山区光伏联网科研论文（光伏微电网论文）

求一篇多功能太阳能充电器的论文

硅太阳电池的发展，始于1954年在,美国贝尔研究所试制成功，次年便被用做电信装置的电源，1958年又被美国首次应用和于“先锋1号”人造卫星。宇宙开发极大地促进了太阳电池的开发。与此同时，地面用太阳电池的研究也在不断开展，特别是1973年的能源危机，又大大加速了地面太阳电池的发展。许多国家为开发、利用太阳能电池，为阳光发电的研究投入了相当数量的资金。迄今为止翱翔于太空的成千个飞行器中，大多数都配备了太阳能电池系统。之一颗人造卫星上天，是光伏技术开发利用的起点，经过近五十年的发展，它已形成一门新的光伏科学与光伏工程。无论是在宇宙飞行中的应用，还是作为地面发电系统的应用，从开发速度、技术成熟性和应用领域来看，光伏技术都是新能源中的佼佼者。

太阳电池作为有潜力的可再生能源，在地面上逐渐得到推广。太阳电池的成本及售价也在逐年下降，多年来太阳电池的产量一直以10-25%的增长率在增加。1990年世界太阳能电池组件的产量70MW（兆瓦），我国为1.2MW，主要是用在太阳光照好的边远地区。到2001年全世界太阳电池的产量达到350MW，我国太阳能电池的实际产量已达到4.5MW，累计安装量已超过20MW。我国是个发展中国家，地域辽阔，有许多边远省份和经济欠发达地区。据统计目前我国尚有700万户（2800万人口），还没有用上电，60%的有电县严重缺电。这些地区在短期内不可能靠常规电力解决用电问题，光伏发电则是解决分散农、牧民用电的理想途径，市场潜力非常巨大。

光伏发电具有许多优点：如：安全可靠、无噪声、无污染、能量随处可得，不受地域限制，无须消耗燃料，无机械转动部件，故障率低，维护简便，可以无人值守，建站周期短，规模大小随意，无须架输电线路，可以方便地与建筑物相结合等，这些优点都是其它发电方式所不及的。

目前国际上大量使用的电池为单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池和非晶硅太阳电池三种，这三种电池约各占1/3的市场，我国目前有7个太阳电池生产线，主要是生产单晶硅及非晶硅太阳电池，多晶硅太阳电池也有少量生产。我国生产单晶硅太阳电池的效率在12-13%，多晶硅太阳电池在10%，非晶硅太阳电池在5-6%。晶体硅太阳电池在研究上是朝着高效率化、薄片化、大面积化的方向发展。1995年我国晶体硅太阳电池组件的参考价格为45元/瓦，非晶硅太阳电池组件为25元/瓦，仍为常规能源的几倍，但在无电地区及拉线不方便的地方，已产生了良好的经济效益。

关于光伏发电的论文

一、项目概括

1.1项目简介及选址

本项目电站选址地位于湖南省湘潭市雨湖区的响塘学校屋顶上，经过去现场实地的了解和勘测后，此学习周围无森林无高大树木，附近也无任何其他房屋，距离其最近的房屋也有数十米的距离，该屋顶无女儿墙无其他建造物，是一个平面的屋顶，其屋长为43米，宽为32米。

本项目将在此学校屋顶上建造一个100kw的并网型光伏电站，实施全额上网措施。选址卫星图如图1-1所示，选址平面图如图1-2所示。

图1-1 选址地卫星图

图1-2 选址平面图

1.2 项目位置及气象情况

经过百度地图的计算，得出了此地经纬度为：北纬27.96，东经为112.83，是属于亚热带温湿气候区，典型的冬冷夏热气温，年降雨量充足达1450毫米，更高气温为夏季的41.8度，更低气温为冬季的-12.1度，年均气温17度。该项目所在地更高海拔为793米，更低海拔达30.7米，总的平均海拔为48.2米。该地年总辐射量经过PVsyst软件的计算后，得出了1116.6的值，不是特别高，属于第三类资源区，但建设一个电站也不是特别亏。湘潭市地理位置图如图1-3所示。

