3KW光伏电站设计毕业论文.doc

编号 淮安信息职业技术学院 毕毕业业论论文文 学生姓名 曹华宇 学 号16101008 系 部电子工程学院 专 业光电子技术 班 级161010 指导教师 吴大军 讲师 顾问教师聂开俊 二 一三年六月 题 目 基于光伏的植物生长环境因子测控基于光伏的植物生长环境因子测控 系统系统 3kw3kw 光伏电站设计光伏电站设计 摘 要 i 摘摘 要要 太阳能是唯一能够保证人类未来需求的能量来源 利用太阳能的最佳方式是 光伏转换 就是利用光伏效应 使太阳光射到硅材料上产生电流直接发电 以 硅材料的应用开发形成的产业链条称之为 光伏产业 包括高纯多晶硅原材料 生产 太阳能电池生产 太阳能电池组件生产 相关生产设备的制造等 本次设计主要是针对基于光伏的温室大棚内植物生长环境因子的检测与控 制 主要涉及单片机 传感器等元件的选取与应用 以及键盘输入 显示电路 报警电路等硬件方面的设计 此外还涉及到虚拟仪器方面的介绍 通过 at89c51 实现单片机与 pc 机之间的串行通讯 但这个不作为重点来进行设计 研究 考虑到温室大棚对温度要求的精度不是很高的因素 系统的执行机构也 就是加热部分 选取两个电阻炉加热工作来实现 这样由单片机 传感器及外 围设备组成一个完整的温室温度检测与控制系统 关键词关键词 光伏 单片机 proteus 软件 keil 软件 at89c51 abstract ii abstract solar energy is the only guarantee of human future demand for energy sources the best use of solar energy is photovoltaic conversion is the use of photovoltaic effect make the sun light to produce direct power current silicon material formed in the application development of silicon materials industry chain called photovoltaic industry including the high purity polysilicon raw material production the production of solar cells solar module production production equipment manufacturing this design is mainly aimed at the detection and control of growth and environmental factors in the greenhouse photovoltaic plants based on selection and application mainly related to scm sensors and other components as well as the keyboard display circuit alarm circuit and other hardware in addition to the introduction of virtual instrument using at89c51 to realize serial communication between scm and pc but this is not an emphasis on design and research considering the factors of temperature required accuracy is not very high in the greenhouse the implementation of the system is also heating section select two resistance furnace heating work to achieve this is composed of a single chip computer sensor and peripheral device is composed of a greenhouse temperature complete detection and control system key words photovoltaic scm proteus software keil software at89c51 目 录 iv 目 录 摘摘 要要 i abstract ii 目目 录录 iii 第一章第一章 绪论绪论 1 1 1 研究的目的和意义 1 1 2 国内外研究现状及发展趋势 1 1 3 主要研究内容 2 1 4 本课题主要任务 2 1 4 1 光伏发电系统的要求 2 1 4 2 光伏系统软件设计 3 1 4 3 光伏系统硬件设计 3 1 4 5 工程施工 5 第二章第二章 基于光伏的植物生长环境因子测控系统方案基于光伏的植物生长环境因子测控系统方案 7 2 1 整体方案 7 2 2 光伏电池板与 led 补光灯功率匹配问题 8 2 3 vc 机软件介绍 9 2 4 传感器选择 10 2 4 1 控制参数分析 温度 10 2 4 2 