基于pvsyst的太阳能光伏发电设计

《太阳能光伏发电系统》课程设计题目：PVSYST软件仿真设计学院：物理与电气工程学院专业：电气工程及其自动化姓名：学号:131154025指导老师：安阳师范学院1前言随着世界性的能源短缺问题的日益严重，开发和利用新能源是一种必然的趋势，而太阳能就是其中最好的能源之一，本文通过对太阳能组件工作的原理的学习和认识，选择相应的组件，设计一个位于武汉的独立的太阳能供电系统实现对指定的用电器进行供电，并采用PVsyst这个软件对设计进行模拟仿真和计算。太阳能光伏发电系统，光伏发电是根据光生伏打效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。不论是独立使用还是并网发电，太阳能光伏发电系统主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成。光伏并网电站全面优化设计，实现系统经济性与可靠性的最优配置，确保发电量最大。针对沙漠、荒山、深坑、岩石等各类复杂地质、地貌、提供因地制宜、个性化的支架基础施工与支架安装方案、工程设计、设备供货、施工安装等环节合理交叉并行推进，项目工期大幅缩短开发的大功率柔性光伏并网逆变器。使电站并网发电稳定可靠。现今国内外都在大力发展太阳能，比如建造大型太阳能发电基地，建设太阳能的公共设施，太阳能的建筑一体化等等。本文将对一个独立光伏系统进行设计，并且采用PVSYSTEM该软件进行模拟和优化设计，从而达到进一步了解光伏发电系统的目的。安阳师范学院2目录前言................................................................................................................................1目录................................................................................................................................2第一章太阳能电池的介绍......................................................................................31.1太阳能电池板的发电原理..................................................................................31.1.1半导体的光电效应.......................................................................................31.1.2PN结合型太阳能电池..................................................................................31.2太阳能电池种类..................................................................................................31.3独立电源太阳能发电系统构成..........................................................................4第二章独立电源的系统设计步骤............................................................................52.1总体设计思路......................................................................................................52.1.1程序图...........................................................................................................52.2设计顺序..............................................................................................................52.2.1确定安装地点的日照量Q’（mWh/cm2.day）..........................................52.2.2确定负荷的消费电力...................................................................................62.2.3确定太阳能电池板容量Pｍ（Wｐ）........................................................62.2.4蓄电池容量Be(AH).......................................................................................62.3设计的具体方案..................................................................................................62.3.1各项参数的设置：.......................................................................................62.4设计结论：.........