【《家用光伏发电系统的设计及仿真案例》4200字】

家用光伏发电系统的设计及仿真案例目录TOC\o"1-3"\h\u22863家用光伏发电系统的设计及仿真案例 1320731.1家用光伏发电系统的设计 1273881.1.1项目地资源概况 1167541.1.2家用负载的大小 166741.1.3光伏电池组件的选择 230961.1.4蓄电池组与逆变器的选择 3211251.1.5系统最佳倾角设计 3146461.2小型家用离网系统的仿真与分析 5268551.2.1项目地气候 8147081.2.2阵列倾角设计 10184671.2.3家用系统参数设置 11321331.2.4系统仿真与分析 141.1家用光伏发电系统的设计1.1.1项目地资源概况锡林郭勒盟位于中国正北方，内蒙古自治区中部，距首都北京640千米，距首府呼和浩特620千米，既是国家重要的畜产品基地，又是西部大开发的前沿，是距京津冀经济圈最近的草原牧区。属北部温带大陆性气候，其主要气候特点是风大、干旱、寒冷。年平均气温0～3℃，结冰期长达5个月，寒冷期长达7个月，1月气温最低，平均-20℃，为华北最冷的地区之一。地处东经115°13′～117°06′，北纬43°02′～44°52′之间。年日照时数为2800～3200小时，日照率64～73%，无霜期110～130天。1.1.2家用负载的大小在内蒙古牧区通过网上搜集资料，抽选了在当地中等生活水平的居民作为本次项目的实施对象，其家用负载参数如下表1所示，为了便于研究和设计假定负载消耗是固定负载，同时依据负载类型日平均耗电情况，日均耗电总量为：1.4kWh。表1家用负载参数名称数量功率（w）平均工作时间（h）日耗电量（kWh）白炽灯42550.5电视机17540.3电饭锅15000.60.3洗衣机13000.50.15挤奶机15030.15合计895013.11.4由于季节的不同、时间的不同所耗电量也存在不同，为了减小这种误差，在仿真中会给出各个季节中不同用电量值，再经过PVsyst计算出的年用电量而投入到整体设计中，本文中的户用型光伏发电系统具体年用电量约为500kWh，日耗电量为1.4kWh。1.1.3光伏电池组件的选择就目前来看，光伏电池组件有很多类型，如“单晶硅”，“多晶硅”，“非晶硅”等。选择的依据须参照实际组件的性能、质量以及产品的性价比、保障等。大多数情况下“单晶硅”或“多晶硅”作为首要的选择，也是目前常规使用的光伏组件。经过对比，晶体硅类太阳能电池拥有制造技术成熟、运行平稳、使用寿命长、光电转化效率相对较高的优点；并且晶体硅电池组件故障率非常低，运行维护极为简单，在宽广场地上使用晶体硅光伏组件安装快速便捷、占地面积小，可节约空间。关于两种晶硅电池，最大的区别就是单晶硅的光电转化效率相对于多晶硅电池更高一些，也就是同样功率的电池组件，单晶硅电池组件的面积小于多晶硅电池组件的面积，但是在商业化运用的太阳能电池组件中，两者区别不大。从成本上来看，因为单晶硅电池的材料价格及复杂的电池制作流程，所以单晶硅成本价格始终无法降低，然而多晶硅电池材料制造相对简单，总的制造成本比单晶硅低。通过上述分析，本次设计采用技术与性能都更为成熟的单块容量为250W的多晶硅太阳能电池组件作为家用光伏发电系统的电源。如此对于此次设计中的家用光伏发电系统来说，使用两块峰值功率为250W的多晶硅太阳能电池组件可以直接满足本次设计中家用系统的光伏总功率为500Wp的需求。1.1.4蓄电池组与逆变器的选择一、蓄电池组的选择蓄电池组是太阳能光伏发电系统非常重要的部分。由于内蒙古牧区的光伏家用发电系统安装地点偏僻，运作条件较差，而且光伏蓄电池每天要进行充放电，所以为了确保光伏系统的可靠，再结合内蒙古牧区的自然条件等因素计算出蓄电池的容量为:B=1.2×(1470因为本次设计的小型家用发电系统工作电压为24V，而选择的蓄电池电压是12V，由此可以确定蓄电池串联数为２；经过上式计算，设计系统中蓄电池总容量为470.4Ah，依据系统设计需要选择容量为250Ah的蓄电池，系统蓄电池组由４块250Ah/12V的铅酸电池两串联后再并联组成。二、逆变器的选择小功率家用光伏发电系统中，逆变器主要负责将直流储存系统和光伏电池板阵列输出的直流电压转换为交流单相电压来供给家庭负载正常使用。通过取样确定抽选该家用负载总功率为950W，在系统实际运用中如果负载的总容量比逆变器总功率大一定程度，会导致逆变器过量发热，在很大程度上会降低逆变器的使用时间。根据逆变器容量的参数公式：Pn=Q1×Kpβ，式中Pn1.1.5系统最佳倾角设计本项目安装地点是内蒙古锡林郭勒盟，地处东经115°13′～117°06′，北纬43°02′～44°52′之间，通过PVsyst模拟计算年发电量最大时的倾角值，通过模拟得到倾角约为44°时，系统的年发电量最大，电损失率达到最优，转换因子达到最大值1.29，而光伏板平面所产生的能量也为最大值1981KWh/m2。此外确定项目最佳倾角的方法还可以通过查表得出，根据有关技术规程进行查找。本文的户用型光伏发电系统的固定安装确定为正南朝向，倾斜角度为44°，模拟截图如图1.2、1.