5kW并网型可调度式光伏发电系统设计

辽宁工业大学光伏发电技术课程设计（论文）题目：5kW并网型可调度式光伏发电系统设计院（系）：专业班级：学号：121806015学生姓名：指导教师：（签字）起止时间：2015.12.14-2015.12.25本科生课程设计（论文）I课程设计（论文）任务及评语院（系）：新能源学院教研室：电气教研室注：成绩：平时40%论文质量60%以百分制计算学号121806015学生姓名白雪峰专业班级电气光伏121课程设计（论文）题目5kW并网型可调度式光伏发电系统设计课程设计（论文）任务并网型可调度式光伏发电系统包括发电、储存、逆变、输出并网五环节，每个环节根据需要可独立或与其它部分组合成一体。最大发电功率5kW，储能达10度电，输出电压220V。设计过程中，需要计算的要有计算依据和过程。主要设计内容：1.太阳能电池板设计及选择2.储能蓄电池设计及选择3.逆变器设计及选择4.汇流设备设计及选择5.并网方法及设备设计进度计划第1天查阅收集资料第2天总体设计方案的确定第4天太阳能电池板设计及选择第5天储能蓄电池设计及选择第6天逆变器设计及选择第7天并网方法及设备设计第8天汇流设备设计及选择第9、10天设计说明书完成指导教师评语及成绩平时：论文质量：答辩：总成绩：指导教师签字：年月日本科生课程设计（论文）II摘要近些年来，能源问题迫使世界各国对新能源开发和利用。太阳能因其自身的优势成为最有前途的一种新能源。将太阳能转换为电能越来越多的成为人们关注的焦点，只要成功，前途无量。但太阳能光伏发电仍旧存在着一些缺点，如成本高、能量转换率低，需要不断地改良，优化。对于光伏发电而言，并网模式是将其效率最大化最为理想的方式，因此要做好并网光伏发电系统的设计优化，才能满足电网对发电质量的要求，以及本身的安全运行。本文先对光伏发电进行了回顾，而后重点介绍了并网光伏发电系统，并提出了并网光伏发电系统设计的优化建议。关键词：无线传感器网络；室内定位；RSSI；加权质心；混合定位本科生课程设计（论文）III目录第1章绪论..........................................................11.1光伏发电系统概况.............................................11.2本文研究内容.................................................2第2章光伏发电系统总体设计..........................................3第3章发电系统设备选择及设计........................................43.1太阳能电池板的选择...........................................43.2蓄电池参数计算及选择.........................................53.3逆变器设计...................................................63.4汇流箱设计...................................................93.5并网逆变器控制保护设计......................................11第4章总结.........................................................13参考文献............................................................14附录A光伏并网系统结构图...........................................16附录B并网发电系统原理图...........................................17本科生课程设计（论文）1第1章绪论1.1光伏发电系统概况地球表面每年接受太阳辐射能量高达5.4*1024J，若能将其中的十万分之一转化为电能，就可以满足目前全世界的能耗需求，因此，太阳能发电对缓解日益严重的环境和能源危机具有特别重要的意义，太阳能发电主要指光伏发电。