光伏发电系统设计

PAGEIPAGE光伏发电系统设计（离网）摘要世界能源的短缺以及环境污染已成为当今日越来越严重的问题，改变能源结构，寻找可再生绿色能源一直受到世界各国的重视。伴随着科学发展技术的进步，太阳能光伏产业的发展异常迅速，在不久的的未来，太阳能将会成为日渐减少的传统化石类能源的有效替代物。本文以光伏发电为背景，介绍了发展光伏产业现状以及光伏产业的意义，由此来引出光伏发电产业中的离网型太阳能供电系统，并且以离网型太阳能光伏发电系统为主，重点介绍了离网太阳能光伏发电系统的工作原理、优势、组成和应用领域，以及达到一个能够连续运行一天的离网型太阳能供电系统，由此对光伏产业的未来进行展望。关键词：离网光伏发电；光伏产业；可再生绿色能源PAGEPAGEIIABSTRACTEnergyshortageandenvironmentalpollutionhavebecomeincreasinglyseriousproblemsintheworld.Changingtheenergystructureandseekingrenewablegreenenergyhaveattractedmoreandmoreattentionfromcountriesaroundtheworld.Alongwiththeprogressofscienceandtechnology,thesolarphotovoltaicindustrydevelopsveryrapidly.Intheforeseeablefuture,solarenergywillbecomeaneffectivealternativetotheincreasinglyexhaustedtraditionalfossilenergy.Basedonphotovoltaicpowergenerationasthebackground,thispaperintroducesthedevelopmentofphotovoltaicindustrystatusquoandthesignificanceofphotovoltaicindustry,thustodrawouttypeoff-gridsolarpowersupplysysteminthephotovoltaicindustry,andgivenprioritytowithoff-gridsolarphotovoltaicpowergenerationsystem,off-gridsolarpvpowergenerationsystemismainlyintroducedtheworkingprinciple,advantages,compositionandapplicationfields,andachieveacontinuouslyrunningdayoff-gridsolarpowersupplysystem,thephotovoltaicindustry,andthefuturewasdiscussed.Keywords:Off-gridphotovoltaicpowergeneration；Photovoltaicindustry；Renewablegreenenergy东北电力大学本科毕业设计论文PAGEIII目录摘要 ⅠABSTRACT Ⅱ目录 Ⅲ第1章绪论 11.1课题背景及研究的意义 11.1.1课题背景 11.1.2课题研究的意义 11.2光伏发电研究现状 31.2.1国外光伏发电研究现状 31.2.2国内光伏发电研究现状 51.3本文的研究内容 7第2章离网型太阳能光伏发电系统 72.1工作原理 72.2系统构成 82.3应用领域 112.4优势 132.5离网太阳能光伏发电面临问题 14第3章参数的设定 14第4章设计连续运行一天的离网型太阳能供电系统 17结论 19参考文献 20致谢 22东北电力大学本科毕业设计论文PAGEPAGE2第1章绪论1.1课题背景及研究的意义1.1.1课题背景在全球经济化进程的高速前进下，传统的不可再生化石能源作为主要发电的主要原料，逐渐不能满足人类社会发展的需求，并且传统化石燃料的不合理不科学利用，导致全球气候变暖，造成污染，生态环境恶化，化石能源也在逐渐的减少，能源危机将会离我们越来越近。在21世纪初进行的关于世界能源储量数据的调查显示：天然气可采量为62年，石油可采量为38.9年，煤炭可采量为231年，可见石油、天然气、煤炭的开采量并不能一直支持我们使用，寻找并探寻更清洁、更环保的具有持续性发展的可再生能源逐步成为了全人类社会关注的焦点。由于能源短缺以及污染非常严重的形势下，具有清洁、绿色的新型能源之一的太阳能尤为备受关注，太阳能光伏发电是环境友好型绿色能源之一，也是我国如今发展规划可持续发展的重要内容。