家庭式太陽能供電系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì),家庭,太陽能,供電系統(tǒng),研究,鉆研,設(shè)計(jì) ……………………. ………………. ……………… 山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 畢 業(yè) 論 文 家庭式太陽能供電系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 院 部 機(jī)械與電子工程學(xué)院 專業(yè)班級 電氣3班 屆 次 2015屆 學(xué)生姓名 許桐輝 學(xué) 號 20110815 指導(dǎo)教師 婁偉 二О一五年六月六日 裝 訂 線 ……………….……. …………. …………. ……… 40 目 錄 摘要 I Abstract II 引言 1 1太陽能光伏發(fā)電的現(xiàn)狀 1 1.1 太陽能供電的背景與意義 1 1.2 中國太陽能發(fā)電現(xiàn)狀 2 1.3 家庭式太陽能供電系統(tǒng)的現(xiàn)狀 3 2 太陽能發(fā)電系統(tǒng) 3 2.1 太陽能發(fā)電方式簡介 3 2.2 太陽能光電轉(zhuǎn)化的基本原理 4 2.3 太陽能蓄電池 5 2. 4 逆變器的基本工作原理 5 2 .5 家庭式太陽能供電系統(tǒng)的基本組成 6 3主要構(gòu)件的選擇及應(yīng)用 8 3. 1 太陽能電池板的選擇 8 3. 2 蓄電池的選擇 8 3. 3 防反沖二極管的選擇 9 3. 4 太陽能控制器的應(yīng)用 9 3. 5 逆變器的應(yīng)用 10 4 家庭式太陽能供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 12 4.1 家庭式太陽能供電系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)步驟 12 4.2 家庭式太陽能供電系統(tǒng)光伏組件的確定 13 4.2.1 光伏方陣最佳傾角計(jì)算 13 4.2.2 平均峰值日照時數(shù)的計(jì)算 14 4.2.3 負(fù)荷的計(jì)算 15 4.2.4 計(jì)算方陣最佳方陣應(yīng)輸出電流 15 4.2.5 計(jì)算太陽能電池板工作電壓 16 4.2.6 計(jì)算太陽能電池板的功率 17 4.3 蓄電池組的容量確定 17 4. 4 逆變器和控制器的確定 18 5 計(jì)算機(jī)軟件的應(yīng)用及設(shè)計(jì)舉例 18 5. 1 RETScreen數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用 18 5. 2家庭式太陽能供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例 20 5. 3 應(yīng)用PVSYST進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì) 25 6 結(jié)論 37 參考文獻(xiàn) 39 致謝 40 Contents Abstract II Introduction 1 1 Status of solar photovoltaic power generation 1 1.1 Background and significance of solar-powered 1 1.2 Status of Chinese solar power 2 1.3 Status of Household Solar power generation system 3 2 Solar power generation system 3 2.1 Introduction of solar power generation 3 2.2 The basic principles of solar photovoltaic conversion 4 2.3 Solar Battery 5 2. 4 The basic principle of the inverter 5 2 .5 The basic composition of household solar power system 6 3 Selection and Application of major components 8 3. 1 Select solar panels 8 3. 2 Battery Selection 8 3. 3 Anti-kickback diode selection 9 3. 4 The use of solar controllers 9 3. 5 Inverter Applications 10 4 The design of home solar power system 12 4.1 The steps of design Household Solar power generation system 12 4.2 PV modules 13 4.2.1 Optimum tilt angle of PV modules 13 4.2.2 The Hours of the average peak sunshine 14 4.2.3 Load calculation 15 4.2.4 The best current of PV modules 15 4.2.5 The Voltage of PV modules 16 4.2.6 Calculating the average power of solar panels 17 4.3. Determine the capacity of the battery pack 17 4. 4 Inverter and controller select 18 5 Software application and Design Examples 18 5. 1 RETScreen database 18 5. 2 Design of Household Solar power generation system 20 5. 3 Using Pvsyst to design system 25 6 Conclusion 37 References 39 Acknowledgement 40 家庭式太陽能供電系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 許桐輝 （山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)械與電子工程學(xué)院 泰安 271018） 摘要：太陽能是最普遍的自然資源，亦是取之不盡的可再生清潔能源，它與化石能源相比，有很大優(yōu)勢。工業(yè)革命后人類生產(chǎn)生活方式發(fā)生巨大改變，對能源的需求越來越大。隨著自然環(huán)境的惡化及化石能源開采難度不斷增大，能源的可持續(xù)供應(yīng)受到人類的重視，如何利用太陽用進(jìn)入了人類的視野。本論文全面分析了當(dāng)今世界太陽能發(fā)電的現(xiàn)狀和國內(nèi)狀況，強(qiáng)調(diào)家庭式太陽能供電系統(tǒng)在我國及全世界發(fā)展的必要性。論文循序漸進(jìn)的對太陽能供電系統(tǒng)的原理、主要構(gòu)件的選擇與應(yīng)用、家庭式太陽能供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了全面闡述，并結(jié)合實(shí)際地域進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例。