家庭式太陽能供電系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)答辯

1、家庭式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì),論文的主要內(nèi)容,本論文分析了當(dāng)今世界太陽能發(fā)電的現(xiàn)狀和國(guó)內(nèi)狀況，家庭式太陽能供電系統(tǒng)在我國(guó)及全世界發(fā)展的必要性。文章循序漸進(jìn)的對(duì)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)。論文中應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件NASA數(shù)據(jù)庫 、PVSYST對(duì)家庭式太陽能供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行指導(dǎo)和模擬。根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀?、環(huán)境狀況及具體用電情況，給出了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及施工要求

2、，包括蓄電池容量的計(jì)算、控制器的選擇、逆變器功的選擇、太陽能電池組件的選擇和布置等。,目錄,1,,2,,3,,4,,5,,太陽能光伏發(fā)電的現(xiàn)狀分析,,,太陽能發(fā)電系統(tǒng)的介紹,主要構(gòu)件的選擇與應(yīng)用,計(jì)算機(jī)軟件的應(yīng)用及設(shè)計(jì)舉例,家庭式太陽能供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì),太陽能光伏發(fā)電的現(xiàn)狀分析,,,,,太陽能供電的背景與意義,中國(guó)太陽能發(fā)電的發(fā)展,家庭式太陽能供電系統(tǒng)的現(xiàn)狀,,,內(nèi)容,,,,,,太陽能發(fā)電方式簡(jiǎn)介,,,,,太陽能光電轉(zhuǎn)化的基本原理,,,,

3、,太陽能蓄電池,,,,,逆變器的基本工作原理,,,,,家庭式太陽能供電系統(tǒng)的基本組成,太陽能發(fā)電系統(tǒng),,,光-熱-電轉(zhuǎn)換方式,光-電直接轉(zhuǎn)換方式,由太陽能集熱器將所吸收的熱能轉(zhuǎn)換成工質(zhì)的蒸氣，再驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。前一個(gè)過程是光-熱轉(zhuǎn)換過程；后一個(gè)過程是熱-電轉(zhuǎn)換過程，與普通的火力發(fā)電相似,,利用光電效應(yīng)，將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能光線照在半導(dǎo)體P-N結(jié)上，形成空穴電子對(duì)，在P-N結(jié)內(nèi)建電場(chǎng)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)

4、，接通電路后就形成電流,家庭式太陽能供電系統(tǒng)主要構(gòu)件的應(yīng)用與選擇太陽能電池方陣、蓄電池組、交直流逆變器、充放電控制器、交流配電柜及自動(dòng)太陽能跟蹤系統(tǒng)等設(shè)備組成,,,,,,膠體蓄電池、鉛酸免維護(hù)蓄電池和普通鉛酸蓄電池,一般為適合的整流二極,太陽能電池板,防反沖二極管,蓄電池,逆變器,控制器,單晶硅、多晶硅、非晶硅、多元化合物、柔性薄膜太陽能電池等,,,家庭式太陽能供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì),,,,,,光伏組件,控制器,,,蓄電池組,逆變器,家庭式太

5、陽能發(fā)電系統(tǒng)光伏組件,光伏方陣最佳傾角計(jì)算,1,平均峰值日照時(shí)數(shù),2,負(fù)荷的計(jì)算,3,方陣輸出電流,4,電池板工作電壓,5,電池板的功率,6,一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，但會(huì)增加成本，第二種雖然效率偏低，但性價(jià)比突出，被廣泛采用。各向異性天空散射模型，緯度φ，傾斜角為β的斜面上，太陽輻射量為：,利用Google Earch 查詢位置區(qū)域的緯度、緯度、海

6、拔高度,經(jīng)度：117.06 緯度：36.11 海拔：156m,,美國(guó)航天局（NASA）數(shù)據(jù)庫在本論文中主要用來確定最佳傾斜角及太陽輻射量，數(shù)據(jù)庫包含各種氣象數(shù)據(jù)。,輸入目標(biāo)地去的Latitude（緯度）、Longitude(經(jīng))Submit提交得到大量氣象數(shù)據(jù),如山東省 泰安市 泰山區(qū) 緯度：36.18 經(jīng)度：117.13,在眾多氣象數(shù)據(jù)中找到“Monthly Averaged Radi

7、ation Incident On An Equator-Pointed Tilted Surface (kWh/m2/day)”就是所需日照數(shù)據(jù),離網(wǎng)系統(tǒng)需要保證光照最差的冬季也要發(fā)電供計(jì)劃內(nèi)的負(fù)載使用，所以離網(wǎng)系統(tǒng)最佳傾斜角考慮的是使冬至日輻照度最佳的傾斜角；并網(wǎng)系統(tǒng)，最佳傾斜交即為使全面輻照量最大的傾斜角，水泵光伏系統(tǒng)是夏季發(fā)電量最大。,,OPT為最佳傾角下每月的輻照量，OPT ANG為最佳傾角,家庭負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表,地理位置山東農(nóng)業(yè)大

8、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。全年平均日輻射量為=，則=3.5h，=2.37h，=5.34h。,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

9、.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,蓄電池組的容量的確定,取DOD即鉛蓄電池放電深度為0.65C=271.05/0.

10、65≈ 417kWh蓄電池的儲(chǔ)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(gè)48V 400AH的免維護(hù)密封鉛蓄并聯(lián)組成蓄電池組。,太陽能電池方陣,,采用電池板的規(guī)格電壓36V的太陽能電池,采用的多晶硅太陽能電池板30V/210W，該用戶的

11、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。,逆變器和控制器的選用,逆變器和控制器的選用該用戶負(fù)載總功率為7050w逆變器功率為7050÷0.8=8.8125kw，需用9kw的逆變器太陽能電池板的時(shí)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=6

12、6.67A，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。,,地平線光照曲線圖,間距選擇4.8m，選棚屋式安裝，棚屋的側(cè)面寬度選3m，頂部和底部無效寬度為0，陰影限制角為32.6度，即太陽高度大于32.6度便會(huì)發(fā)生遮擋,冬至日即12月22日上午9點(diǎn)至下午3點(diǎn)不產(chǎn)生陰影，反應(yīng)在圖上為兩點(diǎn)落在第一條虛線上，第一條曲線為陰影臨界角，遮陽式與棚屋式遮光位置相反?？v軸為太陽高度 橫軸為地平經(jīng)度,陰影曲線圖,光伏陣列項(xiàng)目遮光

13、損失曲線圖,第一條曲線為單排陣列（無遮光損失），在各個(gè)角度下傾斜面輻射量與水平面輻射量的比值；第二條曲線為互相遮光下的損失，有陰影不考慮組件電學(xué)性能影響下的輻射比值；第三條曲線為考慮組件光學(xué)性能的影響及當(dāng)電池片被遮擋時(shí)和其串聯(lián)的電池片均受影響。,間距選擇4.8m，選棚屋式安裝，棚屋的側(cè)面寬度選3m，頂部和底部無效寬度為0，陰影限制角為32.6度，即太陽高度大于32.6度便會(huì)發(fā)生遮擋。安裝方式選用標(biāo)準(zhǔn)式不透光，多晶硅面板，平整屋頂，通風(fēng)安