10KW太阳能并网发电系统设计
1.太阳能并网发电系统简介
太阳能并网发电系统通过把太阳能转化为电能，不经过蓄电池储能，直接通过并网逆变器，把电能送上电网。与离网光伏发电系统相比，并网发电系统具有以下优点：（1）所发电能馈入电网，以电网为储能装置，省掉蓄电池，比离网光伏发电系统的建设投资可减少达35％一45％，从而使发电成本大为降低。省掉蓄电池并可提高系统的平均无故障时间和蓄电池的二次污染。（2）分布式建设，就近就地分散供电，进入和退出电网灵活，既有利于增强电力系统抵御战争和灾害的能力，又有利于改善电力系统的负荷平衡，并可降低线路损耗。（3）可起调峰作用。联网太阳能光伏系统是世界各发达国家在光伏应用领域竞相发展的热点和重点，是世界太阳能光伏发电的主流发展趋势，市场巨大，前景广阔。
系统特点：能量转换过程简单，系统转化率高操作、维护简单‘运行稳定可靠工作性能稳定，使用寿命长无噪声，无污染结构简单，体积小，重量轻，便于运输和安装
2.并网发电系统的原理及组成
2.1 系统原理
太阳能电池发电系统是利用光生伏打效应原理制成的，它是将太阳辐射能量直接转换成电能的发电系统。它主要由太阳能电池方阵和逆变器两部分组成。如下图1所示:白天有日照时，太阳能电池方阵发出的电经过并网逆变器将电能直接输送到交流电网上，或将太阳能所发出的电经过并网逆变器直接为交流负载供电。
图1 并网发电原理图
2.2 光伏并网发电系统主要组成
设备清单：
（1）光伏组件：20 片 250KWp 单（多）晶硅，根据客户需要定
（2）安装材料费（包含支架、线缆、PVC 管、以及各种小部件）
（3）逆变器（把电池板产生的直流电变成适合家用电器的交流电，还有防短路、防雷、孤岛保护以及通信功能）
（4）防雷箱，内有直流高压熔断丝，防雷装置
3.10KW太阳能并网发电系统设计
3.1设计总则
（1）太阳能并网发电系统在原有的线路基础上增加，采取尽量不改造原有回路的原则。因此，将光伏系统的并网点选择在并网点的低压配电柜上。
（2）考虑到并网系统在安装及使用过程中的安全及可靠性，在并网逆变器直流
输入加装直流配电接线箱。
（3）并网逆变器采用三相四线制的输出方式。
3.2电池组件的设计
电池组件：选用型号为120（34）P1447x663，主要参数为：输出峰值功率120Wp、峰值电压17V、峰值电流7.05、开路电压22V、短路电流7.5A。
太阳能电池由18块串联成1路，共5路，需要120Wp规格组件90块方阵总功率为：120x18x5=10800Wp。
太阳能电池方阵的主要技术参数为：
（1）工作电压306V，开路电压396V；
（2）工作电流35A，短路电流37.5A；
（3）转换效率大于14%；
（4）工作温度-40℃～90℃。
3.3并网逆变器
并网逆变器是直流电变换成交流电的设备。由于太阳能电池发出的是直流电，而一般的负载是交流负载，所以逆变器是不可缺少的。并网逆变器用于并网运行的太阳能电池发电系统将发出的电能馈入电网。并网逆变器采用最大功率跟踪技术，最大限度地把太阳能电池板转换的电能送入电网。逆变器自带的显示单元可显示太阳能电池方阵电压、电流，逆变器输出电压、电流、功率，累计发电量、运行状态、异常报警等各项电气参数。
根据以上要求选用德国进口Line Back ∑10KW并网逆变器。本逆变器的主要性能特点如下：
（1）宽直流输入电压范围，最高可达 1000V（可选）；
（2）最高转换效率达 97.0%；
（3）最大功率点跟踪（MPPT）效率>99.9%；
（4）精确的输出电能计量；
（5）具有先进的孤岛效应检测方案及完善的监控功能；
（6）完善的保护功能；
（7）模块化设计，方便安装与维护；
（8）适应高海拔应用（<6000 米）；
（9）人性化的 LCD 人机界面，中英文菜单，可实时显示各项运行数据、故障数据、历史故障数据、总发电量数据和历史发电量数据；
（10）提供 RS485（标配）或 Ethernet 以太网（选配）通讯接口；
（11）低电压穿越、无功功率可调、有功功率降额等功能（可选）；
3.4配电室设计
由于并网发电系统没有蓄电池及太阳能充放电控制器及交直流配电系统，因此，如果条件允许的话可以将并网发电系统逆变器放在并网点的低压配电室内，否则只要单独建一座4~6平米的低压配电室就可以了。
3.5并网发电系统配置表
4.总体控制部分安装
参照产品说明书的要求，对并网逆变器、太阳电池组件、交流电网的低压配电室按相应顺序连接，观察并网逆变器的各项运行参数，并做好相应记录，将实际运行参数和标称参数做比较，分析其差距，为以后的调试做准备。
5.系统建设及施工
项目的施工包括：配电室及太阳电池支架的基础制作、配电室，太阳电池支架制作安装、太阳能电池方阵的安装、电气设备的安装调试、系统的并网运行调试。
专业：光电子技术科学学号：201205100020 姓名：张兴超
扬州大学能源与动力工程学院本科生课程设计 题目：北京市发电系统设计 课程：太阳能光伏发电系统设计 专业：电气工程及其自动化 班级：电气0703 姓名：严小波 指导教师：夏扬 完成日期： 2011年3月11日
目录 1光伏软件Meteonorm和PVsyst的介绍---------------------------------------------3 1.1 Meteonorm--------------------------------------------------------------------------3 1.2 PVsyst-------------------------------------------------------------------------------4 2中国北京市光照辐射气象资料-------------------------------------------------------11 3独立光伏系统设计----------------------------------------------------------------------13 3.1负载计算（功率1kw，2kw，3kw，4kw，5kw）-----------------------------13 3.2蓄电池容量设计（电压：24V，48V）----------------------------------------13 3.3太阳能电池板容量设计，倾角设计--------------------------------------------13 3.4太阳能电池板安装间隔计算及作图。