瑞金市龙门村户用独立光伏发电系统的设计

题目瑞金市龙门村户用独立光伏发电系统的设计目录22372摘要 230191Abstract 3204461.绪论 5122371.1选题的背景及意义 5234171.2国内外的研究现状及进展 6307181.3论文的主要内容 6322602.光伏发电系统 8272983.工程概况 9134183.1地理位置 9176913.2太阳能资源 10128313.3工程任务及规模 1146713.3.1系统负载功率的计算 11120393.3.2电站规模概况 11187234.光伏发电系统各组件的选型 13290904.1太阳能电池组件的选用 13315164.1.1太阳能电池组件的介绍 13244444.1.2太阳能电池组件的基本要求 13212244.1.3太阳能电池组件的计算及选型 14282064.2蓄电池的选用 16302504.2.1蓄电池 16249594.2.2蓄电池容量的计算与选用 1691034.3控制器的选用 18264644.3.1太阳能控制器 18315804.3.2太阳能控制器的选用 19268304.4逆变器的选用 1933834.4.1光伏逆变器 20243024.4.2逆变器的选用 20239104.5配电柜的选用 21137854.5.1配电柜 21258204.5.2配电柜的设计及选用 22212344.6本章小结 24273335.电站的设计安装 25170835.1光伏阵列的排布及最佳倾角 25193225.2防雷设计 26293176.经济效益分析 2781916.1价格估算 27154716.2经济效益 2747257.结论与展望 291447.1结论 29202687.2展望 297233参考文献 3016184致谢 31

摘要现如今，世界能源问题越发的严峻，自从上世纪能源危机爆发以来，世界各国开始重视新型清洁能源的开发。传统能源大多为不可再生能源，储量有限，将会在不久的未来消耗殆尽，而且由于传统化石能源的实用过程中往往伴随着严重的环境污染，随着人们环境保护意识的不断增强，对于新型环保能源的呼声也越来越大。太阳能发电技术是一种绿色的能源获取技术，利用太阳能电池的光生伏特效应直接将太阳辐射能转化为电能，因其具有无污染、能源质量高、无枯竭危险等特点，作为清洁能源受到各个国家的接受和重视[1]。太阳能发电技术的发展有利于缓解世界能源危机以及一些地区的电力供应紧张问题，并且符合绿色可持续发展的能源策略，所以发展太阳能光伏发电技术具有重要意义。本设计以偏远山区的用户为例，设计一套户用独立光伏发电系统。首先我们对太阳能光伏发电技术发展的意义、国内外发展现状以及未来的发展趋势进行了分析。然后我们介绍了不同类型光伏发电系统的构成和适用场合，并分别对离网光伏发电系统的各个组件，光伏电池、蓄电池、控制器、逆变器、配电柜做了介绍分析，并针对光伏市场上的产品对系统的组件进行选型。在安装上，以瑞金市地区的经纬度和气候条件为例，通过PVsyst软件进行模拟，得出光伏电池安装的最佳倾角。本设计在满足用户需求的基础上，设计出一套安全可靠、经济合理的户用独立光伏发电系统。关键词：清洁能源；光伏发电技术；光伏电池；PVsyst；最佳倾角AbstractNowadays,theWorldEnergyproblemismoreandmoreserious,sincetheenergycrisisbrokeoutinthelastcentury,theworldbegantopayattentiontothedevelopmentofnewcleanenergy.Traditionalenergysourcesaremostlynon-renewableenergyresources,whichwillbeexhaustedinthenearfutureduetothelimitedreserves,andbecausethepracticaluseoftraditionalfossilenergyresourcesisoftenaccompaniedbyseriousenvironmentalpollution,withtheincreasingawarenessofenvironmentalprotection,thesoundofnewenvironmentalprotectionenergyisalsoincreasing.Solarpowertechnologyisakindofpowergenerationtechnologythatusesthephotovoltaiceffectofsemiconductorinterfacetoconvertsolarenergyintoelectricity.Ithastheadvantagesofnopollution,highenergyquality,nodangerofdepletion,etc.,asakindofcleanenergywhichisacceptedandvaluedbymanycountries,itisconsideredtobethemostpotentialpowergenerationtechnologyinthetwenty-onethcentury,andtheresearchofphotovoltaiccellisthecoreofthedevelopmentofphotovoltaicpowergenerationtechnology.Thedevelopmentofsolarpowergenerationtechnologyisofgreatsignificanceinalleviatingtheworldenergycrisisandtheshortageofelectricitysupplyinsomeareas,andinreducingpollutiontotheenvironment,saidphotovoltaics,directoroftheNationalEnergyAdministration.TAKINGOFF-GRIDPVpowergenerationsystemasanexample,thispaperstudiesanddesignsasetofhouseholdstand-alonepvpowergenerationsystem.Firstofall,weanalyzethesignificanceofthedevelopmentofphotovoltaicstechnology,thecurrentsituationofdevelopmentathomeandabroad,andthefuturedevelopmenttrend.ThenweintroducedtheclassificationofPVpowergenerationsystem,especiallythestructureofindependentPVpowergenerationsystem,andintroducedandanalyzedpvbattery,storagebattery,controller,inverteranddistributioncabinetrespectively,andaccordingtothesystemdesignanduserneeds,thePVmarketfortheproductsofthesystemcomponentsforselection.Intheinstallation,takingthelongitude,latitudeandclimateconditionsinRuijinasanexample,thePVsystsoftwarewasusedtosimulateandobtaintheoptimumtiltangleofphotovoltaiccellinstallation.Basedonthedemandofcustomers,thisdesigndesignsasetofsafe,reliable,economicalandreasonablehouseholdstand-alonephotovoltaicpowergenerationsystem.KeyWords:CleanEnergy;photovoltaictechnology;photovoltaiccells;PVsyst;optimalobliquity绪论选题的背景及意义当今时代，随着社会的不断发展以及世界人口的快速增长，人类对于能源的需求也越来越大。目前人类使用的常规化石能源，如煤、石油、天然气等，随着人类千百年来不断的开采消耗，其储量在不断的减少，甚至在不久的将来枯竭。且在传统化石能源的利用过程中，存在着严重的环境污染问题，排放出大量的有毒有害物质，造成温室效应、酸雨和雾霾等问题，破坏生态环境。因此，各国都在研究，寻求一种可再生的绿色能源。而在人类已知的能源中，太阳能分布最为广泛，取之不尽、用之不竭，且不会对环境造成任何污染的，是替代化石能源的理想能源。据统计，太阳内年辐射到地表的能量高达1.05×1018kwh,将近全世界年消耗能量的一万倍，相当于17.1万亿吨标准煤燃烧所释放的热量。近几年来，太阳能光伏发电技术的研究成为各个国家的一个非常重要的研究课题。由于我国的快速发展，造成国内环境污染严重，急需像光伏这样的清洁能源对煤、石油、天然气等化石能源进行替代，可以预见，未来光伏是可能替代传统化石能源的清洁能源之一。我国地域辽阔，太阳能资源丰富，而且国家对太阳能光伏发电技术出台了相关的政策扶持，为我国的光伏发电技术的推广与发展提供了良好的环境。当今世界还有很大一部分人生活中用不上电或者用电困难，他们生活在贫困或者偏远地区，人口稀少，远离电站或者公共电网，专门搭建输电线路将会造成高额的成本付出，却在将来数年内都无法产生收益，而且在电力输送和维修过程中的，也会产生大量资源的损耗。离网光伏发电系统是一种独立自给的可再生新能源供电系统，可以有效的解决此类情况中用户的基本用电问题。本文针对瑞金市偏远山区的龙门村用户需求，本着合理性、实用性、高可靠的高性价比的原则，设计一个经济实用，稳定性能好的户用独立光伏发电系统。国内外的研究现状及进展法国科学家贝克勒尔于1839年提出了半导体界面的光生伏特效应，1954年，在美国科学家恰宾和皮尔松的手中，诞生了世界上第一块实用的单晶太阳电池，推进了将太阳光能转化为电能的实用光伏发电技术的发展，光电转换效率为6%，同一年，韦克尔发明出世界上第一块薄膜太阳电池。自此，光伏发电技术不断发展壮大，但在当时却并未受到世界各国的重视。随着现代工业的快速发展，自20世纪70年代全球爆发石油危机以来，全球的能源危机和环境污染问题日益突出，传统的化石能源正在不断减少，世界各国开始重视发展新型能源。在此情况下，太阳能以其独特的优势引起世界各国的重视，并出台各项扶持政策推动光伏产业的发展。自上世纪80年代以后，随着太阳能电池的种类、应用范围、市场规模逐步扩大，光伏产业在全球迅速发展，全球光伏装机量以惊人的速度增长。2018年，全球并网光伏装机总量达506GW，2019年全球新增并网光伏装机量97.5GW，全球新增装机量排名前三的国家非别是中国，美国，印度，其中海外市场占据全球份额的近70%。2020年受新冠疫情影响，海外市场需求延后，预计2020年全球新增装机量或将回落至55GM。但从整体来看，全球光伏市场前景乐观，且将保持较高的增长[2]。就我国而言，地域辽阔，全国太阳能资源非常丰富，光伏产业具有较大的发展空间。我国发电方式主要以火电为主，截止2018年，我国电力供应结构中，火电占据比例为73.32%，其次是水电16.24%，太阳能发电仅占2.54%，而在将来，传统的化石能源将逐渐被取代，可见我国光伏分布市场潜力巨大。