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小型独立光伏发电系统（4KW)的设计

2018-02-18 14:38阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/1876939427


小型独立光伏发电系统（4KW)的设计
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资源发电技术,可以有效缓解能源危机。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，应用范围逐步扩大，我国光伏发电产业的前景十分广阔。本文从用户的实际负载功率出发，根据相应的计算公式，结合负载类型（例如：交流或直流负载）和一些权威气象网站所提供的全年气象资料进行光伏电池板、控制器、逆变器和配电箱以及蓄电池等配件的选型，最终形成整个系统的设计。


关键词：能源 太阳能光伏发电 小型系统 配件选型









目
录
1 引言··························································5
2 独立光伏发电系统概述··········································7
2.1 独立光伏发电系统的概念······································7
2.2.1 结构·····················································8
2.2.2 工作原理·················································9
3 独立光伏发电系统的设计········································9
3.1 系统的设计原则、步骤和内容··································9
3.1.1 系统设计原则············································9
3.1.2 设计步骤和内容··········································9
3.2 系统容量的设计·············································10
3.2.1 数值计算值·············································10
3.3 太阳能电池组件及方阵的设计·································12
3.3.1 光伏组件方阵需要考虑的问题·····························12
3.3.2 太阳能电池组件（方阵）的方位角与倾斜角·················12
3.3.3 一般设计方法···········································13
3.4 直流接线箱的选型···········································16
3.5 光伏控制器的选型···········································18
3.6 光伏逆变器的选型···········································19
4 结论························································20
5 致谢························································21
6 参考文献····················································21












1 引言
自人类社会诞生以来，能源一直是人类生存和发展的重要物质基础。随着社会的发展，能源在社会发展中的重要性越来越突出，尤其是近年来各国日益呈现出来的能源危机问题更加明显地把能源置于社会发展的首要地位。
根据《BP世界能源统2005》的统计数据，以目前的开采速度计算，全球石油储量可供生产40 多年，天然气和煤炭则分别可以供应67年和164年。而我国的能源资源储量情况更是危机逼人，按2000 年底的统计， 探明可开发能源总储量约占世界总量的10.1%.我国能源剩余可开采总储量的结构为原煤占58.8%， 原油占3.4%，天然气占1.3%，水资源占36.5%。我国能源可开发剩余可采储量的资源保证程度仅为129.7年。
目前世界大部分国家能源供应不足，不能满足经济发展的需要，各国纷纷出台各种法规支持开发利用新能源和可再生能源， 使得新能源和可再生能源在全球升混。20世纪90年代以来，以欧盟为代表的地区集团，大力开发利用可再生能源，连续1 0 年可再生能源发电的年增长速度都在15%以上。以德国、西班牙为代表的一些国家通过立法方式，促进可再生能源的发展，1999 年以来可再生能源年均增长速度均达到3日%以上。四班牙2003 年风力发电装机占到全机总量的4% ，德国在过去11年间，风力发电增长21倍，2003年占全的3.1%， 瑞典和奥地利的生物质能源在其能源消费结构中高达15%以上。
近年来，光伏产业迅速发展，世界太阳电池年产量在最近十年内保持了30%以上的增速，2007 年年增长率达到了50% ，2008 年年增长率甚至达到了100% ，年产量达到6.5GW ， 大阳电池产量迅速增加的动力来自于世界对太阳能等清洁能源持续增长的需求，2008 年世界光伏系统新装机容量达到5.95 GW ，比200 7年增长了110%。按照目前光伏组件4.5 $/W的价格计算，世界光伏市场规模接近三百亿美元.
新能源是国家“十二五”规划重点要求发展的产业，政策对其扶持力度很大。2009年3月，由科技部、国家发改委等部门联合举办的2009年中国国际节能和新能源科技博览会上集中展示了节能减排和新能源科技的重大成果，引起了国内外的广泛关注。2009年5月全国财政新能源与节能减排工作会议指出，国家财政要全力支持新能源发展和节能减排工作，重点加快启动国内光伏发电市场、开展节能与新能源汽车示范推广试点等十项工作。
我国拥有丰富的新能源与可再生能源可供开发利用，近十年来的高长使我国迫切需要加大对新能源和可再生能源的开发利用，以解决能源题，保障能源供应安全。近年来，由于各级政府和社会各界的高度重视可再生能源的开发和利用方丽取得了较快发展，并于2005年2 月28日通过了《再生能源法》，该法已于2006年1月1日起实施，这对于我国可再生能具有十分重要的意义。
小型独立光伏发电系统（4KW)的设计
图1 我国不同地区的太阳能资源分布图
表1 我国各地区的太阳能资源及分布
序号
 地区
 年日照时数
 年辐射总量
千卡/cm2.年
1
 西藏西部、新疆东南部、青海西部、甘肃西部
 2800-3300
 160-200
2
 西藏东南部、新疆南部、青海东部、宁夏南部、甘肃中部、内蒙古、山西北部、河北西北部
 3000-3200
 140-160
3
 新疆北部、甘肃东南部、山西南部、陕西北部、河北东南部、山东、河南、吉林、辽宁、云南、广东南部、福建南部、江苏北部、安徽北部
 2200-3000
 120-140
4
 湖南、广西、江西、浙江、湖北、福建北部、广东北部、陕西南部、江苏南部、安徽南部、黑龙江
 1400-2200
 100-120
5
 四川、贵州
 1000-1400
 80-100
2 独立光伏发电系统概述
2.1 独立光伏发电系统的概念：
独立光伏发电系统是指仅仅依靠太阳能电池供电的光伏发电系统或主要依靠太阳能电池供电的光伏发电系统，在必要时可以由泊机发电、风力发电、电网电源或其他电源作为补充。
从电力系统来说， kW级以上的独立光伏发电系统也称为离网型光伏发电系统。
小型独立光伏发电系统（4KW)的设计
图2独立光伏发电系统组成
2.2 独立光伏发电系统的结构及工作原理
2.2.1 结构
通过太阳能电池将太阳辐射能转换为电能的发电系统称为太阳能光伏发电系统，也可叫做太阳能电池发电系统。尽管太阳能光伏发电系统应用样式多种多样，应用规模跨度也很大，从小到不足一瓦的太阳能草坪灯，大到几百千瓦甚至几兆瓦的大型光伏发电站，但太阳能光伏发电系统的组成结构和工作原理基本相同。其主要结构由太阳能电池组件（或方阵）、蓄电池（组）、光伏控制器、逆变器（在有需要输出交流电的情况下使用）以及一些测试、监控、防护等附属设施构成。

