光伏发电原理与应用课程设计报告书信息工程学院课程设计任务书学生姓名设计题目太阳能光伏发电系统的设计3KW光伏发电系统设计3KW光伏发电系统设计10周查资料11周整理资料并书写课程论文1.1太阳能光伏发电系统的组成........................................1.2太阳能光伏发电原理..............................................2.1离网光伏发电系统................................................3.1太阳能光伏发电系统电池方阵计算3.1逆变器选择3.2控制器选择太阳能光伏发电系统随着全球经济社会的不断发展，能源消费也相应的持续增长。在化石能源供应日趋紧张的背景下，大规模的开发和利用可再生能源已成为未来各国能源战略中的重要组成部分。阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和免维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位。1.1太阳能光伏发电系统的组成太阳能光伏发电是直接将太阳能转换为电能的一种发电形式。在光照条件下，太阳电池组件产生一定的电动势，通过组件的串并联形成太阳能电池方阵，使得方阵电压达到系统输入电压的要求。太阳能光伏发电系统主要包括太阳，太阳能光伏电池，蓄电池，光伏控制器，交流逆变器，用电负荷以及光伏发电系统附属设施。如图1-1所示。图1-1光伏系统组成1.2太阳能光伏发电的原理太阳能光伏供电系统的基本工作原理就是在太阳光的照射下，太阳电池板产生的电能经由控制器控制充电给蓄电池，或者在负载合适的情况下直接供给负载，在曰照不足或者在夜间则由通过蓄电池给直流负载供电。对于含有交流负载的光伏系统，还需要增加逆变器，将直流电转换成交流电。总体上说，光伏系统可以分为独立系统、并网系统和混合系统三种。伏系统的应用形式、应用规模和负载的类型，进行相对细致的划分，可将光伏系统分为如下六种类型：小型太阳能供电系统；大型太阳能供电系统；交流、直流供电系统；并网系统；混合供电系统交流负载直流负载光伏组件信息工程学院课程设计设计思路太阳能光伏发电是依靠太阳能电池组件，利用半导体材料的电子学特性，当太阳光照射在半导体PN结上，由于P-N结势垒区产生了较强的内建静电场，因而产生在势垒区中的非平衡电子和空穴或产生在势垒区外但扩散进势垒区的非平衡电子和空穴，在内建静电场的作用下，各自向相反方向运动，离开势垒区，结果使P区电势升高，N区电势降低，从而在外电路中产生电压和电流，将光能转化成电能。2.1离网光伏发电系统离网光伏发电系统也叫独立光伏发电系统。太阳能电池组件是独立光伏发电系统的核心部件，它将太阳的辐射能直接转换为电能，并通过控制器把太阳能电池产生的电能存储于蓄电池中。当负载用电时，蓄电池中的电能根据控制器合理的分配到各个负载上。太阳能电池发出来的电可以及发及用，也可以通过蓄电池存储起来。太阳能离网发电系统包括：1、太阳能控制器(光伏控制器和风光互补控制器)对所发的电能进行调节和控制，一方面把调整后的能量送往直流负载或交流负载，另一方面把多余的能量送往蓄电池组储存，当所发的电不能满足负载需要时，太阳能控制器又把蓄电池的电能送往负载。蓄电池充满电后，控制器要控制蓄电池不被过充。当蓄电池所储存的电能放完时，太阳能控制器要控制蓄电池不被过放电，保护蓄电池。控制器的性能不好时，对蓄电池的使用寿命影响很大，并最终影响系统的可靠性。2、太阳能蓄电池组的任务是贮能，以便在夜间或阴雨天保证负载用电。3、太阳能逆变器负责把直流电转换为交流电，供交流负荷使用。太阳能逆变器是光伏风力发电系统的核心部件。