太阳能光伏发电系统设计方案

一、方案设计背景

太阳能光伏发电是新能源和可再生能源的重要组成部分，由于它及开发利用绿色可再生能源、改善生态环境、改善人民生活于一体，被认为是世界上最有发展前景的新能源技术，因而越来越受到人们的青睐。随着世界光伏市场需求持续高速增长、我国《可再生能源法》的颁布实施以及我国光伏企业在国际光伏市场上举足轻重的良好表现，我国光伏技术应用呈现了前所未有的快速增长的态势并表现出强大的生命力。它的广泛应用是保护生态环境、走经济社会可持续发展的必由之路。

太阳能发电的利用通常有两种方式，一种是将太阳能发电系统所发出的电力输送到电网中供给其他夫在使用，而在需要用电的时候则从电网中获取电能，称谓并网发电方式。另一种是依靠蓄电池来进行能量存储的所谓独立发电方式，它主要用于因架设线路困难市电无法到达的场合及一些小型的户用系统，应用十分广泛。鉴于此此次我们进行的设计就是离网的独立发电系统。

二、方案设计目的及要求

⑴目的：为职工宿舍设计建造一个小型太阳能发电系统，提供电力需求。

⑵100位员工，住宿25个宿舍，每个宿舍用电设施主要有一个节能灯、一盏风扇、一台饮水机和一支卫

生间普通照明灯，其他还有走廊照明灯。系统按一个月5个阴雨天设计，除保证正常用电外，还应有应急方案。

⑶地理环境：东营市位于北纬37.27°，东经118.30°。温带季风型大陆气候，夏季炎热多雨，温度湿大，有时受台风侵袭，冬季天气干冷，雨雪稀少。基于此假设东应有效日照时间为4.4h.要求逆变器在负载和日照变化幅度较大的情况下均能高效运行。光伏电站的能量来

自太阳能，而日照强度随气候而变化，这就要求逆变器能在不同的日照条件均能高效运行

三、方案所需原材料

太阳能光伏组件、控制器、蓄电池、逆变器、支架、接线盒及导线等

（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。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。

（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。由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定，所以一般需要配置蓄电池系统才能工作。蓄电

池容量的选择一般要遵循以下原则：首先在能满足夜晚照明的前提下，把白天太阳能电池组件的能量尽量存储下来，同时还要能够存储满足连续阴雨天夜晚照明需要的电能。蓄电池容量过小不能够满足夜晚照明的需要，蓄电池过大，一方面蓄电池始终处在亏电状态，影响蓄电池寿命，同时造成浪费。蓄电池应与太阳能电池、用电负荷相匹配。蓄电池存储能量的大小设计为自主运行期间满足平均每日电子负载的需求。一般来说，应能储备5天的用电量。蓄电池是整个太阳能发电系统的关键部分，它是整个太阳能系统的储备能源设备，白天时太阳电池给蓄电池充电，晚上，系统和负载所用电全部由蓄电池来提供，其次，阴雨天的供电也要靠蓄电池来完成。在独立光伏系统中，由光伏阵列产生的电能不总是在电能产生的同时加以使用，所以在多数独立光伏系统中需要蓄电池。

（四）逆变器：在很多场合，都需要提供220V

四、方案设计原理图

工作原理介绍

太阳能光伏发电是利用太阳能电池将太阳的光能转化为电能后，通过充电控制器的控制，一方面直接提供给相应的电路或负载用电，另一方面将多余的电能存储在蓄电池中作为夜晚或是太阳能电池产生的电力不足时备用。

太阳能电池组件是由多个多晶硅或单晶硅电池片串并联，并经严格封装而成的。而其中的电池单体在太阳的照射下可发生光电效应而产生一定的电压和电流，通过将电池板串并联组合后得到一定大小等级的电压和电流后经电缆送至充电控制器。