图1-3湘潭市地理位置

图1-4年均总辐射值

1.3项目设计依据

本项目设计依据如下：

《光伏发电站设计规范》GB50794-2012

《电力工程电缆设计规范》GB50217-1994

《光伏系统并网技术要求》GB/T19939-2005

《建筑太阳能光伏系统设计与安装》10J908-5

《光伏发电站接入电力系统技术规范》GB/T19964-2012

《光伏发电站接入电力系统设计规范》GB/T5086-2013

《光伏(PV)系统电网接口特性》GB/T20046-2006

《电能质量公用电网谐波》GB/T14549-19933

《电能质量三相电压允许不平衡度》GB/T15543-1995

《晶体硅光伏方阵I-V特性的现场测量》GB/T18210-2000

二、电站系统设计

2.1组件选型

组件是电站中造价更高的设备，投资一个电站几乎一半的钱是砸这组件上去了，为此我们选择的组件一定要是最适合本电站的，不管是组件效率还是组件的其他参数在同功率组件下都应该保持更佳，这样才不会亏本。

组件的类型有很多，以不同的材料来说，组件又分为了晶硅组件、薄膜组件，在电站中使用最多的便是晶硅型组件，而晶硅型组件又分为单晶硅和多晶硅，它们都是市场上十分热门的组价。

单晶硅的效率比多晶硅高了很多，其使用寿命时间也长了不少，但价格方面却比多晶硅高了很多，但考虑到平价上网的时代，单晶硅的价格远远不如过去那样昂贵，所以本电站选取的组件为单晶型组件。

表2-1伏组件对比表

组件品牌及型号

晶科

Swan Bifacial 400 72H

晶科

Swan Bifacial 405 72H

晶澳

JAM72S10 400MR

更大功率(Pmax)

400Wp

405Wp

400Wp

更佳工作电压(Vmp)

41V

41.2V

41.33V

组件转换效率(%)

19.54%

19.78%

19.9%

更佳工作电流(Imp)

9.76A

9.83A

9.68A

开路电压(Voc)

48.8V

49V

49.58V

短路电流(Isc)

10.24A

10.3A

10.33A

工作温度范围(℃)

-40℃~+85℃

-40℃~+85℃

-40℃~+85℃

更大系统电压

1000/1500V DC(IEC/UL)

1000/1500VDC(IEC/UL)

1000/1500VDC (IEC)

更大额定熔丝电流

20A

20A

20A

输出功率公差

0~+5W

0~+5W

0~+3%

更大功率(Pmax)的温度系数

-0.350%/℃

-0.35%/℃

-0.35%/℃

开路电压(Voc)的温度系数

-0.290%/℃

-0.29%/℃

-0.272%/℃

短路电流(Isc)的温度系数

0.048%/℃

0.048%/℃

0.044%/℃

名义电池工作温度(NOCT)

45±2℃

45±2℃

45±2℃

组件尺寸：长*宽*厚（mm）

2031*1008*30mm

2031*1008*30mm

2015*996*40mm

电池片数

72

72

72

之一款组件晶科Swan Bifacial 400 72H和第二款组件晶科Swan Bifacial 405 72H的型号牌子都一样，除功率和其效率有点差距之外，其他的参数基本一样，但其第二款组件晶科Swan Bifacial 405 72H组件的效率高，相同尺寸不同效率下，选择第二款组件更好。

第三款组件晶澳JAM72S10 400MR是3款组件里效率更高的组件，比之一款和第二款分别高了0.37%和0.12%，并且尺寸和部分温度系数也是3款里面最小的，开路电压和工作电压以及短路电流等参数也是3款组件中更高的，从数据上来看，第三款组件晶澳JAM72S10 400MR是3款里最棒的组件。

综合上面的分析，本项目最终选择第3款组件晶澳JAM72S10 400MR作为本项目的组件使用型号。组件图如图2-1所示。

图2-1 组件图

2.2更佳倾斜角和方位角设计

本电站建造在平面屋顶上，该屋顶无任何的倾角，由于组件是依靠着太阳光发电，但每时每刻太阳都是在运动着，为此便会与组件形成一个角度，该角度影响着组件的发电量，对于采取固定支架安装方式的电站来说，选择一个最合适的角度能够让电站发电量达到更高，因此更佳倾角这个概念便被引出了。

对于本电站而言，根据其PVsyst软件的计算后，得出了湘潭更佳倾角为18度时，方位为0度时，电站一年下来的发电量能够达到更高。PVsyst更佳方位角、倾斜角模拟图如图2-2所示。

