【《家庭光伏储能电站设计》12000字】

第一章绪论1.1研究背景与意义随着全球社会的经济发展，人类在环境保护意识方面的不断提高，同时由于大量的使用传统能源，使传统能源面临一个日益枯竭的局面，因此，有必要寻找一种新的清洁能源来取代传统的能源，如煤，石油和天然气。太阳能是一种可再生的、以太阳能为动力的清洁新能源，利用太阳能发电，不仅不会产生废料，也不会产生气体，在环境保护方面也起到了重要作用，因此用太阳能发电来取代传统能源将会对人类的可持续发展具有重要的意义[1]。为了更快地满足发展中国家的能源需求，世界各国都在努力开发新的能源技术。此外，气候变化要求人类必须开发清洁能源，传统能源对环境的污染日益加重，已经严重影响到了人类的健康，是全球人民共同关注的问题。目前，中国关于太阳能产业的规模已经位居世界首位，拥有最多的太阳能发电厂的生产和使用。在国内大规模的光伏电站已投入使用很长时间了，并且装机容量也是领跑全世界，而分布式光伏电站的应用还未普及，但是基于中国的优越资源，分布式光伏电站的应用市场还是很大的。因此，将太阳能引入家庭也是一种趋势。但是太阳能家用供电目前还没有完全普及的原因不光是初始投资大，而且储能技术的不成熟，也没有较为合适的控制器为用户提供便捷的使用服务，这也是制约其发展的重要因素[2]。因此，在此问题上，研究将基于光伏电池系统为家庭提供能源基础。光伏、风电等可再生能源发电系统的大规模增加，其接入公供电网时会对公供电网产生较大的冲击。因为光伏电站出力非常不稳定，在夜间或者阴雨天，光伏系统无法发电，为保证电网安全稳定运行，会对光伏、风电进行限电。配备储能系统后，光伏就具备调峰能力，可根据电网调度运行，解决了光伏电站限电的问题[3]。1.2光伏产业发展现状将太阳能转换为电能的技术称为太阳能光伏发电技术(简称PV技术)[4]。然而，鉴于光伏不仅可以替代化石燃料发电，而且可以减少二氧化碳和有害气体的排放，防止对地球环境的污染和破坏，光伏能源作为清洁能源，因此大力发展光伏对改变我国的能源结构和改善环境问题上起到积极作用。国外研究现状（1）光伏研究现状新能源的使用在日本也较早开始，为了“开发可再生能源”于1973年和1997年应对全球能源危机而推出的太阳能方案非常早。福岛核事故后，日本政府决定开发可再生能源，在当时通过了《可再生能源特别措施法案》，规定自2012年7月起，能源公司必须从分散的光农场购买发电过程，并在互联网上为可再生能源提供一个市场。目前在德国、日本和美国等发达国家，光伏的应用已经从国防和空间转向民用。就比如在二十世纪90年代，德国出台了一个大力发展光伏的计划即“百万屋顶计划”。此计划使很多家庭不仅可以利用太阳能发电来解决自家的供电问题，而且还建立了许多私人的“小型电站”[5]，可以源源不断地为公用电网提供电能。这就促使全球开始大量发展分布式光伏电站，也为光伏电站进入家庭奠定了基础，达到了对太阳能资源的一个“就地消纳”的目的，也做到了对太阳能资源的充分利用。在2008年，美国新增的光伏装机容量达到6.66GW，光新增的光伏容量就上升至世界第二。2011年，美国光伏产业发展迅速，总装机容量达到了1.85亿kw。光伏系统成本的下降和美国政府的补贴政策是其光伏产业迅速发展的主要原因。此外，荷兰较也在很早之前就提出了“荷兰百万太阳光伏屋顶计划”以推动光伏发电系统的发展。法国、西班牙、印度等国家也相继提出了促进光伏产业发展的计划，全球各国都围绕能源利用这个问题，掀起了分布式光伏电站的热潮[6]。（2）储能研究现状世界上现有的储能方式有三种，分别是物理储能、电化学储能和电磁储能，物理储能包括抽水蓄能、机械储能和压缩空气储能，电化学储能包括铅酸电池、锂电池、液流电池和钠硫电池等各种蓄电池，电磁储能就是目前还在研究中的超级电容器储能[7]。目前，在全球应用最广泛的就是抽水蓄能和电化学储能，抽水蓄能具有运行成本低、水资源消耗大、储能消耗功率高等特点，在这种技术的应用中，对地理位置的要求很高的，需要一个高度差，这样才能建设这种技术所需的上下游水库，所以难以大规模的发展。