50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第1頁。50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第1頁。類型：課程設計名稱：50kw分布式光伏電站系統設計關鍵詞：分布式發電；光伏發電；發電量；光伏組件

50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第2頁。目錄50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第2頁。引言 I1.1能源與環境問題 11.2光伏發電介紹 11.3選題意義 2第2章光伏電站介紹 32.1光伏電站 32.2光伏電站分類 32.2離網光伏電站結構 32.2.1離網光伏發電系統組成及工作原理 32.2.2離網光伏發電系統各部件功能 42.3并網光伏電站結構 42.3.1并網光伏發電系統組成及工作原理 42.3.2并網光伏發電系統分類 52.4光伏分布式電站的現狀及發展前景 5第3章50kw分布式光伏電站系統容量設計 73.150kw分布式光伏電站規劃設計方法 73.2光伏陣列總容量設計 73.3光伏組件的選型 93.3.1單晶硅太陽能電池 93.3.2多晶硅太陽能電池 93.3.3非晶硅薄膜太陽能電池 93.3.4單體電池分析 103.4單體電池輸出特性分析 113.5光伏陣列排布設計 143.6光伏組件的最佳傾角 14第4章其它光伏設備選型 164.1光伏逆變器的選型 164.2光伏控制器的選型 164.3光伏變壓器的選型 194.4光伏配電柜的選型 19第5章光伏電站經濟性分析 205.1并網光伏發電系統的總效率 2050kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第3頁。5.2光伏電站發電量的測算 2050kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第3頁。結論 21

50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第4頁。第1章前言50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第4頁。1.1能源與環境問題隨著能源的不斷開發和人們環保意識的不斷增強，能源和環境的關系越來越受到人們的關注。人們在考慮能源的效率、熱值等因素的時候，也不得不考慮對環境的影響。于是，清潔高效的能源是現代生活中所急需的，本文將就當前環境和能源現狀對能源發展與環境問題進行討論與分析。人類在征服自然的進程中，以空前的速度建立了現代的物質文明，同時也造成了對自然環境的破壞。過去人類為了生存所獲得的適應性，正日益受到環境污染的挑戰。環境質量不僅關系當代人的健康，還影響到子孫后代，必須予以關注。截至2011年年底，全球可再生能源發電排名前十位的國家分別是中國、美國、巴西、加拿大、俄羅斯、印度、德國、挪威、日本、西班牙。可再生能源在全球范圍內獲得廣泛認同和快速發展，這是不爭的事實。因此在全球氣候變暖、人類生態環境惡化、常規能源資源短缺并造成環境污染的形勢下，光伏發電在世界范圍內受到高度重視，發展迅速。1.2光伏發電介紹1.2.1光伏發電光伏是太陽能光伏發電系統的簡稱。是一種利用太陽電池半導體材料的光伏效應，將太陽光輻射能直接轉換為電能的一種新型發電系統，有獨立運行和并網運行兩種方式。太陽能發電分為光伏發電和光熱發電。1.2.2光伏發電優缺點太陽能光伏發電過程簡單，沒有機械轉動部件，不消耗燃料，不排放包括溫室氣體在內的任何物質，無噪聲、無污染；太陽能資源分布廣泛且取之不盡、用之不竭。因此，與風力發電、生物質能發電和核電等新型發電技術相比，光伏發電是一種最具可持續發展理想特征(最豐富的資源和最潔凈的發電過程)的可再生能源發電技術。光伏發電的優勢：可再生、豐富性、可持續性、環保、獲取度高、減少電費開支、應用領域廣泛、分享式光伏發電、保持靜態、國家財政支持、較低的維護成本、科技發展速度很快。光伏發電的劣勢：價格較高、間歇性發電、太陽能儲存電力非常昂貴、跟污染有關、稀有材料、需要空間。1.2.3并網光伏發電系統光熱發電是通過聚光集熱系統加熱介質，再利用傳統蒸汽發電設備發電；而光伏發50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第5頁。電具有電池組件模塊化、安裝維護方便、使用方式靈活等特點，是太陽能發電應用最多的技術。