25KW家用分布式光伏系统设计

25KW家用分布式光伏系统设计i.i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）。晶体硅太阳能电池寿命可达20~35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10~15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。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19.5万至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。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。2.0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。如下表所示：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照下年平均日照时间（时）MJ/m2•年kWh/m2•年一宁夏北部、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/（°）平均峰值日照时数/h水平面年平均辐射量倾斜面年辐射量斜面修正系统kW•h/mkJ/m2北京+439.85.011547.315570.31828.551.0976天津+539.14.651455.545239.91695.431.0692哈尔滨+345.684.391287.944636.61605.801.1400沈阳+141.774.61398.465034.41679.311.0671长春+143.904.751376.054953.81736.491.1548呼和浩特+340.785.571680.4326049.52035.381.1468太原+537.784.831527.025497.31763.561.1005乌鲁木齐+1243.784.61466.495279.41682.451.0092西宁+136.755.451701.016123.61988.951.1360兰州+836.054.41517.395462.61606.210.9489银川+238.485.451678.296041.91988.741.1559西安+1434.33.591295.854665.11313.190.9275上海+331.173.81293.724657.41388.120.9900南京+532.003.941328.094781.21440.431.0249合肥+931.853.691269.94571.61348.370.9988杭州+330.233.431183.014258.81254.380.9362南昌+228.673.81327.594779.31390.40.8640福州+426.083.451216.774380.41262.390.8978济南+636.684.441423.815215.71621.621.0630郑州+734.724.041351.724866.21476.021.0476武汉+730.633.81338.434818.41389.740.9036长沙+628.203.211153.514152.61175.000.8020广州-723.133.521227.824420.21287.840.8850海口+1220.033.841402.725049.81369.760.8761南宁+522.823.531268.8845681291.090.8231成都+230.672.881053.633793.11044.710.7553贵阳+826.582.861047.053769.41037.720.8135昆明-825.024.251439.125180.81554.600.9216拉萨-829.706.712159.687774.92448.641.0964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，文成县位于四类地区，为中国太阳能资源低等类型地区，日辐射量3.1-3.8KW・h/m2.文成县纬度为27.08，则最佳倾角为30.08。本次设计家庭用分布式光伏发电系统在文成县，处于低纬度地带，为亚热带海洋季风气候。年平均气温在14°C-18.5°C之间，极端最低气温-4.7°C，极端最高气温40.8°C。年平均辐射量1183.01KWh/m2，年平均降水量在1887.4毫米。全年气温变化的特点是温暖，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。3.0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55皿的平顶房，所有采用支架式安装方式，效果如下图。图3-1家用光伏发电系统

太阳能电池组件图3-2家庭式太阳能光伏发电系统的结构图太阳能电池组件图3-2家庭式太阳能光伏发电系统的结构图负流交载系统配置框图系统包括：O1太阳能电池、02控制器、◎逆变器。上图中光伏组件的功能是：太阳能电池：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。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配置选型1.组件选型由于家庭住宅的屋顶面积为55皿，故，由于面积的限制，选择尺寸为(156*156)mm的艾德(Aidesolar)太阳能公司生产的AD180M6-Ak单晶硅光伏电池板，以四行七列的串并联方式连接，太阳能阵列的主要链接方式有串联、并联和串、并联混合链接几种方式。其中串、并联混合链接既可增加方阵的输出电压，又可增加方阵的输出电流，但会产生组合链接损失，所以应遵循串联使用工作电流相同的组件，并联使用电压相同的组件，尽量选择连接线路最短线路并严格防止个别性能变坏的组件混人方阵的原则，此太阳能电池的具体参数，如表3-1所示。表3-1电池具体参数最大功率180W组件尺寸1008*992*40mm最大电流8-94A最大电压20.14V短路电流9.49A开路电压23.74V2.逆变器选型逆变器容量计算公式:Pn式中Pn—逆变器容量，单位为VA；L一负荷功率，单位为W;N一电同时率，取60%；S一负荷功率因数，取0.9；M一逆变器负荷率，取85%;B一容量修正系数，取1.2。逆变器功率=阻性负载功率x（1.2~1.5）+感性负载功率x（5~7）因此，选用两个型号为Galvo2.0-1/240的单相逆变器，具有很高的安全性,其功率为2.0kW/h，电容范围为（120~335）V。具体参数，如表3-2所示。表3-2逆变器具体参数额定输出功率2KW最大功率2.14KW输入电压120-420V交流电压180V-270V3.3安装方式设计本次设计地点选定的是文成，由表2-2我国主要城市的辐射参数表2-2可知，文成地区位于北纬为31.850，倾斜角二纬度+90.所以太阳能电池组件最佳倾角为41°，；比较理想的安装位置是将太阳能电池板直接安装在屋顶上，依据屋顶的倾角合理安排，依托不锈钢支架安装太阳能电池板。 [3]一般情况下，我们在计算发电量时，是在方阵面完全没有阴影的前提下得到的。因此，如果太阳电池不能被日光直接照到时，那么只有散射光用来发电，此时的发电量比无阴影的要减少约 10%〜20%。通常，在电池组件周围有建筑物及山峰等物体时，太阳出来后，建筑物及山的围会存在阴影，因此在选择铺设太阳能组件的