2002年我国光伏产业开始起步，2010年在欧洲经历光伏产业需求放缓的背景下，我国光伏产业迅速崛起。到2017年，我国新增并网装机量53GW，同比增长50%，全国累计光伏装机量达到131GW，位居全球首位。进入2020年，国家能源局于3月10日发布了《关于2020年风电、光伏发电项目建设有关事项的通知》，确定了国内光伏项目补贴额度，为光伏竞价项目预留了充分的准备时间，2020年国内新增光伏装机量有望达到40GW。论文的主要内容光伏发电是利用光生伏特效应，通过半导体界面吸收光能转化为电能。由太阳能电池片通过串并联形成的器件称之为太阳能电池组件，是光伏发电系统中的重要组成部分。由太阳能电池组件、光伏控制器和光伏逆变器等器件构成的发电系统就是光伏发电系统。本文运用独立光伏系统的设计原理、光伏系统发电原理[3]，结合地理环境以及用户的实际需求，本着实用、合理、高性价比（低成本）、高可靠的设计原则，为瑞金市偏远山区龙门村的用户设计一套适用的户用独立光伏发电系统。计算出当地最佳的光伏阵列安装倾斜角，并通过市场调研选择合适的系统组件，在确保工程质量的前提下，保证光伏系统配置的合理性和经济性，使整个光伏系统能够长时间稳定工作。

光伏发电系统太阳能发电技术分为两种，光热发电技术和光伏发电技术[4]，而本设计所运用到的便是光伏发电技术。光伏发电是指利用太阳能电池的光生伏特效应直接将光能转化为电能的技术。我们将由太阳能电池和其他设备组成的，将太阳能转化为电能的系统成为光伏发电系统，光伏发电系统根据系统结构和电力输送模式的不同可分为独立光伏发电系统、并网光伏发电系统和分布式光伏发电系统。独立光伏发电系统：其主要特点是可独立运行，不连接电网，实现电量的自发自用，多余的电能储存在蓄电池中，在需要的时候释放出来为负载供电，所以也称作离网光伏发电系统。适用于偏远地区村庄供电、太阳能路灯、太阳能户用电源系统等系统供电[5]。并网光伏发电系统：顾名思义，系统连接公共电网，光伏方阵输出的直流电经过逆变器转换成交流电输送到电网上。并网光伏发电系统可分为两类，一类是带蓄电池的，一类是不带蓄电池的。带蓄电池的并网光伏发电系统具备可调度性和备用电源，可根据情况选择接入或退出电网。分布式光伏发电系统：分布式光伏发电系统是目前市场上较受欢迎的光伏发电系统，电站在用户场地附近建设，采用用户自发自用、余电上网的运行方式，倡导就近发电，就近并网，具有输出功率较小、污染小，缓解地区用电紧张和发电用电并存的特点。适用于农村、山区、城市等地区，具有广阔的发展前景[6]。本文根据用户的实际情况，设计的是户用独立光伏发电系统，图2-1为PVsyst模拟的结构示意图。图2-SEQ图2-\*ARABIC1户用独立光伏发电系统结构图工程概况地理位置瑞金市位于江西省东南部，赣州市东部，处于东经115°42′～116°22′和北纬25°30ˊ～26°20ˊ之间，是江西省直辖县级市，由赣州市代管。瑞金市背靠武夷山脉，地处武夷山脉西麓隆起的一级构造带中部，四面环山，是一处典型的盆地地形，总面积达2441.4平方千米。瑞金市东面与福建省龙岩市接壤，省内辐射会昌县、宁都县、于都县、石城县等赣州下辖县市，是中西部与东南沿海沟通的中转要地。瑞金市独特的地理环境以及历史因素，使其成为了共和国的摇篮，中央红色政权的诞生地，被称之为红色故都。本设计的用户是居住在瑞金市武阳镇龙门村前村的一户居民。此地处于偏远山区，交通闭塞，仅有一天山间公路与外界相连，远离电站和电力网，输电线路建设成本高昂。且因地形限制，四面环山，耕地少，不适合大型电站的建设，如果实行余电上网，那将会在输送途中产生大量损耗，户用独立光伏发电站的建立能够有效的解决该用户的日常用电问题。太阳能资源我国地域辽阔，东西南北跨度大，经度范围：73°33′E至135°05′E;纬度范围：3°51′N至53°33′N，陆地国土面积约为960万平方公里，位居世界第三，占据世界近7%的土地面积，具有多种气候环境，太阳能资源也十分丰富。