分布式光伏發電時指位于用戶附近，所發電能就地利用，以10千伏及以下電壓等級接入電網，且單個并網點總裝機容量不超過6兆瓦的光伏發電項目。它是一種新型的、具有廣闊發展前景的發電和能源綜合利用方式，它倡導“就近發電，就近并網，就近轉換，就近使用”的原則，不僅能夠有效提高同等規模光伏電站的發電量，同時還有效解決了電力在升壓及長途運輸中的損耗問題。光伏發電原理是當光照射到結區時，產生電子與空穴對，其中電子被內建電場掃向n區、空穴被內建電場掃向p區，電子在n區積累而空穴在p區積累，使pn結兩端出現由光照而產生的電動勢。50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第5頁。圖1.12011年全球新增光伏系統安裝量和累計安裝量1.3論文選題意義太陽能作為一種綠色、可再生能源，越來越廣泛地受到各國政府的關注，太陽能光伏發電技術也逐漸成為熱點研究問題。光伏電站的建設數量逐年增加，并網光伏電站的建設也在不斷增加。大力開發利用可再生能源是保證我國能源供應安全和可持續發展的必然選擇。我們的環境狀況已經警示我國所能擁有的排放空間已經十分有限了，再不加大清潔能源和可再生能源的份額，我國的經濟和社會發展就將被迫減速。大力開發太陽能、風能、生物質能等可再生能源利用技術是保證我國能源供應安全和可持續發展的必然選擇。以太陽能發電、風力發電、太陽能熱水器、大型沼氣工程為重點，加快可再生能源的開發。要使光伏發電成為戰略替代能源電力技術，必須搞大型并網光伏發電系統，而這個技術已經實踐證明是切實可行的。50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第6頁。第2章光伏電站介紹50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第6頁。2.1光伏電站光伏電站，是指一種利用太陽光能、采用特殊材料諸如晶硅板、逆變器等電子元件組成的發電體系，與電網相連并向電網輸送電力的光伏發電系統。光伏電站是目前屬于國家鼓勵力度最大的綠色電力開發能源項目。可以分為帶蓄電池的獨立發電系統和不帶蓄電池的并網發電系統。太陽能發電分為光熱發電和光伏發電。現時期進入商業化的太陽能電能，指的就是太陽能光伏發電。未與公共電網相聯接獨立供電的太陽能光伏電站稱為離網光伏電站。主要應用于遠離公共電網的無電地區和一些特殊場所，如為邊遠偏僻農村、牧區、海島、高原、沙漠的農牧漁民提供照明、看電視、聽廣播等基本的生活用電，為通信中繼站、沿海與內河航標、輸油輸氣管道陰極保護、氣象電站、公路道班以及邊防哨所等特殊處所提供電源。獨立系統由太陽電池方陣、系統控制器、蓄電池組、直流/交流逆變器等組成。與公共電網相聯接且共同承擔供電任務的太陽能光伏電站稱為并網光伏電站。它是太陽能光伏發電進入大規模商業化發電階段、成為電力工業組成部分的重要發展方向，是當今世界太陽能光伏發電技術發展的主流趨勢。并網系統由太陽能電池方陣、系統控制器、并網逆變器等組成。2.2光伏電站分類2.2.1并網型光伏電站并網型光伏發電系統就是太陽能組件將接收來的太陽輻射能量經過高頻直流轉換后變成高壓直流電，經過并網逆變器轉換成符合市電電網要求的交流電之后直接接入公共電網。并網太陽能光伏發電系統相比離網太陽能光伏發電系統省掉了蓄電池儲能和釋放的過程，減少了其中的能量消耗，節約了占地空間，還降低了配置成本。2.2.2離網型光伏電站離網型光伏發電系統是指沒有任何輔助電源光伏發電是唯一電力來源的電源系統。通過太陽能光伏方陣將太陽輻射能轉化為直流電能，再經過逆變器(直流供電無需逆變)將直流電能逆變為220V或380V交流電能，逆變輸出的交流電未并入公共電網，而是直接供交流負載使用，這樣的一個發電系統被稱為太陽能離網型發電系統，也稱離網光伏電站。2.2離網光伏電站結構2.2.1離網光伏發電系統組成及工作原理離網光伏發電系統結構如圖2.1所示，主要由光伏陣列、匯流箱、控制器、蓄電池、50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第7頁。逆變器和負載。50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第7頁。直流負載控制器匯流箱光伏陣列直流負載控制器匯流箱光伏陣列交流負載逆變器蓄電池交流負載逆變器蓄電池圖2.1離網光伏發電系統結構離網光伏發電系統的工作原理是在太陽光的照射下，太陽能電池方陣吸收太陽光將其轉化成電能，在充放電控制器的作用下將產生的直流電直接驅動直流負載工作，或者通過交流逆變器的逆變功能將直流電轉換為交流電為交流負載供電，同時將多余的電量通過控制器的智能充放電控制儲存在蓄電池組中，在夜間或陰雨天時，則由蓄電池組向負載供電。