另外本論文應(yīng)用了計(jì)算機(jī)軟件RETScreen、NASA數(shù)據(jù)庫、PVSYST對太陽能供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行指導(dǎo)和模擬。 關(guān)鍵詞：太陽能；光伏發(fā)電系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；太陽輻射；軟件應(yīng)用Study and Design of Household Solar Power Generation System Xu Tonghui (Mechanical & Electrical Engineering College of Shandong Agricultural University, Tai’an, Shandong 271018) Abstract since the industrial revolution, the rapid development of the industry have brought great convenience to human life, but at the same time the need of energy is getting more. It will let us face with a serious energy crisis. In fact, the use of oil and coal caused global climate get worse. So the new energy exploration and research has become a topic of common concern of all countries in the world. In many kinds of new energy, solar energy is the most primitive and inexhaustible. It is a kind of renewable energy, but also the primary energy. Solar energy is coming to the earth mainly as light and heat. Solar energy does not pollute the environment, does not need to transport, carry by light. So in a number of new energy, it is the cleanest. Among many ways of using solar energy, the solar photovoltaic power generation is the mainly way. In this thesis, household solar power generation system as the research center, every link of the Whole system is introduced with the analysis and choice. In addition,we also use the RETScreen、NASA's database、PVSYST to guidance and simulation for the design of Household Solar power generation system. keywords: solar power; photovoltaic power generation system; system design; solar radiation; application of the software 引言 在地球環(huán)境污染和能源形勢的變化日趨嚴(yán)峻的背景下，太陽能作為綠色能源越來越受到世界各國的重視。不論是從經(jīng)濟(jì)、社會走可持續(xù)發(fā)展之路和保護(hù)人類賴以生存的地球生態(tài)環(huán)境的高度來審視，還是從為世界上 2 0億無電人口和一些特殊用途解決現(xiàn)實(shí)的能源供應(yīng)出發(fā)，發(fā)展太陽能光伏發(fā)電均具有重大的現(xiàn)實(shí)意義，利用太陽能是人類未來的希望。家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)是解決無電、缺電人口用電問題，改善能源結(jié)構(gòu)的有效途徑，具有強(qiáng)烈的緊迫性及戰(zhàn)略意義。 1 太陽能光伏發(fā)電的現(xiàn)狀 1.1 太陽能供電的背景與意義 工業(yè)革命后人類生產(chǎn)生活方式發(fā)生巨大改變，如何獲得能源成為人類所關(guān)心的問題,能源短缺直接制約著經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展，能源的持續(xù)供應(yīng)成為關(guān)注的焦點(diǎn)，各國相繼開啟可再生能源的開發(fā)的研究。地球環(huán)境污染和能源形勢變的日趨嚴(yán)峻，人類迫切需要一種新型的清潔能源替代煤炭、石油、天然氣組成的傳統(tǒng)化石能源。太陽能這種綠色能源受到了世界各國的關(guān)注，利用太陽能發(fā)電也成為人類的研究重點(diǎn)。太陽能如下強(qiáng)勢的優(yōu)點(diǎn)：(1）人類在地球生存的歷史與太陽的壽命相比，太陽對人類來說是無限存在的，這種資源取之不盡用之不竭 (2）太陽發(fā)射出來的能量對于人類來說十分巨大，太陽光線四十分鐘內(nèi)給予地球的能量，若被人類全部利用，可供應(yīng)世界一年的能源消耗。（3）太陽能量的傳遞依靠太陽光，陽光對生物環(huán)境都沒有危害，不存在浪費(fèi)污染，只存在沒有利用。（4）有陽光的地方就可以利用太陽能，是一種最公平的自然資源。作為一種完全清潔的能源，在未來太陽能取代傳統(tǒng)的化石能源，對人類發(fā)展的可持續(xù)性具有重大的意義。隨著科研投入不斷加大，相關(guān)技術(shù)的發(fā)展與成熟，現(xiàn)如今光伏發(fā)電技術(shù)可以應(yīng)用在任何光照的條件下，為用戶提供電能。當(dāng)前研發(fā)不斷取得突破性的進(jìn)展，制造工藝逐漸成熟，系統(tǒng)組件的制造成本不斷降低，在不遠(yuǎn)的將來，太陽能發(fā)電將由現(xiàn)在的補(bǔ)充能源上升到最普及的替代能源。 據(jù)國際能源署預(yù)測，到2020年，全球的總發(fā)電量中太陽能發(fā)電將占據(jù)2%的份額。許多發(fā)達(dá)國家都在積極發(fā)展可再生能源利用的研究， 據(jù)統(tǒng)計(jì)僅光伏電池年產(chǎn)量平均增速已超過40%，迅速“發(fā)酵”的國際光伏市場也帶動了我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。中國已經(jīng)成為世界上最大的太陽能電池制造國，未來太陽能光伏發(fā)電將會在世界能源消耗占據(jù)重要地位，不但會替代常規(guī)的化石能源，而且會在世界能源供應(yīng)中的占據(jù)主體地位。