家庭用分布式光伏发电系统的毕业设计.docx

1、家庭用分布式光伏发电系统的毕业设计滁州职业技术学院机电工程系毕业设计课题：家庭用分布式光伏发电系统的设计设计时间：班级：光伏材料的加工与应用学号：姓名：指导教师：完成日期：年 月 日家庭用分布式光伏发电系统的设计摘 要将太阳能直接转换为电能的技术称为光伏发电技术。是利用半 导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这 种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装 保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就 形成了光伏发电装置。光伏发电的优点是较少受地域限制，因为阳 光普照大地；光伏系统还具有安全可靠、无噪声、低污染、无需消 耗燃料和架设输电线路即可就

2、地发电供电及建设周期短的优点。光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳能电池将太阳光 能直接转化为电能。本次设计是家庭用分布式光伏发电系统设计， 家庭用分布式光伏发电系统是指利用光伏发电技术，在家庭的屋顶 或墙壁等场地建立发电系统，多余电量可以送入当地配电网中的发 电方式。此次设计内容包括了对光伏发电系统的容量设计和光伏发 电系统的配置设计，容量设计主要对光伏组件和蓄电池的容量进行 设计与计算，确定光伏组件和蓄电池的数量，发电系统的配置设计 时对光伏发电系统中的光伏组件型号、安装方式及配套设备与设施 进行设计。本设计是为家用式光伏发电系统，具有节能，无 污染运 用方便等特点。关键词：光生伏特效

3、应 太阳能电池板 逆变器致谢毕业 设计已经 接近了尾 声，这也意味着我的 大学生活就要结束 了，学生活一晃 而过，回 首走过的岁月，心中倍感 充实，当 我写完 这篇毕业论文的时候，有一种如释重负的感觉，感慨良多。首先，我要特别感谢我的指导老师朱山川老师。做设计的过程 是艰辛的 ，但是 在我的 努力之下 还是完成 了。在 这个过程中朱老师 给了我很 大的帮助，没 有他的尽 心指导和 严格的要求，我 也不会顺 利完成这 次设计。每 次遇到难题 ，我 最先做的 就是向 朱老师 寻求帮 助 ，而 朱 老 师 每 次 不 管 忙 或 闲 ，总 会 抽 空 来 找 我 面 谈 ，然 后 一 起 商 量解决

4、的 办法。朱 老师平日里工 作繁多 ，但我 做毕 业设计的 每个阶 段 ，都 给 予 了 我 悉 心 的 指 导 。这 一 个 星 期 以 来 ，朱 老 师 不 仅 在 学 业 上给我以 精心指导，同 时还在思 想给我以 无微不至的关怀，在 此谨 向朱老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。其次，还要感谢这三年来教我知识的每位老师们，毕业论文能 够顺利完成，你们也都有很大的功劳。最后，我要向系部领导以及院部领导对我们的悉心领导，使我 们在朝往正确的前进，以及给我们创造如此丰富多彩的校园生活。 使我们度 过了有意义的大学 三年。再 次，我 由衷的 表示感谢 。谢 谢 你 们 。还 有 就 是 要 向 这

5、 三 年 大 学 生 活 期 间 所 有 帮 助 过 我 的 同 学 们 以 及各位朋友们说一声谢谢。写作 毕业论文 是一次再 系统学习 的过程，毕 业论 文的完 成，同 样也意味 着新、生 活的 开始。希 望大 家在将来的 生活中继续追逐最 初的梦想，永不放弃。作者：曾凡兵201 4 年 11 月 5 日第一章 绪 论 11.1光伏发电技术的优势 11.2光伏发电技术的运用 2第二章 任务分析 4第三章 家庭用分布式光伏发电系统设计 . 83.1结构设计 83.2容量设计 93.2配置选型 103.4 安装方式设安计 11第四章 总结和展望 16参考文献 17插图清单图 3-1家用光伏发电系