包括美国、德国等在内的发达国家，对储能技术的研究也是非常重视的，其中美国在电化学储能和电磁储能方面发展较快，在2011年，美国就在西弗吉尼亚州建成了当时世界上最大的锂离子电池储能项目,并投入运营。该锂离子电池储能系统的建设规模为32MW，用于匹配98MW的风力发电。日本在钠硫电池的研究方面比较重视，在2002年，日本建成了全球唯一的一个钠硫电池企业[8]，并投入到储能应用当中，同时发明了很多关于钠硫电池方面的专利技术。而在众多欧洲的发达国家中，德国在推动储能产业方面的动作较大，尤其是对光伏储能进行了高额补贴。国内研究现状近几年，中国光伏行业发展也非常迅速。国家对光伏发电较为重视，国家和地方政府相继出台了一系列的补贴政策以促进光伏产业的发展，国家发改委实施“送电到乡”、“光明工程”等惠农项目，地方政府也陆续启动了光伏照明项目工程[9]。同时，光伏产品也逐渐得到偏远地区的认可，越来越多的家庭将光伏产品投入到家庭中，光伏应用市场不断发展。然而，鉴于中国目前在光伏技术领域取得了相当大的进展，电池效率低，成本低，我国需要进一步改进其技术，使光伏部门跟上时代。2015年，国家推出光伏“领跑者”计划，各国制定了pv-启动计划照片发送者倡议[10]，以促进先进技术产品的传播，并为竞争分配资源。在计划实施方面，业主已在很大程度上开发了产品，包括高效太阳能电池，如PERC，硅，MWT，N型双面组件等。在之前进行过一个关于“领跑者”的招标会，通过之后中标的结果可以看出，单晶硅电池转换效率超过20.3%、多晶硅电池转换效率超过18.8%的晶硅太阳电池占到了88%,这两种电池的转换效率很高，单晶硅最高可以达到21%，多晶硅最高可以达到19.6%，成为了整个光伏行业内所有光伏产品的“领跑者”。张北国家大型风光互补储能示范工程是国家金太阳工程中的重点项目，作为目前世界上规模最大的混合工程项目，包含了风力发电、光伏发电、储能系统和智能输电于一体的新能源综合性示范工程[11]，截止2009年年底，项目一期工程共建设风电的装机容量达9.85万kW、光伏发电装机容量达到了4万kW、储能的容量可达2万kW，计划在2011年12月25日投产。该项目中的储能系统拥有削峰填谷、调峰调频、自动跟踪和对电网稳定供电的特点，首次将光伏发电和风力发电相结合建成的系统，世界上规模最大的就属锂电池储能电站，也已投入应用，其次还在继续研究和安装液流电池，钠硫电池储能系统。除此以外还有“大连液流电池储能调峰电站”、“长沙微网分布式新能源储能节能国家级示范基地”、“二连浩特风电+光伏+光热+储能示范基地”、“河南电网100兆瓦电池储能示范工程”等大规模储能电站示范项目。这些大规模储能项目工程的建成标志着我国在新能源储能技术方面的研究更加成熟，使我国在新能源领域的发展进入了一个快车道，也缩小了与发达国家之间在新能源研究发展方面和储能技术研究方面的距离。1.3光伏发电系统概述1.3.1光伏发电系统工作原理所谓的光伏发电就是一种利用半导体的光伏特效应将太阳能直接转化为电能的技术。此技术主要有三大部分组成，即太阳电池、逆变器和负载，如图1-1所示。图1-1光伏发电系统工作原理太阳电池组件将接收到的太阳能转化为电能，经过控制器，如果是直流负载，则可以直接接到控制器上；如果是交流负载，则从控制器流出的直流电先要经过逆变器将直流电转变为交流电，然后提供给交流负载。1.3.2光生伏特效应概述当p型半导体和n型半导体连接在一起时，在两种半导体的中间区域里会形成一个薄层，其中p型半导体带负电，n型半导体带正电[12]。因为p型半导体是多空穴结构，n型半导体是多自由电子结构，此时中间就会出现浓度差。从而导致n区的电子向p区移动，p区的空穴向n区移动，此时就会在p型半导体和n型半导体中间区域形成了一个“内\o"电场"电场”，方向由n指向p，因此要阻止自有电子和空穴的移动。直到达到平衡，就会形成了一个特殊的薄层，两端存在一个电势差，这就是p-n结。当半导体的p-n结上受到光照时，在p-n结内部自由电子和空穴又开始发生运动，即p-n结内部的自由电子和空穴相结合，形成新的电子-空穴对，由于受到在p-n结内建电场的作用，空穴和自由电子开始发生运动，由高浓度区域运动到低浓度区域，即n区的空穴就会向p区移动，p区的电子会向n区移动，将p-n结的两端用一根导线连接起来，此时导线中就会有电流通过。