太阳能光伏课程设计

太阳能光伏发电系统课程设计课题名称 供暖公司屋顶并网光伏供电系统设计专业班级学生姓名学生学号指导教师设计时间某供暖公司屋顶并网光伏供电系统设计I 目 录第 1 章 绪论 . 1 1.1 设计背景 1 1.2 设计意义 1 第 2 章 辽宁省沈阳市气象资料及地理情况 . 1 2.1 气象资料 . 2 2.2 地理情况 . 2 第 3 章 某供暖公司并网型太阳能光伏发电系统的优化设计 . 3 3.1 设计方案 3 3.2 太阳能电池板的方位角与倾斜角的设计 3 3.3 太阳能电池板容量及串并联的设计及选型 . 5 3.4 逆变器、控制器的选型 . 10 3.5 太阳能电池容量及串并联的设计及选型 . 11 3.6 系统电器图 . 12 第 4 章 心得体会 . . 14 参考文件 . 15 1 第 1 章 绪论1.1 设计背景随着世界人口的持续增长和经济的不断发展，对于能源供应的需求量日益增加，而在目前的能源消费结构中，主要还是依赖煤炭、石油和天然气等化石燃料。为了应对化石燃料逐渐短缺的严重局面，必须逐步改变能源消费结构，大力开发以太阳能为代表的可再生能源，在能源供应领域走可持续发展的道路，才能保证经济的繁荣发展和人类社会的不断进步。太阳能发电是利用电池组件将太阳能直接转变为电能的装置。太阳能电池组件Solar cells是利用半导体材料的电子学特性实现 P-V 转换的固体装置， 在广大的无电力网地区，该装置可以方便地实现为用户照明及生活供电，一些发达国家还可与区域电网并网实现互补。分布式太阳能发电系统是一个实现改变能源结构的系统。 其巧妙地利用屋顶等空闲的地方进行太阳能电池的发电，并将所产生的电能通过逆变器传输到电网中。从而实现高效的利用空间来进行太阳能发电，进而推动能源结构的转型。本次我们将为某供暖公司的屋顶进行光伏并网系统的设计。1.2 设计意义太阳能光伏系统的应用可以大大的减少传统能源的使用， 尤其是分布式的太阳能系统不但利用了空闲的土地而且也推广了太阳能的利用。此次我们的研究课题是“某供暖公司屋顶并网光伏供电系统的设计”，我们将利用所学的专业知识来进行设计。太阳能光伏并网发电系统在设计时应考虑电池板的安放，以达到年发电量最大的目的。第 2 章 辽宁省沈阳市气象资料及地理情况某供暖公司屋顶并网光伏供电系统设计2 2.1 气象资料地点沈阳市东陵区（经度 o47.123 纬度 o77.41 ）辽宁省沈阳市东陵区光照资料2.2 地理情况沈阳位于中国东北地区南部， 辽宁省中部， 以平原为主， 山地、 丘陵集中在东南部，辽河、浑河、秀水河等途经境内。属于温带季风气候，年平均气温 6.2 ～ 9.7 ℃，全年降水量 600～ 800 毫米， 1951 年至 2010 年市区年平均降水量 716.2mm，全年无霜期 155～180 天。受季风影响，降水集中在夏季，温差较大，四季分明。冬寒时间较长，近六个月，降雪较少，最大降雪为 2007 年 3 月 4 日 47.0 毫米的特大暴雪；夏季时间较短，多雨， 1973 年 8 月 21 日曾下过 215.5 毫米的大暴雨。春秋两季气温变化迅速，持续时间短春季多风，秋季晴朗。日期水平面总辐射量daymkwh .2水平面辐射量daymkwh .2系统输出能量daykwh系统输出能量kwh1 月 1.97 3.70 0.31 10 2 月 2.81 4.29 0.36 10 3 月 4.03 5.01 0.42 13 4 月 4.70 4.54 0.38 12 5 月 5.18 4.24 0.36 11 6 月 5.04 3.84 0.32 10 7 月 4.42 3.47 0.29 9 8 月 4.20 3.70 0.31 10 9 月 3.74 4.03 0.34 10 10 月 2.95 4.03 0.34 11 11 月 1.82 2.97 0.25 8 12 月 1.56 2.98 0.25 8 年 3.54 3.90 0.33 120 3 第 3 章 某供暖公司并网型太阳能光伏发电系统的优化设计3.1 设计方案并网光伏发电系统就是太阳能光伏组件产生的直流电经过并网逆变器装换成符合市电电网的要求的交流电之后直接接入公共电网。在配电网接入不超过 1520的光伏发电系统，不需要电网进行任何改造，仅是电网公司的负荷管理而已。并网光伏发电系统有集中式大型并网光伏系统和分散式小型并网光伏系统。 本次设计的对象是某供暖公司的屋顶，所以我们采用分散式小型并网光伏系统。由于此次设计的对象是某供暖公司， 太阳能光伏并网发电系统的最大的特点是将太阳能电池输出的电能直接送到电网上，由电网进行储能。其优点是，不必考虑负载供电的稳定性和供电质量的问题；光伏电池可以始终运行在最大功率点处，由大电网来接纳太阳能所发的全部电能，提高了太阳能的发电效率；不需要蓄电池降低了其充放电过程中能量的损失。