1、 滁州职业技术学院机电工程系 毕 业 设 计 课 题： 家庭用分布式光伏发电系统的设计 设计时间： 班 级： 光伏材料的加工与应用 学 号： 姓 名： 指导教师： 完成日期： 年 月 日 家庭用分布式光伏发电系统的设计 摘 要 将 太 阳 能 直 接 转 换 为 电 能 的 技 术 称 为 光 伏 发 电 技 术 。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
2、 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 的 优 点 是 较 少 受 地 域 限 制 ，因 为 阳光 普 照 大 地 ； 光 伏 系 统 还 具 有 安 全 可 靠 、无 噪 声 、低 污 染 、无 需 消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电及建设周期短的优点。 光 伏 发 电 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 。 本 次 设 计 是 家 庭 用 分 布 式 光 伏 发 电 系 统 设 计 ，家 庭 用 分 布 式 光 伏 发 电
3、 系 统 是 指 利 用 光 伏 发 电 技 术 ，在 家 庭 的 屋 顶或 墙 壁 等 场 地 建 立 发 电 系 统 ，多 余 电 量 可 以 送 入 当 地 配 电 网 中 的 发电 方 式 。此 次 设 计 内 容 包 括 了 对 光 伏 发 电 系 统 的 容 量 设 计 和 光 伏 发电 系 统 的 配 置 设 计 ，容 量 设 计 主 要 对 光 伏 组 件 和 蓄 电 池 的 容 量 进 行设 计 与 计 算 ，确 定 光 伏 组 件 和 蓄 电 池 的 数 量 ，发 电 系 统 的 配 置 设 计时 对 光 伏 发 电 系 统 中 的 光 伏 组 件 型 号 、安 装 方 式
4、 及 配 套 设 备 与 设 施进 行 设 计 。本 设 计 是 为 家 用 式 光 伏 发 电 系 统 ，具 有 节 能 ，无 污 染 运用方便等特点。 关键词： 光生伏特效应 太阳能电池板 逆变器 致 谢 毕 业 设 计 已 经 接 近 了 尾 声 ，这 也 意 味 着 我 的 大 学 生 活 就 要 结 束了， 学 生 活 一 晃 而 过 ，回 首 走 过 的 岁 月 ，心 中 倍 感 充 实 ，当 我 写 完这篇毕业论文的时候，有一种如释重负的感觉，感慨良多。 首 先 ， 我 要 特 别 感 谢 我 的 指 导 老 师 朱 山 川 老 师 。 做 设 计 的 过 程是 艰 辛 的 ，但
5、 是 在 我 的 努 力 之 下 还 是 完 成 了 。在 这 个 过 程 中 朱 老 师给 了 我 很 大 的 帮 助 ，没 有 他 的 尽 心 指 导 和 严 格 的 要 求 ，我 也 不 会 顺利 完 成 这 次 设 计 。 每 次 遇 到 难 题 ，我 最 先 做 的 就 是 向 朱 老 师 寻 求 帮助 ，而 朱 老 师 每 次 不 管 忙 或 闲 ，总 会 抽 空 来 找 我 面 谈 ，然 后 一 起 商量 解 决 的 办 法 。 朱 老 师 平 日 里 工 作 繁 多 ，但 我 做 毕 业 设 计 的 每 个 阶段 ，都 给 予 了 我 悉 心 的 指 导 。这 一 个 星 期
6、以 来 ， 朱 老 师 不 仅 在 学 业上 给 我 以 精 心 指 导 ，同 时 还 在 思 想 给 我 以 无 微 不 至 的 关 怀 ，在 此 谨向 朱 老 师 致 以 诚 挚 的 谢 意 和 崇 高 的 敬 意 。 其 次 ， 还 要 感 谢 这 三 年 来 教 我 知 识 的 每 位 老 师 们 ， 毕 业 论 文 能够顺利完成，你们也都有很大的功劳。 最 后 ， 我 要 向 系 部 领 导 以 及 院 部 领 导 对 我 们 的 悉 心 领 导 ， 使 我们 在 朝 往 正 确 的 前 进 ， 以 及 给 我 们 创 造 如 此 丰 富 多 彩 的 校 园 生 活 。使 我 们 度
7、 过 了 有 意 义 的 大 学 三 年 。再 次 ，我 由 衷 的 表 示 感 谢 。谢 谢你 们 。还 有 就 是 要 向 这 三 年 大 学 生 活 期 间 所 有 帮 助 过 我 的 同 学 们 以及各位朋友们说一声谢谢。 写 作 毕 业 论 文 是 一 次 再 系 统 学 习 的 过 程 ，毕 业 论 文 的 完 成 ，同样 也 意 味 着 新 、生 活 的 开 始 。希 望 大 家 在 将 来 的 生 活 中 继 续 追 逐 最初的梦想，永不放弃。 作者：曾凡兵 2014 年 11 月 5 日 目录 第一章 绪 论 . 1 1.1 光伏发电技术的优势 . 1 1.2 光伏发电技术的
