光伏发电系统设计

发 电 系 统设计报告 设计单位： 上海恩阳太阳能技术有限公司 需求单位： 设计日期： 2010年10月25日 目录太阳能光伏行业介绍3公司简介4光伏发电介绍5光伏发电原理及分类5太阳能光伏发电系统5光伏发电系统的部件构成6系统设计7设计要求以及情况7软件设计7倾角设计7系统装机容量设计9硬件设计12蓄电池和太阳能电池的选型12间距设计13发电量预测14社会环境效益15售后服务承诺16附件一17太阳能光伏行业介绍传统的燃料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出，同时全球还有20亿人得不到正常的能源供应。这个时候，全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展。这之中太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点。丰富的太阳辐射能是重要的能源，是取之不尽、用之不竭的、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。太阳能每秒钟到达地面的能量高达80万千瓦，假如把地球表面 0.1%的太阳能转为电能，转变率5%，每年发电量可达5.61012千瓦小时，相当于目前世界上能耗的40倍。当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。欧洲一些高水平的核研究机构也开始转向可再生能源。截至2002年底，太阳能光伏发电制造能力已达56万kW，实际装机容量近400万kW，组件成本下降到3.5美元Wp。预计，2020年光伏组件的价格将下降到1美元Wp以下。目前世界最大的光伏工厂年产36MW，价格为3-4美元Wp。 中国太阳能资源非常丰富，理论储量达每年17000亿吨标准煤。太阳能资源开发利用的潜力非常广阔。中国地处北半球，南北距离和东西距离都在5000公里以上。在中国广阔的土地上，有着丰富的太阳能资源。大多数地区年平均日辐射量在每平方米4千瓦时以上，西藏日辐射量最高达每平米7千瓦时。年日照时数大于2000小时。与同纬度的其他国家相比，与美国相近，比欧洲、日本优越得多，因而有巨大的开发潜能。近20年来，中国光伏产业长期维持在全球市场1%左右的份额。2003、2004年中国太阳电池组件的生产量有了大幅度增长，2003年达1.2万千瓦，约占世界份额的2.2%，2004 年达 3.5 万千瓦，约占 3%。在国际光伏市场巨大潜力的推动下，各国的光伏制造业争相投入巨资，扩大生产，以争一席之地。中国作为世界能源消耗第二大的国家也不例外。与国际上蓬勃发展的光伏发电相比，中国落后于发达国家10-15年，甚至明显落后于印度。但是，中国光伏产业正以每年30%的速度增长。作为21世纪最有潜力的能源，太阳能产业的发展潜力巨大。太阳能产业是新兴的朝阳行业，再加上良好的政策环境、行业本身的特性，使得太阳能产业具有较高的投资价值和发展潜力。公司简介上海恩阳太阳能技术有限公司和美国TSUN能源科技公司是中美合资的一家集研发、生产、销售太阳能系列产品为一体的公司。太阳能系列产品的主体生产在中国，核心技术来自于美国。 上海恩阳太阳能技术有限公司坐落在上海市普陀区长征工业园，是一家真正孕育在世界制造中心上海的太阳能企业。公司是由中方与美国TSUN能源科技公司合资创办，专业致力于太阳能技术研究与应用。公司成立后得到了地方政府和社会各界的大力支持，企业发展迅速，成立一年多来，与希腊、巴基斯坦、西班牙等国拥有业务合作，现已发展成为集产、学、研、科、工、贸于一体的高新技术企业。公司业务已全面涉及太阳能利用领域，包括光热，光电，大型太阳能集热工程以及光伏电源工程等。公司拥有大批管理、技术和业务精英，在太阳能利用技术研发上有着卓著的成绩，拥有多项发明和技术专利。 