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毕业论文答辩课题：CQ地区光伏发电系统设计姓名：XXX班级：电自1178学号：15780447582指导老师：日本设计主要涉及到的内容：光伏发电系统简介1.CQ地区光伏发电系统相关参数简介2.光伏系统各电气设备的设计及选型3.光伏发电系统防雷接地设计4.一、光伏发电简介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术。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。太阳能光伏发电系统的原理及分类：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。太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-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。光伏发系统主要有两种形式。一种为独立光伏供电系统，由光伏方阵、控制器、蓄电池、逆变器、交流负载组成独立的供电系统；另一种为并网光伏供电系统，由光伏方阵、控制器、并网逆变器组成并网发电系统，将电能直接输入公共电网。二、CQ地区光伏发电系统相关参数简介本设计需要解决此小区两个用户的持续供电问题。具体参数如下表：地点：重庆市九龙坡区二郎钢球厂二郎路161号经纬度：东经106.4655北纬29.5145系统直流电压U：48V峰值日照时数：2.8h连续阴雨天数：8天控制器效率：80%负载日耗电量：1.32+2=3.2（kW/h）三、光伏发电系统各电气设备的设计及选型太阳能电池组件选型太阳能电池单体是光电转换的最小单元。太阳能电池组件再经过串、并联组合安装在支架上，就构成了太阳电池方阵。电池组件按照其类型不同可分为晶体硅电池组件、非晶硅薄膜电池组件及砷化镓电池组件。晶体硅又分为单晶硅和多晶硅两种类型。单晶硅太阳能电池光电转换效率高,稳定性好,但成本较高;非晶硅太阳能电池生产效率高,成本较低,但显然,光电转换效率相对较低,与单晶硅电池多晶硅相比,成本低,转换效率比非晶硅薄膜电池有点高。实验室高的光电转换效率约为17%,工业大规模生产的光电转化率为10%。本设计综合各种条件选择多晶硅薄膜电池。电池组件的相关计算：太阳能组件发电电流===55.76A系统的总功率P=1.43×48×56.7=3896.07W本设计所选用电池组件的峰值功率为220W，峰值电压为28.9V，峰值电流为7.61A。需要电池总数=3896.07/220=17.7取18块。电池组件的串联数=系统工作电压（V)×系数1.43/组件峰值工作电压（V)=1.43×48/28.9=2.4取串联数为3块并联数为=18/3=6即选用18块太阳能电池板，采用3块串联，并联6串的方式组成电池方阵。此方阵的总功率=18×220=3960W系统效率系数峰值日照数系统直流电压负载日耗电量8.08.08.085.08.248100032.3电池组件的相关设计：（一）光伏方阵方位角的设计（二）太阳电池倾角的设计（三）太阳能电池组件安装方式以及位置场所设计（四）光伏方阵前后间距与遮挡物之间的间距设计蓄电池设计及选型：蓄电池的任务是在太阳能辐射量不足时，能保证系统负载的正常用电。蓄电池主要分为：铅酸蓄电池、镉镍蓄电池、氢镍蓄电池和锂离子蓄电池四类。铅酸蓄电池工作电压比较平稳，既可以小电流放电也可以大电流放电，工作温度范围宽，可在-40到65℃范围内工作。铅酸蓄电池技术成熟，成本低廉，其最大的优点是具有不错的跟随负荷输出特性。基于以上所述的优点，本设计选用的是铅酸蓄电池。蓄电池的相关计算蓄电池容量=负载日平均用电量（Ah）×连续阴雨天数×放电率修正系数/最大放电深度×温度修正系数=3.32×1000×8×0.9/(48×0.7×0.8)=889.29Ah可以选用GFM-500免维护铅酸电池，其标准电压为2V，标称容量为500Ah。蓄电池串联数=系统工作电压/蓄电池标称电压=48/2=24蓄电池并联数=蓄电池总容量/蓄电池标称容量=889.29/500=1.78取2组所以需要蓄电池总数=24×2=48块，其中每24块串联，再2组并联。逆变器设计选型：逆变器是将直流电能转变成交流电能供给负载的使用的一种转换装置，逆变器的种类很多，可以按照不同的方式进行分类。比如按照逆变器输出交流电的不同，可分为单相逆变器、三相逆变器和多相逆变器。逆变器要具有合理的电路结构、足够的直流输入电压适应范围、较高的效率、较高的可靠性和要具有一定的过载能力。选择逆变器时应保证一般能过载125%到150%。当过载150%时，应能维持30s，当过载125%时能持续60s以上。