太阳能光伏课程设计

《太阳能光伏发电系统》课程设计课题名称：供暖公司屋顶并网光伏供电系统设计专业班级：学生姓名：学生学号：指导教师：设计时间：某供暖公司屋顶并网光伏供电系统设计I目录第1章绪论...............................................................11.1设计背景..........................................................11.2设计意义..........................................................1第2章辽宁省沈阳市气象资料及地理情况.....................................12.1气象资料...........................................................22.2地理情况...........................................................2第3章某供暖公司并网型太阳能光伏发电系统的优化设计.......................33.1设计方案..........................................................33.2太阳能电池板的方位角与倾斜角的设计................................33.3太阳能电池板容量及串并联的设计及选型...............................53.4逆变器、控制器的选型.............................................103.5太阳能电池容量及串并联的设计及选型...............................113.6系统电器图.......................................................12第4章心得体会..........................................................14参考文件.................................................................151第1章绪论1.1设计背景随着世界人口的持续增长和经济的不断发展，对于能源供应的需求量日益增加，而在目前的能源消费结构中，主要还是依赖煤炭、石油和天然气等化石燃料。为了应对化石燃料逐渐短缺的严重局面，必须逐步改变能源消费结构，大力开发以太阳能为代表的可再生能源，在能源供应领域走可持续发展的道路，才能保证经济的繁荣发展和人类社会的不断进步。太阳能发电是利用电池组件将太阳能直接转变为电能的装置。太阳能电池组件(Solarcells)是利用半导体材料的电子学特性实现P-V转换的固体装置，在广大的无电力网地区，该装置可以方便地实现为用户照明及生活供电，一些发达国家还可与区域电网并网实现互补。分布式太阳能发电系统是一个实现改变能源结构的系统。其巧妙地利用屋顶等空闲的地方进行太阳能电池的发电，并将所产生的电能通过逆变器传输到电网中。从而实现高效的利用空间来进行太阳能发电，进而推动能源结构的转型。本次我们将为某供暖公司的屋顶进行光伏并网系统的设计。1.2设计意义太阳能光伏系统的应用可以大大的减少传统能源的使用，尤其是分布式的太阳能系统不但利用了空闲的土地而且也推广了太阳能的利用。此次我们的研究课题是“某供暖公司屋顶并网光伏供电系统的设计”，我们将利用所学的专业知识来进行设计。太阳能光伏并网发电系统在设计时应考虑电池板的安放，以达到年发电量最大的目的。第2章辽宁省沈阳市气象资料及地理情况某供暖公司屋顶并网光伏供电系统设计22.1气象资料地点：沈阳市东陵区（经度：o47.123纬度：o77.41）辽宁省沈阳市东陵区光照资料2.2地理情况沈阳位于中国东北地区南部，辽宁省中部，以平原为主，山地、丘陵集中在东南部，辽河、浑河、秀水河等途经境内。属于温带季风气候，年平均气温6.2～9.7℃，全年降水量600～800毫米，1951年至2010年市区年平均降水量716.2mm，全年无霜期155～180天。受季风影响，降水集中在夏季，温差较大，四季分明。冬寒时间较长，近六个月，降雪较少，最大降雪为2007年3月4日47.0毫米的特大暴雪；夏季时间较短，多雨，1973年8月21日曾下过215.5毫米的大暴雨。春秋两季气温变化迅速，持续时间短：春季多风，秋季晴朗。日期水平面总辐射量daymkwh.2水平面辐射量daymkwh.2系统输出能量daykwh系统输出能量kwh1月1.973.700.31102月2.814.290.36103月4.035.010.42134月4.704.540.38125月5.184.240.36116月5.043.840.32107月4.423.470.2998月4.203.700.31109月3.744.030.341010月2.954.030.341111月1.822.970.25812月1.562.980.258年3.543.900.331203第3章某供暖公司并网型太阳能光伏发电系统的优化设计3.1设计方案并网光伏发电系统就是太阳能光伏组件产生的直流电经过并网逆变器装换成符合市电电网的要求的交流电之后直接接入公共电网。在配电网接入不超过15%~20%的光伏发电系统，不需要电网进行任何改造，仅是电网公司的负荷管理而已。并网光伏发电系统有集中式大型并网光伏系统和分散式小型并网光伏系统。本次设计的对象是某供暖公司的屋顶，所以我们采用分散式小型并网光伏系统。由于此次设计的对象是某供暖公司，太阳能光伏并网发电系统的最大的特点是将太阳能电池输出的电能直接送到电网上，由电网进行储能。