估預(yù)測到2030年，可再生能源的利用在總能源中比例將達(dá)到30%，太陽能光伏發(fā)電量占到世界總電力供應(yīng)量的10 %左右；預(yù)計(jì)到2040年，世界能耗中可再生能源的比重會占到50%左右，世界總電力中光伏發(fā)電的供給量達(dá)到20%；21世紀(jì)末期,可再生能源的供應(yīng)在全球總能源結(jié)構(gòu)中的比重將高達(dá) 80%左右，其中太陽能發(fā)電量將至少占據(jù)全球總能源的60%左右。這些數(shù)字足以勾畫出太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的美好前景，我國發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)在能源領(lǐng)域具有重要的戰(zhàn)略地位。 中國是世界上第二大電力消耗國，電能成為最重要的能源，電力短缺對中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約作用已十分明顯，我國多個領(lǐng)域亟待進(jìn)行節(jié)電改造。隨著工業(yè)化的推進(jìn)，中國人民生活條件的改善，我國電力需求量不斷增大，如何保證電力充足供應(yīng)得到中國政府的高度重視，太陽能發(fā)電技術(shù)對改善我國的能源結(jié)構(gòu)具有促進(jìn)作用?，F(xiàn)今生態(tài)環(huán)境不斷惡化，傳統(tǒng)能源開采難度也不斷加大，廣泛使用綠色能源可以減少二氧化碳及其它有毒氣體的排放，防治大氣污染溫室效應(yīng)，對保護(hù)生態(tài)環(huán)境及能源的充足供應(yīng)都具有重要意義。因此，研究太陽能這種綠色能源的有效利用具有強(qiáng)烈的緊迫性及戰(zhàn)略意義。 1.2 中國太陽能發(fā)電現(xiàn)狀 我國太陽光年日照時數(shù)大于2000小時，資源量很豐富，年太陽能輻射總量大于1389千瓦時每平方米的地區(qū)約占全國總面積的2/3，具有太陽能利用的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。中國太陽能技術(shù)的研究比發(fā)達(dá)國家晚，我國在1958年開啟了太陽電池的研究項(xiàng)目，其成果首次成功應(yīng)用在1971 年發(fā)射的“東方紅二號”衛(wèi)星上，1973年我國自產(chǎn)的太陽電池開始在港口面航標(biāo)燈上應(yīng)用。1979年我國開始用半導(dǎo)體工業(yè)的次品硅生產(chǎn)單晶硅太陽電池，使得太陽電池制造成本降低，并首次打開了應(yīng)用的市場。當(dāng)時生產(chǎn)的太陽電池面積較小，其電極采用的是真空蒸鍍銀鋁的制作方法。到80年代中后期，中國開始引進(jìn)國外太陽電池生產(chǎn)線和關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備，當(dāng)時我國太陽電池產(chǎn)能達(dá)4.5MW。 21世紀(jì)以后，中國對新能源的重視程度加大，隨著投入的增加，在該領(lǐng)域技術(shù)不斷的進(jìn)步，我國在光伏發(fā)電方面開始培養(yǎng)了一大批的科研人員從事新能源發(fā)展和推廣。中國與發(fā)達(dá)國家的差距在一步步的縮小，到21世紀(jì)，國內(nèi)光伏發(fā)電市場呈現(xiàn)加速發(fā)展趨勢，年增長速度在20%左右，中國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已具有初步規(guī)模，已廣泛應(yīng)用到國內(nèi)生產(chǎn)生活的多個領(lǐng)域，如通信、交通、家庭生活用電等多個領(lǐng)域，其在航標(biāo)燈塔、鐵路公路等信號系統(tǒng)、微波中繼站、高山氣象站、邊防哨卡獨(dú)立電源、偏遠(yuǎn)山區(qū)等地域分散型用電領(lǐng)域都可發(fā)揮獨(dú)特作用。 我國政府目出臺一系列扶持光伏發(fā)電發(fā)展的優(yōu)惠政策，在太陽能光伏發(fā)電的相關(guān)方面先后制定了發(fā)展的策略，并制定了相應(yīng)法律法規(guī)。為太陽能發(fā)電技術(shù)的發(fā)展?fàn)I造了積極的國內(nèi)環(huán)境。 我國是世界上最大的發(fā)展中國家，地域遼闊，電網(wǎng)范圍不可能覆蓋到全部區(qū)域，我國有8億人口在農(nóng)村，很多偏遠(yuǎn)的農(nóng)村地區(qū)還用不到電，生活水平低下，生活極不方便。至目前資料顯示，中國仍存在二萬個無電村、多達(dá)上千無電的島嶼，至少2300萬的居民缺少的電能供應(yīng)，太陽能發(fā)電項(xiàng)目要優(yōu)先服務(wù)處于無電、缺點(diǎn)的用戶，家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的普及對我國改善民生，提高國民生活質(zhì)量具有重要意義。為區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展，為促進(jìn)人民生活水平的提高，我國啟動了“西部省區(qū)無電鄉(xiāng)村通電計(jì)劃”。主要由小型風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電這兩種途徑解決西部地區(qū)七個省份無電鄉(xiāng)村的用電問題。2010至2020年將繼續(xù)推廣，預(yù)計(jì)太陽能發(fā)電系統(tǒng)的安裝量將達(dá)到100MW。中國政府的大力支持對太陽能發(fā)電領(lǐng)域快速發(fā)展起了很大的推動作用。 1.3 家庭式太陽能供電系統(tǒng)的現(xiàn)狀 現(xiàn)階段家庭式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要解決用于無電、缺電地區(qū)的用電問題。在這些用戶中，大多數(shù)都是偏遠(yuǎn)山區(qū)、牧區(qū)、移動性的養(yǎng)蜂戶、林區(qū)單位，這些單位一般只需滿足最基本的照明等生活用電需求，很適合用家庭式太陽能供電系統(tǒng)解決用電問題。家庭式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，若在無電、缺電地區(qū)以80%的保有量計(jì)算，加上國家推廣的“光明工程”、“送電到鄉(xiāng)工程”投資建設(shè)的大中型的光伏電站，能解決一百萬戶家庭的生活用電問題。資料顯示，2010年底，太陽能發(fā)電累計(jì)安裝容量達(dá)到70MW，農(nóng)村地區(qū)的電力建設(shè)占到43%，而我國仍有三百萬戶家庭處于無電可用的狀態(tài)，今后我們要采用太陽能或風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)來解決150萬戶家庭的用電問題。由于偏遠(yuǎn)山區(qū)受地域的限制，輸配電設(shè)備很難架設(shè)，只能采用分散式的供電方式，即應(yīng)用家庭式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。隨著用戶需求的不斷提高，現(xiàn)有太陽能發(fā)電系統(tǒng)也亟需升級換代。因此，發(fā)展家庭式太陽能供電系統(tǒng)對我國有很現(xiàn)實(shí)的意義。 2 太陽能發(fā)電系統(tǒng) 2.1 太陽能發(fā)電方式簡介 太陽能發(fā)電有兩種利用方式：光-熱-電轉(zhuǎn)換方式和光-電直接轉(zhuǎn)換方式。 