这就是光生伏特效应。1.3.3光伏发电的组成光伏发电系统是由太阳电池方阵、充放电控制器、逆变器、交流配电柜和负载等组成[13]。光伏组件也称太阳电池，是实现光电转换的一种器件。太阳电池一般分为两种，即晶硅太阳电池和非晶硅太阳电池，而金硅太阳电池又分为单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池，具体分类如下表1-1所示。表1-1各光伏组件特点光伏组件种类组件类型实际光电转换效率实验室效率使用寿命特点晶体硅单晶硅21.3.3%27.3%25效率高，技术成熟多晶硅20%23.4%25效率较高，技术成熟薄膜电池非晶硅10%15.8%3具有弱光效应，成本低碲化镉18.6%21.5%25铜铟镓硒15.7%19.64%20砷化镓18%29.1%10钙钛矿20.5%25.2%10目前，整个光伏行业中应用最多的就是单晶硅和多晶硅这两种太阳电池，因为这两种太阳电池的转换效率较高、寿命较长、技术成熟，单晶硅发电率约为19%~24%，多晶硅发电率约为16%~20%。光伏方阵：首先将多块光伏组件串联在一起形成光伏组件，然后再将这些光伏组件以串、并联的方式连接在一起，这就形成了光伏方阵。控制器：控制器在光伏储能发电系统中起到的的主要作用是控制蓄电池在不同状态下的充放电切换。因为蓄电池循环充放电的次数及放电的深度是决定蓄电池使用寿命的重要因素，所以控制器在带有蓄电池的光伏电站设计中是一个控制蓄电池组的充放电切换的重要器件。除此之外，控制器还对配电线路提供一个过载和短路保护的作用。逆变器：逆变器就是将电路输出的直流电转化为交流电的装置，是链接负载和电池的最后一个关键组件。逆变器根据是否并网可以分为离网型逆变器和并网型逆变器，逆变器根据输出波形又分为正弦波逆变器和方波逆变器，而光伏储能电站设计中，在多类逆变器中选型时通常首选正弦波逆变器，原因在于正弦波逆变器在运行过程中对电站中的其他器件和用户用电器的使用寿命不会造成影响。1.3.4储能系统的作用及组成在光伏电站中储能系统一般用于并网光伏电站中，其作用就是在用电低谷时期将多余的电能储存起来，到用电高峰时期再释放出来，起到一个“削峰填谷”的作用，从而减轻了电网的供电压力。因此，整个光伏储能发电系统包括光伏组件、控制器、储能系统、逆变器以及相应的联合控制调度系统等在内的发电系统。其系统结构图如下图1-2：图1-2储能系统配合光伏并网结构图光伏储能发电系统的组成及其作用：1、光伏组件：将接收到的太阳能转化为电能，供直流负载使用。2、逆变器：将组件输出的直流电转化为交流电，供交流负载使用。3、控制器：进行对电流的输出分配和电池组的充放电控制。5、电池组：在用电低谷时期将光伏发电系统中光伏组件所输出多余的电能转化为化学能储存起来，以备后期供电不足时再以电能的形式释放出来。第二章家庭光伏储能电站的建设场址调研与分析2.1建设场址气候情况和太阳辐照分布图2-1青海省太阳辐照量分布图（引自：中国能源网）青海省属于我国的西北地区，是我国的三江之源，位于青藏高原东北部，平均海拔大约在4000m，气候干燥，雨少晴多，日照时间长，日照率在50%以上，全省各地年日照时间在2300-3550小时之间，太阳辐射总量在5637-7420Mj/㎡之间，位于我国第二位民和县的地理位置处于青海省的东部区域。东边与甘肃省兰州市相连；西边与青海省海东市乐都区相连；北边与甘肃省兰州市红古区相接壤；南边与青海省海东市循化县和化隆县依次相连。海拨最高可以达到4220米，最低也有1650米，平均海拨高度在2100－2500米之间。地理位置处于东经102°26′到103°04′之间，北纬35°45′到36°26′之间。民和县境南北总距离约96km，东西总宽度约32km，总面积达到了1890.82km2左右。民和县的年平均太阳辐照量在5040-5760Mj/㎡左右，也属于太阳能资源比较丰富的地区，所以，分布式光伏储能电站建设场址位于青海省民和县具有非常优越的自然地理条件，为本论文的研究提供了有力地条件支撑。