温度传感器的选择 10 第三章第三章 3kw 光伏电站总体方案设计光伏电站总体方案设计 11 3 1 光伏系统硬件设计 11 3 1 1 光伏组件的设计 11 3 1 2 并网逆变器 13 3 1 3 控制器的选择 14 3 1 4 支架的选择 17 3 2 光伏系统的软件设计 21 3 2 1meteonorm 21 3 2 2 pvsyst 22 3 2 3 中国淮安的气象资料 27 第四章第四章 施工设计施工设计 31 4 1 施工设计总则 31 目 录 v 4 2 施工基本规定 31 4 3 安装工程 32 4 3 1 支架安装 32 4 3 2 组件安装 32 4 3 3 逆变器安装 33 4 3 4 其它电气设备安装 34 4 3 5 防雷与接地 35 4 4 设备和系统调试 35 4 4 1 光伏组串调试 35 4 4 2 跟踪系统调试 35 4 4 3 逆变器调试 35 4 4 4 其它电气设备调试 36 4 5 环保与水土保持 37 4 5 1 施工环境保护 37 4 5 2 施工水土保持 38 4 6 现场安全文明施工总体规划 38 4 7 现场安全施工管理 38 总结与展望总结与展望 41 致致 谢谢 43 参考文献参考文献 44 附录附录 1 硬件图硬件图 45 第一章 绪论 1 第一章 绪论 1 1研究的目的和意义 随着农业科技的不断发展 温室大棚的应用也越来越广泛 为了克服现有 的蔬菜大棚环境参数测量装置测量环境参数单一 无电源地区无法测量的缺点 采用非晶硅薄膜组件与传统农业大棚相结合的方式创造的 光伏农业大棚 不 仅解决了这一问题 而且为国家倡导的绿能农业 节能减排提供了一种良好的 解决方案 光伏农业大棚 能提供农业大棚内照明等所需电力 多余的电还 能并网以供其它需要 另外可与 led 系统相搭配 白天发电的同时 保证植物 的生长 夜晚 led 系统可利用白天发的电 给植物提供光照 延长日照时间 缩短植物生产周期 本文结合科研实际 应用硬件和软件结合的方法 设计了简易的太阳能光 伏电源模拟系统 根据这个简易系统研究分析了太阳能光伏电源的影响因素 合理优化了系统的配置 以提高系统的性能 最终实现 3kw 光伏电站设计 1 2 国内外研究现状及发展趋势 设施园艺按技术类别一般分为玻璃 pc 板连栋温室 塑料连栋温室 日光温 室 塑料大棚 小拱棚 遮阳棚 四类 资源高效利用型的荷兰人多地少 耕地资 源短缺 是以提高土地单位面积产量和发展高附加值的温室园艺作物为主要特 色 良甜椒品种并向全世界出口 计算机温室环境调控温室甜椒采取周年长季 节栽培 采收期长达 9 10 个月 产量高达 30 公斤 米 2 荷兰岩棉栽培技术 采 取危害关键点分析过程控制 haccp 产品质量 建立了栽培及病害防治技术社 会化服务体系分级包装 冷链运输 商品率高 以色列大力发展节水型设施农 业 取得的成就举世瞩目 其花卉出口额居世界第三位 蔬菜出口量也居世界 前列 法国的现代化农业产量 产值均居欧洲之首 是世界上仅次于美国的第 二大农产品出口国和世界第一大农产品加工品出口国 日本的设施农业发展很 快 全国大多数地方果树工厂化栽培已基本普及 日本深液流栽培技术黄瓜 单株结瓜 3300 条 我国设施蔬菜发展迅速 并且空间大 据有关部门统计 2009 年设施蔬菜 人均年占有量是山东省人均 114 公斤 全国 70 公斤 全世界 110 公斤 根据这 一组数字可以看出全国平均水平比较低 我国还有较大的发展空间 山东寿光 采用抗病材料作砧木 栽培品种作接穗进行嫁接育苗避免土传病害 试验证明 嫁接栽培增产明显 例如嫁接黄瓜平均产量比自根苗增产达 30 以上 无锡温 室大棚推广稀植技术 通过合理调控设施环境以增加光合效率的技术措施 2010 年 5 月北京创建了全国一流设施蔬菜基地 采用了防虫网覆盖栽培 节水 滴灌 利用昆虫对光线 颜色 光波敏感等物理防治 高温灭菌消毒及数字监 控 打造了数字农业 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 2 太阳能光伏发电具有独特的优点 近年来正在飞速发展 太阳能电池的产 量年增长率在 40 以上 已成为发展最迅速的高新技术产业之一 其应用规模 和领域也在不断扩大 从原来只在偏远无电地区和特殊用电场合使用 发展到 城市并网系统和大型光伏电站 尽管目前太阳能光伏发电在能源结构中所占比 例还微不足道 但是随着社会的发展和技术的进步 其份额将会逐步增加 可 以预期 到 21 世纪末 太阳能发电将成为世界能源供应的主体 一个光辉的太 阳能时代将到来 我国的光伏产业发展极不平衡 2007 年太阳能电池的产量已经超过日本和 欧洲而居世界第一 然而光伏应用市场的发展却非常缓慢 光伏累计安装量大 约只占世界的 1 应用技术水平与国外相比还有相当大的差距 光伏产品与一 般机电产品不同 必须很据负载的要求和当地的气象 地理条件来决定系统的 配置 由于目前光伏发电成本较高 所以应进行优化设计 以达到可靠性和经 济性的最佳结合 最大限度的发挥光伏电源的作用 1 3 主要研究内容 1 基于 can 总线的环境控制 研究基于 can 总线的设施蔬菜大棚环境控 制器 控制温度 湿度 气体等 从而提高蔬菜大棚的环境控制能力 提升机 械化自动化程度 加快数字大棚的步伐 2 适合本地区的温室设计和制造 设计和制造适合盱眙县淮河镇蛤滩高效 设施蔬菜的温室大棚 解决其关键环节中的关键技术 