太阳能资源的丰富程度由太阳辐射的强弱决定，我国太阳能资源总体上呈现北多南少，其中宁夏、甘肃、新疆、青海以及西藏等部分地区为我国太阳能资源最为丰富地区，尤其是西藏西部，太阳年辐射量位居全国首位，其省会拉萨更是被誉为阳光城。太阳辐射最弱的地区是四川盆地及附近。根据全国各地太阳能辐射量的不同，我国太阳能资源地区大致能划分为五类。其分布地区如下图3-1所示。图3-SEQ图3-\*ARABIC1我国太阳能资源分布瑞金市地处华中气候区和华南气候区的过渡带，属于亚热带季风温润型气候，是我国第四类太阳能资源分布区域。据市气象局历年的统计，瑞金市年平均气温为19.1℃，全年降水较多，夏季湿热多雨，最长连续阴雨天达5天，年平均日照时数为1618.0小时，峰值日照时数为4.43小时，满足太阳能光伏电站的建设条件。工程任务及规模系统负载功率的计算本设计为针对用户的家庭用电负载供电的户用独立光伏发电系统，系统负载电压为220v，系统的负载功率详见下表3-1。表3-SEQ表3-\*ARABIC1负载功率表用电器名称单位功率（w）数量所耗功率（w）电视机2001200冰箱1501150洗衣机2001200热水器150011500电饭煲5001500照明灯1010100余量5001500合计3150w家用电器额定电压为220v，负载的最大工作电流为3150/220=14.3A,预设每个负载日均工作时间为12h，则该户居民平均每日的负载用电量为14.3A×12h=171.6Ah。电站规模概况户用独立光伏发电系统不与公共电网连接，电站可独立运行，用户发电完全自发自用，多雨的电能储存在蓄电池中，可以在夜晚或者阴雨天气释放出来，以满足用户的用电需求。该用户的屋顶为水泥平面屋顶，面积开阔，楼房单独成栋，周围没有高楼、树木等遮挡物，可以不考虑遮阴造成的热斑效应。电站设计共使用18块220w单晶硅太阳能电池组件，设计容量达3.96KW，蓄电池组容量为1430AH。电站屋顶设置防雷接地，完善防雷措施。还配备了4KW逆变器，48V系统的控制器以及相应的配电柜，以保障光伏发电系统的正常运行和用户的用电安全。

光伏发电系统各组件的选型太阳能电池组件的选用太阳能电池组件的介绍太阳能电池组件是通过吸收太阳光，将太阳辐射能通过光生伏特效应直接或间接转换成电能的装置，是太阳能发电系统发电的核心。太阳能电池利用材料的光电转换特性制成。其工作原理是，当太阳光照射到半导体的p-n节上，能量激发出电子，形成新的电子-空穴对，并在内建电场的作用下，空穴向p区移动，电子流向n区，在通路中形成电流。太阳能电池因其制造材料和工艺的不同，具有诸多种类，其中硅太阳能电池是发展最为成熟的。目前，市面上使用的太阳能电池组件主要为晶硅光伏组件，但晶硅太阳能电池在使用过程中，存在效率衰减问题，在安装的2~3个月，经曝晒电池的效率衰减约为2~3%，此后每年的衰减稳定在0.5~0.8%之间，使用20年时间组件衰减约为20%。其中，单晶硅组件的衰减要小于多晶硅组件的。因此，提升太阳能电池组件的效率、降低建设成本仍将是未来光伏行业发展的两大方向[7]。太阳能电池组件的基本要求太阳能电池组件是光伏发电系统的重要组成部分，在使用过程中对其有以下基本要求：具有足够的机械强度；具有较强的抗腐蚀性；良好的绝缘性能；抗紫外线辐射能力强；根据工程设计的不同，由多种接线方式；发电效率受串并联的影响较小；电池片之间的连接安全可靠；使用寿命长，在自然条件下能够使用达到20年；封装成本尽可能的低。太阳能电池组件的计算及选型太阳能电池组件的计算中，电池组件的并联数量通常用负载日平均用电量除以系统日均发电量，串联数量用系统的工作电压除以组件的工作电压来计算。其基本公式如下；并联组件数量（3-1）组件日发电量（（3-2）组件串联数=（3-3）