光伏发电工业不仅能够优化产业布局、实现电力供应多元化，还能推动社会经济的持续发展。1.1.2课题研究的意义太阳能光伏产业具有技术研究发展风险较高，产业的研究周期较长，投资和规模都比较大与需要利用高新技术的特点。所以受到这些特点的影响，太阳能光伏产业如果仅靠自身发展下去是无法能够跨越起始的发展阶段的，并且太阳能光伏产业的发电能量密度比较低，资本也比较密集，以此造成了光伏产业的投资成本普遍的升高，所以太阳能光伏产业的特殊特点使光伏产业要想做到更好主要取决于国家政府政策方面上的大力支持。所以政府部门在对人民以及个体户对太阳能光伏发电产业发展的鼓励起到了非常重要的作用。太阳能光伏产业在在未来民生和当今国家新兴技术的发展方面上都起着非常中有的性质。然而现在中国政府正在为解决人民奔向小康社会投入了非常大的精力，同时国家化石能源的短缺和生态环境的普遍破坏也是非常大的难题。所以在如今社会提倡低碳生活的美好生活下太阳能光伏产业作为可以无限的为世界提供能源供应的最为主要的产业，国家促进其的发展更具有非常可观的战略意义和现实意义。中国地区的土地资源非常的大，特别是在一些平原以及沙漠上太阳光的照射所得到的能源是非常丰富的，在开发利用前景方面上也是前景无限的[15]。在世界各国内，它们都对太阳能产业提出了非常可观的政策支持，位于有些落后中国政府也已经开始从国家战略层面对众多的太阳能光伏产业提出来有效的政策支持，以次来促进了太阳能光伏产业更加美好的发展。现阶段各个国家都已经将对从原先传统的化石能源的支持逐渐的转变了以太阳能为首的光伏产业为代表的清洁新能源产业，以此对新能源产业的发展进行了有效性的推动并且抑制了有污染的化石能源产业进一步发展。根据光伏产业发展现阶段遇到的一些难题以及光伏产业发展所面临现实的种种状况来看，全球太阳能光伏产业的发展通过上面分析基本上主要体现在了国家政策对光伏产业的支持以及投资为主要的发展路径。国家在太阳能光伏产业刚刚发展的起始阶段上，政府部门通过在购电和补贴以及种种的优惠方面上都给了光伏产业的发展有效的支持，对光伏产业进一步的完善并且鼓励个体户投资光伏产业以此来促进国家能源的发展，通过光伏产业的技术创新以及规模的不断扩大最后将光伏发电的成本降到能够接受的标准以此来推动市场各个方面上的需求。目前，中国太阳能光伏发电的平均成本与传统的化石能源的成本相比较仍然有些很大的差距。如果光伏产业的发展仅仅依靠在市场上的利用而国家不采取对其产业政策上的支持以及给予的优惠，则太阳能光伏产业的发展就会受到技术不足而导致组件的不完善和投资的成本少等在各种方面上的不利因素影响，最后不能将光伏产业的初期阶段进行越过而导致太阳能光伏发电能源的发展[13]。所以想要将太阳能光伏产业发展壮大，必然离不开技术的不断创新和国家的支持，将合理的利润和政策支持给予光伏企业的发展，在收购光伏的发电量方面上进行有效的同意，带领着着光伏产业向更高处发展。在进入到新世纪以来，中国从太阳能光伏产业方方面面上不足的发展初期逐渐的成长为在世界上数一数二的太阳能光伏大国。在这一阶段的发展期间，中国从金太阳示范工程到光电建筑一体化示范项目再到太阳能特许权招标的步步发展及推进，以及在国家在对一些发展比较快的地方对太阳能光伏发电产业的大大的支持和推动，国内太阳能光伏市场得到了光速的发展，光伏发电装机量与光伏发电的有效发电量方面上的增长速度也非常的可观。由于太阳能光伏发电的种种好处，在全国能源工作会议中国家能源局也首次提出将太阳能光伏产业做为新一代的最为高效的新能源进行发展必然能够使国家得到更加快的发展,这一系列光伏产业政策与国家对其的重视和在各方面上的支持必然使中国光伏产业在发展方面上得到更加的创新。虽然想象到的效果是非常的可观，但是中国光伏产业政策能否完全达到了国家目标的预期，中国光伏产业的健康发展在众多光伏产业政策的效果方面上能否得到有效的促进，这便取决于国家在光伏产业方面上的支持力度和目标的制定还有技术的深度研究等种种方面上的不可靠因素。可以知道光伏产业要想得到更有效的发展以及在各个领域上的利用，对于促进中国太阳能光伏产业不断应用具有着非常重要的现实与理论意义。1.2光伏发电的研究现状1.2.1国外光伏发电研究现状目前，国外光伏发电技术的发展比较成熟，被广泛应用在美国以及欧洲等西方发达国家中，并且光伏发电产业遍布建筑一体化、交通运输行业、航空航天领域以及生活的方方面面。由于光伏主要来源于太阳能，因此在环保方面上具有很好的优秀特性，此外光伏发电中的太阳能应用领域非常的广阔，并不会受到一些地域等条件的限制。主要体现在偏远的山区以及无人居住的沙漠地带，由于这些地区与输电网相隔的距离非常的远，而且不好运输等诸多方面的影响，因此在使用光伏发电便变得比较普通。光伏发电技术在当今世界的非洲、澳洲、南美以及亚洲等等各国的应用都受到了非常高的重视。