-----------------------------------------16 3.5逆变器选型--------------------------------------------------------------------------17 3.6控制器选型--------------------------------------------------------------------------17 3.7系统发电量预估--------------------------------------------------------------------18
前言 太阳能光伏发电是新能源和可再生能源的重要组成部分，由于它集开发利用绿色可再生能源、改善生态环境、改善人民生活条件于一体，被认为是当今世界上最有发展前景的新能源技术，因而越来越受到人们的青睐。随着世界光伏市场需求持续高速增长、我国《可再生能源法》的颁布实施以及我国光伏企业在国际光伏市场上举足轻重的良好表现，我国光伏技术应用呈现了前所未有的快速增长的态势并表现出强大的生命力。它的广泛应用是保护生态环境、走经济社会可持续发展的必由之路。 太阳能发电的利用通常有两种方式，一种是将太阳能发电系统所发出的电力输送到电网中供给其他负载使用，而在需要用电的时候则从电网中获取电能，称谓并网发电方式。另一种是依靠蓄电池来进行能量存储的所谓独立发电方式，它主要用于因架设线路困难市电无法到达的场合，应用十分广泛。
1.项目概况 1.1项目背景及意义 本项目拟先设计一个独立系统，安装在客户工厂的屋顶上，用于演示光伏阵列采取跟踪模式和固定模式时发电的情况，待客户参考后再设计一套发电量更大的系统，向工厂提供生产生活用电。本系统建成后将为客户产品做出很好的宣传，系统会直观的显示采用跟踪系统后发电总量的提升情况。 1.2光伏发电系统的要求 因本系统仅是一个参考项目，所以这里就只设计一个2.88kWp的小型系统，平均每天发电5.5kWh,可供一个1kW的负载工作5.5小时。 2.系统方案 2.1现场资源和环境条件 江阴市位于北纬31°40’34”至31°57’36”，东经119°至120°34’30”。气候为亚热带北纬湿润季风区，冬季干冷多晴，夏季湿热雷雨。年降水量1041.6毫米，年平均气温15.2℃。具有气候温和、雨量充沛、四季分明等特点。其中4月-10月平均温度在10℃以上，最冷为1月份，平均温度2.5℃；最热月7月份，平均温度27.6℃。
太阳能光伏发电系统课程设计家庭并网光伏发电系统的优 化设计 《太阳能光伏发电系统》 课程设计 课题名称: 家庭并网光伏发电系统的优化设计专业班级: 学生姓名: 学生学号: 指导教师: 设计时间: 沈阳工程学院 报告正文 目录 第1章绪 论 ..................................................................... . (3) 1.1 设计背 景 ..................................................................... .. (3) 1.2 设计意 义 ..................................................................... ......................................... 3 第2章朝阳市气象资料及地理情况...................................................................... ............... 4 第3章家用并网型...................................................................... .. (6)
太阳能光伏发电系统的优化设 计 ..................................................................... .. (6) 3.1 设计方 案 ..................................................................... .. (6) 3.2负载的计算...................................................................... . (8) 3.3 太阳能电池板容量及串并联的设计及选 型 (9) 3.4 太阳能电池板的方位角与倾斜角的设 计 (10) 3.5 蓄电池容量及串并联的设计及选型..................................................................... 11 3.6 控制器、逆变器的选 型 ..................................................................... (12) 3.7 电气配置及其设 计 ..................................................................... (13) 3.8 系统配置清 单 .....................................................................