6、统图 3-2家庭式太阳能光伏发电系统的结构图图 3-3光伏组件的安装轴侧示意图图 3-4支架安装示意图图 3-5组件正面摆列图图 3-6光伏组件板正反面示意图图 3-7接线盒图第一章 绪 论1.1光伏发电技术的优势 太阳能光伏发电的过程没有机械转动部件也不消耗燃料，并且不排放包括 温室气体在内的任何物质，具有无噪声、无污染的特点；太阳能资源没有地域 限制，分布广泛且取之不尽，用之不竭。因此，与其它新型发电技术 （ 风力发电 与生物质能发电等 ） 相比，太阳能光伏发电是一种具可持续发展理想特征 （最丰 富的资源和最洁净的发电过程）的可再生能源发电技术，其主要优点有以下几 点。1、太阳能资源取之不

7、尽，用之不竭，照射到地球上的太阳能要比人类目前 消耗的能量大 6000 倍。而且太阳能在地球上分布广泛， 只要有光照的地方就可 以使用光伏发电系统，不受地域、海拔等因素的限制。2、太阳能资源随处可得，可就近供电。不必长距离输送，避免了长距离输 电线路所造成的电能损失，同时也节省了输电成本。这同时也为家用太阳能发 电系统在输电不便的西部大规模使用提供了条件。3、太阳能光伏发电的能量转换过程简单，是直接从光子到电子的转换，没 有中间过程（如热能转换为机械能，机械能转换为电磁能等）和机械运动，不 存在机械磨损。根据热力学分析，光伏发电具有很高的理论发电效率，可达 80 以上，技术开发潜力巨大。4、太

8、阳能光伏发电本身不使用燃料， 不排放包括温室气体和其他废气在内的任何物质，不污染空气，不产生噪声，对环境友好，不会遭受能源危机或燃 料市场不稳定而造成的冲击，是真正绿色环保的新型可再生能源。5、太阳能光伏发电过程不需要冷却水，可以安装在没有水的荒漠戈壁上。 光伏发电还可以很方便地与建筑物结合，构成光伏建筑一体化发电系统，不需 要单独占地，可节省宝贵的土地资源。6、太阳能光伏发电无机械传动部件，操作、维护简单，运行稳定可靠。一 套光伏发电系统只要有太阳能电池组件就能发电，加之自动控制技术的广泛采 用，基本上可实现无人值守，维护成本低。7、太阳能光伏发电工作性能稳定可靠，使用寿命（ 30 年以上）

9、。晶体硅太阳能电池寿命可达 2035 年。在光伏发电系统中，只要设计合理、造型适当， 蓄电池的寿命也可长达 1015 年。8、太阳能电池组件结构简单，体积小，重量轻，便于运输和安装。光伏发 电系统建设周期短，而用根据用电负荷容量可大可小，方便灵活，极易组合、 扩容。1.2光伏发电技术的运用家用并网系统：这是发达地区最流行的家庭和企业级太阳能光伏发电系统 应用类型。允许将光伏系统产生的多余电能输送至电网，卖给公用机构。当没 有太阳时，再从电网输出电力。逆变器用来将光伏系统产生的直流电（ DC）转换为运行一般电气设备所需的交流电（ AC）。并网发电厂：在一个厂区位置上，这些也并入电网的系统产生大量

10、光伏电 能，其容量从几百千瓦到几兆瓦。其中一些电厂位于机场或火车站等大型工业 建筑内，这类电厂利用已有的可用空间，补偿了高耗能用户所需的部分电能。农村电气化离网系统：在不通电的地方，光伏系统通过充电控制器连 接到电池。可以使用一个逆变器提供交流电源，供普通电器使用。典型的离网 应用是为偏远地区（如山区房屋和发展中国家的地区）供电。农村电气化是指 如下两类所以本次设计是家庭用分布式光伏发电系统设计，家庭用分布式光伏发电 系统是指利用光伏发电技术，在家庭的屋顶或墙壁等场地建立发电系统，不以 大规模远距离输送电力为目的，所产生的电力除用户自用和就近利用外，多余 电量可以送入当地配电网中的发电方式。

11、在国外，目前，西班牙的电网调度尚不具备远程监控和控制大规模光伏发电的 能力，原因是输电运营商仅要求 1 万千瓦以上的光伏发电项目安装遥测装置， 而西班牙还没有如此大规模的光伏项目。随着兆瓦级项目的增 应用：可满足一个家庭基本用电需求的小型家用太阳能系统；或可为几个家庭提供足够电能、 稍大些的小型太阳能电网。混合系统：太阳能系统可与其它种类的能源（例如生物质能发电、风力发 电或柴油发电）组合在一起，以确保持续稳定供应电力。混合动力系统可以是 并网的、独立的或求，如升级改造接入点的上级变压器，重新配置馈线的电压 条件和控制设备等。德国的研究机构认为，要满足德国的光伏发展目标，需要 额外新建 19.