2.2.2離網光伏發電系統各部件功能（1）光伏陣列。光伏組件由很多個光伏電池片經過串并聯組成。其作用是吸收太陽光并將其轉化成電能后,在防反充電二極管的控制下為蓄電池組充電，也可以直接用于推動負載工作。（2）光伏匯流箱。為了減少太陽能光伏電池陣列與逆變器之間的連線使用到匯流箱。其作用是將一定數量、規格相同的光伏電池串聯起來，組成一個個光伏串列，然后再將若干個光伏串列并聯接入到光伏匯流箱中。（3）控制器。控制整個系統的工作狀態,還能對蓄電池起到保護作用,防止出現過充或過放電狀態,即在蓄電池達到一定的放電深度時,控制器將自動切斷負載,當蓄電池達到過充電狀態時,控制器將自動切斷充電電路。有的控制器能夠顯示獨立光伏發電系統的充放電狀態,并能貯存必要的數據,甚至還具有遙測、遙信和遙控的功能。直流或交流負載通過開關與控制器連接。（4）蓄電池。存儲太陽能電池發出的電能，并可隨時向負載供電。太陽能電池發電對所用蓄電池組的基本要求是：自放電率低、使用壽命長、深放電能力強、充電效率高、少維護或免維護、工作溫度范圍寬、價格低廉。（5）逆變器。將太陽能電池組件或者蓄電池輸出的直流電轉換成交流電供應給電網或者交流負載使用的設備。逆變器按運行方式可分為獨立運行逆變器和并網逆變器。2.3并網光伏電站結構2.3.1并網光伏發電系統組成及工作原理并網光伏發電系統結構如圖2.2所示，主要由光伏陣列，直流配電柜，變壓器，并網逆變器，交流配電柜，交流電網構成。50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第8頁。50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第8頁。圖2.2并網光伏發電系統結構分布式光伏發電的過程是：第一步是光伏組件接受太陽光照的照射完成太陽能到電能的轉換；第二步是直流升壓達到逆變所要求的電壓后，通過控制逆變器將直流電轉換為交流電；第三步是將逆變后的交流電經濾波后輸送到配電網或直接供給附近負荷使用。2.3.2并網光伏發電系統分類（1）集中式大型并網：其主要的特點是將逆變器輸出的交流電輸送到公共大電網中，通過統一的調配供用戶使用，電流的方向是單方向的，主要應用于大型光伏電站的并網，地理位置離負荷點較遠。建設這種大型并網光伏電站,投資巨大、建設期長,需要復雜的控制和配電設備,并要占用大片土地,同時其發電成本目前要比市電貴數倍,因而發展不快。（2）分散式小型并網：其主要特點是將逆變器輸出的交流電能直接供給用戶負載，如出現過剩電能或者不足電能可以通過與公共電網聯絡進行調節，與電網能量的交換是雙向的，主要適用于小規模光伏電站。2.4光伏分布式電站的現狀及發展前景從2006年開始的“金太陽”工程，到2013年全國各地針對分布式光伏電站的初裝補貼、度電補貼等，均給予分布式光伏電站大力支持，但目前看來推廣效果并不佳。2014年國內新增裝機的分布式光伏電站的比例僅為19%，其中，除去農光互補等，真正意義上屋頂分布式光伏電站僅占5.59%。這與一些發達國家分布式占比達到80%以上的水平相距甚遠。為了緩解環境污染問題，減少煤電用量，分布式光伏電站已成為國家“十三五”規劃中光伏產業重點發展的方向。而對于分布式光伏電站發展緩慢的原因，國家電網能源研究院研究員黃碧斌此前公開表示，分布式光伏項目普遍要求屋頂面積大、結構好、承重強，但這種屋頂現有存量較少。另外，分布式光伏電站的項目融資難和政策配套等問題都沒有得到完全解決。2015年中國新增光伏發電裝機約15GW，同比增長逾40%；全國光伏發電累計裝機50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第9頁。量達到約43GW，超越德國成為全球光伏累計裝機量最大的國家。另外，占較大比重的集中式光伏電站正面臨著嚴重的棄光率。50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第9頁。