民和县属大陆性气候，其特点是冬季寒冷、夏季凉爽、蒸发量大于降雨量、日照时间长、辐射强，昼夜温差较大。年平均气温为8.7℃，最热月（7月）平均气温为20.3℃，最冷月（1月）平均气温为-10℃。平均作物生长期为234天，年平均降水量为292.2mm，且降水集中在夏季（6－8月），占全年降水量的55％，年蒸发量为1804.6mm，年平均相对湿度56％。本论文通过采用NASA气象数据网的数据资料可得出，民和县年总日照时数在1636小时左右，平均日照时数在4.48小时左右，在4月到8月这五个月内光照资源较好，月平均日照时数都在5以上，如下表2-1民和县月平均日照时数所示，因此每年的这五个月是收益最高的一段时间，其余的时间都比较低，造成这种情况的因素主要是不同月份昼夜时间长短变化和阴雨天、雾天等因素的影响造成的。表2-1民和县月平均日照时数（小时/天）西宁市1月2月3月4月5月6月25年平均3.294.054.725.515.535.57月8月9月10月11月12月平均5.555.124.283.773.422.984.482.2建设厂址建筑屋顶实际情况本论文建设地址位于青海省民和县川口镇红卫村，如图2-2（a）所示为建设地址的屋顶图，该房屋为平顶房，屋顶总面积为92m2，实际可用面积为81m2，并且该房屋全天无阴影遮挡，因此装机容量可达12.5kWp，计划总投资6.5万元，包括36块太阳能电池组件、3台逆变器、电缆线、运输费、施工费用等。该屋顶安装光伏电站后的整体效果如图2-2（b）屋顶光伏电站整体效果图所示。图2-2（a）建设地址的屋顶图，（b）安装效果图本论文按照“就地消纳”的原则，与建筑相结合的方式进行建设。所有光伏发电都要以保障安全、优化结构、节能减排、促进和谐为重点，努力构建安全、绿色、和谐的现代电力工业体系[14]。2.3建设场址负荷情况该房屋中的主要大功率用电器有LED灯、电视机、电冰箱、电饭锅、电水壶等，该家庭用电负荷及平均每天的用电量如下表2-2所示。此用户白天做生意一般不在家，只有晚上才回家，回家大概三个小时后就熄灯休息。但是在这三个小时内他们大概会看两个小时左右的电视，并且烧两壶水用来饮用和其他，做饭时电饭锅大概使用一个小时左右，除此之外家里还有电冰箱，电冰箱必须24小时都处于工作状态。表2-2用电负荷和平均每天用电量统计表用电器数量功率使用时间LED灯415w/盏3h/天电视机1110w/台2h/天电冰箱1100w24h/天电水壶11kw1h/天电饭锅1900w1h/天待机1100w24h/天由上表可得出以下结果，即：用电负载日用总功率为3270W，通过用电负载的日用时长和功率可得日用电总量为7.1kWh，进而得到年总用电量为2590.5kWh。当一个光伏电站建成之后，在后期有一些各种各样难以避免的损耗，假设此次设计的系统效率为80%，在不考虑较少使用的用电器的用电量时，所设计的并网光伏发电系统的日均发电量必须在7.1kWh以上，从而使年发电总量必须达到2590.5kWh。第三章家庭光伏储能电站的设计本论文家庭光伏储能电站的设计内容主要包括：光伏组件的选型、逆变器的选型、蓄电池组选型；通过选择合理的元器件进行光伏系统的容量配置，使得该光伏系统达到最佳输出状态。3.1设计原则本设计在遵循技术先进、科学合理、安全可靠、经济实用的指导思想和设计原则下，着重考虑以下设计原则[15]：先进性：在光伏电站的设计过程中，应具有一定的先进性，这样才能保证系统安全、可靠地运行，也会提高电站的使用寿命。实用性：光伏电站的实用性主要表现在电站安装之后的反馈，光伏组件的实际使用性能和逆变器的使用寿命等因素共同影响着电站性能，因此在电站中安装的器件应该从其稳定性、可靠性和可维护性综合考虑，所以尽量选用维护方便、简易的器件，同时还需考虑到电站为用户带来的收益。经济性：经济性主要体现在在同等规模电站设计中在保证系统各项技术指标的前提下，努力降低工程、设备成本，提高系统的性能价格比，保护用户的投资效益[11]。