................................................................................................9总结..............................................................................................................................11[参考文献]...................................................................................................................12安阳师范学院3第一章太阳能电池的介绍1.1太阳能电池板的发电原理太阳能电池是利用半导体材料的光电效应,将太阳能转换成电能的装置.1.1.1半导体的光电效应所有的物质均有原子组成,原子由原子核和围绕原子核旋转的电子组成.半导体材料在正常状态下,原子核和电子紧密结合(处于非导体状态),但在某种外界因素的刺激下,原子核和电子的结合力降低,电子摆脱原子核的束搏,成为自由电子。1.1.2PN结合型太阳能电池太阳能电池是由P型半导体和N型半导体结合而成,N型半导体中含有较多的空穴,而P型半导体中含有较多的电子,当P型和N型半导体结合时在结合处会形成电势当芯片在受光过程中,带正电的空穴往P型区移动,带负电子的电子往N型区移动,在接上连线和负载后,就形成电流.1.2太阳能电池种类在现在的太阳能电池产品中,以硅半导体材料为主,其中又以单晶硅和多晶硅为代表.由于其原材料的广泛性,较高的转换效率和可靠性,被市场广泛接受.非晶硅在民用产品上也有广泛的应用(如电子手表,计算器等),但是它的稳定性和转换效率劣于结晶类半导体材料.化合物太阳能电池由于其材料的稀有性和部分材料具有公害,现阶段未被市场广泛采用.现在太阳能电池的主流产品的材料是半导体硅,是现代电子工业的必不可少的材料,同时以氧化状态的硅原料是世界上第二大的储藏物质.安阳师范学院41.3独立电源太阳能发电系统构成部品名称:太阳能电池----吸收太阳能,将光能转换成直流电能控制器----控制蓄电池的充放电深度,延长蓄电池寿命.蓄电池----储存太阳能电池板产生的电能,在必要时,向负荷提供直流电力逆变器----将直流输入电力转换成交流电力输出安阳师范学院5第二章独立电源的系统设计步骤2.1总体设计思路简单的来说,太阳能独立电源系统的容量是由设备安装场所的日照量,负荷的消费电力两大因素决定.在程序图内还需再适当地考虑若干安全因素,设备的效率等因素.2.1.1程序图目前在独立运行的光伏发电系统中，普遍采用的结构如图1所示，首先利用太阳能电池来收集太阳能，在经过DC/DC变换器给蓄电池充电，由于蓄电池的电压较低，往往无法满足逆变要求，因此还需要一个升压变压器，将直流电压升高，最后通过逆变器将直流电转化为220V/50Hz的交流电供用户使用。图1：独立光伏系统构成图2.2设计顺序2.2.1确定安装地点的日照量Q’（mWh/cm2.day）太阳能独立电源系统的太阳能电池方阵为了尽可能多接收日照,通常是按一定的倾角安装的.一般方阵是以安装纬度设置倾角.安装面日照量的计算方法:（通常采用查询当地日照记录方法）安阳师范学院62.2.2确定负荷的消费电力消费电力是负荷的『日平均消费电力』,为了计算『日平均消费电力』,必须了解负荷的使用时间日平均消费电力计算时间2.2.3确定太阳能电池板容量Pｍ（Wｐ）太阳能电池容量计算按下列方式计算Pm=2400/Q’min*PL*1/(K)2.2.4蓄电池容量Be(AH)蓄电池的容量由下列公式计算决定Be=(PL*24*D)/(Kb*V)2.3设计的具体方案本次设计为一个独立的光伏发电系统来供给处于广州一个基本的家庭用电。2.3.1各项参数的设置：1.确定广州的天气状况：广州处于北纬23.08度，东经113.19度，海拔为7M.第9时区.利用软件PVsyst自动导入天气状况,如图2所示。图2：广州的地理位置安阳师范学院7图3：方位图图4：广州天气情况的导入2.确定安装的角度：因为相对而言冬季的太阳辐射量低，所以该系统的安装角度以冬季为标准，利用软件自带的模拟检测，确定电池板安装的倾斜角为45度，方位角为0度能够达到最大辐射接收量。安阳师范学院8图5：方位角与倾斜角3.确定阴影遮盖损耗：由于本次设计为房屋建筑物顶端，预想为没有阴影遮盖4.系统的负载情况：数量功率使用时间荧光灯818w/盏5h/天电视机，电脑2120w/个3h/天洗衣机11000wh/天电冰箱1600wh/天每日的用电消耗量：3040Wh/day5.确定系统参数：允许的缺电概率设置为2.0%，最长自主供电天数,及最长连续阴雨天数设置为10天，电池电压为24V，软件自动计算出建议的容量为1403Ah，光伏功率为1.0kWp6.电池组件的选择：选用2V1370Ah的蓄电池（Fulmen所生产的TXE1300/OPzS1200）,串联数=总电压/单个电池电压=24/2=12；并联数=总容量/单个电池容量=1403/1370=1。则总共用了12个电池容量为1370Ah，存储电量为32.9kWh。7.电池板的模块选择：由于该系统只是一般的家庭系统，按照经济适用的原则来看，选择非晶硅的电池板比较合适，经筛选选择由SolarCells生产的SMAL43650Wp12V的电池板，串并联计算方法与蓄电池计算方法基本相同，得出需要2个并联10个并联，总共20块电池板。阵列电压值为29.8V，电流值为32.0A，功率为1.0kWp。安阳师范学院98.其他选择：为防短暂的供电不足，本系统还加入了备用发电机2.4设计结论：经软件模拟仿真之后得到如下结果，如图6图6：仿真结果图图7：仿真结果表图像说明该系统无论在那个月均可以满足用户的需求。但是相较而言能量利用率安阳师范学院10仅为0.70，利用率较低软件处的结果如下