系数1.43为光伏阵列和系统工作电压的近似比。但在实际使用过程中，太阳能电池是输出总会受一些外在因素的影响，从而降低效率。所以在实际运用的计算中，需要将这些影响因素考虑进去，以得到更加准确的计算结果，其外在的影响因素有如下：太阳能电池组件在使用过程中，会存在自身效率的衰减，以及灰尘、污垢等覆盖表面，使太阳能电池组件的发电效率降低，为应对这些不可控的情况，我们将组件的衰减系数设定为0.9来进行计算。在蓄电池充放电的过程中，能量损耗在5~10%之间，这种现象是蓄电池的库伦效应，在设计中，我们要讲太阳能电池的功率提升10%以应对蓄电池充放电过程中的能量损耗，故设定库伦系数为0.9进行计算。考虑使用过程中的影响因素后，计算公式如下：并联组件数量=（3-4）组件日发电量（Ah）（3-5）组件串联数=（3-6）

瑞金市地区的峰值日照时数为4.43h，本设计选用泰恒力品牌的太阳能电池板，规格为220w/36V，其具体参数详见下表3-2。表4-SEQ表4-\*ARABIC1太阳能电池参数品名泰恒力太阳能电池板材料单晶硅规格220w/36V尺寸1297*920*35mm使用寿命25年开路电压44.7V短路电流6.72V峰值电压44.9V峰值电流5.28A带入数值计算得：组件日输出（Ah）=5.28A×4.43h=23.4（Ah）并联组件数量=171.6Ah/（0.9×23.4Ah×0.9）≈9（组）组件串联数=48V×1.43/36V≈2（个）组件总数=2×9=18（个）根据以上数据计算，本设计使用的220w/36V的泰恒力太阳能电池板的数量为18块，其中并联数量为9，串联数量为2。蓄电池的选用蓄电池太阳能蓄电池是太阳能光伏发电系统中，能将太阳能组件传输的电能进行储存，并在需要时负载供电，实现电能-化学能-电能之间装换的电气化学设备。目前市场上常用的储能电池有铅酸免维护蓄电池、普通铅酸蓄电池、碱性镍氢蓄电池和胶体蓄电池四种，而铅酸免维护蓄电池和胶体蓄电池因其具有免维护和污染小的特点，性价比高，在国内应用较为广泛。对于太阳能电池组选择蓄电池的基本要求是：电池的循环使用寿命长；具有较强的深放电能力；自放电率低；充电效率高；具有少维护或免维护特性；工作温度范围宽；性价比高；蓄电池容量的计算与选用因此，对于蓄电池容量C的计算公式为：C=K式中，K为安全系数，通常取值为1.1~1.4之间；Q为负载日均用电量；N为当地最长阴雨天数；T为温度修正指数，在零摄氏度之上取值为1；DOD为电池放电深度，酸性电池通常为0.75，碱性电池通常为0.85。本论文使用的电池为酸性电池，综合论文内容，设定各项的数值：K取值1.25，Q为171.6Ah，N为5d，，T为1，DOD为0.75。将各项数值带入公式计算得：C=1430Ah确定好蓄电池的容量后，根据使用情况和蓄电池类型对蓄电池进行串并联排布。蓄电池的串联要求满足系统的工作电压，其计算方式是用系统工作电压除以蓄电池标称电压，并联的电池数量等于蓄电池的总容量除以蓄电池的标称容量，其计算公式如下：蓄电池串联数=（3-8）蓄电池的并联数=（3-9）现在市面上可供选择的蓄电池品牌有很多，类型也多种多样。本设计选用的是中电硅能生产的12V/100AH阀控式铅酸免维护蓄电池，其外形参数如下图4-1所示。图4-SEQ图4-\*ARABIC1蓄电池参数根据计算出的蓄电池容量C=1430Ah，逆变器输入端的电压48V，结合上图所选蓄电池的参数，计算可得：蓄电池的串联数量为4个；蓄电池的并联数量为15组；所用蓄电池的总数为60个；根据以上计算可知，本次设计需要使用到的铅酸免维护蓄电池数量为60个，每4个蓄电池进行串联，15串蓄电池进行并联。控制器的选用太阳能控制器太阳能控制器全称太阳能充放电控制器，是太阳能发电系统中为蓄电池组的充电、放电过程进行智能控制的设备。它对光伏系统中的蓄电池组充电、放电过程加以调控，并根据用电需求控制太阳能电池组件和蓄电池组为负载供电，是光伏发电系统工作运行的控制核心。其设计的初衷便是为了偏远地区供电系统的调控，并实时显示光伏发电系统只各个组件的工作情况，以便做出及时的调整。