5kWp光伏太阳能并网发电系统 设 计 方 案 设计人：申小波（Mellon） 单位：个人 电话： 日期： 2013年10月27日
目录 一、光伏太阳能并网发电系统简介 (2) 二、项目地点及气候辐照状况 (2) 三、相关规范和标准 (5) 四、系统结构与组成 (5) 五、设计过程 (6) 1、方案简介 (6) 2、设计依据 (6) 3、组件设计选型 (7) 4、直流防雷汇流箱设计选型 (9) 5、交直流断路器 (11) 6、并网逆变器设计选型 (13) 7、电缆设计选型 (14) 8、方阵支架 (15) 9、配电室设计 (15) 10、接地及防雷 (15) 11、数据采集检测系统 (16) 六、仿真软件模拟设计 (17) 七、接入电网方案 (22)
八、设备配置清单及详细参数 (22) 九、系统建设及施工 (22) 十、系统安装及调试 (23) 十一、运行及维护注意事项 (26) 十二、设计图纸 (28) 十三、工程预算投资分析报告 (32)
5kWp光伏太阳能并网发电系统配置方案 一、光伏太阳能并网发电系统简介 并网系统（Utility Grid Connected）最大的特点：太阳电池组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网，并网系统中光伏方阵所产生电力除了供给交流负载外，多余的电力反馈给电网。在阴雨天或夜晚，太阳电池组件没有产生电能或者产生的电能不能满足负载需求时就由电网供电。 因为直接将电能输入电网，免除配置蓄电池，省掉了蓄电池储能和释放的过程，可以充分利用光伏方阵所发的电力，从而减小了能量的损耗，并降低了系统的成本。但是系统中需要专用的并网逆变器，以保证输出的电力满足电网电力对电压、频率等电性能指标的要求。因为逆变器效率的问题，还是会有部分的能量损失。这种系统通常能够并行使用市电和太阳能太阳电池组件阵列作为本地交流负载的电源，降低了整个系统的负载缺电率，而且并网系统可以对公用电网起到调峰作用。但并网光伏供电系统作为一种分散式发电系统，对传统的集中供电系统的电网会产生一些不良的影响，如谐波污染，孤岛效应等。 二、项目地点及气候辐照状况 图片来自Google地球 1、项目地点为：江苏省泰州市XX区XX镇； 2、纬度：32°22’，经度：120°12’； 3、平均海拔高度：7m；
附件1 太阳能热发电示范项目技术规范（试行） （一）抛物面槽式太阳能热发电机组示范工程技术要求 1 建设规模及参数 单机容量：汽轮发电机组容量不小于50MWe；电厂的建设规模根据具体厂址条件进行规划建设； 汽轮机进汽额定参数温度不低于370 ℃，压力为9.8 MPa（a），采用再热机组。 2 传热工质 集热器传热工质宜选用导热油，其最高工作温度不低于390 ℃。 3 储热介质及系统容量 3.1储热介质 储热介质为熔融盐。 3.2储热系统容量 储热容量应满足短期云遮不停机，且保证汽轮机额定功率满发不少于1小时，具体储热容量根据优化确定。 3.3储热系统关键设备（储罐、换热器、泵等） 储热系统应至少包括热熔融盐储罐、冷熔融盐储罐、热熔融盐泵、冷熔融盐泵、导热油-熔融盐换热器、熔融盐仓储及熔融盐熔化装置等。 热熔融盐泵及冷熔融盐泵需分别设置1台备用，运行泵的总容量不低于最大熔融盐流量的110%。 3.4防凝系统 应根据厂址气候条件、设备配置及系统设计特点设计可靠的熔融
盐防凝措施。管路和阀门应配有伴热防凝系统。 4 集热及蒸汽发生系统 4.1抛物面槽式集热器 抛物面槽式集热器应包括吸热管、反射镜、支架、跟踪驱动装置等。 1）吸热管 应采用长度4060 mm规格。 2）反射镜 可采用玻璃热弯镜、钢化镜或复合镜，应根据当地环境气象条件确定。 3）支架 采用钢结构形式，应满足当地环境气象条件下的设计要求。 4）跟踪驱动装置 可采用液压驱动或机械驱动。 4.2蒸汽发生系统 应至少包括预热器、蒸汽发生器、过热器及再热器等。 4.3导热油系统设备 应至少包括导热油循环泵、膨胀油箱、溢流油箱等。 导热油循环泵应至少设置1台备用泵，运行泵的总容量不低于最大导热油流量的110%。 4.4聚光器清洗系统 缺水地区，聚光器清洗系统宜采用干式清洗系统或免冲洗，其他有条件地区可采用水清洗系统。 5 汽轮发电机组及其辅助系统
光伏并网发电系统设计 摘要：最大功率点跟踪是光伏并网发电系统中经常遇见的问题。系统设计采用电流型控制芯片UC3845实现最大功率点跟踪（MPPT），由单片机STC12C5408AD产生SPWM信号，实现频率相位跟踪功能、输入欠压保护功能、输出过流保护功能。结果表明，该设计不但电路设计简单，软硬件结合，控制方法灵活，而且能够有效的完成最大功率跟踪的目的。 关键词：STC12C5408AD DC-AC转换电路 MPPT 太阳能作为绿色能源,具有无污染、无噪音、取之不尽、用之不竭等优点,越来越受到人们的关注。光伏电池的输出是一个随光照、温度等因素变化的复杂量，且输出电压和输出电流存在非线性关系。光伏系统的主要缺点是初期投资大、太阳能电池的光电转换效率低。为充分利用太阳能必须控制电池阵列始终工作在最大功率点上，最大功率点跟踪(MPPT, Maximum Power Point Tracker)是太阳能并网发电中的一项重要的关键技术。 1 设计任务 为研究方便设计一光伏并网发电模拟装置，其结构框图如图1所示。用直流稳压电源U S和电阻R S模拟光伏电池，U S=60V，R S=30Ω~36Ω；u REF为模拟电网电压的正弦参考信号，其峰峰值为2V，频率f REF为45Hz~55Hz；T为工频隔离变压器，变比为n2:n1=2:1、n3:n1=1:10，将u F作为输出电流的反馈信号；负载电阻R L=30Ω~36Ω。要求系统具有最大功率点跟踪（MPPT）功能，频率、相位跟踪功能，输入欠压保护和输出过流保护功能。另外要求系统效率高、失真度低。 U R L
