1、 本科毕业论文（设计） 论文（设计）题目： XX 地区光伏发电系统设计 学 院： 电气工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电 自 XXX 学 号： 57944697465 学生姓名： XXXX 指导教师： XXXX 20XX年 X 月 XX 日 XX 大学本科毕业论文（设计） 诚信责任书 本人郑重声明：本人所呈交的毕业 论文（设计） ，是在导师的指导下独立进行研究所完成。毕业 论文（设计） 中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。 特此声明。 论文（设计）作者签名： 日 期： 本科毕业论文（设计） 第 I 页 目录 摘要 . IV 英文摘要 . IV
2、第一章 前言 . 1 1.1 本设计的目的和意义 . 1 1.2 太阳能光伏发电的优缺点 . 1 1.3 国内外太阳能光伏发电研究现状 . 2 第二章 光伏发电系统简介 . 3 2.1 系统组成与原理 . 3 2.2 光伏发电系统的分类 . 4 2.2.1 离网光伏发电系统 . 4 2.2.2 并网光伏发电系统 . 4 第三章 CQ 地区气象和地理的相关参数 . 5 第四章 设计方案及各电气设备的设计 . 6 4.1 相关参数总述 . 6 4.2 太阳能电池组件设计 . 6 4.2.1 太阳能电池组件的工作原理及分类 . 6 4.2.2 太阳能电池组件的相关计算 . 7 4.2.3 太阳能电池
3、组件方位角和倾斜角的设计 . 8 4.2.4 太阳能电池组件安装方式以及位置场所设计 . 9 4.2.5 光伏方阵前后间距与遮挡物之间的间距设计 . 9 4.3 蓄电池选型 . 10 4.3.1 铅酸蓄电池简介 . 10 4.3.2 蓄电池的相关计算及设计 . 11 4.4 逆变器的设计 . 11 4.4 直流汇流箱的设计 . 13 4.5 控制器的设计 . 13 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 II 页 4.6 交流配电柜设计 . 14 4.7 防雷接地系统设计 . 15 4.7.1 雷击的简介 . 15 4.7.2 无外部防雷接地装置设计 . 16 4.7.3 有外部防雷接地装置设计 .
4、 16 4.7.4 防雷接地设计总结 . 16 第五章 总结 . 18 参考文献 . 19 致谢 . 20 附录 . 21 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 III 页 CQ 地区光伏发电系统设计 摘要 人类进入 21 世 纪以后，随着世界人口的持续增长和经济的不断发展，人类正面临着化石燃料短缺和生态环境污染的严重局面。因此逐步转变能源的消费结构，大力发展可再生能源，走可持续发展的道路已经到了刻不容缓的地步。 太阳能发电作为一种全新的电能生产方式，具有清洁无污染、来源永不衰竭且维护措施简单等特点， 既是一次能源，又是可再生能源， 因而受到越来越广泛的关注。各国政府也相继出台了一系列鼓励和支持太
5、阳能光伏产业发展的政策法规，使得太阳能光伏产业迅猛发展，光伏发电技术和应用水平不断提高，应用范围也逐步扩大。 本文首先研究分析了当下太 阳能光伏产业的发展状况，再根据 CQ 市某小区的具体负载参数，选用合适的太阳能电池组件、蓄电池组、光伏离网控制器、光伏逆变器、直流汇流箱以及交流配电柜等相关电气设备，利用太阳能光伏发电的原理设计出一个完整可靠的小功率光伏发电供电系统，来解决特定区域内给定负载的持续可靠供电问题，并重点设计研究了此类型太阳能光伏发电系统防雷接地的相关问题。 关键词： 太阳能光伏发电系统，铅酸蓄电池，光伏离网逆变器，防雷与接地系统 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 IV 页 CQ
6、area photovoltaic system design Abstract With the worlds ever - increasing population and the development of economic, Human beings are facing the serious situation of a scarcity of fossil fuels and the pollution of the environment into the 21st Century. Therefore, it is of great urgency to graduall
7、y transform the consumption structure of energy, vigorously develop the renewable energy source, and persisting in the course of sustainable development. As a new way of power energy production, solar power is clean, non pollution, inexhaustible and simple with maintenance measures. It is both a pri
