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1、摘要：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。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，现在光伏设计已经趋于工业化。本文拟在陕西省西乡县城关镇某地，为用户设计一个并网光伏发电系统。用 电器依据实际情况而定，查阅了气象数据，计算了负载功率，设计了组件安装 方式，选用了合适太阳能电池，逆变器，蓄电池和控制器等，对该系统进行了 效率评估，并进行了工程预算。综合考虑了用户的期望，产品成本，效率和社 会效益，旨在为用户创造一个美好的现代生活。关键词：太阳能光伏发电 户用并网系统 系统设计目录1工程概述31.1工程名称31.2
2、地理简介41.3气象资料52太阳能并网发电系统介绍92.1太阳能并网发电系统工作原理92.2主要组成设备介绍103方案设计113.1太阳能光伏系统的设计方案113.2设计原则113.3负载的计算123.4太阳能电池板容量及串并联的设计及选型143.5组件结构图163.6组件的串并联数计算173.6.1光伏组件串联数的基本计算173.6.2光伏组件的并联数基本计算173.7蓄电池容量及串并联的设计及选型183.8太阳能电池板倾斜角的设计193.9控制器、逆变器的选型193.9.1控制器的确定193.9.2逆变器的确定及选型说明203.10电气配置及其设计233.11设计依据264发电量估算185
3、设备材料清单及造价一览表186参考文献281工程概述1.1工程名称西乡县5.3kW户用并网光伏发电项目。西乡县位于汉中盆地东部，介于东经10715，10815,与北纬3232， 3314之间。县境东邻石泉、汉阴，南界镇巴和四川通江，北连洋县，西接城 固南郑。东西长94.5公里，南北宽64.5公里。总面积3240平方公里，其中 山区占64.79%，丘陵占28.35%，平川占6.86%。西乡县总面积3240平方公 里，海拔在3712413米之间，山区丘陵面积占93.2%，平川占6.8%。西乡 县地处秦岭巴山之间，位于中国南北气候的分界线秦岭一一淮河以南米仓山的 凸起，盆地的凹陷，堰口一钟家沟的东西
4、大断层，泾洋河的南北深切，构成了 西乡的地貌骨架，由于地面组成的物质不同，地貌发育也各具特点，加之长期 的水蚀、机械风化、冰川作用及人为活动等，从而使地貌形态和性质也各有差 异。西乡属北亚热带湿润季风气候区，全年气候温和，属北亚热带半湿润季风 区，平均气温14.41,年均降水量1100-1200毫米。平均蒸发量457.2毫米， 总的气候特点是：受南北兼有的气候和多样地形影响，气候温和，雨量充沛， 但时空分布差异大，光照不足立秋后高温持续，俗称“二十四个秋老虎”，但昼 热夜凉，遇雨气温骤降。白露、秋分时，淫雨经旬，甚者历月方晴，常有秋霖” 雨发生。西乡属长江水系，地跨汉江、嘉陵江两个流域。巴山主
5、脊以南属嘉陵 江流域，集雨面积327平方公里，占县总面积的10% ；以北属汉江流域，集雨 面积2913平方公里，占总面积的90%。每日太阳辐射为3.46，最长连续阴雨 天数为6天，两最长连续阴雨天最短间隔天数为 15天，全年日照时间为1200-1600 小时。1.3气象资料气象资料以NASA数据库中西乡县气象数据为参考。j ATMOSPHEUKdatacenierNASA Surface Meteorology and Solar Energy - LocationR*:k iu 33E： 口ata S.i Hu#En.iEF KITHa&3 Ictiituiljg eltter bi Wci
6、neldfigrSE OCTnl 1X1115 区匪就3；族d by H HECfcBEamolerLatltwle 3315LMiUKfe 笏 30L颂EltwlB -8175LcaigltJ. -80 45LaUtud料 32 55LonEitude? |wSouth： TO to 0；Hnrlh2U tn 9。wt:-W to 0Est:U ta ISO5dMUi 朋土就 jjfcjj： i-zri jj jTtfjnff； if tts用口吉 ij out of rsng-p.地以血函占 P&E iE 成wifi M*AffTMals 血主服；JMsi JK Eus通Jr Eh- Ar