展望未来，伴随着全球范围内不可再生能源的日益枯竭，恩阳公司深知作为新能源技术公司应当肩负的重大历史责任，时刻把技术开发、产品创新作为自己的战略发展理念予以推进，把“创一流企业、铸百年品牌”作为自己的战略经营理念予以落实拭目以待，恩阳公司的发展正以一个行业奇迹飞速向前跃进，恩阳人有信心在未来的时间里将自己打造成为世界级的太阳能企业。光伏发电介绍 光伏发电原理及分类 光子照射到金属上时，它的能量可以被金属中某个电子全部吸收，电子吸收的能量足够大，能克服金属内部引力做功，离开金属表面逃逸出来，成为光电子。 “光生伏特效应”，简称“光伏效应”。指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。它首先是由光子（光波）转化为电子、光能量转化为电能量的过程；其次，是形成电压过程。有了电压，就像筑高了大坝，如果两者之间连通，就会形成电流的回路。光伏发电，其基本原理就是“光伏效应”。太阳能专家的任务就是要完成制造电压的工作。因为要制造电压，所以完成光电转化的太阳能电池是阳光发电的关键。太阳能电池，通常称为光伏电池。目前的主要的太阳能电池是硅太阳能电池。用的硅是“提纯硅”，其纯度为“11个9”，比半导体或者说芯片硅片“只少两个9”；又因为提纯硅结晶后里头的成分不同，分为多晶硅和单晶硅；目前，单晶硅太阳能电池的光电转换率为15左右，最高达到了24，使用寿命一般可达15年，最高达25年，比转换率仅12左右的多晶硅太阳能电池的综合性能价格比高。独立光伏电站包括边远地区的村庄供电系统，太阳能户用电源系统，通信信号电源、阴极保护、太阳能路灯等各种带有蓄电池的可以独立运行的光伏发电系统。 太阳能光伏发电系统 太阳能发电系统主要包括：太阳能电池组件（阵列）、控制器、蓄电池、逆变器、用户即照明负载等组成。其中，太阳能电池组件和蓄电池为电源系统，控制器和逆变器为控制保护系统，负载为系统终端。 1、太阳能电源系统 太阳能电池与蓄电池组成系统的电源单元，因此蓄电池性能直接影响着系统工作特性。 A、 电池单元 理论研究表明，太阳能电池组件的峰值功率Pk，由当地的太阳平均辐射强度与末端的用电负荷（需电量）决定。B、电能储存单元 太阳能电池产生的直流电先进入蓄电池储存，蓄电池的特性影响着系统的工作效率和特性。蓄电池技术是十分成熟的，但其容量要受到末端需电量，日照时间（发电时间）的影响。因此蓄电池瓦时容量和安时容量由预定的连续无日照时间决定。2、控制器 3、DC-AC 逆变器 逆变器按激励方式，可分为自激式振荡逆变和他激式振荡逆变。主要功能是将蓄电池的直流电逆变成交流电。通过全桥电路，一般采用SPWM处理器经过调制、滤波、升压等，得到与照明负载频率f，额定电压UN等匹配的正弦交流电供系统终端用户使用。 光伏发电系统的部件构成太阳能发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。如输出电源为交流220V或110V，还需要配置逆变器。各部分的作用为： （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； （3） 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。 （4） 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一般都是12VDC、24VDC、48VDC。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）。 系统设计设计要求以及情况系统设计之前首先了解客户需要，每天所带的负载（决定太阳能电池板多大），负载的性质包括交流、直流（决定是否需要逆变器），根据天气和周围市电情况，比较用市电还是其他混合动力以此尽量降低系统成本。以及需要了解现场周围交通是否方便以决定用什么运输工具，根据工程所在地雷电、周围接地保护措施和泥土电阻等情况确定是否需要做闪接器保护和是否做独立的接地保护措施。