光-熱-電轉(zhuǎn)換方式： 收集太陽輻射的熱能發(fā)電。通過太陽能集熱器吸收太陽輻的射熱能轉(zhuǎn)換成蒸氣的動能，由蒸汽推動發(fā)電機(jī)發(fā)電。前一個過程是光--熱轉(zhuǎn)換過程；后一個過程是熱-電轉(zhuǎn)換過程，與普通的火力發(fā)電原理相似。這種發(fā)電方式的有很大的缺點(diǎn)，效率低成本高，只適用于小規(guī)模的特殊場合，不能大規(guī)模利用。 光-電直接轉(zhuǎn)換： 將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能，即光電效應(yīng)。光電轉(zhuǎn)換的基本裝置是太陽能電池，它是一種半導(dǎo)體光電二極管，只要有光照到光電二極管上時，利用光電效應(yīng)，就可以把太陽的光能轉(zhuǎn)變成電能，產(chǎn)生電動勢。太陽能電池方陣就是由許多個電池串聯(lián)或并聯(lián)起來，以產(chǎn)生較大的功率。目前利用太陽能電池板發(fā)電被廣泛應(yīng)用，完全利用太陽能為一戶家庭供電，已經(jīng)得以實(shí)現(xiàn)并成熟應(yīng)用。 2.2 太陽能光電轉(zhuǎn)化的基本原理 太陽能發(fā)電是根據(jù)光生伏特效應(yīng)利用太陽能電池將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能。光伏發(fā)電系統(tǒng)主要構(gòu)件：太陽能電池板、逆變器、控制器三大部分。 太陽能電池板（Solar panel）有單晶硅、多晶硅、非晶硅、多元化合物、柔性薄膜太陽能電池等。國產(chǎn)晶體硅電池轉(zhuǎn)化池效率可以達(dá)到10-16%左右，國外同類產(chǎn)品轉(zhuǎn)化效率高于國產(chǎn)其效率達(dá)到18%- 23%。 表2-1 各類太陽能電池轉(zhuǎn)化最高效率 種類 單晶硅 多晶硅 非晶硅 砷化鎵 銅銦鎵硒 多接串疊 最高效率 24.7% 19.8% 14.5% 25.7% 8.8% 33.3% 光伏組件是由一個或多個太陽能電池片組成的電池板構(gòu)成，在光照條件下，太陽能電池片將生產(chǎn)電動勢，經(jīng)過串并聯(lián)的組合，得到系統(tǒng)所需要的電壓。該電池板生成的電能，經(jīng)過充放電控制器的調(diào)節(jié)后再對蓄電池進(jìn)行充電，以保證流進(jìn)蓄電池電能的質(zhì)量，此時光能的轉(zhuǎn)變成可以利用的電能貯存到蓄電池中。無光照條件見下，充電后蓄電池組在控制器控制下向逆變器輸入電流，通過逆變器的逆變作用，直流電轉(zhuǎn)換成交流電，再送入配電柜，經(jīng)配電柜切換作用，再對負(fù)載進(jìn)行供電。基本原理如下圖2-1所示： 圖2-1 光電效應(yīng)原理圖 光線照射在光伏組件上，光在界面層被吸收，具有足夠能量的光子能夠在P型硅和N型硅中將電子從共價(jià)鍵中激發(fā)出來，產(chǎn)生空穴電子對。界面層附近的電子和空穴在復(fù)合之前，被空間電荷的電場作用分離。電子向帶正電的N區(qū)移動和空穴向帶負(fù)電的P區(qū)移動。通過界面層的電荷分離作用在，P區(qū)和N區(qū)之間會產(chǎn)生一個向外可測試的電壓（在硅片的兩邊加上電極接入電壓表測量，晶體硅太陽能電池，開路電壓的典型數(shù)值大約為 0.5V -0.6V）。光伏組件面積越大，界面層吸收的光能越多，在界面層產(chǎn)生的電子-空穴對越多形成的電壓也越大。 光線照在半導(dǎo)體P-N結(jié)上，形成空穴電子對，在P-N結(jié)內(nèi)建電場的作用下，電子由P區(qū)流向N區(qū)，空穴由N區(qū)流向P區(qū)，接通電路后就形成電流，這就是光電效應(yīng)太陽能電池的工作原理。 2.3 太陽能蓄電池 太陽光照射在光伏組件上，會產(chǎn)生一定幅度的直流電，能量由光能轉(zhuǎn)為電能，經(jīng)智能控制器將電能輸送給蓄電池進(jìn)行儲存，電能轉(zhuǎn)變?yōu)樾铍姵刂械幕瘜W(xué)能，需要時經(jīng)化學(xué)反應(yīng)蓄電池釋放出儲存的電能。 太陽能蓄電池是具有很好的過放電和過充電的能力、很好深循環(huán)能力的蓄電池，在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中作為能量儲存設(shè)備廣泛應(yīng)用。目前在我國廣泛使用的太陽能蓄電池是：膠體蓄電池、鉛酸免維護(hù)蓄電池。這種類型的蓄電池，具有“免維護(hù)”特性并且對環(huán)境污染較少、性能可靠，應(yīng)用在無人值守的工作站點(diǎn)具有很大優(yōu)勢。特殊的工藝設(shè)計(jì)的膠體電解質(zhì)可以提高電池的使用壽命，在較差工作環(huán)也能正常使用。 2. 4 逆變器的基本工作原理 逆變器是把直流電（DC）轉(zhuǎn)變成交流電（AC）的裝置（國內(nèi)負(fù)載多使用 220V 50Hz 正弦波）。光伏組件、蓄電池輸出的是直流電能,而負(fù)載多為交流負(fù)載，電能須通過逆變器的轉(zhuǎn)換（DC變?yōu)锳C）,才能驅(qū)動交流電設(shè)備。逆變器在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中占據(jù)重要地位，是系統(tǒng)的主要組成部分。 圖2-2 逆變器在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用 太陽能發(fā)電系統(tǒng)的逆變電路是太陽能電池和蓄電池陣列所輸出的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)檎业慕涣麟姡?jīng)過低頻濾波器過濾后，得到220V 50 HZ的交流電壓。 2 .5 家庭式太陽能供電系統(tǒng)的基本組成 家庭式太陽能系統(tǒng)是由太陽能電池方陣、蓄電池組、交直流逆變器、充放電控制器、交流配電柜等設(shè)備組成。原理示意圖如下： 圖2-3 戶外太陽能發(fā)電系統(tǒng)模擬圖 圖2-4 家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)原理框圖 圖2-5 家庭式離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)原理示意圖 圖2-6 家庭式太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)示意圖 該系統(tǒng)主要構(gòu)件的作用如下所示： 太陽能電池在光照條件下，經(jīng)光生伏特效應(yīng)，產(chǎn)生電動勢，把光能轉(zhuǎn)換電能。太陽能電池板（Solar panel）由單晶或多晶硅的太陽能電池片串并聯(lián)，由EVA、TPT、鋼化玻璃熱壓密封而成，是一種通過吸收太陽光，將太陽的輻射通過光電效應(yīng)或光化學(xué)效應(yīng)直接或間接的轉(zhuǎn)換成電能裝置。 蓄電池組是貯存太陽能電池方陣受光照時發(fā)出的電能并可隨時向負(fù)載供電。 防反充二極管又名阻塞二極管，利用其特有的單向?qū)щ娦阅?。防反充二極管串聯(lián)在太陽 電池方陣電路中，為避免光伏電池方陣在無光照下不發(fā)電或者出現(xiàn)嚴(yán)重的短路故 障時，利用其自身的單向?qū)щ娦裕梢员苊庑铍姵亟M經(jīng)過光伏方陣向外放電。