图2-2 PVsyst更佳方位角、倾斜角模拟图

2.3组件排布方式

本项目选址地屋顶长43米，宽为29米，采取横向排布方式无法摆下其电站中的整个阵列，因此本项目组件方式采取竖向排布，中间间距20mm。如图2-3所示。

图2-3 组件排列方式

2.4组件间距设计

太阳照射到一个物体上时，由于该物体遮住了光，使得光不能直射到地上时，该物体便会产生一个阴影投射到地上，而电站中的组件也类似于此，前一个组件因光产生的阴影投射到另一个组件上时，被照射的组件便会受到影响，进而影响整个电站，这对于电站来说是一个严重的问题，因此在设计其组件之间的间距时，一定要保证阴影的距离不会触及组件。

图2-4间距图

在公式2-1中：

L是阵列倾斜面长度（4050mm）

D是阵列之间间距

β是阵列倾斜角(18°）

为当地纬度（27.96°）

把以上数值代入公式后计算得：

2-5组件计算图

根据结果，当电站中的子方阵间距大于2119mm时，子方阵与子方阵便不会受到影响。

图2-6方阵间距图

2.5逆变器选型

逆变器是电站中其转换电流的设备，十分的重要，而逆变器的种类比较多，对于本项目电站来说，选择组串式逆变器更佳，因此本项目选择了3款市场上热卖的组串式逆变器。

表2-2 逆变器参数对比表

逆变器品牌及型号

华为

SUN2000-100KTL-C1

华为

SUN2000-110KTL-C1

固德威

HT 100K

更大输入功率

100Kw

110Kw

150Kw

中国效率

98.1%

98.1%

98.1%

更大直流输入电压（V）

1100V

1100V

1100V

各MPPT更大输入电流（A）

26A

26A

28.5A

MPPT电压范围（V）

200 V ~ 1000 V

200 V ~ 1000 V

200V ~ 1000V

额定输入电压（V）

600V

600V

600V

MPPT数量/输入路数

10/20

10/20

10/2

额定输出功率（KW）

100K W

110K W

100K W

更大视在功率

110000 VA

121000 VA

110000 VA

更大有功功率 (cosφ=1)

110KW

121K W

110KW

额定输出电压

3 × 220 V/380 V, 3 × 230 V/400 V, 3W+N+PE

3 × 220 V/380 V, 3 × 230 V/400 V, 3W+N+PE

380, 3L/N/PE 或 3L/PE

输出电压频率

50 Hz，60Hz

50 Hz，60Hz

50 Hz

更大输出电流（A）

168.8A

185.7 A

167A

功率因数

0.8 超前—0.8 滞后

0.8超前—0.8滞后

0.99 （0.8超前—0.8滞后）

更大总谐波失真

＜3%

＜3%

3%

输入直流开关

支持

支持

支持

防孤岛保护

支持

支持

支持

输出过流保护

支持

支持

支持

输入反接保护

支持

支持

支持

组串故障检测

支持

支持

支持

直流浪涌保护

Type II

Class II

具备

交流浪涌保护

Type II

Class II

具备

绝缘阻抗检测

支持

支持

支持

残余电流监测

支持

支持

支持

尺寸（宽 x 高 x 厚）

1,035 x 700 x 365 mm

1,035 x 700 x 365 mm

1005*676*340

重量（kg）

85kg

85kg

93.5kg

工作温度（°C）

-25°C~60°C

-25°C~60°C

-25~60℃

3款逆变器的功率均在100kw以上，其效率也都是一模一样，均只有98.1%，其额定输出电压也都为600V，对于本电站来说，这3款逆变器都能使用，但可惜本电站只会从中选择一个最合适的品牌。

之一款逆变器华为SUN2000-100KTL-C1和第二款逆变器华为SUN2000-110KTL-C1是同种类同型号，但不同功率的逆变器，这两款逆变器大部分数据都一模一样，但第二款逆变器功率比之一款逆变器功率高了10k，比本电站的容量也高了10k，并且价格了略微高了那么点，选用之一款逆变器不仅省钱而且还不会造成功率闲置无处使用，更大发挥逆变器的作用，因此第1款比第2款逆变器好。

第三款逆变器是固德威HT 100K，它的更大输入功率高达150kw，明明是一个100kw的逆变器，但其输入功率却不同我们往常见的逆变器一样，它居然还高了50k，如果选用这款逆变器，那么阵列输入的功率超过100都能承受。虽然更大输入功率很恐怖，但其他参数正常，对比之一款逆变器，仅只是部分参数略微差了点，总体是几乎没什么太大的差别。