图1 并网发电模拟装置框图 2 系统总体方案 光伏并网系统主要由前级的DC-DC变换器和后级的DC-AC逆变器组成。在系统中,DC-DC 变换器采用BOOST结构,主要完成系统的MPPT控制;DC-AC部分采用全桥逆变器,维持中间电压稳定并且将电能转换成110 V/50 Hz交流电。设计采用单片机SPWM调制，驱动功率场效应管，经滤波产生正弦波，驱动隔离变压器，向负载输出功率。系统设计保证并网逆变器输出的正弦电流与电网电压同频同相。系统总体硬件框图如图2所示： 图2 系统总体硬件框图 3 MPPT原理及电路设计 MPPT原理 由于光伏阵列的最大功率点是一个时变量，可以采用搜索算法进行最大功率点跟踪。其搜索算法可分为自寻优和非自寻优两种类别。所谓自寻优算法即不直接检测外界环境因素的变化,而是通过直接测量得到的电信号,判断最大功率点的位置。典型的追踪方法有扰动观测法和增量导纳法等。增量导纳法算法的精确度最高,但是,由于增量导纳法算法复杂,对实现该算法的硬件质量要求较高、运算时间变长，会增加不必要的功率损耗,所以实际工程应用中,通常采用扰动观测法算法]1[。 扰动观测法原理:每隔一定的时间增加或者减少电压,并通过观测其后功率变化的方向,
100kW光伏并网发电系统典型案例解 100kW光伏并网发电系统典型案例解析 1、项目地点分析 本项目采用光伏并网发电系统设计方案，应用类别为村级光伏电站项目。项目安装地为江西，江西位于位于中国的东南部,长江中下游南岸。地处北纬24°29′-30°04′，东经113°34′-118°28′之间。项目所在地坐标为北纬25°8′，东经114°9′。根据查询到的经纬度在NASA上查询当地的峰值日照时间如下： (以下数据来源于美国太空总署
根据项目所在地理位置坐标，项目所在地坐标为项目所在地坐标为北纬25°8′，东经114°9′，光伏组件安装最佳倾角为20°如下图所示： 2.3组件阵列间距及项目安装面积 采用260Wp的组件，组件尺寸为1650*990*35mm，共用400块太阳能电池板， 总功率104kWp。根据下表公式可以计算出组件的前后排阵列间距为2.4m，单 块组件及其间距所占用面积为2.39㎡。
104kWp光伏组件组成的光伏并网发电系统占地面积为2.39*400=956㎡,考虑到安装间隙、周围围墙等可能的占地面积，大约需要1000㎡。 3、光伏支架 本项目为水平地面安装，采用自重式支架安装方式。自重式解决方案适用于平屋顶及地面系统。利用水泥块压住支架底部的铝制托盘，起到固定系统的作用。
太阳能发电系统的设计分析 发表时间：2018-06-04T16:55:59.477Z 来源：《基层建设》2018年第10期作者：林刚张少利[导读] 摘要：在太阳能的有效利用中，太阳能发电是最具活力的研究领域，也是最受瞩目的项目之一。 江苏四季沐歌有限公司江苏省连云港市 222000 摘要：在太阳能的有效利用中，太阳能发电是最具活力的研究领域，也是最受瞩目的项目之一。太阳能发电系统采用太阳能电池阵列、太阳能控制器、蓄电池（组）、DC/AC 逆变器（并网/不并网）、低压输配电网及交、直流负载等部分组成。下面就谈谈自己对太阳能发电系统的设计的看法。 关键词：太阳能；发电系统；设计太阳能电池发电是基于“光生伏打效应”的原理，利用充电效应把太阳辐射直接转化为电能。太阳能具有永久性、清洁性和灵活性三大优点，是其他能源无法比拟的。总之，太阳能发电的过程没有机械转动部件也燃料消耗，不排放包括温室气体在内的任何有害物质，无噪音、无环境污染，太阳能资源分布广泛没有地域限制。维修保养简单，维护费用低，运行可靠性、稳定性好。无需架设输电线路即可就地发电供电及建设周期短。 1太阳能的特点 利用太阳能发电有两大类型，一类是太阳光发电（亦称太阳能光发电），另一类是太阳热发电（亦称太阳能热发电）。太阳能光发电是将太阳能直接转变成电能的一种发电方式。它包括光伏发电、光化学发电、光感应发电和光生物发电四种形式，在光化学发电中有电化学光伏电池、光电解电池和光催化电池。太阳能是一种普遍存在的能源，并且无需采集、运输就可以直接开发利用；其次，太阳能作为一种清洁能源，对环境不会造成任何损害，在环保意识逐步提高的今天，值得推广应用；有数据显示，4年地球接受到的太阳能相当于130万亿吨煤产生的能量，应用潜力巨大；此外，太阳能量可持续时间如果用地球的寿命来换算，儿乎是取之不尽用之不竭的。然而，与此同时，太阳能的利用目前还存在一些问题，比如太阳能虽然普遍存在，但是也存在严重的不稳定性，同时总量虽大但是能流密度却相对较低，并且人类对于太阳能的利用率还处于较低的水平，同时应用成本也较高。 2太阳能发电系统 太阳能发电系统分为独立发电系统与并网发电系统：独立发电系统也叫离网发电系统。主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成，若要为交流负载供电，还需要配置交流逆变器。并网发电系统就是太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电后直接接入公共电网。并网发电系统有集中式大型并网电站一般都是国家级电站，主要特点是将所发电能直接输送到电网，由电网统一调配向用户供电。但这种电站投资大、建设周期长、占地面积大，目前还没有太大发展。而分散式小型并网发电系统，特别是光伏建筑一体化发电系统，由于投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大等优点，是目前并网发电的主流。 太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池组是太阳能发电系统的主要组成部分，此外逆变器也是常见的辅助设备，用于输出合适交流电太阳能电池板的主要功能是转换太阳的辐射能为电能，送往电池组中进行存储，并推动负载作用，是太阳能发电系统中最核心、最有价值的组成部分，它的质量也直接决定了整个太阳能发电系统的质量。太阳能控制器负责对整个太阳能发电系统进行监控，并对蓄电池组起到一个保护的作用，此外，部分控制器可能还兼具有光控和时控功能。值得注意的是，一个合格的控制器在温差较大的地方，还应该配备温差补偿功能。