板子串聯(lián)，還要安裝旁路二極管，并聯(lián)要安裝防反沖 二極管，防止板子間直接沖電 。防反 充二極管在電路中不會影響發(fā)電效果，只起保護(hù)作用。 逆變器在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中占據(jù)重要地位，是系統(tǒng)的主要組成部分。逆變器是把直流電（DC）轉(zhuǎn)變成交流電（AC）（我國一般為 220V 50Hz 正弦波）。光伏組件、蓄電池輸出的是直流電能，而負(fù)載多為交流負(fù)載，電能須通過逆變器的轉(zhuǎn)換（DC變?yōu)锳C)才能驅(qū)動交流電設(shè)備。 交流配電柜主要應(yīng)用在電站系統(tǒng)中，保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，對線路電能進(jìn)行計(jì)量、切換備用逆變器。 3 主要構(gòu)件的選擇及應(yīng)用 3. 1 太陽能電池板的選擇 太陽能電池板是太陽能發(fā)電系統(tǒng)的核心部件。目前，我國半導(dǎo)體材料研制技術(shù)已比較成熟，單晶硅、多晶硅材料產(chǎn)量穩(wěn)居世界第一，出口歐美多個各國，近幾年由于貿(mào)易保護(hù)主義使企業(yè)出口難度加大，歐美市場比例持續(xù)下降，國內(nèi)成為較多企業(yè)生存的市場。實(shí)驗(yàn)多晶硅光電轉(zhuǎn)換最高效率為19.8%，轉(zhuǎn)換效率適中，進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)格較高，國產(chǎn)多晶硅以其優(yōu)越的性價(jià)比是太陽能電池的首選材料。選用的國產(chǎn)多晶硅太陽能電池板大約10RMB/W，其光電轉(zhuǎn)換效率為13%至15%，性能穩(wěn)定，性價(jià)比高，是理想的太陽能電池板。 附： 2013年度光伏行業(yè)的"十佳"組件企業(yè)（注：以下排名不分先后） 英利綠色能源控股有限公司 天合光能有限公司 阿特斯陽光電力有限公司 晶澳太陽能有限公司 晶科能源控股有限公司昱輝陽光能源有限公司 韓華新能源有限公司 上海航天汽車機(jī)電股份有限公司 光為綠色新能源股份有限公司 中節(jié)能太陽能科技（鎮(zhèn)江）有限公司 3. 2 蓄電池的選擇 太陽能蓄電池需要具備如下條件 l 自放電率低 l 使用壽命長 l 深放電能力強(qiáng) l 充電效率高 l 少維護(hù)或免維護(hù) l 工作溫度范圍寬 l 造價(jià)低 中國的太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，膠體蓄電池、鉛酸免維護(hù)蓄電池和普通鉛酸蓄電池是廣泛應(yīng)用的三類電池。膠體蓄電池鉛、酸免維護(hù)蓄電池具有“免維護(hù)”特性并且對環(huán)境污染較小，廣范用在太陽能發(fā)電系統(tǒng)。在高溫、高海拔或者低溫等較差條件可選用電解質(zhì)經(jīng)特殊工藝設(shè)計(jì)的膠體蓄電池。配用200AH 以下容量的系統(tǒng)，一般選用小型的密封免維護(hù)鉛酸蓄電池；配用200AH 以上容量的系統(tǒng)，一般選用固定式或者工業(yè)式免維護(hù)鉛酸蓄電池。太陽能蓄電池的容量類型生產(chǎn)廠家不同價(jià)格也相差很多。由6個單體鉛酸免維護(hù)蓄電池（12V 100AH）組成的蓄電池組，可作為穩(wěn)點(diǎn)可靠配件推廣。 圖3-1 太陽能蓄電池 3. 3 防反沖二極管的選擇 防反沖二極管串聯(lián)在太陽能池池方陣電路中，僅起單向?qū)ㄗ饔茫挥绊懴到y(tǒng)的發(fā)電效果。并且要求其可以承受足夠大的電流，正向電壓降小，反向飽和電流小，系統(tǒng)中一般應(yīng)用適合的整流二極管。 3. 4 太陽能控制器的應(yīng)用 太陽能充放電控制器簡稱太陽能控制器，是一種自動設(shè)備，在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，經(jīng)其調(diào)整才可對蓄電池充電，蓄電池為負(fù)載供電也需要控制作用，以保證電能質(zhì)量。太陽能控制器是由專用高速CPU微處理器、高精度A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器、顯示器、開關(guān)功率管等組成，是一個微機(jī)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測控制系統(tǒng)，它還具有串行通信數(shù)據(jù)傳輸功能，可對多個光伏系統(tǒng)子站進(jìn)行集中管理和遠(yuǎn)距離控制。 由于光照強(qiáng)度的變化，太陽能電池組件產(chǎn)生的電流有很大的波動性，產(chǎn)生的原生電流直接流入蓄電池或直接連入負(fù)載，將會對蓄電池和負(fù)載造成損壞，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的使用壽命。 對蓄電池充電時，太陽能電池板產(chǎn)生的電流，優(yōu)先送入太陽能控制器，經(jīng)芯片電路對原生電流進(jìn)行數(shù)字化調(diào)整，并加入多級充電保護(hù)，采用獨(dú)有的“自適應(yīng)三階段充模式”控制技術(shù)處理后接入蓄電池組和負(fù)載，保證到了電能質(zhì)量，使負(fù)載和蓄電池組安全運(yùn)行。 對負(fù)載供電時，蓄電池的電流經(jīng)太陽能控制器調(diào)節(jié)后送入負(fù)載。經(jīng)控制器處理得到穩(wěn)定的電流保證負(fù)載正常工作，保護(hù)蓄電池不被過放電，此外還可以對蓄電池和負(fù)載進(jìn)行一系列的檢測，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定性。 小型家用系統(tǒng)，在遠(yuǎn)離大電網(wǎng)，用電負(fù)荷低且交通不便的地區(qū)，比如說邊遠(yuǎn)牧區(qū)、海島通信基站、無電戶地區(qū)、微波站、邊防哨所等，可采用SR-LM系列太陽能控制器。 中小型太陽能電站系統(tǒng)，需用專用電腦芯片實(shí)現(xiàn)了智能化控制，需要詳細(xì)的指示充放電電流、蓄電池電壓、充放電電量、工作模式及各種故障，分析判斷系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，可采用SR-LG系列太陽能控制器。 圖3-2 太陽能控制器SR-LM和SR-LM系列產(chǎn)品圖樣 3. 5 逆變器的應(yīng)用 光伏組件和蓄電池輸出的均為直流電，一般為12V至48V，而國內(nèi)的負(fù)載一般都是標(biāo)準(zhǔn)的220V。為得到220V的交流電，直流電要經(jīng)過逆變電路的轉(zhuǎn)化，光伏蓄電池陣列輸出的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)檎医涣麟?，后?jīng)過低頻濾波器，得到工頻50 HZ、220V的交流電供給負(fù)載或輸入電網(wǎng)。逆變器就是將直流電（CD）轉(zhuǎn)換成交流電（AC）的設(shè)備。 圖3-3 家用太陽能發(fā)電系統(tǒng)的逆變器電路 光伏蓄電池陣列 DC 直流濾波升壓 RC 橋式正弦波振蕩器工頻逆變 運(yùn)算放大器升壓 濾波 接負(fù)載或并入電網(wǎng)。 