本项目根据上述的分析和对其逆变器的需求，最终选择了固德威HT 100K型逆变器为本电站逆变器。

2.6光伏阵列布置设计

2.6.1串并联设计

图2-7串并联计算

公式2-3、2-4中：

Kv——光伏组件的开路电压温度系数-0.00272

K——光伏组件的工作电压系数-0.0035

t/——光伏组件工作环境极限高温（℃)60

Vpm——光伏组件的工作电压（V）41.33

VMPPTmax——逆变器MPPT电压更大值（V）1000

VMPPTmin——逆变器MPPT电压最小值（V）200

Voc——光伏组件开路电压（V）49.58

N——光伏组件串联数（取整）

t——光伏组件工作环境极端低温（℃）-12.7

——逆变器允许的更大直流输入电压（V）1100

把以上数值代入公式中计算可得：

5.5≤N≤21

经计算，本电站最终选取20块组件为一阵列。如图2-6组件串并联设计图。

图2-8组件串并联设计图

2.6.2项目方阵排布

据2.6.1的结果，每一个阵列共有20块组件，单块组件的功率是400w，一个阵列便是8kw，而本电站的总容量为100kw，总计是需要13个阵列。本电站建设地屋顶长43米，宽为32米，可以完整的摆放电站中的所有子方阵。如图2-9所示。

图2-9项目方阵排布图

2.7基础与支架设计

2.7.1水泥墩设计

本电站所建地点是公办学校，属于公共建筑，如果使用其打孔安装方式，便有可能使得其屋顶因时间长久而漏水，一旦漏水便需要进行维修，这也是得花费一些金钱，又因是学校，开工去维修可能将使部分学生要做停课处理，因此为了避免这个麻烦，本电站还是选择最常见的水泥墩来做基础设计。

考虑到学校有许多的学生，突然出现了事故，作为电站建设者肯定会有责任，因此为了避免组件出现任何事故，特地将水泥墩设计为一个正方形，其长宽高都为500mm，这样的重量大大降低了事故的发生率。如图2-10水泥墩设计图和2-11电站整体水泥墩设计所示。

图2-10水泥墩设计

图2-11电站整体水泥墩设计图

2.7.2支架设计

都已经把基础设计水泥墩做好了，那么接下来则是考虑水泥墩上的支撑设备支架，对于支架的设计最重要的一点就是在选材上，一般电站中的支架会持续使用到电站报废为止，使用时间长达二十多年三十多年甚至更久，对此支架的选型便是十分的重要，其使用寿命必须得长，抗腐蚀能力强。如图2-12支架设计图所示。

图2-12支架设计图

2.8配电箱选型

配电箱在光伏电站里又分为直流配电箱和交流配电箱，对于本电站来说，是选择其交流配电箱。配电箱的容量是根据其逆变器的容量选择，必定不能小于其逆变器的容量，否则可能会出现配电箱过压的情况，然后给电站造成事故危险。

配电箱具备配电、汇电、护电等多种功能，是本电站必须要又的设备，经过配电箱型号的对比，本电站最终选择了昌松100kw光伏交流逆变器。

表2-3配电箱参数

项目名称

昌松100kw光伏交流配电箱

项目型号

100kw交流配电箱

额定功率

100KW

额定电流

780A

额定频率

50Hz

海拔高度

2500m

环境温度

-25~55℃

环境湿度

2%~95％，无凝霜

2.9电缆选配

电站分为两类电，一类是直流电，必须使用直流电缆运输；一类是交流电，必须使用交流电缆运输，切记不可以乱搭配使用，否则将会造成电缆出线问题，电站设备出现问题。

直流电缆选型一般都是选择PV1-F-1*4mm²光伏专用直流电缆

交流电缆：

P：逆变器功率100KW

U：交流电电压380V

COSΦ：功率因数0.8

=

=190A

=0.035Ω

=976W

线损率：976/100000=0.9%2%，符合光伏电缆设计要求。

据其计算结果和下图电缆参数表，本电站最终选择ZRC-YJV22 7Omm2交流电缆。如图2-13电缆参数图所示。

图2-13 电缆参数图

2.10防雷接地设计

防雷接地是绝大多数光伏电站都必须要做的，目的就是防止雷击破幻电站，损坏人民的生命以及财产，特别是对于本电站而言，建设点是在学校，而学校不仅人多而且易燃物也多，一旦雷击劈到电站上，给电站造成了任何事故，都有可能把整个学校给毁了，为此本电站一定需要做好防雷接地设计。