由于太阳能光伏发电的价格远高于目前较为普遍的传统能源，在电力市场上仍然与传统能源的竞争无法进行比较照。然而，太阳能光伏发电具有清洁、方便等优点，最后也使太阳能光伏发电产业得到了大大的发展[4]。自20世纪90年代开始，光伏发电产业就得到非常迅速而猛烈的发展。早在上世纪90年代初日本就实施了新阳光计划，也正因为日本实施的新阳光计划，在全球涉及生产光伏组件的各个相关的大小型企业在21世纪初期有一半都是属于日本的，日本全国的生产光伏组件的工厂以及企业生产出的光伏组件总量占全球生产总量的50%。日本政府从1994年开始便早早的实施了光伏产业的布局，短短的十年间日本在光伏发电产业方面上发展的便得到了普遍的认可而且发展也相当的迅速，所以日本的光伏产业在本世纪初占有相当重要的地位。在光伏产业上的布局发展不仅仅只有日本这么提前的部署还有很多国家，如印度政府早在1997年年末的时候就宣布在本世纪初拿出150万套太阳能屋顶系统进行推广以及为今后的发展做出铺垫。同时还有发展最为迅速的美国，其也是在推广光伏发电产业方面上最早的国家之一，美国早在80年代初便发现的光伏发电的种种好处，对光伏发电进行了详细的计划，同时建造了4座大型并网光伏电站，以此来得到更为清洁而方便的能源[5]。到20世纪90年代的后半期，美国计划实施安装100万套太阳能屋顶并网系统，并打算在今后的十几年内将其完成，到时将总装机容量达到3020MWp。美国在近些年来鼓励各种发电企业将能源从传统能源转变为以太阳能为首的光伏发电做出了各种优惠，并且在光伏发电产业方面上的激励政策也是非常的优秀，如下表1所示。表1美国主要联邦激励政策政策类型联邦财政激励计划到期日加速折旧联邦加速折旧成本回收制度联邦节能住宅补贴未定未定税收优惠光伏投资减免税政策优惠2016贷款优惠能源部贷款优惠农村能源贷款优惠未定未定现金补贴美国农村能源基金补贴美国能源部部落能源基金补贴未定未定相比于前文提出的印度日本和美国国家德国早在1990年就率先推出“1000太阳能屋顶计划”，而且政府在其中提供了非常大的补贴。这项工程主要是为获得其实际安装的经验，并把人民的住房与可持续发电进行接触，也鼓励了人民在光伏产业上进行投资。德国政府对可再生能源和光伏应用的种种优惠以及补贴政策做出了修改和完善，进而在光伏产业方面上得到了很高的支持。也正因为如此德国光伏发电市场呈现出非常迅速的增长，一跃成为世界上最大光伏市场之一。欧洲的一些其它国家如法国、波兰、瑞典和意大利等发达国家也相应开展了太阳能屋顶计划。但是由于在2004年时德国实施了经过完善的“上网电价法”以来，电力市场的需求便普遍而迅速的增加了，由此也增加了其在光伏产业上的竞争力。世界能源组织在对太阳能光伏发电的未来进行了研究和发展并曾作出如下预测：到2020年，全世界光伏发电的发电总量将占世界发电总量的2%，到2040年，世界光伏发电发电总量将占世界总发电量的20%至28%，此为，与欧洲光伏产业协会的预测相比，世界光伏发电总量的预测表明，近年来光伏发电发展速度比以往任何时候都要快的非常多。但是由于各国在光伏发电产业方面上技术的不断创新以及快速的发展，光伏发电中各个组件的成本照比预测的一定会下降的要非常快，预测在2020年以后太阳能光伏发电的市场竞争能力与传统的常规能源会有这得大大的提升。1.2.1国内光伏发电研究现状虽然太阳能光伏发电系统在我国照比德国、日本以及美国发展的比较晚，但我国的光伏产业的技术发展也是非常可观的。随着我国太阳能光伏发电技术和行业的蒸蒸日上，太阳能光伏产业都到了一致的认可，这时我国在光伏发电产业发展的方面上也渐渐的得到了政府的支持以及重视，在与世界上其他国家的发展方面上也渐渐的赶上了进度[2]。我国在1958年便开始进行太阳能技术的开发，1971年将光伏发电应用于卫星，在20世纪90年代中期，我国开始将光伏发电由军用转向民用开发，对民用开发的光伏产业进行不断的改进，在太阳能光伏组件方阵上的电池方面上取得了很高的发展成就。光伏产业在种种方面上的扩大应用领域范围从而缩小了我国照比德国、日本和美国的差距。在发展民用光伏发电产业技术的方面上，由于我国是刚刚转型到民用所以在各个领用上应用还是有些欠缺的[14]。等到了21世纪时，太阳能光伏发电产业在我国的应用领域上还有技术研究的飞速发展以及扩大，光伏产业发出的能量太阳能中前所未有的能量。在2000年，我国为了制定了光明项目计划，以此来解决偏远地区、沙漠地带、铁路方面上的运营以及国家边防无法用电等问题，光明项目计划中主要提倡刚才用光电、风电技术，将我国的光伏发电技术的研究和生产带领导一个新的高度，主要任务技术解决位于我国偏远地区以及贫困居民地区的用电难问题[17]。