由于使用地区相对落后、偏僻，维护困难，为了提高光伏风力发电系统的整体性能，保证电站的长期稳定运行，对逆变器的可靠性提出了很高的要求。另外由于新能源发电成本较高，太阳能逆变器的高效运行也显得非常重要。太阳能离网发电系统主要产品分类A、光伏组件B、风机C、控制器D、蓄电池组逆变器F、风力/光伏发电控制与逆变器一体化电源。信息工程学院课程设计太阳能光伏发电系统详细设计3.1太阳能光伏发电系统电池方阵计算太阳能电池组件是太阳能供电系统工作的基础，它的功能是将太阳能辐射转化为电能，其光电转换效率决定了供电系统的工作效率，所以光电转换效率是选择太阳能电池组件需要考虑的一个重要参数目前，太阳能电池主要分为单晶硅多晶硅和非晶硅其中单晶硅电池板的光电转换率为15%20%以上，最高可以达到24%，使用寿命一般为15左右，最高可达到25多晶硅电池板的光电转换率为12%，非晶硅约为10%，综合考本系统的太阳能电池组件采用单晶硅太阳能电池［8-10］根据计算得到太阳能电池板的功率为195本研究可以选择总功率为200的太阳能组件，为此选择用SRPV100-24/Ac型单晶硅太阳能电池标准组件(125单晶)，块100Wp的组件构成此太阳能方阵，单晶硅的转换效率为16%。3.2逆变器的选择网逆变器是并网光伏系统的重要电力电子设备，其主要功能是把来自太阳能电池方阵输出的直流电转换成与电网电力相同电压和频率的交流电，并把电力输送给交流系统连接的负载。同时还具有极大限度地发挥太阳能电池方阵性能的功能和异常或故障时的保护功能。根据设计负载总功率为230W，由于负载的总功率大于逆变器总功率的80%时，逆变器会发热过度，从而减少逆变器的使用寿命，所以选择逆变器时需要考虑其损耗率，则逆变器的功率计算如下:根据计算得出逆变器的功率为，因而本研究选用300的逆变器是最为合适的。3.3控制器选择由于系统日耗电h，可以得出太阳能电池板需要的时均总功率为131.7.根据太阳能电池对太阳光的转换效率90%，控制器和逆变器的转换效率为75%，得出太阳能电池板的功率为:由于蓄电池采用串联，又依据上述计算结果，选择24V/10的控制器。3.4系统仿真Simulink中利用第三章所介绍的光伏阵列模型，来模拟太阳能电池板，外接电路则由SimPowerMOSFET、电感、电容、电阻等元件模拟buck流电压检测模块测量仿真电路中的电压电流，最大功率点跟踪控制算法由自定义模块采样m文件实现，模块接收到电路参数后，利用相应变步长干扰观察法对系统进行控制，跟踪最大功率点。具体仿线独立光伏系统仿真模型信息工程学院课程设计总结太阳能是一种清洁、可再生能源，太阳能光伏发电实现了直接将太阳能转化为电能。我国人口众多，人均能源资源量较低，发展可再生能源是落实科学发展观的必然选择。其中太阳能发电是最有前景的技术之一，从环境保护和能源战略上都具有重大意义。随着中国经济建设和城市建设的发展，能源形势日趋严峻，资源环境的压力不断加重，节能减排、环境保护，已经成为政府和全社会共同关注的焦点问题。我国新能源法已从2006 日起正式实施，随着“上网电价法”和“全网平摊”等法规的进一步实施，光伏发电的成本接近于商业化，这必将极大地推动我国光伏产业的发展。相信不久的将来，我国民 用建筑物的屋顶太阳能并网光伏发电系统会得到广泛的应用。 信息工程学院课程设计 参考文献[1]王长贵，崔容强，周篁．新能源发电技术[M]．北京：中国电力出版社，2003．12-15. [2]王长贵王斯成．太阳能光伏发电实用技术[M]．北京：化学工业出版社，2003.35—48． [3]沈辉．太阳能光伏发电技术[M]．北京：化学工业出版社，2005． 太阳能光伏产业化现状与技术分析［J］．阳光能源. 2009( 42-43．