太阳能蓄电池组的功能，就是将太阳能发电系统产生的电能储存起来以备用，铅酸电池、镍氢电池、镍锅电池或铿电池是最常见的蓄电池种类，除铅酸电池外，主要用于小微型的太阳能发电系统中。我们知道，太阳能直接输出的电能为12VDC，24VDC，48VDC，而我们日常使用的电能则为220VAC，110VAC，囚此逆变器的主要作用就是为我们提供合适的电能。 3太阳能发电系统的效率在太阳能发电系统中，系统的总效率ηese由电池组件的PV转换率、控制器效率、蓄电池效率、逆变器效率及负载的效率等组成。但相对于太阳能电池技术来讲，要比控制器、逆变器及照明负载等其它单元的技术及生产水平要成熟得多，而且目前系统的转换率只有17%左右。因此提高电池组件的转换率，降低单位功率造价是太阳能发电产业化的重点和难点。太阳能电池问世以来，晶体硅作为主角材料保持着统治地位。目前对硅电池转换率的研究，主要围绕着加大吸能面，如双面电池，减小反射；运用吸杂技术减小半导体材料的复合；电池超薄型化；改进理论，建立新模型；聚光电池等。 4太阳能发电系统的运行 4.1并网全自动运行方式 设计的太阳能发电系统产生的电能将直接分配到需要太阳能供电的用电负载上，包括楼道间照明以及地下停车场照明，不足的电力将由连接的电网进行补充调节。具体工作起来，就是太阳能发电系统在旱晚分别对太阳能电池板阵列的电压进行监测：旱上达到设定值即执行并网发电，并将产生的直流电经由逆变器转换为可供使用的交流电；晚上低于设定值时，并网发电系统将自动停止运行。 4.2并联运行方式 太阳能发电系统并联运行方式与并网全自动运行方式在电能利用和调节方式上基本一致，是一个相对独立的发电系统。该方式的配电方式与柴油发电机的配电方式基本相同，即增加一路交流市电供电，将经逆变器转换的交流电和市电组成A'1'SE双电源自动切换，这是一种简单、灵活、独立的发电系统，A'1'SE双电源自动切换系统会在太阳能供电中断，或者供电不足的时候自动切换到市电供电，供电的可靠性也随之提高然而，并联运行方式也有一定缺点，那就是A'1'SE双电源自动切换的过程中，将会中断一段时间的供电，这将不利于一些用电设备的正常运行，甚至可能会造成一定的损坏。同时，考虑到太阳能发电的不稳定性，并联运行方式的用电量也很难达到平衡。不过，由于并联运行方式可以尽量更多的发挥太阳能的发电量，从而部分节约备用的蓄电池，进而节约投资。 5太阳能光伏发电需要考虑的因素 5.1地理位置及气象条件 利用太阳能光伏发电必须要综合考虑各种因素，包括地点、纬度、经度、海拔等，太阳能每月的总辐射量。直接辐射量，年平均气温，最长连续阴雨天数，最大风速降雪及冰雹等特殊气象情况。 5.2最大负载及用电特性
】 南昌航空大学 自学考试毕业论文 【 题目太阳能并网光伏发电系统 专业光伏材料及应用 学生姓名 准考证号 指导教师 . 2012 年 04 月
光伏发电并网控制技术设计 摘要 随着全球经济社会的不断发展，能源消费也相应的持续增长。能源问题已经成为关系到人类生存和发展的首要问题。所以，迫切需要对新的能源进行开发和研究。而太阳能的利用近年来已经逐渐成为新能源领域中开发利用水平高，应用较广泛的能源，尤其在远离电网的偏远地区应用更为广泛。 本文主要对光伏并网发电系统作了分析和研究。论文首先介绍了太阳能发电的意义以及光伏并网发电在国内外的应用现状。其次，对太阳能发电系统的特性和基本原理分别做了具体分析，并对系统各组成部分的功能进行了详细的介绍。接着，对光伏并网中最重要部分——逆变器进行研究。再次，提出光伏并网发电系统的设计方案。最后，对光伏并网发电系统的硬件进行设计。并网光伏发电充分发挥了新能源的优势，可以缓解能源紧张问题，是太阳能规模化发展的必然方向。我国政府高度重视光伏并网发电，并逐步推广＂屋顶计划＂。太阳能并网发电正在由补充能源向替代能源方向迈进。 关键词：能源；太阳能；光伏并网；逆变器
目录 第一章太阳能光伏产业绪论 (1) 光伏发电的意义 (1) 光伏并网发电 (1) 第二章太阳能光伏发电系统 (5) 太阳能光伏发电简介 (5) 太阳能光伏发电系统的类别 (5) 太阳能光伏发电系统的发电方式 (6) 影响太阳能光伏发电的主要因素 (7) 第三章并网太阳能光伏发电系统组成 (10) 并网光伏系统的组成和原理 (10) 光伏电池的分类及主要参数 (12) 光伏控制器性能及技术参数 (14) 光伏逆变器性能及技术参数 (15) 第四章发展与展望 (18) 发展与展望 (18) 全文总结 (19) 参考文献 (20) 致谢 (21)
未来太阳能光伏并网发电对电网的影响 尽管寻找新能源的工作已经有相当的历史了，但是世界性的环境污染和能源短缺已经迫使人们更加努力的寻找和开发新能源。在寻找和开发新能源的过程中，人们很自然的把目光投向了各种可再生的替代能源。光伏发电就是其中之一。虽然光伏发电的实际应用存在着种种的局限，但是随着光伏发电成本的降低和矿物发电成本的提高以及矿物能源的减少，总有一天光伏发电的成本将会与传统发电成本相当。到时侯，光伏发电将逐步进入商业化阶段。光伏并网发电形成规模后会对电网形成什么样的影响是本文想要探讨的问题。 一、光伏发电的基本原理 1 太阳能光伏发电系统的组成 太阳能光伏发电系统主要由太阳能光伏电池组，光伏系统电池控制器，蓄电池和交直流逆变器是其主要部件。其中的核心元件是光伏电池组和控制器。各部件在系统中的作用是： 光伏电池：光电转换。 控制器：作用于整个系统的过程控制。光伏发电系统中使用的控制器类型很多，如2点式控制器，多路顺序控制器、智能控制器、大功率跟踪充电控制器等，我国目前使用的大都是简单设计的控制器，智能型控制器仅用于通信系统和较大型的光伏电站。 蓄电池：蓄电池是光伏发电系统中的关键部件，用于存储从光伏电池转换来的电力。目前我国还没有用于光伏系统的专用蓄电池，而是使用常规的铅酸蓄电池。 交直流逆变器：由于它的功能是交直流转换，因此这个部件最重要的指标是可靠性和转换效率。并网逆变器采用最大功率跟踪技术，最大限度地把光伏电池转换的电能送入电网。 2 太阳能光伏电池板： 太阳能电池主要使用单晶硅为材料。