2007年的时候，我国在世界上对比与美国、日本和德国中光伏产业的制造中心已经达到了数一数二的地位了，光伏产业的产电量已经到达了1000MW，但是我国在使用光伏产业产出的电量仅仅用到了不到30MW，总共的装机量也就达到了110MW左右，最后的使用量仅仅在全球中占不到1%。在“十一五”期间，我国还主要发展小型光伏产业。并且根据数据统计显示，在2009年国家开始实施“金太阳”工程，推进了我国大规模光伏产业的快速发展，并且国家采取政府的支持和市场拉动方式，同时这也为了我国光伏发电市场快速形成和发展做下了非常强势的基础，也为将来我国形成大规模的光伏市场奠定了基础[3]。2011年后，因欧美国家的贸易保护，光伏由出口转内销，随着国家一系列光伏补贴扶持政策的引导，国内光伏市场得到了非常快速的发展，光伏使用量也在逐步快速的增加，我国的光伏产业得到了前所未有的快速发展。在2015年我国在光伏发电中的光伏装机跃居世界首位，同时在2016年我国的光伏发电累计装机又创新高，同时其总累计装机超过77GW，占世界的19.4%，已跃居为全球第一，成为全球光伏发电装机容量最大的国家。相信在今后的发展以及创新后太阳能光伏发电将会成为世界能源供应的主体，到时人民就可以使用上清洁、便利和无污染的电能，这时我们居住的地球环境将会变得越来越美好。据估计可知，预计到2030年，在世界能源消耗问题中，可再生能源将占到在总世界能源消费能耗中的30%以上，太阳能光伏发电将在所有的可再生能源中占34%以上。在我国光伏发电到了21世纪末的时候，可再生能源达到了世界上的百分之八九十左右，而且太阳能光伏发电也达到了百分之七八十左右[6]。在我国光伏发电产业发展的道路上，近些年中不断地借鉴发达国家发展光伏发电的技术经验和结合自己国家内的实际情况，我国在经济发达的沿海和内陆的一线和二线水平的城市上推广使用与建筑结合的光伏发电计划，并且计划至未来几年内，我国将要建设总容量5万千瓦的屋项光伏发电项目，这样不仅可以增加发电量，还可以节约用电输送过程中的消耗量，同时还有环保作用和空间资源的充分利用。1.3本文研究的内容在可再生能源领域中，光伏发电已经成为了继风电之后发展最为迅速的可再生能源。太阳能光伏发电在光伏发电中表现出的最为重要而且技术也达到了不断地创新，而且本文主要以离网型太阳能光伏发电为主，研究了离网型太阳能光伏发电中的太阳能电池方阵和蓄电池组选型以及计算其容量，在调节控制器和逆变器上做出了型号的确定以及选出调节控制一体机，并且在光伏发电系统基本结构、蓄电池组工作原理以及蓄电池组的基本控制方法的方面上也进行了深入的研究。最后设计出一个能够连续运行一天的离网型太阳能供电系统，并且在阴雨天也能够继续工作一天。离网型太阳能光伏发电系统2.1工作原理在光伏发电产业中的太阳能利用上，在近些年太阳能光伏发电表现的非常活跃，也是发展非常迅速的并且在世界上都非常瞩目的项目之一。太阳能光伏发电系统主要是利用太阳能电池方阵组件吸收太阳光，将太阳光中的能量通过控制器和逆变器和一些其他的辅助组件转换为电能的高级系统，一般可太阳能光伏发电系统主要离网系统、并网系统和混合系统三种[11]。应课题的需求本文主要以离网型太阳能光伏发电系统研究为主。离网型太阳能光伏发电系统主要是在内部通过自己的闭合回路来构成电路，利用太阳能电池光伏组件从太阳光中吸收太阳能并转换成电能来给三相异步电动机和直流负载进行供电，再利用蓄电池进行能量的存储，其中需要通过逆变器进行能量的转换。离网型太阳能发电系统在比较偏远的平原、面积不太大的海岛、沙漠用电区还等应用场所方面上应用的比较多，太阳能电池方阵、蓄电池组、控制逆变一体机和负载构成了离网型太阳能光伏发电系统[1]。太阳能电池光伏组件方阵在白天有光照的情况下将太阳能转换为电能，多余的能量通过控制逆变一体机进行能量的转换再给蓄电池组进行充电，同时也会给在白天工作的负载进行供电；在光照强度较弱或者黑天的时候，由于白天或者有光照时对蓄电池进行了充电，所以蓄电池存储的电量再给直流负载进行供电，同时蓄电池也需要直接给逆变器进行供电，通过逆变器将直流电进而转换成交流电，最后将得到的交流电给交流负载进行供电。太阳能是大自然里最为普遍的辐射能，通过能量转换器将大自然中的太阳能转化成为电能[12]。通常太阳能有两种最为主要的转换方式：一种是直接从光到电，而另一种是从光到热再到电，这两种转换方式都能够将太阳能转换成电能，以此来供给负载供电。光到电的直接转换是通过光电效应直接将大自然中的太阳能转换成电能，其中最主要的装置就是太阳能电池。光到热再到电的间接转换是通过利用大自然中的太阳能进行照射而产生热能，再将热能进行发电以此达到光到电的间接转换。半导体是构成晶体管的主要结构，然而太阳能电池也和晶体管相同，都是由半导体构成的。硅是太阳能电池中的主要材料之一，但太阳能电池中也包含了一些其他合金材料。