8、运用 . 2 第二章 任务分析 . 4 第三章 家庭用分布式光伏发电系统设计 . 8 3.1 结构设计 . 8 3.2 容量设计 . 9 3.2 配置选型 . 10 3.4 安装方式设安计 . 11 第四章 总结和展望 . 16 参考文献 . 17 插图清单 图 3-1 家用光伏发电系统 图 3-2 家庭式太阳能光伏发电系统的结构图 图 3-3 光伏组件的安装轴侧示意图 图 3-4 支架安装示意图 图 3-5 组件正面摆列图 图 3-6 光伏组件板正反面示意图 图 3-7 接线盒图 1 第一章 绪 论 1.1 光伏发电技术的优势 太阳能光伏发电的过程没有机械转动部件也不消耗燃料，并且不排放包括
9、温室气体在内的任何物质，具有无噪声、无污染的特点；太阳能资源没有地域限制，分布广泛且取之不尽，用之不竭。因此，与其它新型发电技术 (风力发电与生物质能发电等 )相比，太阳能光伏发电是一种具可持续发展理想特征（最丰富的资源和最洁净的发电过程）的可再生能源发电技术，其主要优点有以下几点。 1、太阳能资源取之不尽，用之不竭，照射到地球上的太阳能要比人类目前消耗的能量大 6000 倍。而且太阳能在地球上分布广泛，只要有光照的地方就可以使用光伏发电系统，不受地域、海拔等因素的限制。 2、太阳能资源随处可得，可就近供电。不必长 距离输送，避免了长距离输电线路所造成的电能损失，同时也节省了输电成本。这同时也
10、为家用太阳能发电系统在输电不便的西部大规模使用提供了条件。 3、太阳能光伏发电的能量转换过程简单，是直接从光子到电子的转换，没有中间过程（如热能转换为机械能，机械能转换为电磁能等）和机械运动，不存在机械磨损。根据热力学分析，光伏发电具有很高的理论发电效率，可达 80以上，技术开发潜力巨大。 4、太阳能光伏发电本身不使用燃料，不排放包括温室气体和其他废气在内的任何物质，不污染空气，不产生噪声，对环境友好，不会遭受能源危机或燃料市场不稳 定而造成的冲击，是真正绿色环保的新型可再生能源。 5、太阳能光伏发电过程不需要冷却水，可以安装在没有水的荒漠戈壁上。光伏发电还可以很方便地与建筑物结合，构成光伏建
11、筑一体化发电系统，不需要单独占地，可节省宝贵的土地资源。 6、太阳能光伏发电无机械传动部件，操作、维护简单，运行稳定可靠。一套光伏发电系统只要有太阳能电池组件就能发电，加之自动控制技术的广泛采用，基本上可实现无人值守，维护成本低。 7、太阳能光伏发电工作性能稳定可靠，使用寿命（ 30年以上）。晶体硅太阳能电池寿命可达 2035 年。在光伏发电系统中，只 要设计合理、造型适当，蓄电池的寿命也可长达 1015 年。 8、太阳能电池组件结构简单，体积小，重量轻，便于运输和安装。光伏发电系统建设周期短，而用根据用电负荷容量可大可小，方便灵活，极易组合、扩容。 2 1.2 光伏发电技术的运用 家用并网系
12、统：这是发达地区最流行的家庭和企业级太阳能光伏发电系统应用类型。允许将光伏系统产生的多余电能输送至电网，卖给公用机构。当没有太阳时，再从电网输出电力。逆变器用来将光伏系统产生的直流电（ DC）转换为运行一般电气设备所需的交流电（ AC）。 并网发电厂：在一个厂区位置上，这 些也并入电网的系统产生大量光伏电能，其容量从几百千瓦到几兆瓦。其中一些电厂位于机场或火车站等大型工业建筑内，这类电厂利用已有的可用空间，补偿了高耗能用户所需的部分电能。 农村电气化离网系统：在不通电的地方，光伏系统通过充电控制器连接到电池。可以使用一个逆变器提供交流电源，供普通电器使用。典型的离网应用是为偏远地区（如山区房屋
13、和发展中国家的地区）供电。农村电气化是指如下两类 所以本次设计是家庭用分布式光伏发电系统设计， 家庭用分布式光伏发电系统是指利用光伏发电技术，在家庭的屋顶或墙壁等场地建立发电系统，不以大规模远距离输送电力为目的，所产生的电力除用户自用和就近利用外，多余电量可以送入当地配电网中的发电方式。 在国外，目前，西班牙的电网调度尚不具备远程监控和控制大规模光伏发电的能力，原因是输电运营商仅要求 1 万千瓦以上的光伏发电项目安装遥测装置，而西班牙还没有如此大规模的光伏项目。随着兆瓦级项目的增 应用：可满足一个家庭基本用电需求的小型家用太阳能系统；或可为几个家庭提供足够电能、稍大些的小型太阳能电网。 混合系