50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第10頁。第3章50kw分布式光伏電站系統容量設計50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第10頁。3.150kw分布式光伏電站規劃設計方法50kw分布式光伏電站主要有太陽電池組件、配電柜、變壓器、逆變器以及交流等構成。首先,由于光伏發電需要依靠太陽能輻射,所以要盡可能的考慮當地的氣象、環境狀況。需要對幾十個參數做出綜合考慮和計算,才能最大限度發揮系統各部件的性能。50kw分布式光伏電站容量設計步驟如圖3-1所示。3.2光伏陣列總容量設計金華，地理位于浙江省中部，坐標東經119゜14′-120゜46′30”，北緯28°32′－29°41′，屬亞熱帶濕潤季風氣候，春早而暖，夏長而熱，秋爽而短，冬濕而寒，四季分明、年溫適中、熱量豐富較優、雨量豐富充沛、冬季光溫互補，、有明顯的干、濕季節。春季降水量不大,但往往降雨連續時間較長；6月初進入梅汛期，降雨明顯增加，常有連綿數日甚至數月的降雨。金華光、熱、水條件優越，時空分布不均衡。氣候水平差異較小，盆地小氣候多樣，有一定的垂直差異，年平均太陽總輻射量為5800兆焦/平方米。50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第11頁。50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第11頁。圖3.2金華市年均總輻射表3.1金華基本氣候表金華基本氣候情況（據1971-2000年資料統計）平均溫度平均最高溫度極端最高溫度平均最低溫度極端最低溫度平均降水量（毫米）降水天數1月5.29.124.32.2-9.671.513.42月6.810.927.43.7-8.991.614.53月10.714.832.47.3-1.6160．118.54月17.121.732.913.30.6168.917.15月21.826.536.418.28.7186.816.16月25.129.237.521.913.3258.516.57月29.033.840.925.318.8129.512.48月28.633.539.324.918.6109.111.99月24.128.539.620.813.1103.111.210月18.923.635.315.32.468.99.611月13.217.931.39.4-2.755.98.212月7.412.323.83.8-5.847.98.6通過以上數據分析，水平面平均年輻照量為1602.70kW/m2（5844.56MJ·m-2），屬于太陽能資源比較豐富地區，比較適合建設中型光伏電站。根據當地的光能資源以及初步開發規劃，本項目建設規模為50kW，初步推薦安裝50套單機容量為1kW太陽能光伏方陣（電池組件及并網逆變器）。50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第12頁。3.3光伏組件的選型50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第12頁。商用的太陽能電池主要有以下幾種類型：單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池、非晶硅太陽能電池、碲化鎘電池、銅銦鎵硒電池等。上述各類型電池主要性能參數。具體參數如下表:表3.2光伏電池對比表種類轉換效率/%原材料生產成本優點單晶硅13-20%單晶硅高最廣泛獲取的原料，最成熟多晶硅10-18%多晶硅較高制造簡便，市場使用量最大非晶硅8-12%非晶硅較便宜對于弱光下性能控制好，價格相對便宜3.3.1單晶硅太陽能電池單晶硅太陽能電池是最早發展起來的，技術也最為成熟，主要用單晶硅片來制造。單晶硅材料的晶體完整，光學、電學和力學性能均勻一致，純度較高，載流子遷移率高，串聯電阻小，與其它太陽能電池相比，性能穩定，光電轉換效率高，其商業化的電池效率為16%～18%。單晶硅太陽能電池曾長期占領最大的市場份額，只是在1998年后才退居多晶硅電池之后，位于第二位，但其現在仍在大規模應用和工業生產中占據主導地位。今后，單晶太陽能電池將繼續向超薄、高效發展。受到材料價格及相應復雜的電池工藝影響，單晶硅成本居高不下，與此同時在加工過程中還伴隨著高耗能、高污染的不利影響。3.3.2多晶硅太陽能電池隨著鑄造多晶硅技術的發展和成本優勢，多晶硅太陽能電池逐漸搶占了市場份額。從多晶硅電池表面很容易辨認，多晶硅片是由大量不同大小、不同取向的晶粒構成，在這些結晶區域（晶粒）里的光電轉換機制完全等同于單晶硅電池。由于硅片由多個不同大小、不同取向的晶粒組成，而在晶粒界面（晶界）光電轉換容易受到干擾，因而多晶硅電池的轉換效率相對單晶硅略低，其商業化的電池效率為14%～17%。同時多晶硅的光學、電學和力學性能的一致性也不如單晶硅。隨著技術的發展，多晶硅電池的轉換效率也逐漸提高，尤其做成組件后，和單晶硅組件的效率已相差無幾。