负载（十四层）功耗4912W交/直流220V交流性质LED、泛光灯组合市电周围连接市电较方便（可用市电互补）连续阴雨使用市电互补可节省负载（十八层）功耗1925W交/直流220V交流性质LED市电周围连接市电较方便（可用市电互补）连续阴雨2天气地点上海辐射量水平面辐射总量在2.14.9mW/cm2D具体辐射数据参考附件一软件设计系统软件设计包括负载功率和用电量的统计和计算，太阳能在方阵倾斜面的辐射量的计算，太阳能电池组件和蓄电池用量的计算和二者之间的相互匹配的优化设计，太阳能电池方阵安装倾角，系统运行情况的预测和系统经济效益的分析等倾角设计倾角的设计应该结合多方面的因素考虑（1） 连续性在一年中太阳辐射总量大体上是逐月连续变化的 ，将水平辐射总量较大的连续六个月称为“夏半年”较小的称为“冬半年”不同的倾角对应不同辐射量（2） 均匀性选择倾角，使方阵面上全年接收到的平均日辐射量比较均匀，即“夏半年”与“冬半年”比较接近，以免夏天接收的辐射量过大，造成浪费。（3） 极大性选择倾角时候尽量使“冬半年”辐射量得到最大（不一定是辐射最弱月得到最大辐射量），同时考虑全年辐射总量不要太小。下面是不同倾角下斜面上的辐射量数据倾角冬半年夏半年年平均122.844.393.61132.854.383.62.293.0844.2223.653.613.043.313.18623.033.273.15根据以上数据上海纬度32本系统在选择系统倾角时与普通的独立系统有所差别。1. 系统以考虑满足冬夏不同负载为优先，冬天工作4小时、夏天工作5.5小时。2. 确定本系统最佳倾角为29。其中夏半年平均日照时数为4.222h，冬半年平均日照时数为3.084h。3. 选择此倾角在抗风设计方面有较大优势。4. 此倾角可减少组件的占地面积。系统装机容量设计十四层楼系统设计计算（1） 系统耗电量Q=WN/U =49121/220=22.33AhW：单个负载大小N：负载数量U：系统电压（2） 蓄电池的容量C=D：连续阴雨天数T：负载工作时间n：连续阴雨天数1：放电深度2：逆变效率3：输出线损4：蓄电池放电效率 冬天每天工作4小时C冬=22.33*1*4*（2+1）/0.5/0.8/0.98/0.9=759.6Ah夏天每天工作5.5小时C夏=22.33*1*5.5*（2+1）/0.5/0.8/0.98/0.9=1044.4AhC冬C夏由于蓄电池选择满足要求大的情况，所以选用1044.4Ah（3） 太阳能电池输出电流I=5：组件输出线损6：蓄电池放电效率 h：平均日照时数冬天日照时数3.084h计算I冬=22.33*4/0.95/0.8/3.084=38.12A夏天日照时数4.222h计算I夏=22.33*5.5/0.95/0.8/4.222=38.27AI冬I夏组件选择满足要求大的情况，所以选用38.27A（4） 蓄电池充放电关系充电(低温)接受能力: 2.35 V/20/单体恒压充电状态下, 50 %DOD放电后电池恢复90%额定容量用时不大于10 h。蓄电池放电50%之后，本系统采用1100Ah蓄电池即充电电流需要大于0.04C（44A）才能满足以上要求。为此条件在原来满足一天负载需要38.27A的情况下将充电电流提升至44A。结论：蓄电池电压容量备注220V1100Ah系统装机容量14.19kW组件电压电流331.1V44A十八层楼系统设计计算（） 系统耗电量Q=WN/U W：单个负载大小 N：负载数量 U：系统电压Q=19251/48=40.1Ah（） 蓄电池的容量C=D：连续阴雨天数T：负载工作时间1：放电深度2：逆变效率3：输出线损4：蓄电池放电效率 冬天每天工作4小时C冬=40.1*1*4*（2+1）/0.5/0.8/0.98/0.9=1091.2Ah夏天每天工作5.5小时C夏=40.1*1*5.5*（2+1）/0.5/0.8/0.98/0.9=1875.5AhC冬C夏由于蓄电池选择满足要求大的情况，所以选用1875.5Ah（） 