据统计资料显示，目前光伏发电系统中，接近99%的安装容量为并网应用，这是因为并网应用相对独立光伏系统有成本低和免维护等优势，并网式光伏发电系统式当今发展方向，全世界并网式光伏系统年增长率约为25~30%。并网逆变器作为光伏电池与电网的接口装置，将光伏电池的电能转换成交流电能并传输到电网上，在光伏并网发电系统中起着至关重要的作用，现代逆变技术为光伏并网发电的发展提供了强有力的技术和理论支持。并网逆变器正朝着高效率、高功率密度、高可靠性、智能化的方向发展。并网逆变器性能的改进对于提高系统的效率、可靠性，提高系统的寿命、降低成本至关重要。近几年，随着西班牙、德国、美国、日本对本国光伏产业的政策扶持，全球光伏发电逆变器的销售额逐年递增，光伏发电用逆变器进入了一个快速增长的阶段。但目前全球光伏逆变器市场基本被国际几大巨头瓜分，欧洲式全球光伏市场的先驱，具备完善的光伏产业链，光伏逆变器技术处于世界领先地位。SMA是全球最早也是最大的光伏逆变器生产企业（德国市场占有率达50%以上），约占全球市场份额的三分之一，第二位是Fronius。全球前七位的生产企业占领了近70%的市场份额。目前国内光伏并网逆变器市场规模较小，国内生产逆变器的厂商众多，但专门用于光伏发电系统的逆变器制造商并不多，但是不少国内企业已经在逆变器行业已经研究多年，已经具备一定的规模和竞争力，但在逆变器技术质量、规模上与国外企业仍具有较大差距，目前具有较大规模的厂商有合肥阳光、北京科诺伟业、北京索英、志诚冠军、南京冠亚、上海英伟力新能源科技有限公司等企业。目前这些企业用于光伏系统的产量呈逐年上升的趋势。国内市场规模虽然较小，但未来光伏电站市场的巨大发展空间和发展潜力给国内企业带来发展的历史机遇。目前国内光伏逆变器主要被阳光电源、艾思玛、KACO等品牌所占领，国外企业多数通过代理渠道进入国内市场，由于售后服务提供难度大整体市场占有率不高。2008年统计数字显示，合肥阳光电源公司占据70%以上的光伏逆变器市场份额，国内重点光伏项目大功率产品几乎全部选用国内产本科生课程设计（论文）2品。从技术方面来看，国内企业在转换效率、结构工艺、智能化程度、稳定性等方面与国外先进水平仍有一定差距，目前我国在小功率逆变器技术上与国外处于同一水平，在大功率并网逆变器上，大功率并网逆变器仍需进一步发展。1.2本文研究内容本文对光伏并网发电的现状进行了全面的调查分析，就光伏并网发电系统中面临的主要问题进行了详细的分析研究，并设计一种小功率光伏并网发电装置。介绍了光伏逆变器中应用的各种拓扑结构，并分别进行了分析比较，确定设计装置的主电路及整体控制结构。探讨了最大功率点跟踪的几种方法和在系统中的具体实现方式。分析研究了光伏并网发电系统中的防孤岛效应，并在本文设计的系统中得了验证。介绍了并网逆变的几种控制方法并对其优缺点进行了分析比较，并就一种方法在本文设计的系统中进行了实现。最后对并网逆变器的设计过程进行了阐述，并给出了实验波形。本科生课程设计（论文）3第2章光伏发电系统总体设计根据设计要求图2.1总体设计方案图光伏系统具有以下的特点：没有转动部件，不产生噪音；没有空气污染、不排放废水；没有燃烧过程，不需要燃料；维修保养简单，维护费用低；运行可靠性、稳定性好；作为关键部件的太阳电池使用寿命长，晶体硅太阳电池寿命可达到25年以上；根据需要很容易扩大发电规模。光伏系统应用非常广泛，光伏系统应用的基本形式可分为两大类：独立发电系统和并网发电系统。应用主要领域主要在太空航空器、通信系统、微波中继站、电视差转台、光伏水泵和无电缺电地区户用供电。