某些技术拥有自主知识 产权 3 栽培技术模式选择 针对现有的优良品种选择嫁接育苗的栽培模式以适 合蛤滩高效安全设施蔬菜生长 4 培训农业技术人员 针对专业设施农业技术人员缺乏 农户技术水平低 整体素质 服务水平与设施农业发展的要求不相适应的情况 充分利用电视 报纸 网络 电波等媒介和科技大篷车人村开展技术服务 培养了大批学技术 懂技术 用技术的新型农民 5 制定标准 制定适合本地区的高效设施蔬菜栽培技术标准研究 撰写标 准文稿 以便于更高的进行技术推广 起到示范作用 6 3kw 电站设计 led 补光灯的设计 利用大功率 led 灯作为温室种 植西红柿 黄瓜补光 增加光合作用 增加产量 解决了光伏电池板与 led 补 光灯功率匹配问题 光伏发电不稳 怎样使 led 补光灯发光稳定 均匀 达到 蔬菜生长用的光照强度 1 4 本课题主要任务 1 4 1 光伏发电系统的要求 因本系统仅是一个参考项目 所以这里就只设计一个 2 88kwp 的小型系统 第一章 绪论 3 平均每天发电 5 5kwh 可供一个 1kw 的负载工作 5 5 小时 1 4 2 光伏系统软件设计 1 meteonorm 软件是一款分析各地的气象资料软件 包括当地的经度 维度 海拔高度 以及太阳辐射度等重要资料 要想设计当地的光伏发电系统 当地的气象资料必须准确 且完整 meteonorm 软件比较好的提供了各地的气象 资料 2 pvsyst 是一款如何设计光伏发电系统的软件 1 4 3 光伏系统硬件设计 本项目采用独立型光伏系统方案 系统由电池组件 pv 阵列 充电控制器 逆变器 蓄电池等部件组成 原理图如图 1 1 所示 图 1 1 独立系统原理图 本系统由太阳电池组件 跟踪控制系统 控制器 逆变器 蓄电池等部分 组成 太阳电池组件在太阳光的照射下产生直流电流 而充电控制器则协调太 阳能电池板 蓄电池和负载的工作 具有自动防止太阳能光伏系统的储能蓄电池 过充电和过放电的功能 蓄电池在系统中的作用就是存储能量 还能对系统起 着调节电量 稳定输出的作用 逆变器的作用是将蓄电池的直流电转变为适合 负载使用的正弦波交流电 逆变器输出的交流电能进入配电柜 在配电柜内装 有用于输出控制 过流保护 防雷保护等器件 1 系统方框图 本设计系统方框图如下图 1 2 所示 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 4 图 1 2 系统方框图 2 配置方案 见表 1 1 表 1 1 配置方案 功率160w 43 7 v 5 1a 数量16 片 太阳能组 件 连接方式2 串 9 并 充电电压48v 最大电流50a 数量1 控制器 说明无 规格48v 3kw 输出电压 220v ac 50hz逆变器 数量1 规格400ah 2v 数量 节 24蓄电池 连接方式24 串 附注年供应电量预计3642kwh 1 本系统共使用了 16 块电池组件 组件每 2 块为一串 在接线盒里 8 串 并联后输出 占地面积约 22m2 第一章 绪论 5 2 充电控制器选用 48v50a 的直流控制器 它是是具有自动防止太阳能光 伏系统的储能蓄电池过充电和过放电的设备 由它协调太阳能电池板 蓄电池 和负载的工作 在系统运行时 它能对蓄电池的荷电状况和环境温度自动 连 续地进行监测 按照用户设置的参数对其充 放电过程进行控制 起到有效管 理光伏系统能量 保护蓄电池及保证整个光伏系统正常工作的作用 3 逆变器选用的规格为 48v 3kva 输出电压 220v ac 它的作用是 将蓄电池的直流电压转变为适合负载使用的正弦波交流电压 在本系统中采用 的正弦波逆变器具有波形失真小 保护功能全 转换效率高 可靠性高的特点 4 蓄电池在系统中的作用就是存储能量 由于系统采用 48v 电压 蓄电池 组由 24 节 2v800ah 的蓄电池串联而成 太阳能电池将太阳辐射能转换为直流 电能 通过蓄电池将直流电能转换为化学能储存起来 另外它还能对系统起着 调节电量 稳定输出的作用 全部蓄电池置于两排双层电池架上 电池架上装 有输出控制开关 可方便地进行投入和切除 1 4 5 工程施工 1 工程费用概算 详细费用见表 1 2 表 1 2 工程费用概算 序号名称单价 元 数量单位合计 1太太阳阳电电池池组组件件302880wp86 400 2充电控制器70001台7 000 3逆变器120001台12 000 4全密闭免维护蓄电池95024节22 800 5标准接头109套90 6专用电缆12100米1 200 7钢结构支架32880wp8 640 8其它辅助材料12880wp2 880 9材料费小计2880wp141 010 10系统安装集成费5 7 051 11税金6 8 461 12利润5 7 051 13总总价价2880163 572 14均价288056 80 2 施工期间的注意事项 1 施工基本规定 2 安装工程 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 6 3 设备和系统调试 4 环境与水土保持 5 现场安全施工管理 第二章 基于光伏的植物生长环境因子测控系统方案 7 第二章 基于光伏的植物生长环境因子测控系统方案 2 1整体方案 1 实验方法 本项目采用由整体到个体 由简单到复杂的实验方法进行研制 1 调研法 组织项目组成员做市场调研 调查山东寿光设施蔬菜大棚的结 构 设计适合本地区的大棚 2 实验法 