8、mary energy source and a kind of renewable power resources. So it gets more and more attention. Governments have also introduced a series of policies and regulations to encourage and support the development of solar photovoltaic industry, which made a contribution to the rapid development of solar p
9、hotovoltaic industry, an increase of the technology and applicationof photovoltaic power generation technology, and a wider scope of application. At first, this paper studied and analyzed the current development status of solar photovoltaic industry, and of a specific load parameters according to th
10、e city of CQ, choose appropriate photovoltaic solar modules, batteries, off-grid photovoltaic controller, inverter, dc junction box and ac distribution cabinets and other related electrical equipment, the use of solar energy photovoltaic power generation principle of design of a complete and reliabl
11、e low power photovoltaic power supply system, to solve the specific problem of given load continuous and reliable power supply, and this type of solar photovoltaic power generation system design research is mainly focused on the grounding of the related problems. Keywords: Solar photovoltaic power g
12、eneration systems,Lead-acid battery,Photovoltaic (pv) off-grid inverter,Lightning protection and grounding system 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 1 页 第一章 前言 1.1 本设计的目的和意义 目前，化石燃料正面临逐渐枯竭的危机局面，而太阳能是取之不尽的可再生能源。保护生态环境逐渐受到人们的重视，太阳能发电对环境没有污染。另外常规电网具有一定的局限性，太阳能资源可免费使用且无须运输。太阳能发电系统建设周期短，方便灵活，可以根据负荷的增减，任意添加或减少太阳能方阵，避免浪费。因此
13、，太阳能光伏发电具有广阔的应用前景。 本设计的目的是为了利用光伏发电的原理，设计一个完整可靠的离网发电供电系统，完成在 CQ 地区特定区域内给定负载的持续供电。 1.2 太阳能光伏发电 的优缺点 当前可再生能源每一种都有自己的优势与独到之处。 （ 1）太阳能资源取之不竭，没有随着化石能源枯竭的危险。只计算地球表面的太阳辐射的能量 ,足够的当前全球能源需求的一万倍 1。由此可看出太阳能辐射地球表面的总量之大。 （ 2） 发电系统中不似诸如水电火电风电等发电形式具有机械转动，所以光伏发电的部件一般不易损坏 2。没有机械转动部件，也没有噪声，稳定性比较好。 （ 3） 光伏发电没有使用化石燃料 ,维护
14、简单 ,维护成本很低。 （ 4） 太阳能发电系统运行比较灵活多样 ,建设周期相对较短 3。除了蓄电池以外 ,其他部件完全干净 ,无任何 污染的产生。 （ 5） 太阳辐射能随处都可获取，减少了远距离输送这个传统环节。 同时，太阳能由于自身的局限性，主要有以下三个不足之处。 （ 1） 分散性：虽然能量到达地球表面的结合是巨大的 ,但是因为大部分的地球表面被海洋覆盖 ,真正达到表面的土地只占总数的约 10%,这直接导致了表面使用太阳的能量更少。事实上 ,太阳能的收集和使用能量密度低 ,大面积的太阳能辐照度 ,小于 1 千瓦 / ,这也使得许多太阳能收集难度增加。 （ 2） 不稳定性：太阳能是受自然环