3.2光伏组件选型峰值日照小时数：4.48h，光伏组件选型原则：光伏组件选型时在保证性能参数合适的情况下，还需要考虑到光伏组件是否易于安装与搬运，同时应选用合理的尺寸和较高性能的光伏组件，组件还应该符合一般的性能标准，易于接线和抗强紫外线，符合IEC61215标准，最终就能够保证每块光伏组件的质量[16]。遵循以上原则选择的jinkosolar-JKMS255PP-608Maxim电池组件。其参数如表3-1：表3-1组件参数表组件类型jinkosolar-JKMS255PP-608Maxim电池片类型156mm×156mm电池片数量60片峰值功率255w峰值电压30.8V峰值电流8.28A开路电压38.0V短路电流8.92A组件效率17.8%工作温度-40°C至85°C尺寸1650mm×990mm×40mm重量19.4kgjinkosolar-JKMS255PP-608Maxim光伏电池组件有如下优点：转换效率高达17.8%；2、尺寸较大，不仅节省了安装成本，还增大了单位发电面积；3、组件功率差为0~5w，进而提高了组件的输出功率，保证了系统的可靠性，进一步增加了给客户带来的收益。3.3逆变器的选型逆变器是组成光伏储能发电系统的一个重要条件，逆变器有很多种类，但一般都选用的是正弦波输出逆变器，因为此类逆变器不会影响电器电机的使用寿命，还要注意如果是独立的光伏储能电站，那就选独立型光伏逆变器，如果要并到公供电网中，那就得选用并网型逆变器。逆变器的选型要求：（1）转换效率：逆变器是光伏系统中的核心器件，所以在逆变器选型时要特别关注逆变器的转换效率，要选用较高转换效率的逆变器。（2）海拔因素：青海也是属于高海拔地区，所以在选择时要确定逆变器可以在高海拔地区正常运行，否则就会影响电网的运行。（3）温度：根据当地气温的最小值和最大值确定一个范围，逆变器的工作范围尽量不要超过当地的气温范围，否则就会影响逆变器的使用寿命。本次设计所选择的是Sungrow-SG5KTL-D型并网逆变器，其具体参数如下表3-2所示：表3-2并网逆变器规格逆变器型号参数Sungrow-SG5KTL-D最大光伏组件功率4kWp最大直流输入电压600V启动电压360VMPPT范围110-560V最大直流输入电流20A直流输入路数1额定交流功率3kW额定交流电流13.6A交流电流畸变率（THD)<3%@额定功率额定交流电压220V交流电压范围180V~276V（可设置）交流电压频率45Hz～65Hz（可设置）功率因数≧0.99@额定功率最大效率97.50%欧洲效率97.00%冷却方式自然冷却防护等级IP65过/欠压保护有过/欠频保护有防孤岛保护有低电压穿越功能有过流保护有防反放电保护有极性反接保护有工作环境温度-25℃~+60℃工作环境湿度0~100%海拔高度2500m显示LCD由上表3-2可知，该逆变器的额定交流电压为220V，而家庭电压正好是220V；最大直流输入电压为600V，满足所设计的家庭光伏储能电站的输出电压；工作环境温度也比较光，只要在-25℃~+60℃内，逆变器就能正常工作；对电路也起到过载和短路保护；逆变器在海拔不超过2500米的地方都可以正常工作，而青海省民和县的海拔为2100~2500米之间，正好在逆变器的正常工作范围之内。3.4蓄电池组的选型（1）电池选型原则光伏发电系统配上储能装置，可以实现削峰填谷、负荷补偿的功能，以此来提高电能的质量。然而储能系统的设计在光伏储能电站中也是非常重要的一部分，所以选择的蓄电池必须满足以下要求：1）可以任意结合，满足较大的工作电流和工作电压；2）电池容量与性能的可检测和可诊断性；3）安全性和可靠性较高：一般情况下，蓄电池的使用寿命在5年左右，在极限情况下，就算发生了故障，但应该在受控范围之内，不其不应该危及到光伏发电系统的安全运行；4）应具有快速响应的功能和快速充放电的功能，充放电能力一般为5-10倍；5）较高的充放、电转换效率；6）易于安装和维护；7）具有较好的环境适应性，较宽的工作温度范围；8）符合环境保护的要求，在电池生产、使用、回收过程中不产生对环境的破坏和污染；(2)建议方案从储能系统的技术方面来看，磷酸铁锂电池由于其技术的成熟，在储能市场上有较强的竞争力，而钠硫电池和全钒液流电池技术相比于磷酸铁锂电池还不成熟，也没有形成产业化，并且其供应渠道受限，价格也比较贵。