研制环境控制系统和显示系统 进行专家汇总 选出最优方案 2 技术路线 1 采用 can 总线技术设计设施蔬菜大棚环境控制器 2 光伏发电技术与 led 补光技术结合 制定适合本地区的高效设施蔬菜栽培技术标准研究 撰写标准文稿 以便 于更高的进行技术推广 起到示范作用 本项目所采用的技术方案是 该信息化管理装置包括太阳能供电单元 数 据采集单元 数据接收单元和执行单元 所述的太阳能供电单元由单晶硅电池 板连接太阳能控制器和蓄电池组成 太阳能控制器控制蓄电池的充放电 蓄电 池为数据接收单元和执行单元供电 所述的数据采集单元由土壤温度传感器 光照度传感器 co2 浓度传感器 大气压力传感器 湿度传感器 单片机 无 线发射模块组成 在 pcb 板上顺序电连接各传感器 单片机 无线发射模块构 成数据采集单元 所述的数据接收单元由无线接收模块 单片机 显示屏 按 键 can 总线 计算机组成 在 pcb 板上顺序电连接无线接收模块 单片机 显示屏 按键 can 总线 计算机构成数据接收单元 所述的执行单元由驱动 电路连接电机 led 补光灯组成 电机驱动风扇 卷帘 滴灌设备 下面结合附图对本项目进一步说明 如图 2 1 是本项目的结构框图 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 8 太阳能控 制器 蓄电池 数据采集n 数据接收驱动电路 电机 数据采集1 led补光 灯 蓄电池1蓄电池n 图 2 1 新型结构框图 如图 2 2 是数据采集单元与数据接收单元结构框图 冠层顶部40cm处光照 无线 网络 单 片 机 无 线 发 射 模 块 单片 机 无 线 接 收 模 块 串口 计算 机 显示屏 按键 can总线 光照度传感器 10cm土土层层温温度度采采集集 温温室室co2浓浓度度 大大气气压压力力采采集集探探头头 冠冠层层温温度度采采集集探探头头 图 2 2 数据采集单元与数据接收单元结构框图 2 2 光伏电池板与led补光灯功率匹配问题 光伏发电不稳 怎样使 led 补光灯发光稳定 均匀 达到蔬菜生长用的光 照强度 以项目为例 50wled 补光灯方案配置如下 led 灯 单路 50w 12v 系统 当地日均有效光照以 4h 计算 每日放电时间 4 小时 满足补光要求 满足连续阴雨天 5 天 另加阴雨前一夜的用电 计 6 天 电流 50w 12v 4 17 计算蓄电池 4 17a 4h 5 1 天 100 08ah 蓄电池充 放电预留 20 容量 led 灯的实际电流在 5a 以上 加 20 损 第二章 基于光伏的植物生长环境因子测控系统方案 9 耗 包括恒流源 线损等 实际蓄电池需求 100 08ah 加 20 预留容量 再加 20 损耗 100 08ah 80 120 6 150ah 实际蓄电池为 12v 150ah 需要 1 组 12v 蓄电池 150ah 计算电池板 led 灯 50w 电流 4 17 计算出电池板的需求峰值 wp 电池板平均每天接受有效光照时间为 4 5 小时 h 最少放宽对电池板需求 20 的预留额 wp 17 4v 4 17a 4h 120 4 5h wp 17 4v 4 38 wp 77 w 本项目采用 20 45v 所以 wp 89 57 1 2 108w 购买的 12v 电池板是 55w 的 2 块 电池板预留最少 20 2 3 vc 机软件介绍 vc 是微软公司开发的一个 ide 集成开发环境 换句话说 就是使用 c 的一个开发平台 有些软件就是这个编出来的 另外还有 vb vf 只是使用不 同语言 但是 vc 是 windows 平台上的 c 编程环境 学习 vc 要了解很多 windows 平台的特性并且还要掌握 mfc atl com 等的知识 难度比较大 windows 下编程需要了解 windows 的消息机制以及回调 callback 函数的原理 mfc 是 win32api 的包装类 需要理解文档视图类的结构 窗口类的结构 消 息流向等等 com 是代码共享的二进制标准 需要掌握其基本原理等等 vc 作为一个主流的开发平台一直深受编程爱好者的喜爱 但是很多人却对 它的入门感到难于上青天 究其原因主要是大家对他错误的认识造成的 严格 的来说 vc 不是门语言 虽然它和 c 之间有密切的关系 如果形象点比喻的 话 可以把 c 看作为一种 工业标准 而 vc 则是某种操作系统平台下的 厂商标准 而 厂商标准 是在遵循 工业标准 的前提下扩展而来的 vc 应用程序的开发主要有两种模式 一种是 win api 方式 另一种则是 mfc 方式 传统的 win api 开发方式比较繁琐 而 mfc 则是对 win api 再次 封装 所以 mfc 相对于 win api 开发更具备效率优势 但为了对 windows 开发有一个较为全面细致的认识 笔者在这里还是以讲解 win api 的相关内容 为主线 话说到这里可能更多人关心的是学习 vc 需要具备什么条件 为什么 对于这扇门屡攻不破呢 要想学习好 vc 必须具备良好的 c c 的基础 必要的 英语阅读能力也是必不可少的 因为大量的技术文档多以英文形式发布 vc 基 于 c c 语言 主要由是 mfc 组成 是与系统联系非常紧密的编程工具 它 兼有高级 和低级语言的双重性 功能强大 灵活 执行效率高 几乎可说 vc 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 