其优点是，不必考虑负载供电的稳定性和供电质量的问题；光伏电池可以始终运行在最大功率点处，由大电网来接纳太阳能所发的全部电能，提高了太阳能的发电效率；不需要蓄电池降低了其充放电过程中能量的损失。设计思路3.2太阳能电池板的方位角与倾斜角的设计太阳能光伏组件直流防雷汇流箱直流防雷控制柜并网逆变器交流防雷配电柜变压器电网电表某供暖公司屋顶并网光伏供电系统设计4设计以全年均衡冬半年最大数据为依据，在默认方位角为0°条件下，通过软件模拟得到最佳光伏板倾角为55°。倾斜面上平均日辐射量为3.92kWh/m²,计算得到的峰值日照小时数为3.92h。MonthymeteoatShenyang,（Lat41.77oN.long.123.47oE,alt.42m)Plane:tilt55deg,azimuth0deg,bo(lAM)=0.05Legends,HorizGlobGlobalonhorizontalplaneTiltedGlobGobalontiltedplane53.3太阳能电池板容量及串并联的设计及选型供暖公司的屋顶是朝东南方向，而太阳是东升西落，为了使屋顶达到最好的利用，我们将选择日照强度大和日照时间长的地方安放太阳能电池板，具体分析如下：⒈．屋顶面积的计算利用AutoCAD将屋顶制作成由于供暖公司的屋顶朝向东南方向，(单位：m)供暖公司屋顶平面图经过小组的讨论和研究，我们决定选取S1、S3、S5、S6和S4等空间安放太阳能电池板。S1和S3面积：根据建筑标准屋顶的坡度大概在30o左右，考虑到S1面积不是朝南的而是朝向东南方向，所以不考虑S1面积出的间距，直接平铺在屋顶处。同理S3面积也是，由于不知道实际情况设房屋倾角为。S1面积的倾角为o30，S3面积的倾某供暖公司屋顶并网光伏供电系统设计6角为o20。计算过程如下：)(12.1430cos23.12mhoa)(04.946214.12×)5876(21mS)(98.720cos5.7mhob)(59.16327.98×)5.255.15(22mSS2和S5面积：在S2和S5处屋顶为平面，可以利用最佳倾角，从而达到最大的电池板利用率。计算如下：)(3249×3622mS)456(m17)×(832)×10(25SS4面积：由于S4的方向偏西南且面积较小可以忽略。⒉．太阳能电池板串并联设计⑴．太阳能辐射强度日期1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月月平均光照时间9.5110.611.913.314.515.114.813.812.511.19.909.21水平面总辐射量1.972.814.034.705.185.044.424.203.742.951.821.56由当地的太阳能辐射强度的表格可以得出，该地全年单位水平面的辐射量在3.50daykwh,且由NASA航天局提供的月平均光照时间得出该地区光照资源较丰富可以发展太阳能发电系统。7⑵．太阳能电池板的选择选择的太阳能电池板功率（W）工作电压（V）工作电流（A）开路电压（V）短路电流（A）尺寸（m)25030.28.2936.99.061.64×0.992×0.05⑶．电池板的安放在S1处安放：①、由于场地为等腰梯形，首先将场地分割成（58×14.12），可以安放：49014×350.99214.12×64.158（块）②、梯形面积割去（58×14.12）面积后剩余两个（9×14.12）直角三角形，可以安放：根据电池板的尺寸1.64×0.992可以算出直角三角区的可以安放的尺寸ch64.11612.14cos186.1cos64.11ch（横向）dh992.0912.14tan263.0tan992.02dh564.163.09（横向最多可以安放5块）（纵向有5列）12992.026.12992.086.112.149992.086.126.127992.086.14.104992.086.154.82992.086.168.6有两块直角三角形区，同理可得出可安放电池板数。总共：12+9+7+4+2=34×2=68(块）某供暖公司屋顶并网光伏供电系统设计8在S2处安放：①、由于场地为等腰梯形，首先将场地分割成（15×7.98），可以安放：788×90.9927.98×64.15.15②、梯形面积割去（15×7.98）面积后剩余两个（5.25×7.98）直角三角形，可以安放：根据电池板的尺寸1.64×0.992可以算出直角三角区的可以安放的尺寸eh64.1998.7cos384.1cos64.13eh(横向）fh992.0598.7tan462.0tan992.04fh364.162.05（横向最多可以安放3块）（纵向3列）6992.084.198.73992.084.114.61992.084.13.4有两块直角三角形区，同理可得出可安放电池板数。总共：6+3+1=10×2=20(块）S3和S4涉及到间距（在平屋顶），日照时间为早晨9：00到下午3:00。9太阳能电池方阵间距D：（冬至日）由公式得：cosLDtanh/HL)coscoscossinarcsin(sinhcosh)/sinarcsin(cos所以：oh82.12o1.42oHLD82.12tan1.42cos81.0tanhcoscoso2.6(m)oH55sin992.00.81(m)S5的安放：考虑到电池板间的间隔，每块电池板的尺寸为：0.992×3.1757.055tan1oHD0.57+2.6=3.17(m)可以安装：264块S4的安放：某供暖公司屋顶并网光伏供电系统设计10可以安装：180块附：S1和S3阵列排布：S1太阳能电池组件阵列排布图S3太阳能电池组件阵列排布图3.4逆变器、控制器的选型逆变器的确定由于要并入电网且变压为10KV变电站容量6300KVA变压器3台，所以综合考虑