大部分高纯硅用来制作太阳能电池，但是高纯硅都是需要经过特殊处理来进行提纯，然而太阳能电池工作原理的基础就是半导体PN结的光生伏特效应也叫作光伏效应，是指在光的照明作用下使将特殊金属和太阳能电池中的半导体进行组合，最后使太阳能电池中的半导体和特殊金属产生电位差以此来产生能量的现象。2.2系统构成太阳能光伏发电系统中有着各不相同的发电规模，有太阳能家庭院灯小到0.3~2W的，也有太阳能光伏发电站大到MW级的。尽管光伏系统的发电规模种类和大小形状都是有所差异的，但是它们的系统组成结构是基本上一样及一致的。太阳能电池方阵和蓄电池在离网太阳能光伏发电系统中起着自关重要的组成结构，而逆变器、控制器和用电负载也和上面两个组件共同构成了离网型太阳能光伏发电系统。太阳能电池方阵中太阳能电池起着非常重要的作用[23]，而太阳能电池主要有三种，单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅电池主要构成太阳能电池。通过大量的太阳能电池组在一起构成太阳能电池光伏组件方阵或光伏组件，但是太阳能电池的种类和特性也有所不同，如下表2所示。表2太阳能电池种类及特性种类效率特性单晶硅24.8%(UNSW)16.5%-17.5%效率高、工作稳定、体积小、成本高多晶硅12.5%-17.5%工作稳定、成本低、使用广泛、转换效率较低非晶硅13.5%5.5%—8.5%价格低。但转换效率低，会有衰减染料敏化12.5%系统比较不稳定，但价格比较低铜铟硒8.5%—12.5%价格比较高有机太阳能电池7.0%非常的不稳定，属于柔性的砷化镓超过35%价格比较高，但是比较稳定量子点太阳能电池极限可以达到69%热载流子太阳能电池上表中单晶硅和多晶硅是第一代太阳能电池，而非晶硅、染料敏化、铜铟硒、有机太阳能电池和砷化镓属于第二代太阳能电池，热载流子太阳能电池和量子点太阳能电池属于第三代太阳能电池。由于太阳能电池在我国的技术发展的比较不够成熟，所以太阳能电池发出的电量就会变得非常少进而浪费其中的能源，在现实中的太阳能电池主要是通过简单的串联和并联构成的电池组件。近几年，由于太阳能电池主流技术的晶体硅电池原材料的价格持续的涨价，致使制作晶体硅电池的成本大幅度的上升，所以使得非晶硅电池的成本优势更加明显。蓄电池方面上，太阳能光伏发电系统中最为重要的储能装置就是蓄电池组，由蓄电池组将太阳能电池方阵得到的太阳辐射能转换成电流变为化学能存储起来，以此来给负载使用。正极、负极和电解质构成了化学电源[21]。蓄电池的主要特征就是它的充放电反反复复，当蓄电池放电的时候，化学能转化为电能，以此实现了向负载提供能源，而且在其中也伴随了吸热这种过程。当蓄电池充电时，电能转化为化学能存储在蓄电池中，并且在其中伴随了放热的这种过程；蓄电池的特性直接影响离网太阳能光伏发电系统的效率、价格和可靠性。因此蓄电池容量的选择一般要遵循能够满足直流负载和交流负载用电的前提下[22]，还要将从太阳能电池组件上通过白天吸收的电能存储到蓄电池中，同时还必须要能够存储为发生特殊情况如第二天下雨阴天时直流负载和交流负载所需要的电能以此来供给。在离网光伏发电系统中的控制器方面上，太阳能充放电控制器有如下四种充放电保护模式。第一种直充保护点电压，它就是快速充电，一般就是当蓄电池没有电或者当蓄电池电量非常低的时候直接给蓄电池进行大量的充电，但是直充也有一个限度，蓄电池容量快达到峰值的时候就需要应该立刻停止直充。直充保护点电压也有一个定值，叫做过充保护点，在进行蓄电池的充电时，万万不可超过这个保护点，一旦超过将会造成过度充电，对蓄电池造成损害甚至将会出现蓄电池充爆炸的现象。第二种是均充控制点电压，它就是当第一阶段直充结束后，蓄电池需要进行一段时间的静置，从而可以使蓄电池中的电压下降到恢复电压，这时将会进入了均充控制状态。但是均充时间设定的也不能够太长，一般情况下均充的时间在十几分钟内就可以，时间过长过短对蓄电池都是有些危害的。对于配备两块左右蓄电池的系统而言均充意义不大，所以不推荐使用均充。第三种是过放保护终止电压，就是蓄电池有着国标规定的保护参数，而蓄电池放电不能低于这个保护参数。第四种是浮充控制点电压，当第二阶段的均充结束后，蓄电池也需要进行一段时间的静置，从而可以使蓄电池中的电压下降到维护电压，这时将会进入了浮充状态。目前主要采用小电流充电方式，这种充电方式可以稳定蓄电池端电压，通过调节进而的来使蓄电池充电电流减小，电池电压只要一低就充上一点，慢慢的来从而可以避免电池温度不断地升高，所以这种充电方式对蓄电池是有很大的好处的。控制器的作用就是对蓄电池按照负载的电源的需求以此控制太阳能电池组件和蓄电池对负载的输出电能，使太阳能电池和蓄电池能够在工作上达到安全可靠和经济高效的可观效果，最后得到更高的效率而且使蓄电池使用寿命变得更长一些。