太阳能电池输出电流I=5：组件输出线损6：蓄电池放电效率 h：平均日照时数冬天日照时数3.084h计算I冬=40.1*4/0.95/0.8/3.084=68.43A夏天日照时数4.222h计算I夏=40.1*5.5/0.95/0.8/4.222=68.734AI冬I夏组件选择满足要求大的情况，所以选用68.734A（） 蓄电池充放电关系充电(低温)接受能力: 2.35 V/20/单体恒压充电状态下, 50 %DOD放电后电池恢复90%额定容量用时不大于10 h。蓄电池放电50%之后，本系统采用2000Ah蓄电池即充电电流需要大于0.04C（80A）才能满足以上要求。为此条件在原来满足一天负载需要68.734A的情况下将充电电流提升至80A。结论：蓄电池电压容量备注48V2000Ah系统装机容量5.61kW组件电压电流70.0V80A硬件设计硬件设计包括负载类型的确定和限定，太阳能电池组件和蓄电池的选型，方阵前后间距，太阳能电池方阵支架和蓄电池直支架的设计，汇流箱、充放电控制器、逆变器的选型和设计，以及显示、测量系统的选型和设计。蓄电池和太阳能电池的选型根据现有市场以寻找价格等方面的因素选择以下型号的蓄电池和组件（详细信息察看附件二）十四层系统配置参数数量安装方式蓄电池电压容量110个110个串联2V1100Ah太阳能电池最大工作电压最大工作电流66块（14.19KW）11串6并29V7.42A十八层系统配置参数数量安装方式蓄电池电压容量48个24串2并2V1000Ah太阳能电池最大工作电压最大工作电流34块（5.61KW）2串17并35.0V4.72A间距设计太阳能电池方阵前后、周围高大建筑物或树木皆有可能因其阴影造成对发电效率的影响，所以要对其进行设计一般确定原则为冬至日当天9：0015：00，太阳能电池方阵不应该被阴影遮挡。纬度经度倾角光电板长度度分度分纬度经度29164031141212831.23333121.4667291580经过计算得出12月22日冬至日阴影最长光伏板阴影长度2136.924mm光伏板间距3571.301mm阵列前后间距计算光伏板阴影长度2058.744mm光伏板间距3440.643mm阵列前后间距计算发电量预测1. 考虑阴雨天数在内。2. 考虑蓄电池因充满无法充电。3. 去除了各部分损失造成的浪费。4. 太阳能所发电供负载消耗的同时被线路、逆变、充放电消耗。5. 发电量为组件充到蓄电池里面可利用电量十四层楼系统预测发电量据预测年发电量为10485.12KW.h十八层楼系统预测发电量据预测年发电量为4107.21KW.h社会环境效益（1） 社会效益一项技术、一个产品具有经济效益固然是好事，但它的生命力如何，与它是否与社会发展相适应，是否具有超越其他产品的社会效益有直接的关系。太阳能技术和产品的出现，符合社会发展的需要，符合环保的要求，其所带来的社会效益是普通产品无法比拟的，其生命力必将是旺盛而持久的。综上所述，太阳能照明产品在走过几年的徘徊期后，技术的提高、成本的降低使其终将迎来高速发展期，而高速发展必将带动技术的进一步提高和成本的进一步降低，如此良性循环，太阳能产品将改变过去叫好不叫座的局面，迎来新的辉煌。在此，我们愿与各级政府和其他企业一道，充分发挥各自的优势，为创造清洁环保的新时代做出自己的贡献！ 太阳能产品普遍具有使用寿命长的特点，灯具的寿命比普通电力灯具的寿命要高很多，如太阳能灯具的主要部件-太阳能电池组件的使用寿命25年；低压钠灯的平均寿命18000小时；低压高效三基色节能灯的平均寿命6000小时；超高亮LED的平均寿命大于50000小时。（2） 环境效益全年发电：14592.33KWH电量如果使用煤炭发电需要消耗：5982.9千克标准煤2940千克煤排放大气CO2SO2NOx烟尘煤渣15914.4千克36.5