本电站防雷方式采取常用的避雷针进行避雷，接地则是为电站中各个设备接地端做好接地连接。

图2-14防雷接地设计图

2.11电气系统设计及图纸

本电站装机总容量为100kw，由260块光伏组件组成，形成了13个阵列，每个阵列20块组件，然后连接至逆变器，逆变器变电后接入配电箱，最后再连接国家电网。

图2-15电气系统设计图

三、电站成本与收益

3.1电站项目设备清单

根据当地市场的物价，预估出了一个本电站预计投资表。

表3-1设备清单表

序号

设备

型号

单位

数量

单价

（元）

价格

（万元）

1

组件

晶澳JAM72S10 400MR

块

260

1.77

18.4

2

逆变器

固德威HT 100K

台

1

3.3w

3.3

3

直流电缆

PV1-F-1*4mm²

米

1500

5.2

0.78

4

交流电缆

ZRC-YJV22 70mm2

米

100

72

0.72

5

支架

＼

套

39

556

2.17

6

水泥墩

500*500*500mm

个

78

250

1.95

7

配电箱

昌松100kw光伏交流配电箱

台

1

1.3w

1.3

8

运输费

＼

总

18

1000

1.8

9

其他

＼

＼

＼

＼

4.15

10

人工费

＼

＼

＼

＼

7

合计：41.57万元

3.2电站年发电量计算

本电站总容量为100kw，而电站选址地的年总辐射量为1116.6，首先发电量便达到了89328度电。

（式3-1）

Q=100*1116.6*0.8=89328度

Q——电站首年发电量

W——本项目电站总容量（85KW）

T——许昌市年日照小时数（1258.2H）

——系统综合效率（0.8）

任何设备一旦使用，便就开始慢慢磨损了，其效率也是一年比一年差，即便是光伏组件也不例外。组件首年使用一年后，为了适应其环境，自身的效率瞬间就降低2.5%，而后的每年则是降低0.7%，将至80%左右时，光伏组件也是已经运行了25年。

表3-2电站发电量

发电年数

功率衰减

年末功率

年发电量(kWh)

累计发电量(kWh)

第1年

2.5%

97.50%

89328.000

89328.000

第2年

0.7%

96.80%

87094.800

176422.800

第3年

0.7%

96.10%

86469.504

262892.304

第4年

0.7%

95.40%

85844.208

348736.512

第5年

0.7%

94.70%

85218.912

433955.424

第6年

0.7%

94.00%

84593.616

518549.040

第7年

0.7%

93.30%

83968.320

602517.360

第8年

0.7%

92.60%

83343.024

685860.384

第9年

0.7%

91.90%

82717.728

768578.112

第10年

0.7%

91.20%

82092.432

850670.544

第11年

0.7%

90.50%

81467.136

932137.680

第12年

0.7%

89.80%

80841.840

1012979.520

第13年

0.7%

89.10%

80216.544

1093196.064

第14年

0.7%

88.40%

79591.248

1172787.312

第15年

0.7%

87.70%

78965.952

1251753.264

第16年

0.7%

87.00%

78340.656

1330093.920

第17年

0.7%

86.30%

77715.360

1407809.280

第18年

0.7%

85.60%

77090.064

1484899.344

第19年

0.7%

84.90%

76464.768

1561364.112

第20年

0.7%

84.20%

75839.472

1637203.584

第21年

0.7%

83.50%

75214.176

1712417.760

第22年

0.7%

82.80%

74588.880

1787006.640

第23年

0.7%

82.10%

73963.584

1860970.224

第24年

0.7%

81.40%

73338.288

1934308.512

第25年

0.7%

80.70%

72712.992

2007021.504

3.3电站预估收益计算

根据湖南省的标准电价，我们电站发的每度电能够有0.45元收入，持续运行25年后，将会获得2007021.504*0.45=903159元，也就是90多万，减去我们为电站投资的41.57万，我们25年内能够获得大约50万的纯利润收入