用单晶硅做成类似二极管中的P-N结。工作原理和二极管类似。只不过在二极管中，推动P-N结空穴和电子运动的是外部电场，而在太阳能电池中推动和影响P-N结空穴和电子运动的是太阳光子和光辐射热（*）。也就是通常所说的光生伏特效应原理。目前光电转换的效率，大约是光伏电池效率大约是单晶硅13％－15％，多晶硅11％－13％。目前最新的技术还包括光伏薄膜电池。（参考资料12）1839年，法国物理学家A．E．Becquerel在实验室中发现液体的光生伏特效应（由光照射在液体蓄电池的金属电极板上使得蓄电池电路中的伏特表产生微弱变化）至今，在所有能找到的材料中，由单晶硅做成的P-N结光伏电池是光电转换效率最高的材料。 3 太阳能光伏发电系统的分类： 目前太阳能光伏发电系统大致可分为三类，离网光伏蓄电系统，光伏并网发电系统及前两者混合系统。 A）离网光伏蓄电系统。这是一种常见的太阳能应用方式。在国内外应用已有若干年。系统比较简单，而且适应性广。只因其一系列种类蓄电池的体积偏大和维护困难而限制了使用范围。 B）光伏并网发电系统，当用电负荷较大时，太阳能电力不足就向市电购电。而负荷较小时，或用不完电力时，就可将多余的电力卖给市电。在背靠电网的前提下，该系统省掉了蓄电池，从而扩张了使用的范围和灵活性，并降低了造价。 C）A, B两者混合系统，这是介于上述两个方之间的系统。该方案有较强的适应性，例如可以根据电网的峰谷电价来调整自身的发电策略。但是其造价和运行成本较上述两种方案高。 二、光伏发电的优点 进入70年代后，由于2次石油危机的影响，光伏发电在世界范围内受到高度重视，发展非常迅速。从远期看，光伏发电将以分散式电源进入电力市场，并部分取代常规能源。不论从近期和从近期看，光伏发电可以作为常规能源的补充，在解决特殊应用领域，如通信、信号电源，和边远无电地区民用生活用电需求方面，从环境保护及能源战略上都具有重大的意义。光伏发电的优点充分体现在以下几个方面： 1，充分的清洁性。（如果采用蓄电池方案，要考虑对废旧蓄电池的处理） 2，绝对的安全性。（并网电压一般在220V以下） 3，相对的广泛性。 4，确实的长寿命和免维护性。
太阳能发电系统设计 1引言 从“蒸汽机”到“电动机”的一系列动力技术发明，人们逐渐认识到，能 源技术的革新带动人类社会日益进步，对社会发展起着巨大的推动作用。但至今所采用的化石燃料能源带给人类文明与进步的同时，却因能源需求消耗的大幅提高以及随之而来的环境污染，形成了巨大的能源缺口，同时给环境造成巨大灾难。目前，油气资源的供不应求已成为我国经济发展的瓶颈，电力供应不容乐观，天然气用量迅速增长…… 最新的资料表明太阳光的充分利用，是最清洁，环保，取之不尽的可再生能源。 太阳能的利用 我国太阳能资源丰富，陆地每年接受的太阳辐射能，相当于2.431012tce，2/3国土面积的太阳能总辐射量超过0.6MJ/m2。如果将太阳能源充分加以利用，不仅有可能节省大量常规能源，而且有可能在某些区域完全利用太阳能采暖。 目前，太阳能利用主要有两个途径，即光热和光伏。光伏是根据光生伏特效应原理，利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。光伏发电在太阳能利用上是主流，前景好。 太阳能原理 太阳能电池发电的原理是基于半导体的光电效应，即一些半导体材料受到光照时，载流子数量会剧增，导电能力随之增强，这就是半导体的光敏特性。 在晶体中电子的数目总是与核电荷数相一致，所以P(N)型硅对外部来 说是电中性的。若将P(N)型硅放在阳光下照射，仅是被加热，外部看不出 变化。但内部通过光的能量，电子从化学键中被释放，由此产生电子－空 穴对，但在很短的时间内（在μS范围内）电子又被捕获，即电子和空穴 “复合”。 1 / 20
当 P 型和 N 型半导体结合在一起时，在两种半导体的交界面区域里 会形 成一个特殊的薄 层，界面的 P 型一侧 带负电，N 型一侧带正电 。这是由于 P 型半导体多空穴，N 型半导体多自由电子，出现了浓度差。N 区的电 子会扩 散到 P 区，P 区的空穴会扩散到 N 区，一旦扩散就形成了一 个由 N 指向 P 的 “内 电场”， 从而阻止扩散 进行。达到 平衡后，就形 成了这样一 个特殊的 薄层形成电势差，这就是 P －N 结。 至 今为 止，大多 数太阳能 电池厂家都是 通过扩散工艺， 在 P 型硅片 上形成 N 型区 ，在两个 区交界就 形成了一个 P －N 结（即 N+ ／P ）。太 阳能电池的基本结构就是一个大面积平面 P －N 结） 如果光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收，具有足够能量的 光子能够在 P 型硅和 N 型硅中将电子从共价键中激发，以 致产生 电子－空 穴对。界面层附近的电子和空穴在复合 晶片受光过程中，空穴(电子)往 P(N)区移 之 前，将 通过空 间电荷 的电 场作用 被 相互分离。电子 向带正 电的 N 区 和空 穴向带负电的 P 区运动。通过界 面层 晶片受光后，空穴(电子)从 P(N)区正(负)电极流出 产生 一个向外 的可测试的电 压。通过光 照在界面层 产生的电 子－ 空穴对越 多， 电流越大 。界面层吸收 的光能越多 ，界面层即 电池面积 越大，在太 阳 能电池中形成的 电流也 越大。 此即为光生伏特效应。 光伏系统 光伏系统是利用太阳电池组件和其他辅助设 备将太阳能转换成电能的系统。一般分为独立系 统、并网系统和混合系统。 白天，在光照条件下，太阳电池组件产生一 定的电动势，通过组件的串并联形成太阳能电池方阵，使得方阵电压达到系统输 入电压的要求。再通过充放电控制器对蓄电池进行充电，将由光能转换而来的电 能贮存起来。晚上，蓄电池组为逆变器提供输入 电，通过逆变器的作用，将直流电转换成交流电， 2 / 20 的电荷分离，将在 P 区和 N 区之间
太阳能光伏发电设计思路