控制器在太阳能光伏发电系统中充当着非常重要的作用，利用控制器可以防止蓄电池反向充电过量过度的充电还有过度过量的放电等等的目的[16]。另外还具有防止雷电的打击电路中短路和反接也可以为逆变器或负载提供非常稳定电压源的功能。在离网光伏发电系统中的逆变器方面上[19,20]，可以分为三种主要的逆变器，这三种逆变器的特点如下表3所示。表3逆变器的种类及特点种类方波逆变器修正波逆变器正弦波逆变器交流电压波形方波阶梯波正弦波优点线路非常简单，维修方便，价格便宜比方波有明显改善、高次谐波含量减少，整机效率很高输出波形好、失真度低，对电气通信设备干扰小、噪声低，整机性能高等优点缺点损耗比较大，在噪声上比较突出，对一些电气通讯设备干扰大，高次谐波多线路照比方波复杂，对电气通讯备仍有一些高频干扰价格较高、线路相对复杂、对维修技术要求高2.3应用领域离网型太阳能光伏发电在诸多方面上都有很重要的应用，以下通过离网型太阳能光伏发电系统中比较突出的五种系统进行了详细而有效的介绍。住宅离网系统在如今发展的比较突出而且非常有前景，它可以安装在地面也可以安装在屋顶上，所以比较简单，在全国范围内有一多半地方的人类都居住在缺少电力的艰难环境下，主要也就是体现在农村上，所以这也是大多数离网系统被应用在农村主要原因。住宅离网系统具有安装便捷，可靠方便，低成本而且可再生和无污染的特点，因此在缺少电力的农村即艰苦地方投资住宅离网系统有着很大的发展前景。离网通讯基站系统在当代如今社会上网络通信如此火热的时代上便发挥出非常重要的作用，所以通讯基站被建立在国内各个有人民居住的地方上。所以寻找队环境影响小而且成本低能源的离网通讯基站就尤为重要，电信行业对比诸多能源最后在光伏行业上找到了替代其余普通电力的最佳解决方案。离网太阳能通讯基站可以随时立即的发电并且可以在任何不妨碍交通以及市场的利用土地面积小的地方进行建设。离网通讯基站系统可以为一些无法进行及时供电的系统进行供电，并且电力资源非常可靠，同时具有便于维护，低成本，清洁和可再生的诸多特点，低成本的投入足可以创造出更大的财富。微电网系统，一个独立的单元控制系统。微电网系统可以使发电的设备还有存储电量的设备以及控制其的设备用电负载集合在一起，以此来提供给用户电力和热。微电网系统可以满足用户的各种用电量即多样化的需求，系统的容量提供可以从小到数十瓦大到数百瓦甚至可以达到兆瓦的能量。微电网系统支持各种各样的诸多的负载，如空调、台式电脑、电视、冰箱、洗衣机、电风扇和照明等等领域上，但是电冰箱这种全天性供电的设备，需要加上微电网系统这样就可以保护电池防止过充电和过放电两方面有着重要意义，而且可以保护控制器不让其短路或者反太阳能面板的反向连接，在电力不足时也可以提前做出预警等诸多方面上都有所体现。太阳能路灯系统在各个城市的广场和大路两旁都安装着太阳能路灯，这样不仅可以减少城市的供电量而且具有着环保清洁的能源供给。太阳能路灯系统是使用高效的组件来提供电力能源，在白天的时候利用太阳能向路灯系统中的蓄电池进行充电，夜晚的时候蓄电池为路灯系统中的灯泡提供足够的电力供应，这样便达到了供电系统。太阳能路灯系统中还具有着诸多控制功能，例如时间控制、声音控制、光控制以及总体式的远程控制，这样就可以达到非常便捷而且不需要人为刻意的操作，同样也不需要非常昂贵而且复杂的电线管道进行敷设。此外太阳能路灯系统采用了低电压直流电源，保证了此出现泄漏电源时不会造成事故，并且非常可靠。建筑一体化系统在近几年来发展的非常迅速[7,8]，透明的太阳组件除了具有适度透光和美观的视觉优点，而且还具有着非常重要的绿色发电功能，所以在各个领域建筑上应用的非常广泛[9,10]。近几年与建筑结合的绿色建筑工程越来越多的成为了城市中一个大大的闪光点，建筑一体化系统组件被普遍的应用到风景观光廊道和高档艺术建筑等等艺术建筑上，使得城市建筑成为了艺术和科学的融合体。以上具有代表的离网型太阳能光伏发电系统在各个领域上的体现充分的说明现代科学的进步，并且达到了用传统化学能源供电转换成清洁的离网型太阳能光伏发电的转变，以此来给世界提供了更加安全可靠以及清洁的环境。2.4优势离网型太阳能光伏发电的优势主要体现在经济优势、可利用量巨大、对环境没有污染、最直接且转换形式少和可以免费试用无需运输等方面。在经济优势方面上，离网型太阳能光伏发电优势主要体现在两个方面，第一方面太阳能是取之不尽用之不竭的，而另一方面上在如今社会国家的技术发展水平不断的提高，太阳能的发展已经具有很大的经济优势，随着科学技术的发展，太阳能在经济优势方面上会体现的越来越明显。在建设离网光伏发电厂的同时，随着太阳能光伏发电的大规模开发和应用，特别是多晶硅产业上比较突出，以及在各个方面上的合理的开发利用，相比于传统的化石能源有着相当大的经济优势。