小型独立光伏发电系统（4KW)的设计
图3 独立型太阳能光伏发电系统工作原理
2.2.2 工作原理
太阳能电池方阵吸收太阳光并将其转化成电能后，在防反充二极管的控制下为蓄电池组充电。
直流或交流负载通过开关与控制器连接。
控制器负责保护蓄电池，防止出现过充或过放电状态，即在蓄电池达到一定的放电深度时，控制器将自动切断负载，当蓄电池达到过充电状态时，控制器将自动切断充电电路。
有的控制器能够显示独立光伏发电系统的充放电状态，并能贮存必要的数据，甚至还具有遥测、遥信和遥控的功能。
在交流光伏发电系统中， DC-AC逆变器将蓄电池组提供的直流电变成能满足交流负载需要的交流电。
3 独立光伏发电系统的设计
3.1 系统的设计原则、步骤和内容
3.1.1 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。做到既能保证光伏系统的长期可靠运行，充分满足负载的用电需要，同时又能使系统的配置最合理、最经济，特别是确定使用最少的太阳能电池组件功率和蓄电池的容量。协调整个系统工作的最大可靠性和系统成本之间的关系，在满足需要保证质量的前提下节省投资，达到最好的经济效益。
3.1.2 设计步骤和内容：
太阳能光伏发电系统的设计步骤和内容如图4所示。
小型独立光伏发电系统（4KW)的设计
图4 太阳能光伏发电系统设计内容与步骤
3.2 系统容量的设计：
目标: 优化太阳能电池方阵容量和蓄电池组容量的相互关系，在保证独立光伏发电系统可靠工作的前提下，达到成本最低。
要求: 首先对当地的太阳能辐照资源、地理及气象数据有尽量详细的了解，一般要求掌握日平均太阳辐照量、月平均太阳辐照量和连续阴雨天数。
方法: 依据各部件的数理模型，采用计算机仿真，可以拟合出太阳能电池方阵每小时发电量、蓄电池组充电量和负载工作情况，并预测所需要的太阳能电池方阵及蓄电池组的容量。
通过数值分析法，可以解析太阳能电池方阵容量及蓄电池组容量之间存在的相互关系，然后在特定的供电可靠性要求下，根据成本最低化的原则，确定二者
各自的容量。
3.2.1 数值计算值
在本章中，负载的总耗电量为4000w·h/d，选择的逆变器效率为90%，连续阴雨天数为4天，蓄电池的放电深度为70%,系统电压为48V。
蓄电池容量=

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