参考文献

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太阳能光伏发电系统通过其内置的太阳能电池（也可称为光伏电池）将其接受的太阳辐射不断地转换成为电能，这类系统被称为太阳能电池发电系统，也可称之为太阳能光伏发电系统。 美国贝尔实验室的科学家Chapin DM、Fuller CS和Pearson GL于1954年成功地研制出世界上之一块实用型单晶硅P-N结太阳能电池，这标志着对太阳能光伏应用的研究进入了新的历史阶段。随后，光伏发电在多个领域都得到了相应的应用。我国近期的光伏发电市场的研发和应用重点项目主要有：大型地面光伏电站、家用光伏电源、微波通信中继站光伏电源、光缆通信站光伏电源、输油输气管道阴极保护光伏电源、铁路信号及通信光伏电源、航标灯光伏电源、乡镇及村落光伏电源、边防哨所光伏电源、气象台站光伏电源、卫星电视接收站及电视差转台光伏电源、公路设施及道班光伏电源等。 一、太阳能光伏发电在民用住宅供电系统中应用的必要性 我国很多偏远的农村或山区的供电设施极不完备，基本上处于无电状态，人们的日常生活和社会生产往往因为电力的缺乏而无法顺利进行，但是如果这些偏远的地区有充足的日照条件，就可以采用比较先进的太阳能光伏供电系统以及相应的设备来解决日常生活中的用电、配电等问题。 虽然一些相对比较大的城镇地区的供电设施和供电水平有了一定的提高，但是，在一些老旧的住宅区，由于规划和设计等问题所选用的负荷开关容量等都普遍偏小，造成了那些地区的居民用电系统经常因超负荷运行而出现跳闸的现象，跳闸现象会烧毁开关、电线等，产生安全隐患。而且，有些住宅的使用密度很大，为供电设施预留的空间很小，重排住宅中的供配电线路很有难度，加设供电线路更是不可能。因此，应用太阳能光伏发电供电系统是最为理想的解决这类住宅用电难题的途径。 二、太阳能光伏发电系统的特点 按照应用类型，可将太阳能光伏发电系统分为独立光伏发电系统与必亡光伏发电系统两大类型。其主要特点有以下五个方面。 （1）能够有效保障电网电压的稳定性。太阳能光伏发电系统可以通过对电网进行调峰发挥削峰填谷的功能，有效地改善电网的功率因数，保证电网末端的电压稳定，进而防止电网杂波的发生。 （2）能够大大减少蓄电池组的投入成本。太阳能光伏发电系统能够将其所发电能高效并入电网，以电网为其储存电能的装置可以减少蓄电池组的投入成本。 （3）能够更大限度地实现资源的优化配置。太阳能光伏发电系统的光伏电池能够实现与建筑设计的完美结合，通常情况下，把每一块太阳能电池板的额定电压设置为1V～3V，在进行串联或并联后可将电压调到30V～50V的直流电，再将其与逆变器和控制器实现连接。这样，太能电池板既能够作为建筑设计的装饰材料，又能够发挥其发电作用，使资源得到了更大限度的优化组合配置，可谓一举多得。 （4）能够保证出入电网的灵活自如。太阳能光伏发电系统能够有效地解决民用住宅供电系统的电力负荷过大问题，保持其供电系统的负荷平衡，降低供电线路中的电能损耗。 （5）能够更大限度地保护环境。太阳能光伏发电系统能够充分利用取之不尽、用之不竭的可再生太阳能资源，避免资源短缺问题的进一步恶化；其次，太阳能光伏发电本身不需要任何燃料，也不会产生二氧化碳等污染物，不会对空气等造成污染；最后，太阳能光伏发电均采用自动控制技术，不需要任何机械转动部件，也没有任何噪声，不会对民用住宅环境产生噪声污染。 三、关于太阳能光伏发电系统的工作原理介绍 1.太阳能光伏发电中太阳能电池的工作原理 太阳能光伏发电的能量转换器是太阳能电池，又称光伏电池。太阳能电池发电的原理是光生伏打效应。当太阳光（或其他光）照射到太阳能电池上时，电池吸收光能，产生光生电子-空穴对。在电池内建电场的作用下，光生电子和空穴被分离，电池两端出现异号电荷的积累，即产生“光生电压”，这就是“光生伏打效应”。 若在内建电场的两侧引出电极并接上负载，则负载就有“光生电流”流出，从而获得功率输出。这样，太阳的光能就直接变成了可以使用的电能。 