7、jjxj-MEJiMxi E0 了叱 卷菱 证cr5fervjGi?5 imUct 话尸普，:v 跻/ 而叫言品 如:tTXUmitiz jtitjaceJ ixi a Juii 2S 2S SI 4J &T W部8图1 NASA数据查询太阳能电池板和太阳能热应用的大小和指向参数：查得数据如下表：表1入射在一个水平面月平均太阳辐射（千瓦时/平方米/天）北纬年12345678 910111232.55 平月月月月月月月月月月月月107.622年2.4 2.7 3.2 4.7 4.6 4.6 4.7 4.4 3.3 2.7 2.3 2.1 3.4 平均表2每月最高和最低平均日照差异（%）Lat32
8、.55 Ja Fe Ma Ap Ma JuAuSeOcNoDeJulLonnbrryngptvc107.64Maximu193026231816202033292624mMinimu-1-2-25-22-16-2-1-22-3-1-25-21m743947表3月平均日照时数（小时）Lat Jan Feb Ma Apr Ma Jun Jul Au Se Oct No Dec32.55Lon 107.64Averag 10. 11. 11. 12. 13. 14. 14. 13. 12. 11. 10.10.0 e 20998203445表4在地球表面10米以上的月平均气温（C）Lat32.55J
9、anFebApLonM年平Ju Jul Aug Sep Oct Nov Deca均107.622 年5.-1.2 0.811平均016 19 22 21.4 17.3 11.66.0 0.40 10.9最小-2.1.7.-4.016712 15 18 18.0 14.3 8.83.3-2.1 7.78.最大 2.0 4.215 20 23 25 25.2 20.8 14.679.03.2 14.5表5在地球表面50米以上的月平均风速（米/秒）Lat32.55JaFeMApMJuSe Oc平Jul AuNovDecLonnbaanpt均107.2.64平均2.9 3.13.23.33.0 2.9
10、 2.52.5 2.72.72.92.8表6在50米时，每月平均风速最低和最大的差异（%）Lat32.55Ja FeMaApMa Ju JuAu SeOcNoDeLonnbrry n lg ptvc107.6410年9年平均最小-1-6-1-10-41-72-7-8-9-8-12-12-9最大64798921711711121002太阳能并网发电系统介绍2.1太阳能并网发电系统工作原理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的电力除了供给交流 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
11、产生的电能不能满足负载需求时就由电网供电。系统结构如下图所示：图2太阳能并网发电系统原理图2.2主要组成设备介绍太阳能电池组件：根据光生伏打效应原理，利用晶体硅制成，其作用是将 太阳辐射能转换为电能，有一定的防雨、防雹、防风等能力。根据实际需要可 将电池组件相互串联或并联连接。并网逆变器：将来自太阳电池方阵的直流电流变换为符合电网要求的交流电流的电力变换装置。3方案设计3.1太阳能光伏系统的设计方案用电量需求的分析和计算当地太阳能资源和气象地理条件数据的收集， 计算。日辐射强度，光照时间，连续最大阴雨 天等。确定光伏发电系统的形式4系统容量设计：（1）太阳能电池组件功率和方阵构成的设计与计算（
12、2）蓄电池（组）的容量与组合的设计与计算系统配置与设计：（1）控制器的选型与设计（2）逆变器的选型与设计（3）线路设计3.2设计原则本工程设计在遵循技术先进、科学合理、安全可靠、经济实用的指导思想和设计原则下，着重考虑以下设计原则。先进性原则：随着太阳能技术的发展，光伏电站设计必须考虑先进性，使 系统在一定的时期内保持技术领先性，以保证产品具有较长的生命周期。实用性原则：光伏电站设计充分考虑我国太阳能电源设备生产现状，选用 有大规模实际工程应用经验的产品，采用先进成熟的技术，保证产品的稳定性、 可靠性和可维性。经济性原则：光伏电站设计在保证系统各项技术指标的前提下，努力降低 工程、设备成本，提
