年代，光伏发电的应用领域十分有限，发展十分缓慢，发电功率很小，光伏电池年销售量也不超过10KW。
90年代以来，改革开放为光伏发电广泛应用和市场开拓创造了有利的市场条，光伏电池的使用量每年以20%以上的速度递增。
经过30多年的努力，中国的光伏发电产业迎来了快速发展的新阶段。
进入21世纪以后，在
“光明工程”和“送电到乡工程”等国家项目推动及世界光伏发电市场飞速发展的有力拉动下，我国光伏发电产业得到了迅猛发展。
2008年，中国取代日本成为世界上大的光伏电池生产国，产量为1.8GW；其次为德国，产量为1.3GW；再次为日本，产量为1.2GW。
对于光伏并网发电方面的应用我国起步比较晚。
2009江苏省成为我国第一个实 施太阳能电价买回上网的政策的省，仅江苏省
2009年的市场规模就有望达到2008年全国的2倍。
我国光伏发电预计到2020年累计装机容量达到30GW，发电总量占到全国发电总量的1%。
2010年以前，中国的太阳能电池多数是用于独立发电系统。
2011年以后中国的光伏发电将会转向并网发电系统。
15
本科生课程设计（论文）
1.2本文研究内容
研究将太阳光辐射能直接转换为电能电能的一种新型发电系统。
发电系统的主要部件是光伏电池、蓄电池、控制器和逆变器。
并通过以上部件进行的组合设计一个，5kW并网型不可调度式光伏发电系统设计，防止孤岛效应的发生。
并且与电网相连，向电网输送电力。
并且是不含储能设备的不可调度并网发电系统。
逆变器具有连接电网功能，不可调度有点省去蓄电池，降低运行成本提高系统运行和电网稳定性。
本科生课程设计（论文）
第2章光伏发电系统总体设计
光伏发电系统一般是由光伏电池板、太阳能控制器、逆变器等组成。
如下。
1）光伏电池板：
光伏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。
光伏发电中太阳能电池板的主要作用是将太阳的辐射能转换为电能，可以输往蓄电池保存起来，可以直接推动负载运行，也可以直接并入电网。
（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。
由于光伏电池阵列具有很强的非线性特性，光伏电池最大功率点跟踪是为了保证光伏电池阵列在变化的日照和环境温度下可以保持输出相应的最大功率。
我国目前应用的大多数是简单的控制器，智能型控制器仅用于通信系统和较大的光伏电站。
（3）逆变器：
逆变器的主要功能是交直流转换，这个部件最重要的指标是可靠性和转换效率。
因为在很多场合，需要提供220VAC、110VAC的交流电。
由于太阳能的直接输出一般都只有12VDC、24VDC、48VDC。
为了能向220VAC的电器或电网提供稳定的电能，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。
并网逆变器采用最大功率跟踪技术，最大限度把太阳能电池转换出的电能送入电网。
图2.1总体设计方案图
（4）蓄电池：
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。
由于我国目前没有用于光伏发电系统的专用电池，所以经常使用的还是铅酸蓄电池。
在并网发电系统中可以不用蓄电池，这样既可以极大的减小成本，又减小对环境的污染。
图2.1总体设计方案图
第3章发电系统设备选择及设计
3.1太阳能电池板的选择
光伏电池是由太阳光的光能转换为电能的装置。
光伏电池和我们传统概念上的电池有很大的不同，光伏电池本身只是一个光转换的装置，本身不能储存能量，它是利
[7]
用光伏效应将太阳能转换成电能的器件 。
现在常用的光伏电池大多数为半导体
光伏电池。
光伏电池就是一个巨大的p-n结半导体材料，可以把照在其表面的太阳光照能转化为电能。
其中单晶硅光伏电池研发的最早，晶体硅的形式可以是p型或n型。
如果基底材料为p型，那么把它加热后放在含有n型杂质的蒸汽中，就会在基底上形成一个带有很薄的n型材料的p-n结，这就是一个n在p上的晶体硅光伏电池的过程，制作工艺上要求n型要做的非常薄，可以透光。
同理也可以得到p在n上的晶体硅太阳能电池。
当前光伏电池主流为硅产品，占90%以上市场份额，其他技术还包括锑化镉、铜铟镓硒光伏电池等。