太阳能电池将光能转换成电能的工作原理概括如下：之一，太阳能电池吸收一定数量的光子后，半导体内产生电子-空穴对，可称之为“光生载流子”，两者的电性相反，电子带负电，空穴带正电；第二，电性相反的光生载流子被半导体P-N结所产生的静电场分离开；第三，光生载流子电子和空穴分别被太阳能电池的正、负两极所收集，并在外电路中产生电流，从而获得电能。 2.地面太阳能光伏发电系统的主要运行方式 地面太阳能光伏发电系统的主要运行方式可以分为两大类：离网运行与联网运行。 没有和公共电网互相联接的太阳能发电系统是离网运行的太阳能光伏发电系统，也可以称之为独立太阳能光伏发电系统。这类发电系统主要用于那些远离其他公共电网的地区，例如公共电网覆盖不到的偏远农村、山区、海岛、牧区等。另外，还可以提供通信中继站、边防站、气象站等场所日常所需的电能。 那些和公共电网相互联接的发电系统是联网运行的太阳能光伏发电系统，也可称之为并网光伏发电系统。这类发电系统可以将其太阳能电池中阵列输出的直流电不断地转化成为与公共电网的电压相同的交流电，并且可以实现太阳能发电系统与公共电网的相互联接，源源不断地向公共电网输送其产生的电能。这类发电系统的应用是太阳能光伏发电系统大规模发展、商业化发展的结果，市场发展前景广阔，是未来电力工业发展的的重要方向之一，也是当今国际电能发展的主要趋势。 3.太阳能光伏发电系统的优点 太阳能光伏发电系统的主要优点在于：无资源枯竭危险，绝对干净，（无污染，除蓄电池外）不受资源分布地域的限制，可在用电处就近发电，能源质量高，使用者从感情上容易接受，获取能源花费的时间短，供电系统工作可靠。 同时该发电系统也存在诸多不足之处：阳光照射的能量的分布密度较小，能够获得的能源的量与环境、季节、天气、昼夜以及阴晴等气象条件有很大的关系，造价比较高。 以上太阳能发电的特点决定了太阳能光伏发电、供电系统在应用中的优势和局限。 四、太阳能光伏发电系统在民用住宅供电中的应用 1.可以被应用于高层住宅、多层住宅供电系统中 高层住宅是现代化科学技术发展的标志，应用太阳能发电、供电系统可谓顺理成章。高层建筑中一体化结构设计与太阳能发电相辅相成。 大多数高层建筑住宅中，太阳能发电系统的光伏方阵都被安装在住宅的屋顶或者阳台，通常其逆变控制器输出端与公共电网并联，共同向建筑物供电，这是光伏系统与建筑相结合的初级形式。 随着近年来太阳能光伏发电技术的发展，将光伏组件与建筑材料融为一体，采用特殊的材料和工艺手段，将光伏组件做成屋顶、外墙、窗户等，可以直接将其作为建筑材料使用，能够进一步降低发电成本，实现其功能的同时还能起到装饰建筑外观的作用。 2.可以应用于农村住宅的供电系统中 我国农村的主要建筑物为平房，适合安装太阳能光伏发电系统。在安装时必须考虑住户的采光、通风、心理安全距离及消防需要。2010年6月，我国首个在农村大面积建设的太阳能光伏发电并网工程在宁夏中卫市永康镇开工建设，如图1所示，该工程采用太阳能组件与建筑物相结合的安装方式。 五、太阳能光伏发电在民用住宅供电系统中的应用前景 当前，世界范围内的太阳能光伏发电市场发展起来，在近10年间，太阳能光伏发电系统的太阳能电池组件生产数量平均每年增长33%。太阳能光伏发电已经成为当今国际范围内发展最为迅速的高新技术产业之一。 世界各国都已经纷纷制订了短期太阳能光伏发电发展计划，努力实现太阳能光伏发电技术与民用住宅供电系统的一体化建设。 由于我国国内建筑总能耗占到了全国能源总能耗的28%，而我国的太阳能资源相对丰富，分布范围很广，因此，将太阳能光伏发电应用于民用住宅供电系统中，能够满足民用住宅建筑供电系统自身的用电需求，将大大改变我国民用住宅建筑高能耗的现状。 所以，太阳能光伏发电在民用住宅供电系统中的应用具有广阔的发展前景，值得大力推广与发展。 六、结束语 综上所述，太阳能光伏发电作为一种洁净、安全、可再生的绿色新型能源，随着我国建筑行业光伏组件的不断研制和开发，必将被广泛地应用于我国的民用住宅建筑供电系统当中。相信在不久的将来，在我国相关主管部门的大力推动下，太阳能光伏发电与民用住宅建筑的一体化建设将会大规模兴起，太阳能将会成为发展建筑行业所必需的能源，也必将成为我国的常规能源之一。