13、高系统的性能价格比，保护用户的投资效益。3.3负载的计算表7负载计算数量功率使用时间荧光灯818W/盏5h/天电视机，电脑2120W/台3h/天洗衣机1120W600Wh/天电冰箱1180W1000Wh/天电热水器13kW0.5h/天空调12.8kW3h/天用电负载总功率:Pl=18Wx8+120Wx2+600W+1000W+3000W=4984W （不算空调时）Pl=4984W+2800W=7784W （算空调时）日用电量：（1） q1=18Wx8x5h=720Wh（2）q2=120Wx2x3h=720Wh（3）q3=600Wh q4=1000Wh（5）q5=3000Wx 0.5h = 15
14、00Wh（6）q6 = 2800W x 3h = 8400Wh日总用电量：q = 720 + 720 + 600 +1000 +1500 = 4.54kWh （不计算空调） q = 720 + 720 + 600 +1000 +1500 + 8400 = 12.94kWh （计算空 调时）年总耗电量：Q = 4.54 x 365 1657.1kWh （不考虑空调时）Ql = 4.54x 365 + 8.4x 80 2329.1kWh （考虑空调时）本系统功率较小，光伏系统直流电压选择24V。该用户负载平均日用电量为12.94kWh（是指在盛夏或者隆冬时每天开空调 的情况下的日用量）。而一年中需
15、要开空调的时间大约为80天左右，所以年用 电总量约为2329.1kWh。光伏发电系统在建立之后都不可避免的存在各种损 耗，我们设计的系统为80%的效率。本次设计我们不考虑空调这个大功率，较 少使用的用电器的用电量，如果空调需要用电时，从市电买进即可。因此，设计的并网式光伏系统日均发电量必须在4.54kWh以上，年发电总量必须在1657.1kWh左右，太低就不能满足用户需求，同时设计的系统应尽量做到实用。3.4太阳能电池板容量及串并联的设计及选型峰值日照小时数：3.46h所需电池板的功率：P =（q x1.4T = 4540x1.43.46= 1836.7W对于分布式光伏发电项目电池组件选型遵循
16、以下原则：在兼顾易于搬运条件下，选择大尺寸、高效的电池组件；选择安装便捷的，易于更换的组价；选择易于接线的电池组件；组件各部分抗强紫外线（符合GB/T18950-2003橡胶和塑料管静态 紫外线性能测定）；组件必须符合IEC61215标准；保证每块电池组件的质量；遵循以上原则选择的YL240P-29b电池组件。YL240P-29b光伏电池组件有如下优点：高效率的多晶电池与高透光率的钢化玻璃使组件的转换效率达到16.2%, 这不仅降低了光伏系统的安装成本，还增加了系统单位面积的发电量。组件功率正公差0到+5瓦确保客户收到的组件功率高于标称功率，降低由于功率的不匹配性带来的功率损失，提高了系统输出
17、给客户带来更多的收益。多晶组件在“TUV功率竞赛”和“PHOTON测试”中名列前茅，证明了其优良的使用性能和高超的发电能力。通过了 2400Pa风载荷和5400Pa雪载 荷的测试，从而保证了组件具有稳定的机械寿命。其参数如表8 :表8组件参数表组件类型YL240P-29b电池片类型156mmx156mm电池片数量8片峰值功率240w峰值电压30.4V峰值电流8.24A开路电压38.4V短路电流8.79A组件效率15.3%工作温度-40C 至 85C尺寸1650mmx990mmx40mm量19.1kg3.5组件结构图组件正视图组件后视图组件横截面视图图3英利电池组件图单电池组建的电压一般比较小，
18、为了能满足用户需求，我们可以把多个光 电池串联，这些组件串联后可以产生负载所需要的工作电压或者蓄电池组的充 电电压。3.6组件的串并联数计算3.6.1光伏组件串联数的基本计算公式如下:N _系统直流电压_ 24 _ 2S 12V12用户用电电流一般较大，为了使负载能正常工作我们需要并联若干光电池 组件。3.6.2光伏组件的并联数基本计算方法如下：太阳电池组件日输出：Qp=日平均太阳辐射x组件峰值电流=3.46 x 8.24 _ 28.5A - h负载日均耗电量：QL=(4984x3.5) /220=79.24A h并联组件数_日平均负载耗电量（A h）库伦效率x 组件日输出（A h）x衰减因子