由于在制造成本、污染控制等方面具优势，硅产品在较长时期内仍将居主导地位。
太阳能电池准备搭建为三行十列，试验装置采用支架结构，太阳能组件在长
度方向上与楼宇顶部南墙平行摆放。
太阳能组件面板正面与地面夹角倾斜34度朝南
图3.1.a光伏电池板安装总体示意图
在光伏电池短路情况下，流过光伏电池板的电流可以将其称为短路电流，可以用Isc表示。
Isc与太阳光的辐射度成正比，与光伏电池板面积成正比，与所处的环境温度成正比。
通过PN结的总扩散电流叫做二极管电流表示为ID，方向与Isc相反。
电池板在电路两端断开时，两端的输出电压表示为Voc表示开路电压。
Voc与太阳光光谱辐射度的对数成正比，与温度成反比。
Rs为光伏电池串联电阻，串联电阻主要包括电池板电阻、电极导体电阻、表面电阻、电极与硅表面接触电阻。
串联电阻越大，线路损失越大，光伏电池输出效率越低。
在实际的太
[16]
阳能光伏电池中，一般串联电阻都比很小
。
Rsh
为太阳能光伏电池的旁漏电阻，
旁漏电阻的产生一般是由于电池板制作工艺存在缺陷因而会形成漏电导致本来要流过负载RL的电池光生电流短路。
比串联电阻要大的多，一般在103Ω以上。
Rsh和Rs都是太阳能光伏电池的内部电阻，因为Rsh很大、Rs很小，所以进行理想电路建模计算时，Rs和Rsh均可以被忽略。
Ipv为与日照强度成正比例的光生电流，在太阳光照强度稳定时，可以在太阳能光伏电池等效电路中可以当作是
一个恒流源[17]。
太阳能光伏电池的两端接入负载RL后，电池板产生的电流Ipv
经过负载，负载RL的两端形成端电压Uout，光伏电池的输出电压Uout反作用于太阳能光伏电池板PN结上，产生一个与Ipv方向相反的电流ID，叫二极管电流ID。
如图3.1.b所示。
图3.1.b光伏电池的等效模型
选择XJPV800-175W单晶硅光伏电池组件，该组件工作电压为25.2V，开路电压为43V。
光伏电池组件串并联方案：
采用PVI-50K3并网逆变器，直流工作电压范围为：
450~820V，为防止温度变化导致直流输入电压的变化，最佳电压工作点一般取电压范围的中间值，工程中选取直流工作电压即为560V。
每个光伏电池串列组件的数量Ns：
本科生课程设计（论文）
Ns=560/35=16
单个光伏电池串列峰值功率P：
P=16×175W=2800W
光伏电池串列并联个数Np；
Np=5000/2800=1.78
取整：
Np=2
5KW光伏阵列单元设计为2列光伏直路并联，每列由16块电池组件串联而成，共计32块。
3.2逆变器设计
逆变器能够灵活的控制输出电流或电压的频率和幅值等参数，使用户得到想要的交流信号。
而且逆变器发展到现代拥有体积小，重量轻，高效节能，动态响应快，控制性能好。
使得逆变器得到了极为广泛的应用。
例如光伏发电、UPS
（不间断电源系统）、通信开关电源、电动机制动再生能量回馈、直流输电 等等。
所谓的脉冲宽度调制（PWM），是英文“Pulse-Width-Modulation”的缩写。
是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的技术，脉冲宽度调制是一种模拟方式，根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，实现开关稳压电源输出或晶体管导通的时间进行调节。
按照产生方式的不同，PWM控制技术可以分成：
正弦PWM（SPWM）、最小纹波电流PWM、空间矢量PWM（SVPWM）等。
其中SPWM（SinusoidalPWM）法是一种最成熟，应用最广泛方法，它的基本原理是通过三角载波与正弦调制波之间的比较而得到，这种方式非常适合在 模拟电路中实现。
但是，SPWM所存在的缺点就是对直流电压的利用率低，而且在数字电路中实现比较困难。
由于这两个比较难以克服的缺点 SPWM的发展受到了很大的限制，在这种情况下上世纪80年代中期出现了SVPWM。
SVPWM最早出现是应用于交流电机调速中，是基于磁通轨迹控制思想，其物理概
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