12、5 万至 38 万千米高压和中压配网线路，相应的投资为 130 亿欧元 270 亿欧元。 全社会分摊分布式光伏发电接入引起的电网改造成本。国外政 府通由电网提供后备支持。离网工业应用：在电信领域，经常需要把太阳能发电用于远程应用，尤其 是在需要将偏远农村地区与国内其它地区连接起来的场合。由光伏或混合动力 系统供电的移动电话中继站应用，也有很大潜力。其它应用还包括：交通信号 灯、海航支持系统、保安电话、远程照明、公路标志和废水处理厂等。因为它 们能为那些电力传送不到的地区提供动力，从而避免了铺设线网的高成本，所 以，目前这些应用具有成本优势。多，这些项目缺乏遥测设备将对电网运行产 生显著影响。

13、分布式电源的大规模发展，需要投入大量资金升级电网。目前， 德国已经开始采取一些间接措施来满足分布式电源接入配电网的要过征收电价 附加，来支持必要的电网改造和分布式电源的接入。国光伏企业进口的光伏电 池产品启动反补贴调查。在此情况下，光伏行业将目光转向国内市场。在我国分布式光伏发电近 3 年呈现爆发式增长。从 2009 年开始实施特许 权招标，推动地面大型光伏电站建设。同年，开始了“金太阳”工程和光电建 筑示范项目，给予分布式光伏发电系统补贴，并按照投资规模的大小，确定补 贴额度。截至 2011 年年底，国家已公布的光电建筑示范项目规模约为 30 万千 瓦；“金太阳”工程已公布的规模约为 117

14、 万千瓦。在家庭的屋顶或墙壁等场地 建立发电系统，不以大规模远距离输送电力为目的，所产生的电力除用户自用 和就近利用外，多余电量可以送入当地配电网中的发电方式。这就大大减轻了 我国火力发电的负担，而且绿色环保，无污染。家庭用分布式光伏发电系统是 指利用光伏发电技术。第二章任务分析我国辐源辽阔，有着十分丰富的太阳能资源。大体上，我国约有 2/3以上的地区太阳能资源较好，特别是青藏高原、新疆、甘肃、内蒙古一带，这些地 区利用太阳能的条件尤其有利。根据各地接受太阳总辐射的多少，可将全国划 分为四类地区。如下表，表2-1全国各地太阳能总辐射量与年平均日照当量地区类别地区太阳能年辐射量年日照时 数标准光

15、照 下年平均 日照时间（时）MJ/m22年kWh/m?2年-一一宁夏北部、甘肃 北部、新疆南部、青海西部、西藏 西部6680-84001855-23333200-33005.08-6.3-二二河北西北部、山 西北部、内蒙古 南部、宁夏南部、 甘肃中部、青海 东部、西藏东南 部、新疆南部5852-66801625-18553000-32004.45-5.08-三山东、河南、河 北东南部、山西南 部、新疆北部、 吉林、辽宁、云 南、陕西北部、 甘肃东南部、广 东南部、福建南 部、江苏北部、 安徽北部、台湾 西南部5016-58521393-16252200-30003.8-4.75四湖南、湖北、广

16、 西、江西、浙江、 福建北部、广东 北部、陕西南部、 江苏南部、安徽 南部、黑龙江、 台湾东北部4190-50161163-13931400-22003.1-3.8表2-2我国主要城市的辐射参数表城市最 佳 倾角/（）纬度/（）平 峰 日 时/ h均 值 昭 八、 数水平面年平均 辐射量倾斜年辐量面 射斜面修 正系统kW2 h/mkJ/ m2北京+439.85.011547.5570.1828.551.0976313天津+539.14.651455.5239.1695.431.0692549哈尔+345.684.391287.4636.1605.801.1400滨946沈阳+141.774.6