随着技术发展和世界经济可持续发展的需要，发达国家已经开始有计划地推广城市光伏并网发电，主要是建设户用屋顶光伏发电系统和MW级集中型大型并网发电系统等，同时在交通工具和城市照明等方面大力推广太阳能光伏系统的应用。光伏系统的规模和应用形式各异，如系统规模跨度很大，小到0.3～2W的太阳能庭院灯，大到MW级的太阳能光伏电站。其应用形式也多种多样，在家用、交通、通信、空间应用等诸多领域都能得到广泛的应用。尽管光伏系统规模大小不一，但其组成结构和工作原理基本相同。光伏电池阵列控制器蓄电池逆变器交流电网主配电断路器本地交流负荷本科生课程设计（论文）4第3章发电系统设备选择及设计3.1太阳能电池板的选择基本材料为P型单晶硅，厚度为0.3—0.5mm左右。上表面为N+型区，构成一个PN＋结。顶区表面有栅状金属电极，硅片背面为金属底电极。上下电极分别与N＋区和P区形成欧姆接触，整个上表面还均匀覆盖着减反射膜。当入发射光照在电池表面时，光子穿过减反射膜进入硅中，能量大于硅禁带宽度的光子在N+区，PN＋结空间电荷区和P区中激发出光生电子——空穴对。各区中的光生载流子如果在复合前能越过耗尽区，就对发光电压作出贡献。光生电子留于N＋区，光生空穴留于P区，在PN＋结的两侧形成正负电荷的积累，产生光生电压，此为光生伏打效应。当光伏电池两端接一负载后，光电池就从P区经负载流至N＋区，负载中就有功率输出。本系统的负载总功率为1000W，日平均工作时间为10h,所有负载同时工作的系数为0.3，系统工作电压48v，日耗电量为208Ah，日照峰值时数3.5h，选定125W的太阳能电池组件，其主要参数：峰值功率125W、峰值工作电压34.2V、峰值工作电流3.65A；（查表可知充电效率系数为0.9，组件损耗系数为0.9，逆变器效率系数为0.8）电池组件的并联数=负载日平均用电量（Ah）/（组件日平均发电量*充电效率系数*组件损耗系数*逆变器效率系数）=208Ah/（3.5*3.65*0.9*0.9*0.8）=26（块）电池组件串联数=（系统工作电压*系数1.43）/组件峰值工作电压=(48*1.43）/34.2=2块。图3.1太阳能电池板本科生课程设计（论文）53.2蓄电池参数计算及选择在光伏发电系统中，蓄电池处于浮充放电状态，夏天日照量大，方阵给蓄电池充电；冬天日照量小，这部分储存的电能逐步放出，在这种季节性循环的基础上还要加上小得多的日循环：白天方阵给蓄电池充电，晚上负载用电则全部由蓄电池供给，因此要求蓄电池的自放电要小，耐过充放，而且充放电效率要高，当然还要考虑价格低廉，使用方便等因素。蓄电池的循环寿命主要工艺结构与制造质量所决定。但是使用过程和维护工作对蓄电池寿命也有很大影响，有时是重大影响。首先，放电深度对蓄电池的循环寿命影响很大，蓄电池经常深度放电，循环寿命将缩短。其次，同一额定容量的蓄电池经常采用大电流充电和放电，对蓄电池寿命都产生影响。大电流充电，特别是过充时极板活性物质容易脱落，严重时使正负极板短路；大电流放电时。产生的硫酸盐颗粒大，极板活性物质不能被充分利用，长此下去电池的实际容量将逐渐减少，这样使用也会受到影响。本系统选用的是深圳市旷鑫发展有限公司生产的KS系列采用纳米二氧化硅凝胶电解质的胶体蓄电池，是专为频繁的循环充放电的应用而开发，通过添加的纳米凝胶电解质，防止酸液分层。此系列适用于光伏储能系统、风力发电系统及其他恶劣环境下场合的应用。此电池产品特点：标称电压：2V、6V、12V额定容量：24AH~3000AH（20℃）工作温度范围：-40~60℃20℃正常使用条件下，浮充寿命长达15年特殊的铅钙多元合金配方，减小了板栅被腐蚀能力，延长了使用寿命采用气相二氧化硅胶体电解质，减少水份损失，无电解液分层，循环耐久能力更强过量电解液，电池热容量大，热消散能力强，不易干涸，有效减少热失控的风险采用特殊的密封结构，凝胶电解液无渗漏，使用安全、可靠延缓了致密PbSO4结晶层的形成，以及其对负极板表面的覆盖，提高电池低温性能温度范围广，适用恶劣