在可利用量巨大的方面上，太阳每分钟辐射出的能量大约可以达到，其中太阳每分钟辐射出的能量到达地球表面的能量可以达到的标准煤，由此可知，通过计算在一年内到达地球表面的总能量转换成标准煤共约千亿吨，这便是目前世界上清洁能源达到能量最高的一位。然而太阳在世界上的寿命基本是无限的，所以太阳能所释放出的能源也将是无限量的，这就决定了国家发展太阳能光伏发电来替代传统的化石能源有着重要的作用。在对能量转换环节少、环境无污染和在无需特殊设备的运输以及可以免费使用的方面上，在目前发电方式的碳排放量方面上，煤电所排碳量最高，其次是有发电排碳量，再接着天然气和风力发电都有这很高一部分的排碳量，然而太阳能光伏发电的排碳量几乎为零，并且太阳能光伏发电在发电的过程中不会排放出像传统化石能源种种污染物，还没有噪音对人类的身体也是无害的，不污染环境。太阳能光伏发电直接将太阳能转换成电能以此来提供能量，转换环节非常少，操作便捷并且无需特殊的运输。2.5离网太阳能光伏发电系统面临的问题离网型太阳能光伏发电在建设方面上所面临的问题有很多种，但是主要以投资成本的问题和对电网的冲击以及缺乏国家政策的支持三方面进行主要的研究。在投资成本的问题方面上，离网型太阳能光伏发电与其它新能源相比，单位造价方面上非常高可以达到将近6万元/千瓦，因此相对比较离网型太阳能光伏发电的回收周期比较长，造成这样的主要原因是由于国内的离网型太阳能光伏发电系统中最为重要的原材料硅晶体价格比较高，而原材料硅晶体是太阳能电池板的主要合成材料，目前国内原材料硅晶体的价格要比前些年翻了好几倍，由此造成了在投资成本比较高的问题，所以要解决这个问题也是非常简单的，国家只要将硅晶体材料价格下降就可以了。在对电网的冲击方面上，由于离网型太阳能光伏发电的能量密度低，稳定性比较差，调节能力方面上夜有些缺陷，再加上受到天气和地域的影响较大等种种原因，当电网接入发电的时候，会对电网的安全稳定和经济运行造成损耗，还有对电网的供电质量造成很大的影响，所以国家需要对离网型太阳能光伏发电技术以及创新方面上进行加深一步的研究，以此来解决光伏发电对电网的冲击。在缺乏国家政策的支持方面上，其实是可以最好解决的问题之一。由于在国外光伏发电兴起的比较早，所以国外政府对光伏发电用户给予一定的优惠政策以及各个方面上的补贴。但是在国内，光伏发电兴起的比较晚，国家政府落实的方面不能达到各个领域，给予的支持度也就不能相对较高[18]，再加上光伏发电的生产成本比较高一些，也就造成了国内投资者对光伏发电这个项目的投资减少，最后便也就造成了国家政策支持力度不够的原因。所以要解决这个问题前面也提到了是非常简单的，如今国家发展相当迅速，只要政府对光伏发电给予最好的支持以及投资即可。参数的设定设计一个能够连续运行一天离网型太阳能供电系统用电负载包括：一台3kw三相异步电动机白天工作1小时；一台1kw直流负载晚上工作3小时。考虑负荷利用不足，增加预期用电负荷15%。通过以上分析每天总能耗：(3-1)由于三相异步电动机和直流负载工作时间不是同时，所以用负荷4KW即可，日均用电量6作为离网型太阳能光伏发电系统设计数据。关于蓄电池组的设计及选型，由于太阳能发电是在白天有光照时进行的，本设计需要三相异步电动机在白天工作一个小时而直流负载需要在晚上工作三个小时，因此要想达到负载能够正常的工作以及一些损耗的影响，蓄电池组容量的计算要达到非常的准确，具体公式如下：(3-2)其中L为负载的日均耗电量，单位；是温度修正系数，正常情况下温度为-10℃以下时取1.2，温度为-10℃以上不超过0℃时取1.1，温度为0℃以上是取1，最终温度取不低于-10℃，即取1.1；D是储能天数，单位为1d；DOD为蓄电池放电深度，采用铅酸蓄电池，一般取0.75；为包括逆变器等交流回路电力传输损耗，一般取0.9。最后将其数据代入公式求得蓄电池组容量为9.8。关于光伏方阵的设计及选型，通过上文介绍组成光伏方阵的光伏组件主要是由单晶硅组件，多晶硅组件和非晶硅组件等。由于多晶硅工作稳定、成本低、使用广泛、转换效率较低，因此选用了型号为YL260P-29b的多晶硅光伏组件，它的光伏组件参数如下表4所示。表4L260P-29b多晶硅光伏组件参数电气参数（标准测试条件）参数最大功率/W260最大功率点的工作电压/V31.3最大功率点的工作电流/A8.60开路电压/V36.9短路电流/A9.02电气参数（标准测试条件）参数组件效率/%15.9开路电压温度系数/（%/℃）-0.32工作电压温度系数/（%/℃）-0.42在控制逆变一体机的选型方面上，采用SPWM脉宽调制技术，输出为稳频稳压、失真度低的纯净正弦波。即可以将光伏方阵所发出的直流电转换为负载和三相异步电动机所需要的交流电，又可以控制蓄电池的充放电。但是当负载和三相异步电动机的用电总功率大于逆变器总功率的80%时，控制逆变一体机就会过度的发热，从而将会大大的缩短控制逆变一体机的寿命。