太阳能控制器的主要功能有：对蓄电池的过充、过放进行控制保护，延长蓄电池的使用寿命；负载过流及电路短路保护；蓄电池和太阳能电池的防反充保护；防止太阳能电池、蓄电池反接危害；对光伏系统的工作状态进行监控；MPPT最大功率点跟踪；系统故障检测等。太阳能控制器的选用根据使用功能需求，本设计选用索尔的一款48V系统的太阳能控制器，控制器的参数如下表4-2；表4-SEQ表4-\*ARABIC2太阳能控制器参数型号ST-MP50-50A最大负载电流50A系统类型12V-24V-48V/48V-96V（自动识别/手动设置）充电模式MPPT自动最大功率点跟踪充电方式三阶段：恒流（MPPT），均衡充，浮充MPPT工作电压范围DC65V-DC150V输入低/过压保护点DC60V/DC175V输入低/过压恢复点DC65V/DC170V该控制器采用MPPT最大功率跟踪技术[8]，通过智能调节系统的相应工作电压，使太阳能电池板一直在伏-安曲线的最大功率点工作，从而取得最大的发电量。逆变器的选用光伏逆变器逆变器主要由逆变桥、控制逻辑和滤波电路三个部分组成，是光伏系统中将直流电转换为交流电的变压装置，它可以将系统输入的直流电转换为220V、50HZ的正弦交流电，为家用负载供电。光伏逆变器的类型有集中式逆变器、组串式逆变器和微型逆变器：集中式逆变器集中逆变器的工作方式是，将所有太阳能电池组串产生的电流通过汇流箱汇集，再把直流电通过逆变器转换成交流电。集中式逆变器的特点是系统功率高且成本较低，但其对组串间的匹配性要求较高，单个组串出现问题容易影响到其他的组串发电。集中式逆变器的容量较大，在10kw~1MW之间，比较适用于光照均匀的大型光伏电站。组串式逆变器不受组件组串式逆变器是当前市场上的主流逆变器，其容量在1~5KW之间，可以使每一个光伏组串连接一个逆变器，在交流侧具有最大峰值功率跟踪，在交流侧可以并联并网。安装组串式逆变器的电站发电时，组串之间不会相互影响，可以减少发电量的损失。微型逆变器微型逆变器也称作组件逆变器，一般指的是光伏发电系统中的功率小于或等于1KW、具有组件级最大峰值功率跟踪（MPPT）的逆变器，其工作方式是对每块组件进行逆变并进行独立的MPPT控制，能够大幅度提高发电效率。微型逆变器的直流电压较小，安全系数更高，适用于小型光伏电站，但是投资成本更高[9]。逆变器的选用用户的家用负载功率为3.15KW，本设计选用的逆变器容量为4KW、输入电压为DC48V、输出电压为AC220V。市场上一款鸭龙品牌的逆变器参数如下如4-2。图4-SEQ图4-\*ARABIC2逆变器参数图配电柜的选用配电柜配电柜按使用环境不同，设计有动力配电柜、照明配电柜和计量柜，是光伏发电中配电系统的末端设备。配电设备共划分三个等级：等级名称用途一级配电设备统称为动力配电中心负责把企业变电站的电能分配给各个下级配电设备。二级配电设备动力柜和电动机控制中心动力配电柜和电动机控制中心分别使用在负荷比较分散、回路较少和负荷集中、回路较多的场合。他们负责把上一级分配的的电能进行就近分配，为负荷提供保护，并且起到监视和控制的作用。末级配电设备照明动力配电箱容量较小，布置分散，远离供电系统。配电柜的设计及选用根据给用户的家庭用电需求，配电箱中要设置5条分线路，分别为厨房、卧室、卫生间、客厅以及预留一条备用路线，其示意图如下图4-3。图4-SEQ图4-\*ARABIC3配电柜路线图根据配电柜的实用安全要求，配电柜的设计要，在总线路上配备总断路控制器，各条分路上要配备断路器和空气开关，以控制线路的通断以及实用安全。根据使用要求，本设计使用配电柜设计详见下图4-4。图4-SEQ图4-\*ARABIC4配电箱该配电柜拥有一个总开关，可承受最大电流为63A，9个分路开关，可承受最大电流为16A，预留的多个分路开关可供以后的电路扩充，适合家庭使用。 本设计使用的电路电度表为上海华立电表厂生产的单相电表，电表的额定电压为220V，电流为5-20A，电表的外观参数如下图4-5所示。图4-SEQ图4-\*ARABIC5上海华立电表本章小结本章内容主要根据用户的日常负载用电需求，来计算电站的设计规模，并通过市场调查，在保障系统设计的合理性及经济性条件下，针对光伏市场上的光伏组件进行选型，满足用户的用电需求。