设计思路3.2 太阳能电池板的方位角与倾斜角的设计太阳能光伏组件直流防雷汇流箱直流防雷控制柜并网逆变器交流防雷配电柜变压器电网电表某供暖公司屋顶并网光伏供电系统设计4 设计以全年均衡冬半年最大数据为依据，在默认方位角为 0条件下，通过软件模拟得到最佳光伏板倾角为 55。 倾斜面上平均日辐射量为 3.92kWh/m2, 计算得到的峰值日照小时数为 3.92h 。Monthy meteo at Shenyang, （ Lat 41.77oN.long.123.47oE,alt.42m Planetilt55 deg,azimuth 0 deg,bolAM0.05 Legends, Horiz Glob Global on horizontal planeTilted Glob Gobal on tilted plane 5 3.3 太阳能电池板容量及串并联的设计及选型供暖公司的屋顶是朝东南方向，而太阳是东升西落，为了使屋顶达到最好的利用，我们将选择日照强度大和日照时间长的地方安放太阳能电池板，具体分析如下⒈．屋顶面积的计算利用 AutoCAD 将屋顶制作成由于供暖公司的屋顶朝向东南方向， 单位 m 供暖公司屋顶平面图经过小组的讨论和研究， 我们决定选取 S1、 S3、 S5、 S6 和 S4 等空间安放太阳能电池板。S1 和 S3 面积根据建筑标准屋顶的坡度大概在 30 o 左右，考虑到 S1 面积不是朝南的而是朝向东南方向，所以不考虑 S1 面积出的间距，直接平铺在屋顶处。同理 S3面积也是，由于不知道实际情况设房屋倾角为 。 S1 面积的倾角为 o30 ， S3面积的倾某供暖公司屋顶并网光伏供电系统设计6 角为 o20 。计算过程如下12.1430cos23.12 mh oa04.946214.125876 21 mS98.720cos5.7 mh ob59.16327.985.255.15 22 mSS2 和 S5 面积在 S2 和 S5 处屋顶为平面，可以利用最佳倾角，从而达到最大的电池板利用率。计算如下3 2 4936 22 mS4 5 6 m1783210 25SS4 面积由于 S4 的方向偏西南且面积较小可以忽略。⒉．太阳能电池板串并联设计⑴．太阳能辐射强度日期 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10月 11月 12月月平均光照时间9.51 10.6 11.9 13.3 14.5 15.1 14.8 13.8 12.5 11.1 9.90 9.21 水平面总辐射量1.97 2.81 4.03 4.70 5.18 5.04 4.42 4.20 3.74 2.95 1.82 1.56 由当地的太阳能辐射强度的表格可以得出，该地全年单位水平面的辐射量在3.50 daykwh ,且由 NASA 航天局提供的月平均光照时间得出该地区光照资源较丰富可以发展太阳能发电系统。7 ⑵．太阳能电池板的选择选择的太阳能电池板功率（ W） 工作电压 （ V） 工作电流 （ A） 开路电压 （ V） 短路电流 （ A） 尺寸（ m 250 30.2 8.29 36.9 9.06 1.64 0.992 0.05 ⑶．电池板的安放在 S1 处安放①、 由于场地为等腰梯形，首先将场地分割成（ 58 14.12），可以安放49014350.99214.1264.158 （块）②、梯形面积割去（ 58 14.12 ）面积后剩余两个（ 9 14.12 ）直角三角形，可以安放根据电池板的尺寸 1.64 0.992 可以算出直角三角区的可以安放的尺寸ch64.11612.14cos186.1cos64.11ch（横向）dh992.0912.14tan263.0tan992.02dh564.1 63.09 （横向最多可以安放 5 块）（纵向有 5 列） 12992.026.12992.086.112.149992.0 86.126.127992.0 86.14.104992.0 86.154.82992.0 86.168.6有两块直角三角形区，同理可得出可安放电池板数。总共 12974234 268 块）某供暖公司屋顶并网光伏供电系统设计8 在 S2 处安放①、由于场地为等腰梯形，首先将场地分割成（ 15 7.98 ），可以安放78890.9927.9864.1 5.15②、梯形面积割去（ 15 7.98 ）面积后剩余两个（ 5.25 7.98 ）直角三角形，可以安放根据电池板的尺寸 1.64 0.992 可以算出直角三角区的可以安放的尺寸eh64.1998.7cos384.1cos64.13eh 横向）fh992.0598.7tan462.0tan992.04fh364.1 62.05 （横向最多可以安放 3 块）（纵向 3 列） 6992.084.198.73992.0 84.114.61992.0 84.13.4有两块直角三角形区，同理可得出可安放电池板数。