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目录

摘要...

1

ABSTRACT.

2

1

绪论.... 3

2太阳能光伏电源系统的原理及组成...

4

2.1太阳能电池方阵...

4

2.1.1太阳能电池的工作原理...

5

2.1.2

太阳能电池的种类及区别... 5

2.1.3太阳能电池组件...

5

2.2

充放电控制器.... 6

2.2.1充放电控制器的功能...

7

2.2.2

充放电控制器的分类... 7

2.2.3

充放电控制器的工作原理... 8

2.3蓄电池组...

9

2.3.1太阳能光伏电源系统对蓄电池组的要求.... 9

2.3.2铅酸蓄电池组的结构.... 10

2.3.3铅酸蓄电池组的工作原理...

10

2.4直流-交流逆变器.... 11

2.4.1逆变器的分类...

11

2.4.2太阳能光伏电源系统对逆变器的要求...

12

2.4.3逆变器的主要性能指标...

12

2.4.4逆变器的功率转换电路的比较...

14

3太阳能光伏电源系统的设计原理及其影响因素...

16

3.1太阳能光伏电源系统的设计原理...

17

3.1.1太阳能光伏电源系统的软件设计...

17

3.1.2太阳能光伏电源系统的硬件设计...

19

3.2太阳能光伏电源系统的影响因素...

20

4

总结... 21

致谢...

参考文献...

摘要

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上蓄电池组，充放电控制器，逆变器等部件就形成了光伏发电装置。本文首先介绍了太阳能光伏电源系统的原理及其组成，初步了解了光生伏打效应原理及其模块组成，然后进一步研究各功能模块的工作原理及其在系统中的作用，最后根据理论研究成果，利用硬件和软件相结合的 *** 设计出太阳能光伏电源系统，以及研究系统的影响因素。

关键词：光生伏特效应；太阳能电池组件；蓄电池组；充放电控制器；逆变器

Topic：

The Design of Photovoltaic Power

Abstract

Photovoltaic power generation is a technology of being

energy directly into electrical energy on semiconductor photo-voltaic effect

.The key components of this technology is the solar cell. Solar cells in series

can be formed after the package to protect a large area of solar cells, together

with the battery, charge and discharge controller, inverter and other components

to form a photovoltaic device. This paper introduces the principle of solar

photovoltaic power system and its components, a preliminary understanding of the

principle of photovoltaic effect and its modules, and then further study the

working principle of each functional module and its role in the system, the

final results of theoretical studies based the use of hardware and software

combination designed a solar photovoltaic power systems, and study the impact of

system factors.

Keywords ： photo-voltaic effect； Solar cells； batteries; charge

and discharge controller;inverter.1 绪论人类社会进入21世纪，正面临着化石燃料短缺和生态环境污染的严重局面。廉价的石油时代已经结束，逐步改变能源消费结，大力发展可再生能源，走可持续发展的道路，已逐渐成为人们的共识。太阳能光伏发电具有独特的优点，近年来正在飞速发展。太阳能电池的产量年增长率在40%以上，已成为发展最迅速的高新技术产业之一，其应用规模和领域也在不断扩大，从原来只在偏远无电地区和特殊用电场合使用，发展到城市并网系统和大型光伏电站。尽管目前太阳能光伏发电在能源结构中所占比例还微不足道，但是随着社会的发展和技术的进步，其份额将会逐步增加，可以预期，到21世纪末，太阳能发电将成为世界能源供应的主体，一个光辉的太阳能时代将到来。我国的光伏产业发展极不平衡，2007年太阳能电池的产量已经超过日本和欧洲而居世界之一，然而光伏应用市场的发展却非常缓慢，光伏累计安装量大约只占世界的1%，应用技术水平与国外相比还有相当大的差距。光伏产品与一般机电产品不同，必须很据负载的要求和当地的气象、地理条件来决定系统的配置，由于目前光伏发电成本较高，所以应进行优化设计，以达到可靠性和经济性的更佳结合，更大限度的发挥光伏电源的作用。为了提高太阳能的转换效率，获取更多的有效能源，满足人类的能源供应，世界各国在研究太阳能光伏系统中都投入了大量的人力与物力。我国对太阳能光伏电源系统的研究还处于世界低等水平，产品的性能还有待提高，为迎接未来能源短缺带来的严峻挑战，我们应该加大对太阳能光伏系统的研究，以满足人类未来对能源的需求。本文从理论出发，阐述了太阳能光伏电源的原理及其组成结构；结合科研实际，应用硬件和软件结合的 *** ，设计了简易的太阳能光伏电源模拟系统。根据这个简易系统研究分析了太阳能光伏电源的影响因素，合理优化了系统的配置，以提高系统的性能，最终提高了太阳能的转换效率。