3.3.3非晶硅薄膜太陽能電池自1976年第一個非晶硅薄膜太陽能電池被研制出，1980年非晶硅太陽能電池實現商品化，直到今天，非晶硅太陽能電池以其工藝簡單，成本低廉，便于大規模生產的優勢，取得了長足的進展，被稱為第二代太陽能電池。非晶硅薄膜太陽能電池具有弱光性好，受溫度影響小等優點，但非晶硅太陽能電池轉換效率相對較低，商業化的電池效率也只有6%左右，而且非晶硅薄膜太陽能電池在長時間的光照下會出現衰減現象（S-W效50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第13頁。應），組件的穩定性和可靠性相對晶體硅組件較差。50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第13頁。通過綜合比較，本光伏電站中擬選用多晶硅光伏組件。本課題選用由寧波瑪德能源所生產的sunpower太陽能250W電池板。該電池板詳細參數：表3.3光伏電池板參數品牌瑪德能源型號MD-PSP-250W最大功率250W工作電流6.94A工作電壓36V3.3.4單體電池分析（1）短路電流ISC短路電流(Is)：當將太陽能電池的正負極短路、使U=O時，此時的電流就是電池片的短路電流，短路電流的單位是安培(A)，短路電流隨著光強的變化而變化。（2）開路電壓Uoc當將太陽能電池的正負極不接負載、使1=O時，此時太陽能電池正負極間的電壓就是開路電壓，開路電壓的單位是伏特(V)。單片太陽能電池的開路電壓不隨電池片面積的增減而變化，一般為0.5～0.7V。（3）峰值電流Im峰值電流也叫最大工作電流或最佳工作電流。峰值電流是指太陽能電池片輸出最大功率時的工作電流，峰值電流的單位是安培(A)。（4）峰值電壓Um峰值電壓也叫最大工作電壓或最佳工作電壓。峰值電壓是指太陽能電池片輸出最大功率時的工作電壓，峰值電壓的單位是V。峰值電壓不隨電池片面積的增減而變化，一般為0.45～0.5V，典型值為0.48V。（5）峰值功率Pm峰值功率也叫最大輸出功率或最佳輸出功率。峰值功率是指太陽能電池片正常工作或測試條件下的最大輸出功率，也就是峰值電流與峰值電壓的乘積：Pm=Im×Um。峰值功率的單位是W（瓦）。太陽能電池的峰值功率取決于太陽輻照度、太陽光譜分布和電池片的工作溫度，因此太陽能電池的測量要在標準條件下進行，測量標準為歐洲委員會的101號標準，其條件是：輻照度lkW/m2、光譜AMl.5、測試溫度25℃。（6）填充因子FF填充因子也叫曲線因子，是指太陽能電池的最大輸出功率與開路電壓和短路電流乘積的比值。填充因子是評價太陽能電池輸出特性。注：上述參數的測量條件都為標準光照下所獲得。50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第14頁。3.4單體電池輸出特性分析50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第14頁。（1）太陽能電池無光照情況下的電流電壓關系（暗特性）太陽能電池是依據光生伏特效應把太陽能或者光能轉化為電能的半導體器件。如果沒有光照，太陽能電池等價于一個pn結。通常把無光照情況下太陽能電池的電流電壓特性叫做暗特性。近似地，可以把無光照情況下的太陽能電池等價于一個理想pn結。其電流電壓關系為肖克萊方程：（公式3-1）其中為反向飽和電流。A、D、n、p和L分別為結面積、擴散系數、平衡電子濃度、平衡空穴濃度和擴散長度。根據肖克萊方程不難發現正向、反向電壓下，暗條件下太陽能電池IV曲線不對稱，這就是pn結的單向導通性或者說整流特性。對于確定的太陽能電池，其摻雜雜質種類、摻雜計量、器件結構都是確定的，對電流電壓特性具有影響的因素是溫度。溫度對半導體器件的影響是這類器件的通性。根據半導體物理原理，溫度對擴散系數、擴散長度、載流子濃度都有影響，綜合考慮，反向飽和電流為：（公式3-2）由此可見隨著溫度升高，反向飽和電流隨著指數因子迅速增大。且帶隙越寬的半導體材料，這種變化越劇烈。半導體材料禁帶寬度是溫度的函數，其中為絕對零度時候的帶隙寬度。設有，Vg0是絕對零度時導帶底和價帶頂的電勢差。由此可以得到含有溫度參數的正向電流電壓關系為：（公式3-3）顯然正向電流在確定外加電壓下也是隨著溫度升高而增大的。（2）太陽能電池光照情況下的電流電壓關系（亮特性）光生少子在內建電場驅動下定向的運動在PN結內部產生了n區指向P區的光生電流IL，光生電動勢等價于加載在pn結上的正向電壓V，它使得PN結勢壘高度降低qVD－50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第15頁。qV。