所以配置的逆变器功率应选择3.2。具体数据如下表5所示。表5控制一体机技术参数项目参数直流输入额定输入电压Vdc47.0输入额定输入电流（A）77.0交流输出额定容量（VA）4000输出额定输出功率（W）3200输出额定输出电压及频率110Vac，220Vac/50HZ输出额定输出电流（A）36.5/18.3输出输出电压精度（V）110/220±1.5%输出输出频率精度（Hz）50±0.2%输出波形失真率（THD）≤3%输出动态响应时间≤5ms输出功率因数（PF）0.75输出过载能力110%，30秒输出逆变效率≥85%（80%阻性负载）旁路转换时间（ms）≤5ms绝缘强度（输入和输出）1500Vac，1分钟噪音（1米）≤40dB使用环境温度-20℃到+45℃湿度0~90%，不结露第4章设计连续运行一天的太阳能供电系统为了使3的三相异步电动机在白天工作一个小时，1的直流负载在晚上工作三个小时，并且在遇到阴雨天气能够连续运行一天。在上文中求取了一天运行的蓄电池组容量为9.8，但是当遇到阴雨天气时要求还能够连续运行一天，所以将蓄电池组的容量设计成19.6。在光伏组件方阵方面上选取了多晶硅光伏组件，而在控制逆变一体机方面上选取了功率为3.2的控制逆变器。通过以上组件设计出了一个能够连续运行一天的离网型太阳能供电系统如下图1所示。图1离网型太阳能供电系统离网型太阳能供电系统中的D1为防反充电二极管，D1导通的必要条件就是当太阳电池方阵输出电压大于蓄电池电压，但是当蓄电池电压大于太阳电池方阵输出的电压时，D1将会截止。从而保证了遇到特殊情况时不能出现蓄电池相太阳能电池方阵反向充电，所以起到了防反向充电的保护作用。而位于蓄电池右侧的D2为防反接二极管，由于特殊情况蓄电池的极性接反了的时候，这时D2将会导通使蓄电池通过D2短路放电，进而产生很大的电流快速的流向保险丝BX并且将其烧断，最后起到了防蓄电池反接保护的作用。离网型太阳能供电系统中的开关器件T1是与太阳电池方阵并联在一起的输出端，太阳电池方阵向蓄电池充电，蓄电池电压大于充满切离电压时，开关器件T1这个时候将会导通，与此同时防反充电二极管D1截止，则太阳电池方阵的输出电流将通过开关器件T1短路而进行向外泄放，也不将在继续向蓄电池进行充电，进而不会出现蓄电池的过充电现象，起到了防过充电保护作用。开关器件T2和T3都是蓄电池的放电开关，当三相异步电动机和直流负载的电流大于额定电流出现过载或负载短路的情况时，开关器件T2和T3将会关断，起到了输出过载保护和输出短路保护的作用。与此同时当蓄电池的放电电压小于过放电电压，开关器件T2和T3也将会关断，起到了过放电保护作用。监测控制电路通过控制开关器件T1和T2和T3，通过控制开关器件T1的导通，进行过充电保护作用。通过控制开关器件T3导通使蓄电池向三相异步电动机进行充电并白天时工作一个小时，当三相异步电动机在白天工作一个小时完毕后再通过监测控制电路使开关器件T3关闭。在到达晚上时通过监测控制电路控制开关器件T2导通使蓄电池向直流负载进行充电并在晚上需要工作时工作三个小时。如果第二天遇到阴雨天气，因为蓄电池的容量为19.6，可以供给直流负载和三相异步电动机照此标准继续运行一天。结论太阳能光伏发电产业的应用如今已经遍及了各个发电工业领域，其光伏发电产出的能源无污染、清洁、可利用量巨大的等等优点受到了国家的高度重视，并且国家政府也给予了光伏发电产业方面上的优惠政策支持。本文在综述了国内外对太阳能光伏发电产业发展的研究现状基础上，对目前发电工程中应用最为广泛的太阳能光伏发电技术进行了深入的研究。论文主要的工作提出了离网型太阳能光伏发电系统借助能量转换器将太阳能转换成电能的工作原理和光到热再到电和光到电的两种发电方式，在组成太阳能光伏发电系统中的太阳能电池方阵、控制器、蓄电池、逆变器和用电负载的功能以及工作原理进行了详细而有效的介绍，并且根据用电负载的运行情况对太阳能电池方阵和控制逆变一体机选取了非常适合3的三相异步电动机和1的直流负载运行条件的型号组件，最后将蓄电池的容量进行了详细的计算从而达到三相异步电动机和直流负载的运行条件，使得3的三相异步电动机平均每天在白天可以工作一个小时，还有1的直流负载平均每天在晚上可以运行三个小时，遇到阴雨天的时候由于蓄电池的容量可以供给负载继续在运行一天，最后达到了毕业设计的总体要求。太阳能光伏发电是当今社会最具有发展前景的新能源发电技术，通过时代的进步和光伏发电技术的不断发展以及更新，太阳能光伏发电最终必然能够成为人类能源的主体。参考文献[1]马腾波，刘春平，苏建超.离网型太阳能光伏发电系统设计[J]．移动电源与车辆，2017(1)：5-7．[2]张忠义，琚建勇，申孟林等.太阳能电池技术及产业进展[J]．稀土信息，2016(9)：10-14