14、统：太阳能系统可与其它种类的能源（例如生物质能发电、风力发电或柴油发电）组合在一起，以确保持续稳定 供应电力。混合动力系统可以是并网的、独立的或 求，如升级改造接入点的上级变压器，重新配置馈线的电压条件和控制设备等。德国的研究机构认为，要满足德国的光伏发展目标，需要额外新建 19.5 万至 38 万千米高压和中压配网线路，相应的投资为 130 亿欧元270 亿欧元。 全社会分摊分布式光伏发电接入引起的电网改造成本。国外政府通 由电网提供后备支持。 离网工业应用：在电信领域，经常需要把太阳能发电用于远程应用，尤其是在需要将偏远农村地区与国内其它地区连接起来的场合。由光伏或混合动力系统供电的移动电
15、话中继站应用，也有很大潜力。 其它应用还包括：交通信号灯、海航支持系统、保安电话、远程照明、公路标志和废水处理厂等。因为它们能为那些电力传送不到的地区提供动力，从而避免了铺设线网的高成本，所以，目前这些应用具有成本优势。 多，这些项目缺乏遥测设备将对电网运行产生显著影响。 分布式电源的大规模发展，需要投入大量资金升级电网。目前，德国已经开始采取一些间接措施来满足分布式电源接入配电网的要过征收电价3 附加，来支持必要的电网改造和分布式电源的接入。国光伏企业进口的光伏电池产品启动反补贴调查。在此情况下，光伏行业将目光转向国内市场。 在我国分布式光 伏发电近 3 年呈现爆发式增长。从 2009 年开
16、始实施特许权招标，推动地面大型光伏电站建设。同年，开始了“金太阳”工程和光电建筑示范项目，给予分布式光伏发电系统补贴，并按照投资规模的大小，确定补贴额度。截至 2011 年年底，国家已公布的光电建筑示范项目规模约为 30 万千瓦；“金太阳”工程已公布的规模约为 117 万千瓦。在家庭的屋顶或墙壁等场地建立发电系统，不以大规模远距离输送电力为目的，所产生的电力除用户自用和就近利用外，多余电量可以送入当地配电网中的发电方式。这就大大减轻了我国火力发电的负担，而且绿色环保，无污染。家 庭用分布式光伏发电系统是指利用光伏发电技术。 4 第二章 任务分析 我国辐源辽阔，有着十分丰富的太阳能资源。大体上，
17、我国约有 2/3 以上的地区太阳能资源较好，特别是青藏高原、新疆、甘肃、内蒙古一带，这些地区利用太阳能的条件尤其有利。根据各地接受太阳总辐射的多少，可将全国划分为四类地区。如下表， 表 2-1 全国各地太阳能总辐射量与年平均日照当量 地区类别 地 区 太阳能年辐射量 年日照时数 标准光照下年平均日照时间（时） MJ/m2年 kWh/m2年 一 宁夏北部、甘肃北部、新疆南部、青海西部、西藏西部 6680-8400 1855-2333 3200-3300 5.08-6.3 二 河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部、新疆南部 5852-6680 1625-185
18、5 3000-3200 4.45-5.08 三 山东、河南、河北 东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东南部、福建南部、江苏北部、安徽北部、台湾西南部 5016-5852 1393-1625 2200-3000 3.8-4.75 5 四 湖南、湖北、广西、江西、浙江、福建北部、广东北部、陕西南部、江苏南部、安徽南部、黑龙江、台湾东北部 4190-5016 1163-1393 1400-2200 3.1-3.8 表 2-2 我国主要城市的辐射参数表 城市 最佳倾角 /（ ） 纬度 /（ ） 平均峰值日照时数/h 水 平 面 年 平 均辐射量 倾斜面年辐射量 斜面
19、修正系统 kW h/m kJ/m 北京 +4 39.8 5.01 1547.31 5570.3 1828.55 1.0976 天津 +5 39.1 4.65 1455.54 5239.9 1695.43 1.0692 哈尔滨 +3 45.68 4.39 1287.94 4636.6 1605.80 1.1400 沈阳 +1 41.77 4.6 1398.46 5034.4 1679.31 1.0671 长春 +1 43.90 4.75 1376.05 4953.8 1736.49 1.1548 呼和浩特 +3 40.78 5.57 1680.432 6049.5 2035.38 1.1468 太原 +5 37.78 4.83 1527.02 5497.3 1763.56 1.1005 乌鲁木齐 +12 43.78 4.6 1466.49 5279.4 1682.45 1.0092 西宁 +1 36.75 5.45 1701.01 6123.6 1988.95 1.1360 兰州 +8 36.05 4.4 1517.39 5462.6 1606.21 0.9489 银川 +2 38.48 5.45 1678.29 6041.9 1988.74 1.1559