開路情況下光生電流與正向電流相等時，pn結處于穩態，兩端具有穩定的電勢差VOC，這就是太陽能電池的開路電壓Voc。如圖3.2所示，在閉路情況下，光照作用下會有電流流過pn結，顯然pn結相當于一個電源。50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第15頁。圖3.2太陽能電池等效電路圖Iph為太陽電池內部的光生電流，與光伏電池輻照強度、受光面積成正比。ID為光伏電池內部暗電流，其反映太陽電池自身流過PN結的單向電流；IL為太陽電池輸出流過負載的電流；ISH為PN結的漏電流；RSH為光伏電池內部的等效旁路電阻，其值較大，一般可達幾千歐姆；RS為光伏電池內部等效串聯電阻，其值一般較小，小于1歐姆；UL為負載兩端電壓。光電流IL在負載上產生電壓降，這個電壓降可以使pn結正偏。如圖3-4所示，正偏電壓產生正偏電流IF。從圖3.2可知，其中流過負載的電流：（1）（2）（3）（4）其中Isc為太陽電池內部的短路電流，如果忽略等效電路輸出短路時流過二極管反向漏電流，Iph=Isc。從前可知，Rsh阻值較大Rs的電阻較小，所以上式可以變換為：（5）所以光伏電池輸出功率可表示為：(6)50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第16頁。為光伏電池內部等效二極管的P-N結反向飽和電流，近似常數，不受光照度影響；為電子電荷，q=1.6×10-19C；為波爾茲曼常數，K=1.38×10-23J/K，A為光伏電池內部P-N結的曲線常數。50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第16頁。開路電壓Voc和閉路電路Isc是光電池的兩個重要參數。實驗上這兩個參數通過確定穩定光照下太陽能電池IV特性曲線與電流、電壓軸的截距得到。不難理解，隨著光照強度增大，確定太陽能電池的閉路電流和開路電壓都會增大。但是隨光強變化的規律不同，閉路電路Isc正比于入射光強度，開路電壓Voc隨著入射光強度對數式增大。從半導體物理基本理論不難得到這個結論。此外，從太陽能電池的工作原理考慮，開路電壓Voc不會隨著入射光強度增大而無限增大的，它的最大值是使得pn結勢壘為零時的電壓值。換句話說太陽能電池的最大光生電壓為pn結的勢壘高度VD，是一個與材料帶隙、摻雜水平等有關的值。實際情況下最大開路電壓值與材料的帶隙寬度相當。（3）太陽能電池的效率太陽能電池從本質上說一個能量轉化器件，它把光能轉化為電能。因此討論太陽能電池的效率是必要和重要的。根據熱力學原理，我們知道任何的能量轉化過程都存在效率問題，實際發生的能量轉化過程效率不可能是100％。就太陽能電池而言，我們需要知道轉化效率和哪些因素有關，如何提高太陽能電池的效率，最終我們期望太陽光電池具有足夠高的效率。太陽能電池的轉換效率定義為輸出電能Pm和入射光能Pin的比值：（公式3-8）其中在I－V關系中構成一個矩形，叫做最大功率矩形。如圖4光特性I－V曲線與電流、電壓軸交點分別是閉路電流和開路電壓。最大功率矩形取值點pm的物理含義是太陽能電池最大輸出功率點，數學上是I－V曲線上坐標相乘的最大值點。閉路電流和開路電壓也自然構成一個矩形，面積為IscVoc，定義為占空系數，圖形中它是兩個矩形面積的比值。占空系數反映了太陽能電池可實現功率的度量，通常的占空系數在0.7～0.8之間。太陽能電池本質上是一個pn結，因而具有一個確定的禁帶寬度。從原理我們得知只有能量大于禁帶寬度的入射光子才有可能激發光生載流子并繼而發生光電轉化。因此，入射到太陽能電池的太陽光只有光子能量高于禁帶寬度的部分才會實現能量的轉化。Si50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第17頁。太陽能電池的最大效率大致是28％左右。對太陽能電池效率有影響的還有其它很多因素，如大氣對太陽光的吸收、表面保護涂層的吸收、反射、串聯電阻熱損失等等。綜合考慮起來，太陽能電池的能量轉換效率大致在10％～15％之間。50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第17頁。為了提高單位面積的太陽能電池電輸出功率，可以采用通過光學透鏡集中太陽光。太陽光強度可以提高幾百倍，閉路電流線性增大，開路電流指數式增大。不過具體的理論分析發現，太陽能電池的效率隨著光照強度增大是不是急劇增大的，而是有輕微增大。但是考慮到透鏡價格相對于太陽能電池低廉，因此透鏡集中也是一個有優勢的技術選擇。圖3.3電壓電流曲線3.5光伏陣列排布設計將一個或幾個光伏組件串聯支路固定在一個支架單元上稱為光伏陣列單元。