家用4KW光伏发电系统经济性分析(光伏发电技术课程设计)

第1章家庭光伏发电系统概述 (3)

1.1 课题来源及意义 (3)

1.2 光伏发电基本原理 (3)

第2章家庭光伏发电系统的类型 (5)

2.1 并网光伏发电系统 (5)

2.2 独立式光伏发电系统 (5)

2.3 分布式光伏发电系统 (6)

第3章家用4KW光伏发电系统设计 (8)

3.1 系统的设计原则 (8)

3.2 蓄电池容量设计 (8)

3.2.1 数值计算值 (8)

第4章太阳能光伏发电系统经济性分析 (10)

4.1 太阳能光伏组件设备的经济性 (10)

4.2 光伏发电系统的构成 (10)

4.3 光伏发电系统经济性 (10)

4.4 案例分析 (11)

第5章题目实际案例经济性分析 (12)

5.1 数据来源 (12)

5.2 经济效益计算方法 (12)

5.3居民发电量分析 (12)

5.4经济效益分析 (13)

第6章结论与展望 (16)

6.1 结论 (16)

6.2 展望 (16)

第1章家庭光伏发电系统概述

1.1 课题来源及意义

中国占地面积广，各种资源储量丰富，但人均水平却低于世界平均水平，可开采年限也逐渐缩短。据最新调查数据显示，中国的人均剩余能源开釆储量石油为天然气为，而相对资源较丰富的煤炭剩余储存量也只占世界水平的。根据现在资源幵采能力和中国人均消耗水平，现阶段中国的这三项能源可开釆年限也仅有石油年，天然气年，煤炭年。随着社会的发展，经济技术的不断进步，人口数量的不断增多，能源损耗也越来越大。现在，全世界每年消耗的能源在亿吨标准石油，其中绝大部分都是都是不能再生资源。化石能源的不断消耗，严重的影响到我们的生存环境，空气污染逐步加剧，温室气体的排放使全球气候变暖，灾害性天气严重威胁到人类的人身财产安全，对正常生活产生严重影响。

近年来，光伏产业迅速发展，世界太阳电池年产量在最近十年内保持了30%以上的增速，2007 年年增长率达到了50%，2008年年增长率甚至达到了100%，年产量达到6.5GW，大阳电池产量迅速增加的动力来自于世界对太阳能等清洁能源持续增长的需求，2008年世界光伏系统新装机容量达到5.95GW，比2007年增长了110%。按照目前光伏组件4.5$/W的价格计算，世界光伏市场规模接近三百亿美元。

光伏发电系统的污染比较少，没有噪声，并且随着太阳能产业化以及技术发展，其性价比以及效率也会不断提升，同时被广泛的应用到社会生活生产的各个领域。因此对光伏发电系统的应用进行分析，对于促进光伏发电技术的发展具有重要作用。

1.2 光伏发电基本原理

1、光伏发电

如果光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收，具有足够能量的光子能够在P型硅和N型硅中将电子从共价键中激发，以致产生电子－空穴对。界面层附近的电子和空穴在复合之前，将通过空间电荷的电场作用被相互分离。电子向带正电的N区和空穴向带负电的P区运动。通过界面层的电荷分离，将在P区和N区之间产生一个向外的可测试的电压。此时可在硅片的两边加上电极并接入电压表。对晶体硅太阳能电池来说，开路电压的典型数值为0.5～0.6V。通过光照在界面层产生的电子－空穴对越多，

电流越大。界面层吸收的光能越多，界面层即电池面积越大，在太阳能电池中形成的电流也越大。

2、原理

太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结内建电场的作用下，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。

太阳能发电有两种方式，一种是光—热—电转换方式，另一种是光—电直接转换方式。

（1）光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。前一个过程是光—热转换过程；后一

个过程是热—电转换过程，与普通的火力发电一样.太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高，估计它的投资至少要比普通火电站贵5～10倍。

（2）光—电直接转换方式该方式是利用光伏效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光—电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长，只要

太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用；与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染。

第2章家庭光伏发电系统的类型

2.1 并网光伏发电系统

并网光伏发电系统主要是由光伏电缆等一些列元件构成，并网系统与其他系统的区别在于其整个系统中没有储存电能的电池，所发电量除了直接供电之外，将剩余电量并网销售的过程。并网系统在设备连接的环节中减少了蓄电池，该系统的优点是可以减少电能在往蓄电池中储存或从蓄电池中释放产生的损耗电量，同时也减少了造价成本，减少了蓄电池的所占空间，比较适合空间受限的地方。同时，并网光伏发电系统可以在有剩余电量时将电量并联到电网销售给电力企业从中获利，在发电量不足时，通过电网的连接，从电力企业购得电量进行补充，保证自己的正常用电。这一过程通过销售和购买两块计费用电能计量装置完成，与供电企业结算电费也安装这两个计量装置所记电量计算〕。并网光伏发电具体组成及结构如下图1所示。

图1 并网光伏发电系统图

现阶段，许多居住在顶楼的居民或者别墅用户采用并网光伏发电系统作为家用电源。因为其造价中省

略了蓄电池的费用，所以相对较低，并且该系统与供电公司的电网相连接，如果发电系统出现故障，就会自动切换成市电供电。所以可以在太阳能发电系统不能正常工作时，不影响到居民的正常电力使用，用市电作为备用电源以保证了居民的日常生活

2.2 独立式光伏发电系统

独立光伏发电系统在行业中也成为离网光伏发电系统，该系统是由太阳能电池等基础设备组成，将所发电量用于负载后，剩余电量储存到蓄电池中，当电量供应不足，会将蓄电池中的电能释放出来，以便维护整个电网的使用。离网光伏发电系统是一个小型的发电网络系统，作为一个独立的控制单元存在它替代了柴油机等消耗矿物质能源的旧型发电系统，成为独立发电系统的清洁环保、价格低廉的最佳选择。具体的离网光伏发电系统结构图如2所示。

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