19、79.244 0.9 x 28.5 x 0.9古攵太阳能电池方阵功率为：P_Pm x% xNs _2x4x240_ 1920W, 1920W1836.7W，所以满足用户串并联要求。3.7蓄电池容量及串并联的设计及选型光伏蓄电池的选择：蓄电池能在光伏组件不发电的情况下给用户负载提供可以使负载正常工作的电量。1. 蓄电池容量Bc：B=(自给天数x日平均负载)(最大放电深度x温度修正因子)=(6 x 79.24) (0.8 x 0.9) = 660A - h2. 蓄电池的选择：选用12V,200Ah的蓄电池。串联数：总电压.单个电池电压=24 12 = 2并联数：总电量.单个电池容量=660 200
20、牝4所以，总共用了 8个型号为JYHY122000S的蓄电池。其参数如下表表9蓄电池型号电池型号 额定电压V容量(Ah)长 宽高总高重量(kg)JYHY122001220052 240 219 22763.5S23.8太阳能电池板倾斜角的设计太阳能电池板倾角粗略估算：为了保证系统有足够高的效率，电池板必须按一定的倾角安装。因此有必 要先计算不同倾角对效率的影响，这个影响可以用在太阳能电池板面上的日平 均辐照强度来量化，辐照强度越大则电池板的效本越高。可以根据当地纬度由 以下关系粗略确定固定太阳能电池方阵的倾角：纬度0-25，倾角等于纬度；纬度26-40，倾角等于纬度加5-10纬度41-55，倾
21、角等于纬度加10-15纬度55，倾角等于纬度加15-20因此当地纬度a = 32.55。取p =a + 8 = 40。3.9控制器,逆变器的选型3.9.1控制器的确定：我们已经采用了 24V的直流太阳能系统，计算：太阳能板的总电流=240W电池板x8片/ 48V控制器=40A电流，那么采用两 个24V/40A太阳能充电控制器就可以满足了。注意事项：如果超过1000W的系统，尽量采用双控制器，以便检测发电 状况和使用维护，控制器因为太阳能板在发电时并不是始终处于最大电压和电流，所以在选控制器按40%-50%的电流，就可以满足了。3.9.2逆变器的确定及选型说明：逆变器是链接负载和电池的最后一个关
22、键组件，一般采用纯正弦波逆变器， 其不会对任何电器电机的使用寿命造成影响。逆变器的计算公式如下使用的逆变器容量=使用电器的额定功率之和X 1.25逆变器容量=4984 x 1.25 = 6230W因此，需要一个24V/6kW输出的220V/50HZ的逆变器。我选择KSG-6K型并网逆变器，其优点如下：DC电压500V单路MPPT高效率拓扑，最高效率97.5%体积小重量轻结构防水设计挂架式安装方式其具体参数如下表：表10 KSG-6K并网逆变器规格逆变器型号参数KSG-6K最大光伏组件功率6.4kWp-可编辑修改-最大直流输入电压启动电压MPPT范围最大直流输入电流直流输入路数额定交流功率额定交
23、流电流交流电流畸变率(THD)额定交流电压交流电压范围交流电压频率功率因数隔离方式接地方式最大效率欧洲效率待机状态功耗冷却方式防护等级防雷等级过/欠压保护过/欠频保护防孤岛保护低电压穿越功能过流保护防反放电保护极性反接保护工作环境温度工作环境湿度海拔高度显示通讯接口550V380V150-540V28A26.1kW30A3%额定功率220, 230, 240 V-15%+10%（可设置）48Hz50.5Hz（可设置）浏.99额定功率带隔离TT97.30%96.80%15W强制风冷20级y +u-L +U.L +U.L +U.L +U.L +U.L 3 - -y-40C + 55C95% （无结
24、露）3000m，大于3000m需降额LCD/LEDRS232/RS485逆变器的选型说明：(1) 超乎一般的技术等级设计一足以抵挡极端温度、潮湿及高粉尘的工作环境。高效的冷却系统一特殊的气流组织设计为日常操作提供了高效的自然对流 冷却系统（另设有满负荷安全通风设备），甚至在高温环境中也可保证设备 的长寿命及无故障运行。（2）您在使用标准插头的同时也可选择其它多种连接方式。壁挂式安装设计一具有外壳把手及钻孔定位夹具。（3）优化高效的变压器一输入电压范围值广及高速的MPP-Tracking功能。超强的适应性一因可接受的输入电压范围值广，可适用于多晶硅、单晶硅 及薄膜光伏组件。舒适的操作一大型背光L