从后期的运营和维护成本来看，钠硫电池需要不断地为其供热，全钒液流电池需要一个泵对其进行流体控制，从而就会增加运营维护的成本，但锂电池不需要太多的维护成本。根据国内外储能电站应用现状和电池特点，建议储能电站电池选型主要为磷酸铁锂电池[17]。其电池参数如下表3-3：表3-3蓄电池型号电池型号26650额定电压V容量（Ah）长（mm）宽(mm)高(mm)重量（kg）磷酸铁锂1220052222424029.6为了满足光伏电站配置储能系统的要求，本论文选用了12V、200Ah的磷酸铁锂电池，总共使用了4块，全部以串联的方式连接在一起。充满需要9.6度电，理论放电9.6度，但电池都有一个放电深度，一般电池的放电深度为0.8，但磷酸铁锂电池的放电深度相比于其他电池稍微高一点，达到了0.85，因此实际放电量为8度左右。本论文选用的磷酸铁锂电池具有以下优点：1、循环寿命长：循环寿命比铅酸蓄电池高5倍，更好的降低综合使用成本。

2、重量轻：重量相比铅酸电池轻40%左右，是铅酸电池最佳的替代品。3、保护功能：具有短路、充放电过压保护功能，充电电压均衡，温控等功能。4、耐高温：工作温度范围宽广(-20℃—75℃)，有耐高温特性磷酸铁锂电热峰值可达350℃-500℃。5、环保：磷酸铁锂电池一般不含任何重金属与稀有金属，也不污染环境。3.2家庭光伏储能电站设计3.2.1光伏方阵倾斜角的设计光伏组件的安装倾角严重影响着光伏组件所接收到的太阳辐照量，进而影响光伏电站的发电效率和发电量，一般设置最佳倾斜角时应结合当地的纬度，多年月平均辐照度，直射分量辐照度、散射分量辐照度和气候条件进行设计，通过PVsyst光伏仿真模拟软件分析得出，青海省的最佳太阳能倾斜角度为34℃，及朝正南向倾斜34℃安装。光伏方阵最佳倾斜角如图3-1所示。图3-1光伏方阵最佳倾斜角与方位角3.2.2光伏组件串并联设计在光伏电站中将光伏组件按串并联的方式连接在一起，其目的就是为了将光伏组件输出的电流电压通过变压器调至符合逆变器的输入范围之内。因为本次所设计的光伏发电系统的装机容量是12.5kWp，青海省民和县当地的最低气温为-17.6℃，最高气温大约为35.2℃，所选光伏组件的最高允许温度可达85℃，所以光伏组件可以在当地的温度环境条件下正常工作，再根据光伏组件的性能参数：峰值功率电压，开路电压和温度系数等，可通过下式计算：N≤VmpptminVpm其中：N—光伏组串数量，单位串；Vdcmax—逆变器直流的最大输入电压，单位V；t—温度，单位℃；Vmpptmin—逆变器MPPT最小输入电压；Vmpptmax—逆变器MPPT最大输入电压；Voc—光伏组件开路电压；Vpm—光伏组件工作电压；K’v本次家庭光伏储能电站的装机容量为12.5kWp，选用逆变器最大直流输入电压为600VDC，输入电压范围MPPT为110～560V。本方案采用每组12块255Wp多晶硅光伏组件进行串联的方式。每块光伏组件工作电压为30.8V，开路电压为38V，每串光伏组件数量规定为12块。每块光伏组件的工作电流为8.28A，短路电流为8.92A。在AM=1.5，环境温度为25±2℃、太阳辐射照度为1000W/㎡的额定条件下，12块光伏组件的串联支路工作电压为369.6V，开路电压为456V，均在逆变器允许输入范围内，可确保正常工作。在AM=1.5，环境温度为25±2℃，太阳辐射照度为1000W/㎡的额定工况下，每串光伏组件的额定工作电流为8.28A，短路电流为8.92A，都在逆变器允许输入范围内，没有超出允许范围，可以保证逆变器在正常工作时的安全状况。经上述计算，确定光伏方阵中的每一串中光伏组件数量为12块，一共3串，每串组件分别连接一台逆变器，总共3台逆变器。第四章家庭光伏储能电站的成本及预算效益分析4.1成本预算本论文家庭光伏储能电站的建设总投资预算为7.8万元，平均每瓦6.2元，见下表4-1设备材料清单及造价一览表所示，预算资金包括光伏组件、光伏逆变器、控制器、蓄电池、电缆线等主要设备的造价和工程队的一些施工费用（主要有水泥、光伏组件支架、运输费用和人工费等）。