充电控制器是对蓄电池进行自动充电、放电的监控装置，当蓄电池充满电时，它将自动切断充电回路或将充电转换为浮充电方式，使蓄电池不致过充电；当蓄电池发生过度放电时，它会及时发出报警提示以及相关的保护动作，从而保证蓄电池能够长期可靠运行。当蓄电池电

量恢复后，系统自动恢复正常状态。控制器还具有反向放电保护功能、极性反接电路保护等功能。蓄电池作为系统的储能部件，主要是将太阳能电池产生的电能存储起来方便供电。还有由于太阳能组件应放置在楼房房顶，以便于采光，但高出易于遭受雷击，所以出于安全考虑其系统中通常会加入防雷保护措施。如下图：

五、方案设计理论依据

○：代表走廊灯 1……25：代表宿舍

说明：每个宿舍占地面积35m2(长7宽5)

每个宿舍用电设施主要有一个节能灯、一盏风扇、一台饮水机和一支卫生间普通照明灯，其他还有走廊照明灯

宿舍用电器数量规格及功率明细如下：

由上表可知宿舍最大用电是在夏天，最大用电量为81.2KWH

假设每月按30天其中有5个阴雨天设计，5天的用电器总耗电量为：

Q1=81.2KWH∗5=406KWH

假设蓄电池放电深度为0.9，控制器、逆变器及导线耗损度为0.9，则5天中所需总电量：

Q2=406KWH

0.9

=501KWH

由此推理需用2V2500AH的铅酸蓄电池100块

其他25天中每天蓄电池应多存储的电量：

q =501KWH/25=20KWH

由以上可知电池组件每天最少法的电量：94

Q =81.2KWH+20KWH=101.2KWH

到此我们考虑到走廊灯与宿舍厕所灯用电时段相同，同时都是采用声光控制，决定单独设一个分系统，单独控制，命名为声光系统。宿舍其他用电器为一个系统，也单独控制，命名为普通系统。

由明细表知声光系统总耗电量为：

W a=1.2+3=4.2KWH

其功率:

P a =4.2KWH

4.4H

=955W

由明细表知普通系统总耗电量为：W b =6+50+21=77KWH

其功率：

P b=77KWH

4.4H

=17500W

每天多储存电量的功率：

P c =20KWH

4.4H

=4545W

为了方便计算将P c 按比例（77000：4200=18：1）平分到上面两个系统则：

声光系统总功率变为：

P1=1194W

普通系统总功率变为：

P2=21806W

㈠、太阳能电池组件与蓄电池规格的选择

太阳能电池板是太阳能路灯中的核心部分，也是太阳能路灯中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送至蓄电池中存储起来。太阳能电池主要使用单晶硅为材料。用单晶硅做成类似二极管中的P-N结。工作原理和二极管类似。只不过在二极管中，推动P-N结空穴和电子运动的是外部电场，而在太阳能电池中推动和影响P-N结空穴和电子运动的是太阳光子和光辐射热。也就是通常所说的光生伏特效应原理。目前光电转换的效率，大约是光伏电池效率大约是单晶硅13％－15％，多晶硅11％－13％。目前最新的技术还包括光伏薄膜电池。

I声光系统采用FUDA-250M太阳能组件电压取30V电流取8.0A

数量：1194W/250W=5块

由比例可知蓄电池也为储能量相当于5块2V2500AH的当量，又由于30V组件为20V蓄电池

充电效果最好，所以需用10块2VXAH的蓄电池，则

5*2500*2=10*X*2

解得X=1250AH实际考虑X可取1300AH

所以需要10块2V1300AH铅酸蓄电池串连在一起

II普通系统采用FUDA-290M太阳能组件电压取36V电流取8.0A

数量：21806W/290W=76块

由比例可知蓄电池也为储能量相当于95块2V2500AH的当量，又由于36V组件为24V蓄电池充电效果最好，所以可采用96块（12*8）2V2500AH的蓄电池，共8串，每串12块蓄电池。

㈡、控制器的选择

太阳能控制器选择考虑：