10 在 windows 平台无所不能 最大缺点是开发效率不高 vc 适用范围 1 vc 主要是针对 windows 系统 适合一些系统级的开发 可以方便实现一些底层 的调用 在 vc 里边嵌入汇编语言很简单 2 vc 主要 用在驱动程序开发 3 vc 执行效率高 当对系统性能要求很高的时候 可用 vc 开发 4 vc 主要适用于游戏开发 5 vc 多用于单片机 工业控制等软 件开发 如直接对 i o 地址操作 就要用 c 6 vc 适用开发高效 短小 轻量级的 com 组件 dll 比如 web 上的控件 7 vc 可以开发优秀的基于 通信的程序 8 vc 可以开发高效灵活的文件操作程序 9 vc 可以开发灵活 高效的数据库操作程序 10 vc 是编 cad 软件的唯一选择 包括 autocad ug 的二次开发 11 vc 在多线程 网络通信 分布应用方面 vc 有不可比拟的优势 2 4传感器选择 植物的生长发育需要有一定的生长环境 这些环境条件主要包括温度 光 照 温室 co2 浓度 大气压力 湿度等环境参数等 植物生长发育的好坏 产 量水平的高低 质量的高低 关键在于环境条件对于其植物类的适合程度 其 中温度 光照的控制最为重要 这是因为这两项指标对植物生长的影响起到了 主导作用 下面例举温度参数进行论述 进而选择传感器 2 4 1 控制参数分析 温度 环境的温度是植物生长诸因子中与植物关系最密切的物理因子之一 温度 不但直接影响植物的生理活动 而且还影响其他环境条件 从而又间接地对植 物发生作用 差不多所有的环境条件都受到温度的制约 一般来说 温度升高 植物代谢也加强 但过于高温 会抑制植物生长 甚至死亡 温度急剧下降 植物会陷入休眠 因此 在实施植物健康培育时 控制大棚的适温范围 具有 重要意义 2 4 2 温度传感器的选择 本系统选用北京昆仑海岸传感器中心的产品 jwb h p 滑轨型温度变送器配 pt100 温度传感器 其特点有 1 高精度 宽量程 高可靠性和稳定性 2 体积小巧 轻便 安装方便 性能稳定可靠 3 采用专有线路 线性好 传输距离长 抗干扰能力强 主要技术参数有 1 供电电压 24vdc 12 36vdc 2 准确度 0 25 es 0 5 es 3 负载能力 600 电流输出 3k 电压输出 4 输入线阻 50q 第三章 3kw 光伏电站总体方案设计 11 第三章 3kw光伏电站总体方案设计 3 1光伏系统硬件设计 光伏系统设计中要考虑如何选择合适的系统设备 即如何选择合乎系统需 要的太阳电池组件 蓄电池 逆变器 带有交流负载的系统 控制器 支架 对于大型太阳能光伏供电站 还包括输配电工程部件如变压器 避雷器 负荷 开关 空气断路器 交直流配电柜 以及系统的基础建设 控制机房的建设 和输配电建设等问题 如图 3 1 所示独立光伏系统 图 3 1 独立光伏系统 3 1 1 光伏组件的设计 a 光伏组件设计总则 太阳电池组件设计的一个主要原则就是要满足平均天气条件下负载的每日 用电需求 因为天气条件有低于和高于平均值的情况 所以要保证太阳电池组 件和蓄电池在天气条件有别于平均值的情况下协调工作 蓄电池在数天的恶劣 天气条件下 其荷电状态 soc 将会降低很多 在太阳电池组件大小的设计 中不要考虑尽可能快的给蓄电池充满电 如果这样 将会导致一个很大的太阳 电池组件 使得系统成本过高 而在一年中的绝大部分时间里太阳电池组件的 发电量会远远大于负载的使用量 从而造成太阳电池组件不必要的浪费 蓄电 池的主要作用是在太阳辐射低于平均值的情况下给负载供电 在随后太阳辐射 高于平均值的天气情况下 太阳电池组件就会给蓄电池充电 设计太阳电池组件需要满足光照最差季节的需要 在进行太阳电池组件设 计的时候 首先要考虑的问题就是设计的太阳电池组件输出要等于全年负载需 求的平均值 在那种情况下 太阳电池组件将提供负载所需所有能量 但这也 意味着每年都有将近一半的时间蓄电池处于亏电的状态 蓄电池长时间处于亏 电状态将使得蓄电池的极板硫酸盐化 而在独立光伏系统中没有备用电源在天 气较差的情况下给蓄电池进行再充电 这样蓄电池的使用寿命和性能将会受到 很大影响 整个系统的运行费用也将大幅度增加 太阳电池组件设计中较好的 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 12 办法是使太阳电池组件能够满足光照最恶劣季节里的负载需要 也就是要保证 在光照情况最差的情况下蓄电池也能够被完全的充满电 这样蓄电池全年都能 达到全满状态 可延长蓄电池的使用寿命 减少维护费用 如果在全年光照最差的季节 光照度大大低于平均值 在这种情况下仍然 按照最差情况考虑设计太阳电池组件大小 那么所设计的太阳电池组件在一年 中的其他时候就会远远超过实际所需 而成本高昂 这是就可以考虑使用带有 备用系统 但对于很小的系统 安装混合系统的成本会很高 而在偏远地区 使用备用系统的操作和维护费用也相当高 所以设计独立光伏系统的关键就是 选择成本效益最好的方案 b 确立太阳能光伏电池组件 1 太阳能电池组件技术标准 1 产品通过 ce tuv vdb 认证 并符合国家强制性标准要求 2 组件功率偏差正负 3 3 组件的电池上表面颜色均匀一致 无机械损伤 焊点无氧化斑 4 组件的每片电池与互连条排列整齐 组件的框架整洁无腐蚀斑点 5 太阳电池片的效率大于等于 16 8 组件效率大于等于 15 6 