一個陣列單元中光伏組件的排列方式有多種，主要的排列方式分為如下兩種，分別為:(1)先將20塊組件分成1排20列，每塊橫向放置，再4排20列組件橫向疊加放置(方案一)。(2)先將20塊組件分成1排20列，每塊縱向放置，再將2排20列組件縱向疊加放置(方案二)。但是為了接線簡單方便，電纜用量少，施工復雜程度低，綜合比較后，確定光伏組件的最佳安裝方式為方案二，2排20列縱向放置。3.6光伏組件的最佳傾角光伏陣列的安裝傾角對光伏發電系統的效率影響較大，對于固定式安裝的光伏陣列最佳傾角即光伏系統全年發電量最大時的傾角。方陣安裝傾角的最佳選擇取決于諸多因素，如地理位置、全年太陽輻射分布、直接輻射與散射輻射比例、負載供電要求和特定的場地條件等。并網光伏發電系統方陣的最佳安裝傾角可采用專業系統設計軟件進行優化設計來確定，它應是系統全年發電量最大時的傾角。50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第18頁。為了使太陽能電池獲得最大的發電量，需要考慮設計太陽能電池方陣的最佳傾斜角。傾角的不同造成各個月份方陣面接受的太陽輻射量差別很大。在家用系統中,鑒于系統造價、用戶使用條件和可能發電增益的考慮,最佳傾角可以根據當地緯度有下列關系粗略確定如表3.4所示。50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第18頁。表3.4光伏電池方陣傾斜角度緯度太陽能電池方陣傾角0～25°等于緯度26～40°+5～10°41～55°+10～15°>55°+15～20°該地區2月份可以獲取最大太陽資源其日峰值日照時數為2.58h，同時年平均日峰值日照時數也獲取較大達到2.88h。故傾斜角設置為30度

50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第19頁。第4章其它光伏設備選型50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第19頁。4.1光伏逆變器的選型逆變器是太陽能光伏發電系統最關鍵的電氣設備之一，逆變器的好壞直接關系到系統效率的高低。逆變器的逆變效率隨著負載變化而變化，逆變器最大逆變效率對系統不具有決定意義。負載長時間工作點對應的逆變器效率，才具有實際意義。逆變器的種類多種多樣，按照分類的方法的不同，可分為不同種類的逆變器。按輸出的電壓波形分類，則為方波逆變器、修正波逆變器、正弦波逆變器。其中正弦波逆變器的優點是性能最好，輸出波形最好，干擾、噪聲方面相對最低，功能完整，帶保護一、光伏控制器功能。本課題選用由山東棗莊尚宇電子科技的太陽能逆變器。詳細參數如表4.1所示表4.1太陽能逆變器參數額定功率1000W最大交流輸出電流5.45A電網電壓范圍176-264V最大直流輸入電流6.6A工作溫度范圍-10℃-+50℃輸入電壓180-360VDC保護欠壓、低壓、過壓、過載保護、輸出短路保護、過溫保護最大工作效率97.00%4.2光伏控制器的選型為了更高效率的利用太陽能，使太陽能電池和蓄電池高效、安全、可靠的工作，提高蓄電池使用效率，延長光伏發電系統的運行時間等一系列問題，從而引入光伏系統控制器。光伏控制器可實現蓄電池充放電控制、系統保護、系統狀態顯示、系統數據存儲、故障報警、溫度補償、遠程通信控制、防逆流等功能。光伏控制器應具有以下功能：（1）防止蓄電池過充電和過放電，延長蓄電池壽命；（2）防止太陽能電池板或電池方陣、蓄電池極性接反；（3）防止負載、控制器、逆變器和其他設備內部短路；（4）具有防雷擊引起的擊穿保護；（5）具有溫度補償的功能（6）顯示光伏發電系統的各種工作狀態，包括：蓄電池（組）電壓、負載狀態、電池方陣工作狀態、輔助電源狀態、環境溫度狀態、故障報警等。（7）耐沖擊電壓和沖擊電流保護。在控制器的太陽能電池輸入端施加1.25倍的標稱電壓持續一小時，控制器不應該損壞。將控制器充電回路電流達到標稱電流的1.25倍并持續一小時，控制器也不應該損壞。50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第20頁。光伏控制器按照功率大小，可以分為小功率、中功率、大功率控制器，其性能特點如下：50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第20頁。一、小功率光伏控制器(1)目前大部分小功率控制器都采用低損耗、長壽命的MOSFET場效應管等電子開關元件作為控制器的主要開關器件。(2)運用脈沖寬度調制(PWM)控制技術對蓄電池進行快速充電和浮充充電，使太陽能發電能量得以充分利用。