運(yùn)算放大器組成的 RC 橋式正弦波振蕩器可將低壓直流電轉(zhuǎn)變?yōu)楣ゎl50 HZ的低壓交流電 ,電路的振蕩頻率f= 1/ 2πRC ,其中R = R2 = R3 , C = C1 = C2 , 起振的幅值條件為 Rf / R1 ≥2，其中Rf = R4 + R5 + ( R6 / / rD ) , rD 為二極管正向?qū)娮琛＿\(yùn)算放大器將逆變后的工頻交流電壓升壓為工頻220V 的交流輸出電壓。 光伏組件或蓄電池的輸出的直流電壓，先經(jīng)DC直流濾波電路升壓后，再由運(yùn)算放大器組成的RC橋式正弦波振蕩電路轉(zhuǎn)變?yōu)楣ゎl50赫茲的交流電，然后經(jīng)運(yùn)算放大器升壓得到220V交流輸出電壓，經(jīng)濾波器濾波得到220V的工頻電壓，供給負(fù)載或并入電網(wǎng)。 附： 2013年度光伏行業(yè)的"十佳"逆變器企業(yè)（注：以下排名不分先后） 陽光電源股份有限公司 古瑞瓦特新能源有限公司 正泰電源系統(tǒng)有限公司 山億新能源股份有限公司 固德威電源科技有限公司 特變電工新能源股份有限公司 歐姆尼克新能源科技有限公司 株洲變流技術(shù)國家工程研究中心有限公司 北京能高自動化技術(shù)股份有限公司 艾伏新能源科技(上海)股份有限公司 4 家庭式太陽能供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4.1 家庭式太陽能供電系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)步驟 系統(tǒng)建設(shè)地點(diǎn)地理及氣象條件，如：緯度，經(jīng)度，海拔高度，年最高、最低氣溫和月平均氣溫，年分月太陽輻射量，年日照時數(shù)，年最長連續(xù)陰雨天數(shù)，年平均風(fēng)速及極限風(fēng)速，災(zāi)害性地質(zhì)及氣候情況 ↓ 計(jì)算出太陽能電池方陣最佳傾角β ↓ 用電負(fù)載的特點(diǎn)及要求，允許的失電小時數(shù)，允許的輸電電壓 ↓ 初步確定太陽能電池方陣尺寸、額定功率、組件串并聯(lián)數(shù)及組合式 ↓ 確定蓄電池組的容量及其連接方式 ↓ 確定控制器的規(guī)格型號 ↓ 確定逆變器的規(guī)格型號 ↓ 最終確定太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)及各部件的技術(shù)參數(shù) ↓ 系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)所要求的報(bào)價(jià)清單 ↓ 家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益分析 家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)，其中軟件設(shè)計(jì)先線于硬件設(shè)計(jì)，包括： l 計(jì)算的負(fù)載用電量 l 計(jì)算光伏方陣面的輻射量 l 計(jì)算光伏方陣和蓄電池容量 l 計(jì)算光伏方陣安裝傾角 l 逆變器的選型和設(shè)計(jì) l 控制系統(tǒng)選型和設(shè)計(jì) 系統(tǒng)中安裝傾角、太陽能輻射量等計(jì)算比較繁瑣，我們一般使用計(jì)算機(jī)完成；在要求不是太嚴(yán)的普通家庭系統(tǒng)我們一般采取估算法。 設(shè)計(jì)計(jì)算需要的基本數(shù)據(jù)主要有：安裝現(xiàn)場的地理位置，包括地點(diǎn)、緯度、經(jīng)度和海拔等；安裝地點(diǎn)的氣象資料：太陽直接輻射量、逐月的太陽能總輻射量、太陽散輻射量；年平均氣溫，最高、最低溫度；最長連續(xù)陰雨天數(shù)等氣象資料。 4.2 家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)光伏組件的確定 4.2.1 光伏方陣最佳傾角計(jì)算 一般采用兩種方法來布置光伏方陣：一種是安裝向日跟蹤系統(tǒng)；另一種是經(jīng)計(jì)算確定最佳安裝角度。第一種可以提高發(fā)電效率，但成本高，第二種雖然效率偏低，但性價(jià)比突出，被廣泛采用。依據(jù)各向異性天空散射模型，緯度φ、傾斜角β的斜面上，太陽輻射量為： （4-1） ——為傾斜面上的直接輻射量 ——為水平面的散射輻射量 ——為大氣層外部的水平輻射量 ——地面反射率（0. 2-0. 7） ，一般取 ＝0. 2。 （4-2） （4-3） 在朝向赤道的斜面: 為太陽能常數(shù) （4-4） 其中為太陽緯度角，由 Cooper 方程近似得。 （4-5） 式中n 為一年中的日期序號，根據(jù) 《 Solar Engineering of Thermal Processes 》 Edited by John A.Duffie and William A. Beckman 推薦各月所取的典型日期見下表 表4-1 各月所取的典型日期表 月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 日期 17 16 16 15 15 11 17 16 15 15 14 10 n 17 47 75 105 135 162 198 228 258 288 318 344 上式中分別為水平面和傾斜面的日出時交。 （4-6） （4-7） 在實(shí)際應(yīng)用時，傾角的計(jì)算結(jié)果精確到1度己經(jīng)足夠。手工計(jì)算過程相當(dāng)繁瑣，我們可以計(jì)算機(jī)，利用相關(guān)軟件，輸入安裝地點(diǎn)的地理數(shù)據(jù)導(dǎo)入氣象資料，就可以顯示出任意傾角下的平均日輻射量。（可用《太陽能光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件》PVSYST軟件進(jìn)行相關(guān)計(jì)算） 4.2.2 平均峰值日照時數(shù)的計(jì)算 利用輻射資料，歷年逐月日平均太陽能輻射量可計(jì)算出全年平均日太陽輻射量.單位為 ，除以標(biāo)準(zhǔn)日太陽輻射照度，就可算求出平均峰值日照時數(shù) （4-8） 歷年逐月日平均太陽能輻射量的相關(guān)數(shù)據(jù)，可以從氣象部門得到相關(guān)的數(shù)據(jù)資料，如果只有水平面的太陽輻射量，在實(shí)際的使用時須換算到相應(yīng)陣列傾斜面上的輻射量。可以用計(jì)算機(jī)軟件RETscreen進(jìn)行查詢，該軟件所用數(shù)據(jù)來自美國航天局（NASA）數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫中包含全球任何地方的氣象資料和輻照數(shù)據(jù)。 4.2.3 負(fù)荷的計(jì)算 負(fù)載的估算，是光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)重要內(nèi)容之一。通常列出所有負(fù)載的名稱、額定功率、額定工作電壓和每天工作時間。