摘要：简要介绍太阳能光伏发电系统设计思路和组成光伏系统器件选型方法，分析和研究太阳能光伏发电的热点和核心技术。 前言：当今世界，能源是促进经济发达与社会进步的原动力。目前所使用之主要能源为化石能源，然而其蕴藏量有限，且在开发过程造成空气污染、环境破坏，积极开发低污染及低危险性的新能源乃为迫切需要。 太阳能发电是指太阳能光伏发电，光伏发电是利用半导光生伏特效应将光能直接转变为电能的一种发电技术。太能是一种非常理想的干净、安全且随处可得的清洁能源，因此各国均不断地研发各种相关技术，藉以提高系统发电效率并降低发电成本，推广普及使用太阳能。
第一部分 太阳能电池发电系统原理 太阳能电池发电系统（又称光伏发电系统），从大类上分为 独立（离网）和并网光伏发电系统两大类。 目前应用比较广泛的光伏发电系统，主要是在偏远地区可以 作为独立的电源使用，也可以与风力发电机或柴油机等组成混合发电系统，在城市太阳能光伏建筑集成并网发电得到了快速发展，光伏发电与建筑一体化是太阳能光伏与建筑的完美结合，属于分布式发电的一种。它能够减少电网用电，大大减轻公共电网的压力，就近向电网输送电力。 1.1独立的电源使用（光伏离网发电系统） 太阳能光伏组件组成太阳电池方阵，在充足情况下，一方面给负载供电（直流负载，若交流负载需要逆变器），另一方面给蓄电池组充电，晚上依靠蓄电池组放电供负载使用（如下图示意）。 图1-1直流负载光伏发电示意图 在方阵工作时，阻塞二极管防止向电池方阵反充电，止逆二极管两端有一定的电压降，对硅二极管通常为0.60.8V ；肖特基或锗 太阳电池方阵 控制器 负载 阻塞二极管 蓄电池
光伏并网发电系统设 计
光伏并网发电系统设计 摘要：最大功率点跟踪是光伏并网发电系统中经常遇见的问题。系统设计采用电流型控制芯片UC3845实现最大功率点跟踪（MPPT），由单片机STC12C5408AD产生SPWM信号，实现频率相位跟踪功能、输入欠压保护功能、输出过流保护功能。结果表明，该设计不但电路设计简单，软硬件结合，控制方法灵活，而且能够有效的完成最大功率跟踪的目的。 关键词：STC12C5408AD DC-AC转换电路 MPPT 太阳能作为绿色能源,具有无污染、无噪音、取之不尽、用之不竭等优点,越来越受到人们的关注。光伏电池的输出是一个随光照、温度等因素变化的复杂量，且输出电压和输出电流存在非线性关系。光伏系统的主要缺点是初期投资大、太阳能电池的光电转换效率低。为充分利用太阳能必须控制电池阵列始终工作在最大功率点上，最大功率点跟踪(MPPT, Maximum Power Point Tracker)是太阳能并网发电中的一项重要的关键技术。 1 设计任务 为研究方便设计一光伏并网发电模拟装置，其结构框图如图1所示。用直流稳压电源U S和电阻R S模拟光伏电池，U S=60V，R S=30Ω~36Ω；u REF为模拟电网电压的正弦参考信号，其峰峰值为2V，频率f REF为45Hz~55Hz；T为工频隔离变压器，变比为n2:n1=2:1、n3:n1=1:10，将u F作为输出电流的反馈信号；负载电阻R L=30Ω~36Ω。要求系统具有最大功率点跟踪（MPPT）功能，频率、相位跟踪功能，输入欠压保护和输出过流保护功能。另外要求系统效率高、失真度低。
R L U 图1 并网发电模拟装置框图 2 系统总体方案 光伏并网系统主要由前级的DC-DC 变换器和后级的DC-AC 逆变器组成。在系统中,DC-DC 变换器采用BOOST 结构,主要完成系统的MPPT 控制;DC-AC 部分采用全桥逆变器,维持中间电压稳定并且将电能转换成110 V/50 Hz 交流电。设计采用单片机SPWM 调制，驱动功率场效应管，经滤波产生正弦波，驱动隔离变压器，向负载输出功率。系统设计保证并网逆变器输出的正弦电流与电网电压同频同相。系统总体硬件框图如图2所示： 图2 系统总体硬件框图 3 MPPT 原理及电路设计 3.1 MPPT 原理
太阳能光伏并网发电系统 摘要：随着经济的发展、社会的进步，电能的消耗越来越大，传统的火电需要燃烧煤、石油等化石燃料，一方面化石燃料蕴藏量有限、越烧越少，正面临着枯竭的危险。另一方面燃烧燃料将排出二氧化碳和硫的氧化物，因此会导致温室效应和酸雨，恶化地球环境。针对上述问题人们对能源提出越来越高的要求，寻找新能源成为当前人类面临的迫切课题。太阳能是一种干净的可再生的新能源，越来越受到人们的亲睐，在人们生活、工作中有广泛的作用，其中之一就是将太阳能转换为电能。本文将对太阳能光伏并网发电系统这个新产品进行体系的构建和市场分析，运用产品开发与管理的知识对新产品进行可行性分析，材料分析以及工艺性分析。 关键词：太阳能发电系统产品体系构建市场分析可行性分析 一、产品体系的构建产品体系由战略层面的文化以及策略层面的价格、包装等一系列要素构成，是企业从操作性角度对产品的审视[1]。 1、产品与文化文化是产品的一个重要组成部分，属于产品附加利益这一层次。产 品文化，是以企业生产的产品为载体，反应物质及精神追求的各种文化要素的总和，是产品价值和文化价值的统一。随着知识经济时代的到来，企业生产的产品决不仅仅是为了满足人们的某种物质生活需要，而是越来越多地考虑人们的精神生活需要，越来越重视产品文化附加值的开发，努力为顾客提供实用的、情感的、心理 的等多方面的享受，努力把使用价值和审美价值融为一体，突出产品中的人性化因素 [1] 。 结合自身的产品，不仅要发掘尽可能多的使用价值，更多的是体现太阳能光伏并网发电系统的文化价值。本产品推崇的太阳不仅仅给世界带来了温暖和光照，即太阳能光伏并网系统结合自身的特点所体现出的文化价值。在当前能源短缺的大环境下，太阳能蕴藏丰富不会枯竭，是理想的清洁能源。由于其安全、干净，不会威胁人类和破坏环境，比传统的煤燃料更环保，所以太阳能更值得推广。 对于顾客的情感方面，近阶段，国家电网的供电大多是采用火力发电，势必造成 能源的短缺和环境的破坏，顾客使用本产品能有效节约能源，保护坏境，充分体 现了顾客对环境保护的高度责任感，也能把这份责任感传递给更多。 2、产品与定位 产品的定位是体系构建中重要的一个环节，产品定位指企业针对同种产品市场进入者的情况，根据消费者对该产品的某一属性或特征的重视程度，为该产品设计