电站的设计安装光伏阵列的排布及最佳倾角本设计的电站安装采用固定式安装，光伏电池板面朝正南方，为了获得最大量的太阳辐射量和年发电量，需要对光伏电池板的安装角度进行计算，使得光伏电站全年收益最大化，这个角度就是最佳倾角。光伏电池板的安装角度决定了太阳照射到电池板斜面上的入射角，从而影响到单位面积内太阳的辐射量，在相同的太阳辐照条件下，入射角越大，单位面积上太阳辐射量就越少[10]。影响最佳倾角的主要因素有当地的纬度、各月太阳辐射量和直散比。本设计使用PVsyst软件模拟赣州地区光伏安装的最佳倾角，结果如图5-1所示。图5-SEQ图5-\*ARABIC1最佳倾角关于光伏组件支架的安装，本系统采用混凝土支墩配重法，即在屋顶浇筑钢筋混泥土支墩，支墩顶部预先埋入地脚锚栓、U型螺栓等光伏配件作为支架的连接固定点。其优点是不损伤屋顶结构，拆卸方便[11]。根据计算，光伏电池板采用2块串联，9串并联的方式进行连接安装，方向朝南，与房屋朝向一致。防雷设计对于光伏电站来说，雷电是电站的运行安全中的重大威胁[12]。自然界中的雷电是雷雨天气雷云中汇集的大量电荷产生的强放电现象。建筑、设备防雷主要预防直击雷和感应雷：直击雷：即我们日常所见到的闪电，其具有电效应、机械效应和热效应，而且直击雷能量巨大，集中物体往往会产生强大的破坏力。感应雷：雷云的形成过程中，会有大量的电荷汇集，产生大范围的电磁感应和静电感应现象，从而使雷电范围内的金属导体感应出现高电压和瞬间冲击电流，对用电设备造成严重破坏，更是对电气系统安全产生严重威胁。本设计是水泥平面屋顶的光伏电站建设，防雷接地采用光伏支架直接接地的保护方式。每两块相邻的光伏电池组件之间用防雷电缆连接，地面用50×5的热镀锌扁钢环绕光伏支架焊接，形成一个闭合回路。扁钢焊接处接触面积不小于扁钢宽度平方的两倍，在直角交接处，可在直角内侧斜焊一根扁钢，以达到足够的接触面积，以便于电流的传导。用电缆连接光伏支架和地面的扁钢回路，然后再连接屋顶原有的防雷设施，达到防雷接地的效果。同时，光伏控制器的输入和输出端也要安装防雷器，以防雷电的进入对光伏发电系统造成破坏。

经济效益分析价格估算本次设计所用元器件的价格统计如下表6-1。表6-SEQ表6-\*ARABIC1价格估算元器件单个价格（元）数量（个）总价（元）太阳能电池板550189900蓄电池12006072000控制器120011200逆变器315013150配电箱2001200总计86450元经济效益一般户用光伏电站的收益来自以下几个部分：光伏政策补贴：只要是光伏电站发的电，无论是自己使用还是上网卖钱，都能享受政策的补贴，一般为国家补贴+省级补贴+市县级补贴。节省电费：户用光伏自发自用，不用再额外的交电费。余电上网：用不完多余的电量可以输送到电网上卖钱。2020年国家能源局最新发布的《关于2020年风电、光伏发电项目建设有关事项的通知》文件出台，根据其中内容，户用独立光伏电站将不再享受国家政策补贴，同时电站不与公共电网连接，所以收益的计算为：电站年收益=日均用电量*电价*365d该用户的日均用电量为3.15kw×12h=37.8kwh=37.8度，瑞金市2020年的电价为0.6元/度，所以就算得到电站的年收益为8278.2元，预计十年半的时间可以收回电站投资。

结论与展望结论在光伏电站的设计过程中，要考虑多方面的因素对电站建设的影响。首先是勘察清楚用户的用电情况、施工的地理条件以及当地的气候环境，然后根据用户的需求对光伏发电系统进行选型，并使用合适的算法计算出系统的各个参数值，再针对电站建设所需要的组件在光伏市场上选型，最后设计出最为合适的系统。光伏发电系统要遵循合理、实用、高性价比、高可靠性的设计原则，在保证系统