17、1398.5034.1679.311.0671464长春+143.904.751376.4953.1736.491.1548058呼和+340.785.571680.6049.2035.381.1468浩特43 25太原+537.784.831527.5497.1763.561.1005023乌鲁+1243.784.61466.5279.1682.451.0092木齐494西宁+136.755.451701.6123.1988.951.1360016兰州+836.054.41517.5462.1606.210.9489396银川+238.485.451678.6041.1988.741.155

18、9299西安+1434.33.591295.854665.11313.1 90.9275上海+331.173.81293.4657.1388.120.9900724南京+532.003.941328.4781.1440.431.0249092合肥+931.853.691269.4571.1348.370.998896杭州+330.233.431183.4258.1254.380.9362018南昌+228.673.81327.4779.1390.40.8640593福州+426.083.451216.4380.1262.390.8978774济南+636.684.441423.5215.162

19、1.621.0630817郑州+734.724.041351.4866.1476.021.0476722武汉+730.633.81338.4818.1389.740.9036434长沙+628.203.211153.4152.1175.000.8020516广州-723.133.521227.4420.1287.840.8850822海口+1220.033.841402.5049.1369.760.8761728南宁+522.823.531268.456 81291.090.823188成都+230.672.881053.3793.1044.710.7553631贵阳+826.582.8610

20、47.3769.1037.720.8135054昆明-825.024.251439.5180.1554.600.9 21 6128拉萨-829.706.712159.7774.2448.641.0964689在设计计算中，需要的基本数据主要有：现场的地理位置，包括地点、纬 度、经度和海拔等；安装地点的气象资料，包括逐月的太阳能总辐射量、直接 辐射量及散辐射量，年平均气温和最高、最低气温，最长连续阴雨天数，最大 风速及冰雹、降雪等特殊气象情况。气象资料一般无法做出长期预测，只能以 过去10年到20年的平均值作为依据。由上表可知，从我国太阳能资源分布情 况来看，合肥位于三类地区，为中国太阳能资源中

21、等类型地区，日辐射量 3.3-4.1KW2 h/m2.合肥纬度为 31.850，则最佳倾角为 40.850。本次设计家庭用 分布式光伏发电系统在合肥，处于中纬度地带，为亚热带湿润季风气候。年平 均气温在15 C -16 C之间，极端最低气温 -20 . 6 C,极端最高气温 38 T以上。年平均辐射量 1269.90KWh/m2，年平均降水量在 900-1000毫米之间。全年气温 变化的特点是季风明显、四季分明、气候温和、雨量适中、春温多变、秋高气 爽、梅雨显著、夏雨集中，总之气候条件优越，气候资源丰富。家庭居住为普 通民房平顶。所以采用支架式安装方式。家庭用电为照明用电及普通电器 。1.根据

22、实际情况，可知该用户全天用电情况，表21A 用户负载情况及全天用电情况表负载名称负载功率(W)数量全天工作时间(h)同时率(%)连续阴雨天节能灯96盏5804天彩色电视机701台4100电风扇251台4100微波炉12001台0.5100洗衣机1501台11002.根据该用户实际用电情况，该用户家用电器全部为交流负载，本次设 计为交流光伏发电系统。防雷方面，我们将太阳能电池板四周的铝合金框架与 支架连接，支架均采用等电位联结。然后通过导线引用大地。这种防雷方式很 适应本设计的家庭，即平顶房。至于备用电源，不再需要。因为该用户采用的 是部分电器用电。另外，从气象部门得到的资料，一般只有水平面的太