太阳能光伏照明控制系统的硬件电路项 目设计方案 1.1概述 传统的化石能源资源日益枯竭，严重的环境污染制约了世界经济的可持续发展。能 源的需求有增无减，能源资源已成为重要的战略物资，化石能源储量的有限性是发展可 再生能源的主要因素之一。根据世界能源权威机构的分析，按照目前已经探明的化石能 源储量以及开采速度来计算，全球石油剩余可采年限仅有 41年，其年占世界能源总消 耗量的40.5%,国内剩余可开采年限为15年；天然气剩余可采年限61.9年，其年占世 界能源总消耗量的24.1%，国内剩余可开采年限30年；煤炭剩余可采年限230年，其 年占世界能源总消耗量的25.2%，国内剩余可开采年限81年；铀剩余可采年限71年, 其年占世界能源总消耗量的 7.6%，国内剩余可开采年限为50年。 太阳能利用和光伏发电是最有发展前景的可再生能源，因此，世界各国都把太阳能 光伏发电的商业化开发和利用作为重要的发展方向，制定了相应的导向政策。在光伏发 电的历史上，最早规模化推广的是日本，而后是德国，再发展到现在大力推广的包括美 国、西班牙、意大利、挪威、澳大利亚、韩国、印度等超过 40个国家与地区，如日本 “新阳光计划”、欧盟“可再生能源白皮书”，以及美国国家光伏发展计划、百万太阳能 屋顶计划、光伏先锋计划等的相继推出，成为近年来推动太阳能光伏发电产业的主要动 力。根据欧盟的预测：到2030年太阳能发电将占总能耗10%以上，到2050年太阳能发 电将占总能耗20% 1.2光伏照明系统的结构 光伏照明系统主要由五大部分组成，即太阳能电池、蓄电池、控制器、照明电路、 负载，如下图1-1所示。 在系统中，控制器是整个系统的核心。它控制蓄电池的充电及蓄电池对负载的供电, 对蓄电池性能、使用寿命有非常大的影响。目前，光伏系统主要由于控制器控制蓄电池 充电方式不合理，降低了蓄电池寿命而导致整个系统可靠性不高，因此，在控制器的设 计中采用什么样的充电 图1- 1光伏系统组成框图
目录 n第一部分：光伏系统设计基础知识介绍 1、几个较重要的光伏能源术语 2、几个重要的性能曲线n第二部分：光伏系统 分类及其原理介绍n第三部分：光伏系统设计 总体说明（设计考虑 及设计影响因素分析） 1、设计依据 2、设计原则 3、设计说明
n第四部分：PV辅助设计软件介绍 n第五部分：光伏系统设计（电气和结构） n第六部分：光伏系统设计时的一些经验考虑因素
光伏能源术语 n光伏Photovoltaic(s) (PV) n交流电Alternating Current (AC) 主要国家 国名电压（V）频率（H z） 中国2050 美国12060 德国2050 日本1050 喀麦隆2050 n一般指大小和方向随时间作周期性变化的电压或电流。它的最基本的形式是正弦电流。（方波、修正弦波）
n直流电Direct Current (DC) 是指方向和时间不作周期性变化的电流，但电流大小可能不固定。n并网系统Grid-Connected S y ste m n离网系统Off -Grid photovoltaic po w er system S y ste m 独立光伏系统Stand-alone ph oto v ol taic power sy ste m
n千瓦Kilowatt (kW) n千瓦时Kilowatt-Hour (kWh) n峰瓦w att-p eak（Wp） n峰值日照时间Peak Sun Hours (kWh/m2/da y)
n光伏组件Photovoltaic (PV) Module /Photovoltaic (PV) Panel n标准测试条件STC - (Standard Test Conditions) 1 kW/m2, AM 1.5, and 25 °C，0 m/s wind speed cell or module junction temperature n电池的额定工作温度（平均结温）（NOTC）normal operating cell temperature is the cell temperature when irradiance is 800 W/m2 , ambient temperature is 20°C and wind speed is 1 m/s at a module tilt‐angle 45o.。
1. 引言 日常生活和社会生产都离不开能源。人们通过直接或间接利用某些自然资源得到能，因而，把具有某种形式能量资源以及由它加工或转换得到的产品统称为能源。前者叫自然能源或一次能源，如矿物燃料、植物燃料、太阳能、水能、风能、海洋能、地热能和潮汐能等，后者通常又把可再生的自然资源称为新能源，其围包括太阳能、生物质能、风能、地热能和海洋能等。矿物燃料（煤、石油、天然气等）又称为常规能源。 值得注意，几乎所有的自然资源，从广义的角度看都来自太阳能。由大气、陆地、海洋、生物等所接受的太阳能都是各种自然资源的源泉。矿物燃料是古生物长期沉积在地下形成的，它的形成源自远古的太阳能。[9]水的蒸发和凝结，风、雨、冰、雪等自然现象的动力也是靠太阳，因而水能、风能归根到底都来自太阳能。生物质能是通过光合、光化作用转化太阳辐射能取得的。由于太阳和月球对地球水的吸水作用产生潮汐能。 世界上最丰富的永久能源是太阳能。地球截取的太阳能辐射能通量为1.7ⅹ1014kW,比核能、地热和引力能储量总和还要大5000多倍。其中约30%被反射回宇宙空间；47%转变为热，以长波辐射形式再次返回空间；约23%是水蒸发、凝结的动力，风和波浪的动能，植物通过光合作用吸收的能量不到0.5%。地球每年接受的太阳能总量为1ⅹ1018kW·h。这相当于5ⅹ1014桶原油，是探明原油储量的近千倍，是世界年耗总能量的一万余倍。 太阳的能量是如此巨大，正如通常所说的“取之不尽、用之不竭”，但是太阳辐射能的通量密度较低，大气层外为1353W/m2.太通过大气层时会进一步衰减，还会受到天气、昼夜以及空气污染等因素的影响，因而，太阳能对地球又呈