統(tǒng)計(jì)成表，如表4-2所示： 表4-2 普通家庭日常負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表 家用負(fù)載電器名稱 耗電功率w 數(shù)量 每日工作時間h 日耗電量Wh 空調(diào) 850 2 2 3400 燒水壺 2200 1 0.5 1100 電飯鍋 750 1 0.5 375 抽油煙機(jī) 320 1 0.5 160 電飯煲 750 1 1 750 電冰箱 200 1 5 1000 照明 40 6 6 1440 電視 150 1 4.5 5 675 電腦 250 1 4 1000 洗衣機(jī) 350 1 0.5 175 其他 140 140 總計(jì) 7050 10215 由上統(tǒng)計(jì)可知，該負(fù)載總功率約為7050w，每天耗電量 L 約為10215Wh。 4.2.4 計(jì)算方陣最佳方陣應(yīng)輸出電流 最小輸出電流 （4-9） L——為負(fù)載每天總耗電量 ——最小的峰值時數(shù)，由方陣面上各月中最小的太陽能總輻射量計(jì)算出 ——蓄電池充電效率?。?0. 80-0. 90 ) ——方陣表面由于塵污遮蔽或老化引起的修正系數(shù)，?。?0. 9-0. 95） ——方陣組合損失和對最大功率點(diǎn)偏離的修正系數(shù)，?。?0. 9-0. 95） 最大輸出電流 （4-10） 方陣的最佳輸出電流應(yīng)在 Imin 和 Imax 之間，具體數(shù)值的確定需進(jìn)行實(shí)驗(yàn)獲得 具體實(shí)驗(yàn)方法：實(shí)驗(yàn)要獲取一下數(shù)據(jù)，按預(yù)選的輸出電流，確定該方陣的發(fā)電量，對蓄電池的充放電狀態(tài)進(jìn)行試驗(yàn)。計(jì)算公式如下： （4-11） （4-12） （4-13） 其中： ——按月求出方陣的輸出發(fā)電量 N——當(dāng)月天數(shù) L ——負(fù)載每天總耗電量 ——各月負(fù)載耗電量 兩者相減，ΔE=EA-EL，若ΔE＞0，則該月方陣的發(fā)電量大于負(fù)載的耗電量，可以給蓄電池充電；若ΔE＜0，則月方陣的發(fā)電量小于負(fù)載的耗電量，不足的電能由蓄電池儲存來補(bǔ)充，蓄電池處于虧損狀態(tài)。若蓄電池全年荷電狀態(tài)低于原設(shè)定的放電深度（ 一般取0. 5 ），則應(yīng)該增加方陣輸出電流。此外在必要條件下，還可以改變方陣傾角的值的大小，最終獲得最佳的方陣電流。 4.2.5 計(jì)算太陽能電池板工作電壓 為保證能對蓄電池有效的充電，光伏方陣的輸出工作電壓應(yīng)足夠大，在各季節(jié)方陣電壓應(yīng)滿足： （4-14） （4-15） ——為蓄電池浮充電壓 ——為因阻塞二極管引起的壓降取 0.3-0.8V ——為因溫度升高引起的壓降 a——為太陽能電池的溫度系數(shù)，對單晶硅、多晶硅（a=0.005）、非晶硅電池(a=0.003) ——太陽能電池的最高工作溫度取（45℃-60℃） ——太陽能電池的電池的標(biāo)稱工作電壓 4.2.6 計(jì)算太陽能電池板的功率 （4-16） K為考慮一些未知工作因素，而引入的安全系數(shù)，可根據(jù)電壓等級，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確程度，運(yùn)行環(huán)境等，在1. 05-1. 30之間選取。這樣，只要根據(jù)太陽能電池組件的電流，電壓及功率，參照廠商提供太陽能電池組件性能參數(shù)，就可以選取合適的組件型號和規(guī)格了。 （4-17） L——負(fù)載每日總耗電量 ——平均峰值日照時數(shù) ——蓄電池充電效率，取(0.80-0.90) ——方陣方陣組合損失表面由于老化或塵污遮蔽引起的修正系數(shù)，取（ 0.9-0.95） ——逆變器的轉(zhuǎn)換效率，取（0.9-0.98） K ——安全系數(shù)，可根據(jù)電壓等級，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確程度，運(yùn)行環(huán)境等，在（1.05～ 1.30）間選取。 4.3 蓄電池組的容量確定 蓄電池組的總?cè)萘扛鶕?jù)系統(tǒng)日用電量、蓄能的天數(shù)及蓄電池放電的深度來確定的，其計(jì)算公式為： （4-18） DOD一蓄電池的最大放電深度，約為75%-80% 為了不影響蓄電池的壽命，取60%到70%。 系統(tǒng)所需單體電池的個數(shù) （4-19） C——蓄電池組的總?cè)萘? ——單個蓄電池的額定電壓 ——單個蓄電池的安時數(shù) 4. 4 逆變器和控制器的確定 根據(jù)用戶的負(fù)載實(shí)況計(jì)算出負(fù)載總功率為，變器功率的確定： =/η ——系統(tǒng)負(fù)載總功率 ，η 一般取80% （4-20） 當(dāng)負(fù)載的總功率超過大逆變器總功率的80%時，逆變器產(chǎn)生較多熱量，對逆變器造成損害，縮短使用壽命，選擇逆變器時要留有20%的設(shè)計(jì)余量。 控制器的選擇： 所選擇控制器的電壓為所選取的蓄電池的電壓，所選擇控制器的標(biāo)示電流為流入電池組最大電流，電流主要看電池板的功率跟蓄電池電壓之比與負(fù)載功率跟蓄電池電壓之比，取最大值。 5 計(jì)算機(jī)軟件的應(yīng)用及設(shè)計(jì)舉例 5. 1 RETScreen數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用 本文主要應(yīng)用RETScreen來計(jì)算最佳傾斜角及太陽輻射量官方下載地址是：http://www.retscreen.net/zh/software_and_data.php 圖5-1 RETSCreen官方下載頁面 RETscreen軟件所用到的數(shù)據(jù)來自美國航天局（NASA）數(shù)據(jù)庫，如果只是查詢最佳傾角及輻射量建議直接去NASA查詢，數(shù)據(jù)庫中包含各種氣象數(shù)據(jù)。地址是： https://eosweb.larc.nasa.gov/cgi-bin/sse/grid.cgi?email=zhenhuawan@gmail.com 圖5-2 登陸NASA數(shù)據(jù)庫 進(jìn)去后輸入Latitude（緯度）、Longitude(經(jīng)度)點(diǎn)擊Submit提交。如山東省泰安市泰山區(qū)緯度：36.18，經(jīng)度：117.13查詢得： https://eosweb.larc.nasa.gov/cgi-bin/sse/grid.cgi?email=zhenhuawan%40gmail.com&step=1&lat=36.18&lon=117.13&submit=Submit 圖5-3 地理位置信息建入 直接繼續(xù)點(diǎn)Submit提交，調(diào)轉(zhuǎn)到： https://eosweb.larc.nasa.gov/cgi-bin/sse/grid.cgi?&num=298127&lat=36.18&hgt=100&submit=Submit&veg=17&sitelev=&email=zhenhuawan@gmail.com&p=grid_id&step=2&lon=117.13 圖5-4 目標(biāo)區(qū)域大量氣象信息 在眾多氣象數(shù)據(jù)中找到“Monthly Averaged Radiation Incident On An Equator-Pointed Tilted Surface (kWh/m2/day)”就是日照數(shù)據(jù)，如下截圖所示。 圖5-5 OPT為最佳傾角下每月的輻照量，OPT ANG為最佳傾角 l 太陽能離網(wǎng)式發(fā)電系統(tǒng)需要保證在日照最弱的冬季也可以產(chǎn)生電能供負(fù)載正常使用，所以冬至日輻照度最大的傾斜角，為離網(wǎng)式發(fā)電系統(tǒng)最佳傾斜角。 