总共 63110 220 块）S3 和 S4 涉及到间距（在平屋顶），日照时间为早晨 9 00 到下午 300。9 太阳能电池方阵间距 D（冬至日）由公式得 c o sLDtanh/HLcoscoscossinarcsinsinhcosh/sinarcsincos所以 oh 82.12o1.42oHLD82.12tan1.42cos81.0tanhcoscos o 2.6m oH 55sin992.0 0.81m S5 的安放考虑到电池板间的间隔，每块电池板的尺寸为 0.992 3.17 57.055tan1 oHD0.572.63.17m 可以安装 264 块S4 的安放某供暖公司屋顶并网光伏供电系统设计10 可以安装 180 块附 S1 和 S3 阵列排布S1 太阳能电池组件阵列排布图S3 太阳能电池组件阵列排布图3.4 逆变器、控制器的选型逆变器的确定由于要并入电网且变压为 10KV变电站容量 6300KVA变压器 3 台，所以综合考虑，我们选择如下逆变器11 逆变器品牌动力足逆变器型号 DL-3N100KW 淘宝链接天猫 - 动力足旗舰店项目 参数 项目 参数直流输入参数 交流输出端参数最大输入功率（ W） 100KW 额定输出电压（ V） 三相 AC380V 最大输入电压（ V） 620 频率（ Hz 50,60 MPPT电压范围（ V） 200-850 最大交流输入功率（ W 100KW 额定输入电流（ A） 额定交流输入功率（ W 97KW 逆变器的选型3.5 太阳能电池容量及串并联的设计及选型由于并网的逆变器所支持的太阳能组件的功率为 20KW ，根据容量设计太阳能电池板的串并联。4.33010330 VVVNS 系统直流电压3.18250313750WPNPNMsLp电池组件总发电量 3 18 250 681KW， 81KW小于 100KW，所以选用的串并联数能够满足用户需求。太阳能电池组件阵列电气连接图某供暖公司屋顶并网光伏供电系统设计12 太阳能电池组件阵列电气连接图（ 3 串 18 并）3.6 系统电器图系统电气图13 3.7 系统配置清单序号 设备名称 参数 数量1 太阳能电池板开路电压Voc36.9V，最大工作电压 Vmm30.2V，短路电流Isc9.06A 990 2 逆变器 100KW 3 3 直流防雷汇流箱输入电压范围200-900（ DC 18（ 6 进 1）4 直流防雷控制柜3 5 交流防雷配电柜3 某供暖公司屋顶并网光伏供电系统设计14 第 4 章 心得体会随着能源的日益短缺，太阳能的开发和利用在当今社会的低位将越来越重要，这样的小型光伏发电系统也将越来越多的出现在人们的生活当中。 本设计应用结合光伏建筑一体化基本知识，结合小型用户用电量需求，设计了一种满足小型用户使用的独立光伏发电系统。设计中，先通过简单计算确定太阳电池、蓄电池、控制器、逆变器等的设计参数及限制条件，然后利用 PVsyst 软件对系统进行模拟仿真，最后对输出结果进行分析讨论。课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，我掌握了常用元件的识别和测试 ; 熟悉了常用仪器、仪表 ; 了解了电路的连线方法 ; 以及如何提高电路的性能等等，掌握了焊接的方法和技术，通过查询资料，也了解了收音机的构造及原理。通过这次课程设计我对独立光伏发电系统有了更多的理解， 自己掌握的知识得到充分的利用， 同时知道设计一个家用独立型光伏发电系统的基本步骤和对一些器件的选型要求，太阳能组件的串并联，蓄电池的个数及参数选型。最后通过我们小组的努力终于完成了本次课程设计，使我受益颇多。15 参考文件1. 何道清等编， 太阳能光伏发电系统原理与应用技术 ， 化学工业出版社， 2012.4 2. 张兴、曹仁贤等编著，太阳能光伏并网发电及其逆变控制， 2011.1 ，机械工业出版社3. 赵书安主编，太阳能光伏发电及应用技术，东安大学出版社， 2011.5 4. 崔容强、赵春江、吴达成编著，并网太阳能光伏发电系统，化学工业出版社， 2007.7 5. 杨金焕主编太阳能光伏发电应用技术第 2 版，电子工业出版社， 2013.4 6. 周志敏、纪爱华编著，离网太阳能发电系统设计与施工技术，电子工业出版社， 2012.1 7．刘树民、宏伟译， 太阳能光伏发电系统的设计与施工，科学出版社， 2006.4 8. 吴财福、张健轩、陈裕恺编著，太阳能光伏并网发电及照明系统，科学出版社， 2009.11 9. 王炳楠，几种减少阴影遮挡造成光伏组件失配的方法分析比较，太阳能，2013.1721-23 10. 罗运俊、何梓年、王长贵编著，太阳能利用技术，化学工业出版社 2005.1 11.PVSYST软件