光伏发电设计方案

家用光伏发电系统设计方案

一家用离式光伏发电系统原理及系统组成

在光照条件下，太阳电池根据光生伏特效应产生一定的电动势，通过组件的串并联形太阳能电池方阵，使得方阵电压达到系统输入电压的要求。再通过充放控制器对蓄电池进行充电，将由光能转换而来的电能贮存起来。晚上，蓄电池组为逆变器提供输入电，通过逆变器的作用，将直流电转换成交流电，输送到配电柜，由配电柜的切换作用进行供电。蓄电池组的放电情况由控制器进行控制，保证蓄电池的正常使用。光伏电站系统还应有限荷保护和防雷装置，以保护系统设备的过负载运行及免遭雷击，维护系统设备的安全使用。从而实现：太阳能→电能→化学能→电能的转换，满足我们的日常生活需求。

图1-1 家用光伏发电系统

二各部分的作用为：

（一）太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。

（二）太阳能控制器：太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项；

（三）蓄电池：一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。

（四）逆变器：太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。为能向220VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。

三各参数计算与设计

1 农村一般家庭用电负荷统计

表1-1 用电量统计

2 根据表1-1设计蓄电池组

（1）蓄电池的先用: 能够和太阳能电池配套使用的蓄电池种类很多，目前广泛采用的有铅酸免维护蓄电池、普通铅酸蓄电池和碱性镍镉蓄电池三种。国内目前主要使用铅酸免维护蓄电池，因为其固有的“免”维护特性及对环境较少污染的特点，很适合用于性能可靠的太阳能电源系统，特别是无人值守的工作站。普通铅酸蓄电池由于需要经常维护及其环境污染较大，所以主要适于有维护能力或低档场合使用。碱性镍镉蓄电池虽然有较好的低温、过充、过放性能，但由于其价格较高，仅适用于较为特殊的场合。

(1)蓄电池容量计算：蓄电池的容量对保证连续供电是很重要的。在一年内，方阵发电量各月份有很大差别。方阵的发电量在不能满足用电需要的月份，要靠蓄电池的电能给以补足；在超过用电需要的月份，是靠蓄电池将多余的电能储存起来。所以方阵发电量的不足和过剩值，是确定蓄电池容量的依据之一。同样，连续阴雨天期间的负载用电也必须从蓄电池取得。所以，这期间的耗电量也是确定蓄电池容量的因素之一。

根据蓄电池容量计算公式：BC=A×QL×NL×TO／CC (AH)

BC=[1.2×(3000÷24)×5×1]÷0.75=1000(AH)

注式中：A为安全系数，取1.1～1.4之间；

QL为负载日平均耗电量，为工作电流乘以日工作小时数；

NL为最长连续阴雨天数；

TO为温度修正系数，一般在0℃以上取1，－10℃以上取1.1，－10℃

以下取1.2;

CC为蓄电池放电深度，一般铅酸蓄电池取0.75，碱性镍镉蓄电池取

0.85。

根据以上计算，需要4个250AH/12V的电池，两个串联成一组，共两组。

3太阳能电池方阵设计

（1）太阳能电池组件串联数Ns

将太阳能电池组件按一定数目串联起来，就可获得所需要的工作电压，但是，太阳能电池组件的串联数必须适当。串联数太少，串联电压低于蓄电池浮充电压，方阵就不能对蓄电池充电。如果串联数太多使输出电压远高于浮充电压时，充电电流也不会有明显的增加。因此，只有当太阳能电池组件的串联电压等于合适的浮充电压时，才能达到最佳的充电状态。

计算方法如下：

Ns=UR/Uoc=（Uf＋UD＋Uc）/Uoc

=（5+0.7+0）/36=1

式中：UR为太阳能电池方阵输出最小电压；

Uoc为太阳能电池组件的最佳工作电压；

Uf为蓄电池浮充电压；

UD为二极管压降，一般取0.7V；

UC为其它因数引起的压降。

蓄电池的浮充电压和所选的蓄电池参数有关，应等于在最低温度下所选蓄电池单体的最大工作电压乘以串联的电池数。

（2）太阳能电池组件并联数Np

在确定NP之前，我们先确定其相关量的计算方法。

①将太阳能电池方阵安装地点的太阳能日辐射量Ht，转换成在标准光强下的平均日辐射时数H。设地点为成都，则斜面日均辐射量为：10304。

H=10304×2.778／10000h=2.862

式中：2.778／10000（h·m2/kJ）为将日辐射量换算为标准光强（1000W/m2）下的平均日辐射时数的系数。

②太阳能电池组件日发电量Qp

Qp=Ioc×H×Kop×Cz=5.0×2.862×0.885×0.8=10.13（AH）

式中：Ioc为太阳能电池组件最佳工作电流；

Kop为斜面修正系数；

Cz为修正系数，主要为组合、衰减、灰尘、充电效率等的损失，

一般取0.8。

③两组最长连续阴雨天之间的最短间隔天数NW=30，此数据为本设计之独

特之处，主要考虑要在此段时间内将亏损的蓄电池电量补充起来，需补充的蓄电池容量Bcb为：

Bcb=A×QL×NL=1.2×（3000/24）×5=750(AH) Qp=3000/24=125(AH)

④太阳能电池组件并联数Np的计算方法为：

Np=（Bcb＋Nw×QL）/（Qp×Nw）=(750+30×125)/(10.13×30)=14.81

上式表达意为：并联的太阳能电池组组数，在两组连续阴雨天之间的最短

间隔天数内所发电量，不仅供负载使用，还需补足蓄电池

在最长连续阴雨天内所亏损电量。

(3)太阳能电池方阵的功率计算

根据太阳能电池组件的串并联数，即可得出所需太阳能电池方阵的功率P：P=Po×Ns×Np=180×1×14=2520W

式中：Po为太阳能电池组件的额定功率。

所以，需要180W/24V电池板14块。

四控制器的安装

目前，家用系统大部分使用12V、24V和48V的直流太阳能系统，计算出太阳能板的总电流。

公式如下：180W太阳能板14片/48V控制器=52.5A电流

那么，采用两个24V/30A太阳能充电控制器就可以满足了。

注意事项：如超过1000W的系统，尽量采用双控制器，以便于检测发电状况和使用维护。控制器因为太阳能板在发电时候并不是始终处于最大电压和电流，所以在选控制器是可以按40%~50%的电流，就可以满足了。五逆变器的安装

逆变器是连接负载和电池的最后一个关键组件，采用纯正弦波逆变器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：

使用电器的功率之和×1.25=要使用的逆变器容量

逆变器容量=（100+150+300+200+1200）×1.25=2437.5（W）因此，需要一个24W/2500W输出220V/20HZ的逆变器。

六综合上述计算该家用光伏发电系统方案及报价如下表：

七方案分析及讨论

从整套家用独立光伏发电系统的大概成本看要3.5万元，成本较高按一般农村家庭来计算要十年后才能免费用电。

对于成本较高的原因分析为以下几点：

1.系统设计还不够科学严谨。我对各部件产品的市场价格及性能不够了解，

所以在产品采购上的规划还不是最优化的，从而导致成本较高。

2.从地点选择上看：我设计地点在成都，而成都的日照强度在全国看来是偏

低的为了理论上满足用户需求必然要增加成本特别是太阳能电池板上的

投入。

对于降低成本我提出以下两点假设：

1.为了降低太阳能电池板的投入成本，在风力资源较好的地区可以设计成光

-风发电系统，通过风力发电来解决一部分光伏发电功率不够的问题，不过风力发电存在不稳定的特点。

2.采用光伏发电系统与市电并网供电方式，通过控制电路形成并网供电。