l 太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)最佳傾角為使全面輻照量最大的傾角，離網(wǎng)系統(tǒng)最佳傾角要大于并網(wǎng)系統(tǒng)最佳傾角。 5. 2家庭式太陽能供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例 1. 最佳傾斜角的確定 根據(jù)從美國航天局（NASA）數(shù)據(jù)庫中查詢氣象數(shù)據(jù)，建議用PVsyst確定。 2. 家庭負(fù)荷用電量的調(diào)查 表5-1 家庭負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表 家用負(fù)載電器名稱 耗電功率w 數(shù)量 每日工作時間h 日耗電量Wh 空調(diào) 850 2 2 3400 燒水壺 2200 1 0.5 1100 電飯鍋 750 1 0.5 375 抽油煙機(jī) 320 1 0.5 160 電飯煲 750 1 1 750 電冰箱 200 1 5 1000 照明 40 6 6 1440 電視 150 1 4.5 5 675 電腦 250 1 4 1000 洗衣機(jī) 350 1 0.5 175 其他 140 140 總計(jì) 7050 10215 負(fù)載總功率約為7050w，每天耗電量 L 約為10215Wh 3． 年輻射量和年日照時數(shù)的確定 地理位置山東農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)度：117.06 緯度：36.11 海拔：156m，地理位置數(shù)據(jù)來源Google Earch，氣象數(shù)據(jù)來源Pvsyst NASA SSE satelite data,1983-2005。 圖5-6氣象數(shù)據(jù) 全年平均日輻射量為=，則=3.5h，=2.37h，=5.34h。 4．太陽能方陣的電流的確定 方陣最大輸出電流 = 10215÷(5.340.850.90.9) ≈2778.39mA 方陣最小輸出電流 = 10215÷(2.370.850.90.9)≈6206.17mA 按每月30天計(jì)算，月耗電量為：3010215Wh =306.45kWh 選最佳輸出電流為 5500mA 平均日輻射量取 則該月發(fā)電量為：（55003018900.90.90.8）÷100≈ 577.5kWh 去負(fù)載消耗，可沖入蓄電池的發(fā)電量為：577.5-306.45=271.05kWh 5. 蓄電池組的容量的確定 取DOD即鉛蓄電池放電深度為0.65 C=271.05/0.65≈ 417kWh 蓄電池的儲備天數(shù) N=417/306.45≈ 1.36 可以維持1.36天 X=417000÷(48400)≈ 22 單體電池，因?yàn)槭瞧胀彝ビ脩?，選用標(biāo)稱電壓48V 400AH的密封免維護(hù)鉛酸蓄電池，即采用22個48V 400AH的免維護(hù)密封鉛蓄并聯(lián)組成蓄電池組。 6. 太陽能電池方陣電壓的計(jì)算 采用多晶硅的材料（取a=0.005）額定30V的太陽能電池板，太陽能電池最高溫度取60℃， 取0.8V，采用電池板的規(guī)格電壓30V的太陽能電池。 =0.005(60-25)30=5.25V =1.175×48=56.4V V=56.4+0.8+5.25=62.45V 為滿足方陣電壓的要求采用電池板規(guī)格為30V的兩個電池片串聯(lián)達(dá)到。 7. 計(jì)算太陽能電池組件的時均功率 采用的多晶硅太陽能電池板30V/210W，該用戶的負(fù)載耗電量為10215Wh，則該系統(tǒng)需要的太陽能電池板的總功率為P=4.08kw,選用總功率為4kw的太陽能電池組件，選用20塊30V/210W的太陽能電池板兩兩串聯(lián)再并聯(lián)使用。 8. 逆變器和控制器的選用 l 該用戶負(fù)載總功率為7050w 逆變器功率為7050÷0.8=8.8125kw，需用9kw的逆變器 l 太陽能電池板的時均功率為4.0kw，由于采用30V*2的蓄電池，系統(tǒng)最大電流為4.0kw÷60=66.67A，選用60V70A的太陽能控制器。此外有條件的用戶還可以加入ATS裝置。 9. 主要元器件 表5-2 主要設(shè)備規(guī)格 序號 代號 名稱 型號 規(guī)格 數(shù)量 1 CELL1.1 太陽能電池組件 DC30V,210W 47度 20 2 kP 太陽能控制器 SYT-F1000 70A 60V 1 3 INV 逆變器 SYT-B1000 9kw 9 4 BAT1.1 密封式免維護(hù)鉛蓄電池 48V 400AH 22 5 ATS1 自動電源切換系統(tǒng) DR61T AC220V 1 6 ATS2 穩(wěn)壓保護(hù)裝置 SCU-A 1 9. 方案模擬 圖5-7 太陽能離網(wǎng)式發(fā)電系統(tǒng)方案圖 圖 5-8 家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)接線圖 在本系統(tǒng)中，負(fù)載是照明、筆記本電腦等常用家庭負(fù)載。根據(jù)負(fù)載的情況，采用冬季的發(fā)電量最大指標(biāo)來設(shè)計(jì)系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)的供電不足時可采用ATS裝置且切換到市電，以保證負(fù)載正常運(yùn)行所需的電量。ATS裝置可確保發(fā)電系統(tǒng)供電和電力電網(wǎng)供電分離，在一般情況下，只取一種電源供電，使系統(tǒng)運(yùn)行的可靠安全性得到保障。 10. 設(shè)備安裝流程 太陽能組件與支架組裝 → 線路匯流 → 蓄電池、控制器、逆變器、穩(wěn)壓器、控制柜組裝 → 接線 → 線路規(guī)范整理以及固定 → 系統(tǒng)上電測試、調(diào)試。 11. 安裝后調(diào)試 l 太陽能組件方陣的仰角方向宜保持一致，滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)采光要求。 l 固定設(shè)備應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)定。 l 太陽能組件安裝縱向中心線和支架縱向中心線應(yīng)一致，緊固后目測應(yīng)無歪斜。 l 支架固定牢靠，可抵抗7-8級風(fēng)。 l 匯流盒及護(hù)線 PVC 管必須做到100%防水保護(hù)、安裝牢固。 l 系統(tǒng)安裝使用的支架、抱箍、螺栓、壓板等金屬構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行熱鍍鋅處理，防腐質(zhì)量應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《金屬覆蓋及其他有關(guān)覆蓋層維氏和努氏顯微硬度試驗(yàn)》（GB/T9700 ）、《熱噴涂金屬件表面預(yù)處理通則》（GB/T11373 ）、《鋼鐵熱浸鋁工藝及質(zhì)量檢驗(yàn)》（ZBJ36011 ）的有關(guān)規(guī)定。 l 各種螺母緊固，宜加墊片和彈簧墊。緊固后突出螺母不得少于兩個螺距。 l 安裝完成后進(jìn)行檢查，確認(rèn)