图1.2光伏板产生能量图1.3倾角设计界面在确定最佳倾角后，对于较多的太阳能光伏组件而言就需要科学规划前后排光伏组件阵列的间距，由于本系统放置地点在牧区所以不存在前后遮挡的问题，再加之所选容量较小，在合适地点一排放置就可以。1.2小型家用离网系统的仿真与分析在本文所研究的小型家用离网型光伏发电系统中使用的仿真软件是PVsyst，由于它的强大功能使得该软件是目前光伏发电工程行业内比较通用设计仿真软件之一，在系统设计过程中该软件能够对整个光伏发电系统工程进行科学性的仿真研究、合理性的技术设计和理论化的结果分析。该软件的设计模块涉及并网型光伏系统、离网型太阳能发电系统和光伏水泵浇灌系统。PVsyst根据项目设计阶段过程主要分为项目初步设计，项目详细设计、数据库以及工具，中间这部分是简要描述，右面分为光伏并网系统，光伏独立系统，及光伏水泵系统，如图1.4所示是PVsyst的主界面。图1.4PVsyst软件主界面项目初始设计：针对该种模式下的系统设计如图1.5所示，系统设计结果输出只需要比较少的系统关键参数而不需要详细的系统设备单元，而且这里面用的气象数据是月值，在项目详细设计里面气象数据用的是小时值。通过初始设计可以非常迅速的得到系统评估值和一个比较简单的光伏系统经济评估。项目详细设计：如图1.6所示，在详细项目设计模式下，用详细数据模块来进行光伏系统没计。在对应的对话框中，我们可以模拟所设计不同的系统运行结果并通过比较这些数据来得到最优设计方案。如图所示在这个模式下可以设计光伏阵列倾角、用户负载、系统损耗、选取蓄电池组、阴影分析及经济评估和光伏水泵系统选取等，在该模块下很大程度上能给我们在系统设计过程中带来很大的帮助。在工具选项中包含了大量系统设计中所需要的数据，如地理气象数据、太阳能组件数据和一些常用于处理太阳能资源的特定工具，如中可以导入来源不同的气象数据及该气象数据、查看光伏系统相关几何参数的表或图形、显示晴朗天空的辐射模型、光伏组件的部分阴影、组件的匹配特性及最佳工作电压等。图1.5初始设计界面图1.6详细设计界面1.2.1项目地气候本文所设计的离网光伏发电系统是内蒙古自治区内位于地处东经115°13′～117°06′，北纬43°02′～44°52′之间，在该软件中导入系统项目地地理位置参数，所获得的气象数据和日照参数都是由METEONORM提供，该款综合气象软件是为太阳能以及应用气象学的全球气象数据库，通过本软件你可以知道地球上任何地方以及时刻的相关数据。通过导入相应地理位置参数我们可以到一些相应气象图表。图1.7是由METEONORM提供的项目气象数据表，可以选取不同参量模式来得到不同的数据。图1.8是项目所在地太阳轨迹图，从该图中我们可以了解该地区太阳高度情况。图1.7项目地气象数据图1.8项目地所在太阳轨迹图1.2.2阵列倾角设计本系统组件阵列安装朝向假设在理想状态下的正南向，系统阵列的方位角和倾角分别为0°和44°。图1.9是倾角与方位角设计界面。在下图可以看出，该系统以全年发电量最优的前提下选取的方位角和倾角时系统能量损失为0％。因为我们要考虑冬季和夏季的发电量情况及现场安装等条件，所以该系统的方位角取0°，倾角44°，这里组件阵列安装方式采取的是固定安装。图1.9倾角设计界面1.2.3家用系统参数设置将抽取生活水平一般的居民家用负荷参数表1.1导入到系统中，如图1.10所示，在这里要设置家用电器的数量、参数、每天使用时间，同时你也可以根据年平均耗能或每一季度不同能耗或每月不同耗电状况来设置系统供电要求，结合实际情况该系统选取每星期使用天数是七天。图1.10家用负载参数在设定好用户用电概况后，就要开始搭建仿真系统，如图1.11所示，在这里需要说明的是在系统设置里面自给天数一般为４天，负荷率损失又叫LOLP，指的是小型光伏系统不能满足居民用户用电负载要求的时间比，其值越小系统性能可靠性越高，一般传统电网该值在0.15左右，如果对负载的要求不是特别高的话建议不要把该值设置为０，这样可以避免由于软件计算出相当髙的阵列功率而造成的浪费。在软件里面离网系统的逆变器选择直流变换逆变器，而控制器在系统中是默认选择与其相匹配的型号，在系统框架图1.12中已清晰的说明了整个系统组成及不同的子单元（光伏阵列、系统控制、用户负载）。同时有此框图可知，在一般离网供电系统中对供电可靠度要求比较高的项目同时还可以配备发电机。图1.11系统参数设置图1.12系统结构图1.2.4系统仿真与分析通过上述小节的内容设置好软件系统界面中所需的系统参数后，就能对所设计的系统进行离网光伏模拟仿真，通过模拟仿真就可以得到仿真结果的一系列的图表，以下便是仿真模拟结果。图1.13横坐标是当日福照度，纵坐标是在当天福照度情况下对于的电能产出，该图表示的是该系统在一年内每天的福照度和电能产出概况，其中每一个点代表每一天输入与产出情况，在图中每一点的斜率表示系统在当天的能量效率。同样在图中我们可以了解到，在一年当中有些天数的福照度很好，而相对应的电能产出不是很好，这里面主要原因之一是在福照度很好时光伏电池板的工作温度很高，系统转换效率下降迅速，在图中有些天数产能很低，这主要就是阴天或者下雨造成，同时结合前面分析的光伏电池板的特性可知，光伏组件电池板的效率在冬天比夏天高的原因。该系统组件年发电量是7