15、境和气候条件因素的影响。一年四季 ,贵州大学本科毕业论文（设计） 第 2 页 昼夜交替的纬度、海拔、地理和自然条件 ,如天气 ,雨和雪 ,云 ,如天 气变化将严重影响系统。另外空气中的颗粒物如灰尘粉屑等降落在太阳能电池表面也会阻挡部分光线的照射，造成发电量的减少。诸多随机因素的影响，给太阳能大面积的推广增大了难度。 （ 3） 效率低和成本高：效率低和成本高 :当前太阳能光伏发电应用技术发展理论和技术都已经成熟。最基本单位的光伏电池组件、光伏转换效率较低 ,光伏发电不宜普遍推广和应用。光伏发电成本由 于效率偏低变得较高 ,和常规能源相比竞争性不高 ,太阳能的进一步发展需要国家出台经济政策来维护和
16、加强。光伏系统的造价也比较高 ,系统成本 40000 60000 元 /k,售电价格为常规 电价的 10倍左右 ,相对较高。 尽管太阳能和缺点和缺陷 ,但随着化石能源逐渐枯竭 ,生态环境的恶化 ,开发和利用可再生能源是解决这一问题的主要措施之一。太阳能光伏无污染的安全 ,有很大的研究和利用价值 4。 1.3 国内外太阳能光伏发电研究现状 上世纪 70 年代石油危机和 90 年代的环境污染问题的影响，人们越来越关注了对能源和环境问题的认识，各国政府相继出台了不少支持和鼓励光伏产业发展的政策，不断加大科研投入，将光伏产业作为国家能源保障的重要项目。 自 1980 年代以来 ,世界各国已将大量的人力
17、物力来开发新能源 ,如太阳能的研究、开发和利用的工作。出现在 1990 年代末世界光伏市场是供不应求的情况 ,进一步推动光伏产业的发展速度 6。广泛的大规模太阳能和可再生能源的使用 ,全球能源结构将彻底改变 7。 我国能源问题非常严重 ,大量使用化石燃料导致生态环境恶化。中国的太阳能总辐射超过 5016 MJ / 地区约占陆地总面积的三分之二的国家 8。离网并网发电项目在这些地区 ,当地能源扶贫的发展 ,提高当地人民生活水平有着非常重要的作用。 中国在 1950 年开始研究太阳能电池 ,并于 1971 年首次成功地应用于东方红2卫星发射。在摸索 V电力不断发展。 21 世纪之初 ,国家发展和改
18、革委员会在 2002年发起了“发电送乡工程” ,项目容量 20 mw 光伏系统 8。 尽管中国光伏技术经过 50 年的努力 ,取得了很大的成就。但光伏发电的关键贵州大学本科毕业论文（设计） 第 3 页 技术和设备主要依靠进口。因此 ,光伏发电系统成本高 ,具有强烈的依赖性 ,这限制了光伏发电系统在国内的发展和推广。国内光伏系统并网主要应用单位功率因数 ,但它没有电能质量控制功能 9。 第二章 光伏发电系统简介 2.1 系统组成与原理 太阳能发电可分为光热发电和光伏发电两种。通常而言，太阳能发电指的是太阳能光伏发电，简 称“光电”。它是利用 半导体 界面的光生伏特效应将光能直接转变为电能的一种技
19、术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护即可形成大面积的 太阳电池 组件，再配合上 功率 控制器等部件，就形成了光伏发电装置。光伏发电系统是由太阳能电池方阵，蓄电池组，充放电控制器，逆变器，交流配电柜，太阳跟踪控制系统等设备组成 11。图 2.1 太阳能光伏发电系统结构图 光伏发电系统是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏贵州大学本科毕业论文（设计） 第 4 页 发电系统装置。太阳光照在半导体 p-n结上，形成新的
20、空穴 -电子对，在 p-n结电场的作用下，空穴由 n区流向 p 区，电子由 p区流向 n 区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理 12。 2.2 光伏发电系统的 分类 光伏发电系统主要有两种发电形式。其中离网光伏发电系统，主要由光伏电池方阵、光伏控制器、蓄电池、光伏离网逆变器、交流配电柜等构成；另一个原因是电网的光伏发电系统中 ,光伏电池光伏方阵 ,控制器、光伏 (pv)并网逆变器和其他电气设备组成 ,这两种形式的发电系统都有各自的适用范围及其优缺点 ,本设计主要是对离网光伏发电系统设计电力系统可靠地。 2.2.1 离网光伏发电系统 离网光伏发电系统主要由太阳能电池组件、
21、光伏控制器、离网逆变器等电气设备构成 ,太阳能电池方阵输出电流为直流电，如果负载中有交流负载 ,则需要利用交流 逆变器将直流电转换为交流电。离网光伏发电系统根据其简单可靠的系统结构广泛称为严寒高原、极度偏远山区及野外作业的发电供电电源 13。 在离网发电系统中，光伏控制器的作用是用来调节和控制的电能的分配 ,可以把调配后的电能供给负载 ,也可以向蓄电池存储电能。控制器可以有效防止电池过度充电以及过放电 ,保护蓄电池，提高蓄电池的使用年限。 离网光伏系统可分为直流光伏发电系统和交流光伏系统两大类。下来 ,可分为直流没有电池 ,v 直流光伏发电系统 ,电池系统 ,交流和 AC / DC 混合光伏发电系统等 14。 2.2.2 并网光伏发 电系统 并网电网的光伏发电系统由光伏方阵、并网逆变器等设备。网格光伏系统与离网太阳能光伏发电系统相比 ,前者忽略电池能量储存和释放过程 ,降低了能源消耗 ,节省空间 ,有效地降低了配置的成本。电网的光伏发电系统可分为两种 ,有电池 ,没有电池类型。和电池是可调度的 ,可以根据需要并入或退出电网 ,还具有备用电源的功能。主要包括回流电网光伏发电系统 ,通过电网的光伏发电系统中 ,