(3)具有單路、雙路負載輸出和多種工作模式。其主要工作模式有：普通開／關工作模式（即不受光控和時控的工作模式）、光控開／光控關工作模式、光控開／時控關工作模式。雙路負載控制器控制關閉的時間長短可分別設置。(4)具有多種保護功能，包括蓄電池和太陽能電池接反、蓄電池開路、蓄電池過充電和過放電、負載過壓、夜間防反充電、控制器溫度過高等多種保護。(5)用LED指示燈對工作狀態、充電狀況、蓄電池電量等進行顯示，并通過LED指示燈顏色的變化顯示系統工作狀況和蓄電池的剩余電量等的變化。(6)具有溫度補償功能。其作用是在不同的工作環境溫度下，能夠對蓄電池設置更為合理的充電電壓，防止過充電和欠充電狀態而造成電池充放電容量過早下降甚至過早報廢。二、中功率光伏控制器一般把額定負載電流大于15A的控制器劃分為中功率控制器。其主要性能特點：(1)采用LCD液晶屏顯示工作狀態和充放電等各種重要信息：如電池電壓、充電電流和放電電流、工作模式、系統參數、系統狀態等。(2)具有自動／手動／夜間功能：可編制程序設定負載的控制方式為自動或乎動方式。手動方式時，負載可手動開啟或關閉。當選擇夜間功能時，控制器在白天關閉負載；檢測到夜晚時，延遲一段時間后自動開啟負載，定時時間到，又自動地關閉負載，延遲時間和定時時間可編程設定。(3)具有蓄電池過充電、過放電、輸出過載、過壓、溫度過高等多種保護功能。(4)具有浮充電壓的溫度補償功能。(5)具有快速充電功能：當電池電壓低于一定值時，快速充電功能自動開始，控制器將提高電池的充電電壓，當電池電壓達到理想值時，開始快速充電倒計時程序，定時時間到后，退出快速充電狀態，以達到充分利用太陽能的目的。(6)中功率光伏控制器同樣具有普通充放電工作模式（即不受光控和時控的工作模式）、光控開/光控關工作模式、光控開／時控關工作模式等。三、大功率光伏控制器大功率光伏控制器采用微電腦芯片控制系統，具有下列性能特點。50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第21頁。(l)具有LCD液晶點陣模塊顯示，可根據不同的場合通過編程任意設定、調整充放電參數及溫度補償系數，具有中文操作菜單，方便用戶調整。50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第21頁。(2)可適應不同場合的特殊要求，可避免各路充電開關同時開啟和關斷時引起的振蕩。(3)可通過LED指示燈顯示各路光伏充電狀況和負載通斷狀況。(4)有1～18路太陽能電泄輸入控制電路，控制電路與主電路完全隔離，具有極高的抗干擾能力。(5)具有電量累計功能，可實時顯示蓄電池電壓、負載電流、充電電流、光伏電流、蓄電池溫度、累計光伏發電量（單位：安時或瓦時）、累計負載用電量（單位：瓦時）等參數。(6)具有歷史數據統計顯示功能，如過充電次數、過放電次數、過載次數、短路次數等。(7)用戶可分別設置蓄電池過充電保護和過放電保護時負載的通斷狀態。(8)各路充電電壓檢測具有“回差”控制功能，可防止開關器件進入振蕩狀態。(9)具有蓄電池過充電、過放電、輸出過載、短路、浪涌、太陽能電池接反或短路、蓄電池接反、夜間防反充等一系列報警和保護功能。(10)可根據系統要求提供發電機或備用電源啟動電路所需的無源干節點。(11)配接有RS232/485接口，便于遠程遙信、遙控；PC監控軟件可測實時數據、報警信息顯示、修改控制參數，讀取30天的每天蓄電池最高電壓、蓄電池最低電壓、每天光伏發電量累計和每天負載用電量累計等歷史數據。(12)參數設置具有密碼保護功能且用戶可修改密碼。(13)具有過壓、欠壓、過載、短路等保護報警功能。具有多路無源輸出的報警或控制接點，包括蓄電池過充電、蓄電池過放電、其他發電設備啟動控制、負載斷開、控制器故障、水淹報警等。(14)工作模式可分為普通充放電工作模式（階梯型逐級限流模式）和一點式充放電模式(PWM工作模式)選擇設定。其中一點式充放電模式分4個充電階段，控制更精確，更好地保護蓄電池不被過充電，對太陽能予以充分利用。(15)具有不掉電實時時鐘功能，酉顯示和設置時鐘。(16)具有雷電防護功能和溫度補償功能。本課題選用由江蘇乃爾技術有限公司的發電機控制器。該控制器詳細參數如表4.2所示。表4.2太陽能控制器參數規格20kw太陽能保險25A恒壓電壓>600Vdc直流輸出80A50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第22頁。欠壓50kw分布式光伏電站系統設計(課程匯報)全文共24頁，當前為第22頁。<200Vdc工作溫度-30℃-60℃功能整流，充