逆变器能在任何负载条件和瞬态情况下，保证标准的额定正弦输出。逆变电路原理图：本设计选用的是半桥式逆变电路图。它由两支功率开关管、储能电容器及耦合变压器组成。当VT1导通，C1上的能量通过变压器一次侧释放。VT2导通时，C2通过变压器一次侧释放。VT1和VT2轮流导通，在变压器二次侧获得交流电能。其结构简单，两支串联电容作用不会产生磁偏或直流分量，非常适合后级带动变压器负载。直流汇流箱设计选型：直流汇流箱也叫直流接线箱，主要作用是把太阳电池组件方阵的多路输出电缆集中输入、分组连接，不仅使接线井然有序，而且便于分组检查和维护，当太阳电池方阵局部发生故障时，可以局部分离检修，不影响整体发电系统的连续工作。直流汇流箱一般由直流熔断器、分路开关、主开关、避雷防雷器件、接线端子等构成。其内部电路如右图所示：控制器的设计选型太阳能电池的将吸收的光能转换成电能通过充放电控制器对蓄电池充电，同时供给负载用电。充放电控制器的功能主要有两个，一是对蓄电池的充放电保护，以避免蓄电池有过充或过放的情形产生；二是提供稳定的直流电压源给逆变器或直流负载使用。光伏控制器需要有高压（HVD）断开和恢复功能、欠压（LVG）告警断开和恢复功能、保护功能和温度补偿功能控制器的选择时要注意其额定工作电流必须大于太阳电池组件或方阵的短路电流和负载的最大的工作电流。为适应将来的系统扩容，和保证系统长时期的工作稳定，建议控制器的选型最好选择高一个型号。交流配电柜的设计及选型：交流配电柜是在太阳能光伏发电系统中连接在逆变器与交流负载之间的接受、调度和分配电能的电力设备。主要功能为电能调度、电能分配、保证供电安全及显示参数和监测故障。交流配电柜主要由开关类电器（如断路器、切换开关、交流接触器等）、保护类电器（如熔断器、防雷器、漏电保护等）、测量类电器（如电压表、电流表、电度表、交流互感器等）以及指示灯、母线排等组成。交流配电柜一般可以由逆变器生产厂家或专业厂家设计生产并提供成型产品。也可以根据实际需要自己设计制作。交流配电柜内部结构图如下所示：防雷接地系统设计：由于光伏发电系统的主要部分都安装在露天状态下，切分布的面积较大，因此存在着受直接和间接雷击的危害。同时。光伏发电系统与相关电气设备及建筑物有着直接的连接，因此对光伏系统的雷击还会涉及相关的设备和建筑物及用电负载等。为了避免雷击对光伏发电系统的损害，就需要设置防雷与接地系统进行防护。CQ地区闪电天平均每年大约是40天,甚至有雷暴活动。一般集中在夏季,冬季闪电活动可能相对较小,所以有很强的季节性。鉴于CQ地区属于雷击高发频率的区域，因此设计一个可靠适用的防雷接地保护系统很有必要。雷电入侵光伏发电系统途径及解决方法：雷电入侵光伏发电系统主要有三种途径。一是地电位反击电压通过接体入侵。二是有太阳电池方阵的直流输入线路入侵。最后是由光伏系统的输出供电线路入侵。太阳能光伏发电系统的选址要尽量避免放置在容易受到雷击的位置和场合；尽量避免避雷针的投影落在太阳电池方阵的组件上；根据具体情况，可采用避雷针、避雷网等不同防护措施对直击雷进行防护，减小雷击概率，并尽量采用多跟均匀布置的引下线将雷击电流引入地下；为防止雷电感应，要将整个光伏系统的所有金属物，包括电池组件外框、设备、机箱机柜外壳、金属线管等与联合接地体等电位连接，并做到各自独立接地。甚至可以在系统回路上逐级加防雷器件，实行多级保护，使雷击或开关浪涌电流经过多级防雷器件泄流。防直击雷保护设计：防直击雷的措施首先是要在建筑物和光伏发电系统的顶部加装避雷针等防护设备。太阳能电池方阵组件和避雷设备需要先做可靠的等电位连接,再与屋顶的避雷器相连接连入大地。安装在室内的太阳能光伏控制器、铅酸蓄电池和离网逆变器等设备,也需要作可靠的等电位连接，最后由接地引下线接入大地防雷击电磁脉冲保护设计：防雷击电磁脉冲防护设计主要包括系统设备均衡和等电位连接的组件,以及过电压和过电流保护。绝大多数光伏系统组件是金属材料,如电池广场铝合金框架,使用金属支架,固定安装光伏控制器、离网逆变器,直流配电箱和金属框架交流配电柜等设备,都需要分别做等电位连接可靠,并连接大地。这些称为第1级电源浪涌保护器。控制器、蓄电池和逆变器均为价格昂贵的设备,应在控制器、蓄电池和逆变器内安装第2级的电源浪涌保护器,使其具有防雷保护功能如果逆变器输出到一些较重要的负载设备,还应该在逆变器输出端安装第3级电源浪涌保护器。总结本设计在收集CQ地区相关地理和气象信息的基础上，结合当地实际环境、负载情况以及用户要求，选择合适的光伏发电系统各个板块的设备，设计出一个具有一定稳定性的独立小功率发电供电系统。利用光伏发电在本地区的应用情况进行设计和总结，为大规模大面积推广太阳能光伏发电打下良好的基础和提供相关的应用依据。附录：ＣＱ地区光伏发电系统设计电气总接线图CQ地区光伏发电系统设计内容讲解完毕谢谢各位老师和同学的观看！