组件第一年内功率的衰减 5 使用 10 年输出功率下降不超过使用前的 10 组件使用 25 年输出功率下降不超过使用前的 20 7 组件使用寿命不低于 25 年 8 太阳能电池组件强度通过 ic61215 光伏电池的测试标准 2 光伏组件连接布线图 为实现 3kw 光伏组件供电 组件连接布线方式如图 3 2 所示 第三章 3kw 光伏电站总体方案设计 13 图 3 2 光伏组件连接布线图 3 1 2 并网逆变器 a 并网逆变器基本要求 工作电压 为了使当地交流负载正常工作 光伏系统的电压应与电网相 匹配 电网额定电压 三相为 400v 单相为 230v 频率 光伏系统应与电网与电网同步运行 电网额定功率为 50hz 光伏 系统的频率允许偏差应符合 gb t15945 1995 的规定 既允许偏差 0 5 hz 频 率工作范围在 49 5 50 5 hz 之间 谐波 光伏系统在运行时不应造成电网电压波形过度的畸变 或导致注 入电网过度的谐波电流 光伏系统在额定输出时 电流总谐波畸变率限值 5 各次谐波电流含有率限值 4 功率因数 光伏系统平均功率因数不小于 0 85 电压不平衡度 太阳能系统 三相输出 的运行不应引起由 gb t15543 1995 规定的电网三相电压允许不平衡度 电网公共连接点 pcc 处的三相电 压不平衡度允许值为 2 短时不得超过 4 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 14 太阳能发电系统中并网逆变器输出电压应与电网相匹配 正常运行时 并网逆变器输出电压与电网接口处的电压允许偏差应符合 光伏系统并网技术 要求 gb t19939 2005 有关规定 三相电压的允许偏差为额定电压的 7 依据以上并网技术要求 我们选用 sma6000tl 并网逆变器 相关重要参数 优于上述要求 具体性能如下示 1 逆变效率高 最大可达 98 2 功率因数在额定功率时保持在 1 0 3 具有输入最大功率跟踪功能 采用 mppt 功率跟踪方式 保证转换效率 始终工作在最佳状态 4 输出电能品质好 满足国家标准 gb t 12325 的电能质量规定 5 工作温度范围宽 6 运行操作简单 维护方便 基本实现无人值守的全自动运行 7 内置电网保护装置 具有防孤岛保护单元 msd 8 具有短路 过流 过 欠电压等保护功能和报警功能 9 过载能力在 125 150 范围内 当过载 150 时 能持续 30s 当过载 125 时 应能持续 1 分钟及以上 10 数据接口齐全 具有通用的通讯接口 如 rs485 等 也具备多种通讯 和显示方案 如电力载波通讯 无线通讯 数据电缆 rs485 rs232 或 lcd 显示屏进行监测和通讯 11 能够通过远程登陆 轻松实现远程监控 12 可直观显示并网逆变器工作状态 按键可通过 lcd 显示并网逆变器的 各种工作参数 了解工作状态 3 1 3 控制器的选择 光伏控制器是用于太阳能发电系统中 控制一路或多路太阳能电池方阵对 蓄电池充电以及蓄电池给负载供电的自动控制设备 能有效控制光伏组件向蓄 电池充电 最大限度地利用太阳能 同时控制蓄电池向负载放电 使蓄电池在 安全工作电压内工作 它的控制性能直接影响蓄电池的使用寿命和系统效率 1 保护功能 1 在使用过程中 如果输出负载短路 熔丝会立即熔断以切断输出 保护 设备 用户清除短路故障后 需要安装匹配的熔丝 此设备熔丝 rgs7 150a 之后可重新对系统上电 2 欠压保护 欠压恢复功能 设备具有自动检测蓄电池电压功能 当蓄电池 电压低于欠压保护关断点时 为了防止蓄电池馈电过放 系统自动关断输出 当检测到电压上升到恢复点时 系统自动恢复输出 2 使用注意事项 第三章 3kw 光伏电站总体方案设计 15 1 本控制器仅适用于与之配套的光伏电池组 错误使用导致后果不可预测 2 安装环境应通风良好 3 电流噪声会随负载增加而略有增加 属正常现象 4 报废处理时 请勿焚烧 会发生爆炸危险 导线等可能产生有毒气体 5 充电电压点的设置 出厂时的设置符合大多数蓄电池的性能特点 非专 业人士请勿随意修改 否则造成一切后果自行承担 6 使用温度探头时一定要把探头放置在能代表蓄电池温度的位置 可使用 测温工具先确定蓄电池温度最高位置 然后把探头置于彼处 3 安 装 安装场所的要求和管理 1 安装现场不能有易燃 易爆等危险品或材料 否则有火灾危险 2 安装场所要很好的通风 同时应避免小动物沿接线孔处进入机 柜内部 否则会造成短路等意外事故 有损伤机器 发生火灾等危险可能 3 不能用易腐性熔剂擦洗机柜表面 否则会造成表面油漆喷塑脱落 造成 漏电等情况 4 接线及运行 接线注意事项 1 接线前 请确认蓄电池处于断开状态 即电源已给断开 错误操作有触电 和火灾的危险 本系统蓄电池负禁止接地 2 请电气工程专业人员进行接线 错误操作有触电和火灾危险 3 接地端子一定要可靠接地 错误操作有触电和火灾的危险 4 接线时 请务必确保接线正确 错误操作有触电 火灾 设备损害危险 5 请勿直接触摸端子或电路板 勿短接端子 错误操作有触电 火灾 设备 损害危险 6 接入前 请确认蓄电池电压是否与本机蓄电池电压一致 是否在能接入电 压范围之内 错误操作有损害设备 不能正常工作的危险 7 请勿对本柜组做耐压测试 会损伤半导体元件 5 开 关机操作说明 1 开机 完成所有接线以后 开通蓄电池回路 设备进入待机状态 闭合 光伏输入开关 打开直流输出开关 