23、阳辐射 量，实际使用时必须设法换算到相应阵列倾斜面上的辐射量。国家科技部最近发布的太阳能发电科技发展 十二五”专项规划提出 十二五”期间，要实现光伏技术的全面突破，促进太阳能发电的规模化应用，初步 建立太阳能发电国家标准体系和技术产品检测平台，形成我国完整的太阳能技 术研发、装备制造、系统集成、工程建设、运行维护等产业链技术服务体系 第三章家庭用分布式光伏发电系统设计3.1结构设计1.根据实际情况，该用户为平顶房，所有采用支架式安装方式，效果如下 图。图3-2 家庭式太阳能光伏发电系统的结构图系统配置框图系统包括： 太阳能电池、 控制器、 逆变器、（蓄电池 上图中光伏组件的功能是：太阳能电池：

24、通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置- 控制器：是用于太阳能发电系统中，控制多路太阳能电池方阵对蓄电池充 电以及蓄电池给太阳能逆变器负载供电的自动控制设备。蓄电池组：目前太阳能光伏发电系统中通常使用蓄电池实现储能，常用蓄 电池属于电化学电池。蓄电池在充电时把电能转化为化学能储存起来，放电时 把储存的化学能转化为电能提供给负载使用。一般来讲，太阳能光伏发电系统 白天把太阳能转化为电能，通过充电器和蓄电池把电能储存起来，晚上再通过 放电器把储存在蓄电池里的电能放出来使用。逆变器：将太阳能电池所产生的直流电能转换成交流电的电压的转换装置。3.2容量设计1.488KW;每日耗电量 L约

25、为3.2.1 光伏组件容量设计由统计表知普通家庭家用负载总功率约为1.346kW2 h。太阳能电池组件板的功率 pTT； （3-3）式中，L为负载每天总耗电量； To为平均日照峰值日照时数； n i为蓄电池充电修正系数（0.800.90 ） ; n 2为组件损耗修正系数，通常可取 0.90.95 ; n 3为逆变器损耗修正系数，通常可取 0.90.98。由日耗电量1.346kW2 h,可计算出该系统需要太阳能电池板的总功率约为 Pa=0.72KW,由此可以选择总功率为 0.75KW的太阳能组件方阵，一般采用太阳能电池标准组件，通过串并联构成所需要功率的太阳能电池方阵。功率 250W多晶太阳能电

26、池组件，再用 3块该太因，蓄电池容易损坏；容量太小，容易造成过放电，不能满足负载用电需要。322 蓄电池容量设计在独立型家庭式太阳能光伏发电系统中，蓄电池是仅次于光伏组件的最重 要部件，而且随着光伏组件价格的不断降低，蓄电池在总投资中的比例正在逐 渐增加。所以，合理配置蓄电池容量十分重要：容量过大，不仅增加投资，而 且会造成蓄电池充电不足，长期处于亏电状态，加上自放电等原蓄电池容量两 个文献，蓄电池容量的计算可以根据用电负荷和连续阴雨天数来确定，实际计 算可按式（3-4）：(3-4 )SLDOD ： out式中，C蓄电池容量，S 蓄电池供电支持的天数（一般取 2.55.0d ）,即连续阴雨天数

27、，由表 3-1可知，取4天；L 负载平均每天用电量 ,;DOD蓄电池放电深度（一般取 0.8 ） , n out -从蓄电池到负荷的效率 ：n out = Fo3Fi,Fo 交流配电电路效率 （一般取0.95 ） ,Fi 逆变器效率（一般取0.900.98 ） ,K蓄电池放电容量修正系数（一般取 1.2 ）等于蓄电池 Amp-hour效率的倒数。根据系统要求计算日耗电量 L=1.346kW2 h，再根据式（3-4），可算出蓄电池组的容量C值为9kW2 h,选择12V的标称电压铅酸蓄电池单体，串联成 24 V电池蓄电池组；根据电池组容量安时数等于所需瓦时除以电池组电压，得电池组的 容量C = C/24 = 375Ah ，所以可选择 4个12 V，200 Ah的密封免维护铅酸蓄电 池先两两串联后再进行并联，即可接成满足需要的蓄电池组。3.2配置选型1.太阳能电池组件：选用选安徽省旭腾光伏有限公司的 STP6-250单晶硅系列太阳能电池组件， 该组件采用6*15，共计90块每块电压为 0.5V，功率为2.8W的太阳能电池板串联，电压 45V，功率块进行并联。