表4-1设备材料清单及造价一览表序号系统材料型号数量单位单价（元/W)总价（元）品牌1电池组件JKMS255PP36块1.822500晶科2并网逆变器Sungrow-SG5KTL-D3台0.810000阳光电源3智能控制器Sungrow1台0.496125华为4交直流配电柜定制1套0.33750淘宝5光伏支架定制1套0.2531256线缆光伏专用1套0.151875阿里巴巴7其他材料辅材1套0.1012508安装及技术服务人工、机械、申报、运营维护等费用1套1.620000英利10运输1次0.35185511蓄电池磷酸铁锂4台0.6750012总造价（元）779804.2发电量计算发电量计算公式：EPM=PAS×HAM×KPT×ŋINO×K",[15]式中：PAS太阳能电池容量，本系统容量为12.5Wp；HAM累计辐照量，4.48×365天=1635.2kWh/年；KPT温度修正系数；ŋINO功率调节器效率；K″其他损失，KPT、ŋINO和K″三项损失加起来一般为80%，通过计算得首年发电量为16352kWh。表4-2发电量记录表多晶硅首年末最低功率：97.50%25年末最低功率：80.00%功率衰减以首年为参照年份功率衰减年末功率年发电量(kWh)累计发电量(kWh)12.50%97.50%163521635220.73%96.77%15943.232295.230.73%96.04%15704.547999.740.73%95.31%15585.163584.850.73%94.58%15465.779050.560.73%93.85%15346.494396.870.73%93.13%15228.610962580.73%92.40%15109.212473590.73%91.67%14989.9139725100.73%90.94%14870.5154595110.73%90.21%14751.1169346120.73%89.48%14631.8183978130.73%88.75%14512.4198490140.73%88.02%14393212883150.73%87.29%14273.7227157160.73%86.56%14154.3241311170.73%85.83%14034.9255346180.73%85.10%13915.6269262190.73%84.37%13796.2283058200.73%83.65%13678.4296736210.73%82.92%13559.1310296220.73%82.19%13439.7323735230.73%81.46%13320.3337056240.73%80.73%13201350257250.73%80.00%13081.6363338年平均发电量14533.54.3经济效益分析表4-3发电量记录表光伏发电电量收益（kWh）363338经济收益(元）147152蓄电池充放电充电（度）87600放电（度）74460充电成本（元）26280家庭用电情况低谷用电（度）3.8高峰用电（度）2.4因为磷酸电池寿命为6年左右，25年总共换4次。所以项目总投资为7.8万元左右。每瓦价格为6.2元，系统容量为12.5KW该项目采用“自发自用，余电上网”的规模，青海省的国家补贴电价为0.08元/度，地方电价0.5元/度，上网电价0.325元/度，峰谷电价分别为1元/度和0.3元/度，则一年中的购电消费为1300元。该系统年平均发电量为14534kWh。用户年用电量为3163kWh，高峰用电量为900kWh，其余都是低谷用电，高峰用电来自于光伏发电，低谷用电来自于电网，蓄电池中储存的所有电量全部上网。蓄电池年充电成本1050元，年放电收益1210元，光伏发电年平均上网电量为13634kWh，可获得利润5522元，年低谷用电花费678元，所以一年可节省904元，最终加上节省的电费钱每年可得经