直流有输出 设备开始工作 2 关机 若需关机 首先断开直流输出开关 然后断开光伏输入开关 最 后断开蓄电池回路 完成关机动作 6 液晶显示说明 按键介绍 控制器共设置 6 个按键 分别为 设置键 set 上翻键 1 up1 下翻 键 1 doen1 上翻键 2 up2 下翻键 2 doen2 保存键 save 如 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 16 图 3 3 所示 图 3 3 控制器 1 系统如果在 60 秒内未检测到用户按键操作 系统自动返回到平时状态 当前修改参数无效 2 在充电电压显示界面长按 设置 set 键 约 6 秒 系统进入设置模 式 可对参数进行修改 修改完毕后按 保存 save 键 系统退出设置模式并 保存当前设置 3 上翻 1 up1 页面的上翻查阅或当前对应设置参数递增 4 下翻 1 down1 页面的下翻查阅或当前对应设置参数递减 5 上翻 2 up2 当前对应设置参数递增 6 下翻 2 down2 当前对应设置参数递减 7 界面介绍 初始化界面 对本控制器初次上电会进入一个初始化界面 对系统各功能进行初始设置 延时两秒钟 进入主界面 如 3 4 所示 图 3 4 初始化界面 进入主界面 a 此界面的 voltage 为当前蓄电池电压 temp 为蓄电池当前温度 b 按上翻页或下翻页 进入直流输出与输出显示界面 此界面的 load 为直流输出电流值 out 为直流输出 on ok 表 示直流输出工作正常 off low high 表示蓄电池欠压 过压 设备无输出 c 按上翻页或下翻页 进入充电电压显示界面 此界面上的 charge voltage 为充电电压 默认为蓄电池温度为 25 时的设定的目标充电电压值 在此界面可以设定充电电压值 方法如下 1 长按 set 按钮 待液晶屏左下角显示 set 此时可以对预设充电 电压电压点进行修改 按动中间的 键或 键 卸载启动电压值 会 0 8 修改 hello 第三章 3kw 光伏电站总体方案设计 17 2 设定好数值后 按 save 即可保存并退回上一级界面 3 在修改界面下 约连续 16 秒没有按键按下 机器会自动回到工作参数 显示界面且设置的数值不会被保存 d 按上翻页或下翻页 进入输入电流输出电流显示界面 此界面的 p current 为光伏充电电流 w current 为系统扩展 8 故障及排除 您选购的控制器出厂前经过严格检验 一般情况下很少出现故障 若出现 下列故障 您自已可排除 异常现象原因分析及故障现象解决方法 蓄电池电压过低 关闭直流输出开关 充电一段时间使蓄 电池电压恢复到欠限恢复门限以上 负载功率过大 切断输出 减少负载功率 打开开关 可恢复输出 负 载 无 输 出 负载短路排除短路故障即可继续使用 9 危险警告 1 除专业人员外 禁止进行开盖保养和维修检查 2 禁止用湿手操作开关 禁止用湿布擦拭带电面板 禁止水流入壳体内部 3 请用户遵照本使用说明书之规定使用 凡未按要求使用 将会缩短系统 的使用寿命甚至造成系统损坏 由此给用户带来的不便或损失并非系统本身的 品质问题 因此 为保证您正常使用本公司系统 特郑重提示 严格按照本使 用说明书的各项规定进行操作和使用 3 1 4 支架的选择 a 支架设计选型 1 采用标准 gb 50009 2001 建筑结构载荷规范 gb 2694 88 热浸镀锌体镀锌质量 gb 77 88 碳素结构钢 gb 50017 2003 钢结构设计规范 gb 50205 95 钢结构施工及验收规范 根据采用标准选择如图 3 5 所示的支架结构 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 18 图 3 5 支架结构 2 支架结构的特点 1 带有齿牙的内缘 更可靠承受剪力 为整个系统提供可靠牢固的连接 2 轴向加劲肋 加强截面刚度 确保运输 切割及安装时截面无变形 3 槽钢上预制刻度 安装施工时方便切割槽钢 4 锯齿状机械咬合连接 防止滑移 塑性破坏 有征兆性破坏 5 所有产品的零配件及型材在工厂内预制完成 根据现场尺寸装配 不需 要现场焊接 6 成品双拼槽钢采用激光焊接 非普通点焊 以保证双拼槽钢整体的传力 可靠 7 各个槽钢间的连接通过结构件 现场安装简单 紧凑 省时 8 螺栓 垫片 螺母 弹簧一体化 使用快捷 便于调整 9 外表美观 结构件如图 3 6 所示 第三章 3kw 光伏电站总体方案设计 19 a 可变角度连接件 b 90 度连接件 c 双拼槽钢 d 连接件 e 压块 i f 压块 ii 图 3 6 连接件和压块 b 支架安装 1 支架安装前应作下列准备工作 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 20 1 支架到场后检查外观及保护层是否完好无损 型号 规格及材质是否符 合设计图纸要求 附件 备件是否齐全 3 产品的技术文件安装说明及安装图 是否齐全 2 支架宜存放在能避雨 雪 风 沙的场所 存放处不得积水 应做好防 潮防护措施 如存放在滩涂 盐碱等腐蚀性强的场所应做好防腐蚀工作 保管 期间应定期检查 做好防护工作 3 支架安装前安装单位应按照方阵土建基础 中间交接验收签证单 的技 术要求对水平偏差和定位轴线的偏差进行查验 2 支架安装和紧固应符合下列要求 钢构件拼装前应检查清除飞边 毛刺 焊接飞溅物等 