25、CD图表显示屏及简明的操作菜单。复杂的分析功能一使操作一目了然。（4）集成的数据存储一每日、每周及全年的数据摘要。为优化集成每一个太阳能系统的安装，可以有自由的外形结构选择。（5）网络易接功能一拥有RS485接口，可接入英特网或进行网络集成 通过限压器实现直流输入浪涌保护。（6）备用继电器输出可用于激活外部指示单元。板载自动断路开关。3.10电气配及其设计电气系统主要由太阳能方阵，蓄电池，控制器，逆变器等组成。(1)太阳能方阵屋顶结构与尺寸如下：北图5东西12mx南北6m屋顶南面面积：A1 = 12 x 6 = 72m2太阳能电池组件面积： a= 1.63m2单体光伏阵列间距设计：D= cos
26、0xH/tanarcsin(0.648cosa-0.399sina)其中：p 是太阳方位角，p=arcsin0:648/cosarcsin(0.648cQsa-0.399sina)a为当地纬度=32.55H是电池板安装高度=1.06mo代入数据得：p=43.48 ,间距JClm。可以初步得出阵列安装方式，为南北走向，且斜面朝北。横向并联4个电池板组成一个方阵，纵向间隔2.3m，将由4个并联的2方阵串联，如下图：2.3m图6组件安装示意图1.06m4Qn图7组件安装倾角及安装间距（2 ）蓄电池总共用了 2个型号为JYHY122000S的蓄电池组合而成，具有内阻低、自放电小、寿命长、使用温度范围广
27、等优点。蓄电池安装在专用的房间内，并配 有专用蓄电池支架，排列整齐，保持环境干燥并保持良好的通风条件。（3）控制器：见3.9.2 （4）逆变器：见3.9.1（5）智能控制箱,:由微电脑定时器、继电器、交流接触器、指示灯、低压断路器等组成用来 进行市电对独立光伏发电系统的智能切换。市电供电：当控制器检测到蓄电池电压达到过放电压时，此时控制器无输 出，使得K2，SJ1，K1线圈不能得电。K1-1为断开状态，此时K1-2闭合，时 间继电器SJ3线圈得电，常开触点SJ3-1闭合，KM2接通，指示灯2亮，此时市电开始供电。3.11设计依据本工程主要遵循和依据下列标准、文件:GB/T 9535-1998地
28、面用晶体硅光伏组件设计鉴定和定型GB/T18479-2001地面用光伏（PV）发电系统概述和导则GB19064-2003家用太阳能光伏电源系统技术条件和试验方法GB50054-95低压配电设计规范GB17478-1998低压直流电源设备的特性和安全要求GB50171-92电气装置安装工程盘、柜及次回路结线施工DL/T620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合DL/T621-1997交流电气装置的接地GB 50057-2010建筑物防雷设计规范GB191-2008包装贮运标志GBJ232 - 82电气装置安装工程施工及验收规范GB50205-2002钢结构工程施工及验收规范GB50017
29、-2003钢结构设计规范GB/T11373-1989热喷涂金属件表面处理通则4发电量估太阳能组件方阵年发电量=组件方阵额定功率X峰值日照时数X系统效率x365= 1920 x 3.46 x 0.8 x 365 = 1939.82kWh由此公式推出，此项目年发电量为1939.82kWh。远大于用户一年的总用 电量 1657.1kWh。5设备材料清单及造价一览表表11 5.3KW并网系统初步组件报价表序单价（元号系统材料型号数量单位/W)总价（元）品牌1电池组件YL240P-29b8块4.825440英利2并网逆变器KSG6K1台1.57950科士达3智能控制器Sunwins1台0.521204控
30、制器MC-3K2台0.44240萨瑞5交直流配电柜定制1套0.4523856光伏支架定制1套0.421207线缆光伏专用1套0.2513258其他材料辅材1套0.15795人工、机械、申报、运营维9安装及技术服务护朝用1套2.513250英利10设计费用1套0.21060GCL11运输1次0.35185512蓄电池JYHY12200S8台500环宇12总造价（元）630406参考文献1. 田汉霖.光伏发电站设计.学位论文，西安交通大学.2013.1.10.2. 合利欧斯集团，河南外国语学校512k分布式光伏发电站设计.2013.10.THANKS致力为企业和个人提供合同协议，策划案计划书，学习课件等等打造全网一站式需求欢迎您的下载，资料仅供参考