摩擦面应保持干燥 整洁 不宜在雨雪环境中作业 支架的紧固度应符合设计图纸要求及 钢结构工程施工质量验收规范 gb 50205 中相关章节的要求 组合式支架宜采用先组合框架后组合支撑及连接件的方式进行安装 螺栓的连接和紧固应按照厂家说明和设计图纸上要求的数目和顺序穿放 不应强行敲打 不应气割扩孔 手动可调式支架调整动作应灵活 高度角范围应满足技术协议中定义的范 围 3 支架安装的垂直度和角度应符合下列规定 1 支架垂直度偏差每米不应大于 1 度 支架角度偏差度不应大于 1 度 2 对不能满足安装要求的支架 应责成厂家进行现场整改 3 固定及手动可调支架安装的允许偏差应符合表 3 1 中的规定 表 3 1 固定及手动可调支架安装的允许偏差 项目允许偏差 mm 中心线偏差 2 垂直度 每米 1 相邻横梁间 1 水平偏差东西向全长 相同 标高 10 相邻立柱间 1 立柱面偏差东西向全长 相同 轴线 5 4 跟踪式支架的安装应符合下列规定 1 跟踪式支架与基础之间应固定牢固 可靠 第三章 3kw 光伏电站总体方案设计 21 2 跟踪式支架安装的允许偏差应符合设计或技术协议文件的规定 3 施工中的关键工序应做好检查 签证记录 c 支架连接 1 支架的焊接工艺应满足设计要求 焊接部位应做防腐处理 2 支架的接地应符合设计要求 且与地网连接可靠 导通良好 3 2光伏系统的软件设计 3 2 1meteonorm meteonorm 软件是一款分析各地的气象资料软件 包括当地的经度 维度 海拔高度 以及太阳辐射度等重要资料 要想设计当地的光伏发电系统 当地 的气象资料必须准确 且完整 meteonorm 软件比较好的提供了各地的气象资料 1 打开 meteonorm 选择语言 界面如图 3 7 所示 图 3 7 meteonorm 软件界面 2 查询所在地气象数据 以淮安为例 界面如图 3 8 所示 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 22 图 3 8 选择所在城市界面 3 2 2 pvsyst pvsyst 是一款如何设计光伏发电系统的软件 他的设计流程如下 1 获取设计所需相关信息 1 系统安装位置 查询经纬度 2 应用类型 离网 并网 3 荷载情况 荷载的功率和使用时间 4 环境条件 持续阴天数 遮阳情况 5 输出类型 交流 直流 电压 频率 2 打开 pvsyst 软件 导入淮安的气象数据 如图 3 9 所示 第三章 3kw 光伏电站总体方案设计 23 图 3 9 导入数据界面 3 系统设计 选择独立系统 4 系统设计过程就是依次完成设计界面上面各项里面的参数的过程 5 导入淮安的气象数据 如图 3 10 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 24 图 3 10 导入淮安气象数据 如果 pvsyst 中没有安装地的信息 可采用以下方式 也就是使用之前提到的 meteonorm6 0 软件 1 利用 google earth 找到安装地点的经纬度 2 利用 meteonorm6 0 软件计算该地点十年的气象参数 并保存为 dat 文 件 3 将该文件保存到 pvsyst 子目录的 meteo 文件夹里面 4 点击 pvsyst 主界面的 tools 然后按图示步骤导入数据 5 完成数据导入后 重新从步骤 3 开始进行设计 6 选择好安装点信息后 对其他数据进行设定 如图 3 11 所示 第三章 3kw 光伏电站总体方案设计 25 图 3 11 太阳光漫反射值界面 当地的太阳光漫反射数值一般选择 0 2 7 选择 orientation 确定倾斜角 一般采用固定倾斜角度安装 fixed tilted plane 倾斜角度可以根据设计要 求选择或选择能量损失最小来确定倾斜角度 8 需要考虑阴影时 选择 near shading 来设定阴影情况 点击 construction perspective 进行阴影设置 对建立好的模型进行阴影分析 如下图 3 12 保存后 点击 table 得到阴影分析表 图 3 12 阴影分析图 9 选择 system 进入荷载参数设置界面 如下图 3 13 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 26 图 3 13 荷载参数设置界面 10 选择 simulation 进行模拟计算 进行模拟计算并通过点击 report 得到模拟计算报告如图 3 14 保存报告 第三章 3kw 光伏电站总体方案设计 27 图3 14 模拟计算界面 11 设计完成 其他类型设计基本相同 在设计过程中注意软件界面中的提示 说明 软件不同版本的界面可能有所不同 3 2 3 中国淮安的气象资料 本设计采用 metenorm 收集北京太阳辐射资料 采用 pvsyst 设计独立光伏 发电系统的 设计的地点是中国北京 当地的维度是北纬 39 930 经度是东经 116 400 海拔高度是 30m 地区名字 中国北京 纬度 度 39 930 经度 度 116 400 海拔高度 m 30 气候区域 7 辐射模式 默认 每小时 温度模式 默认 每小时 温度选择 老时间段 1961 1990 辐射选择 新时间段 1981 2000 只添加 3 个站的值 最近的站 gh 北京 10km ta 北京 10km 北京各月的气象资料见表 3 1 表 3 1 北京各月气象