本科生毕业设计说明书（毕业论文）
题目：30KW光伏并网发电系统研究
（并网逆变器部分）
30KW光伏并网发电系统研究（并网逆变器部分）
摘要
光伏并网发电技术是当今世界光伏发电的趋势，发展光伏并网发电技术对于缓解常规能源的短缺和减少环境污染具有重要作用。因此，中小容量的光伏建筑一体化式的光伏并网系统由于其投资少、效率高、可靠性高等特点，已越来越受关注和重视。光伏阵列设计和并网逆变器控制是整个光伏并网发电系统的关键。本文对其进行了较为深入的研究，具有重要的现实意义。
首先，本文介绍了光伏并网发电系统在国内外的现状和发展以及有关太阳能光伏技术与建筑一体化的发展前景，并简单介绍了光伏发电并网系统的结构和组成部分。
其次，本文论述了光伏电池的工作原理及工作特性，对几种最大功率点跟踪(MPPT)控制算法进行了分析和比较。基于30KW的光伏并网发电系统，对光伏阵列进行具体设计，得出所需的光伏电池组件数量及建筑面积。
随后，重点讲述了并网逆变器的原理、作用和选型，确定出本文所设计系统逆变器的具体参数。利用MA TLAB/SIMULINK对整个系统进行仿真和分析。
最后，选用DSP中的芯片TMS320LF2407A对光伏并网发电系统进行软件设计，详细介绍了SPWM的调制技术和软件锁相环技术，并编译了系统部分控制功能程序。
关键词：光伏发电系统；最大功率点跟踪(MPPT)；并网逆变器；MA TLAB仿真；DSP
Research on 30 KW Grid-Connected Photovoltaic System
(Inverter Part)
Abstract
Grid-connected photovoltaic system is the trend of PV power technology in today's world. The development of photovoltaic power generation technology for the mitigation of the shortage of conventional energy sources and reducing environmental pollution has an important role. As its low investment, high efficiency, high reliability, the Medium-capacity photovoltaic BIPV grid-based system is focused increasingly. The design of PV arrays and control of the inverter is the key throughout the grid-connected PV systems. This article tries to have a more in-depth study, so it has important practical significance.
Firstly, this article describes the PV power system status and development at domestic and foreign as well as the Solar BIPV development prospects. And it also briefly describes the structure and components of PV Grid System.
Secondly, this article discusses the working principle and characteristics of PV cells. Several MPPT control algorithm is analyzed and compared. Based on 30 KW grid-connected photovoltaic systems, this article has a concrete design for the PV arrays. And it gets the number of PV cells and construction area.
Then, this article mainly describes the principle, role and selection of the inverter. And the parameter of the inverter is specific determined. At the same time, this article uses MATLAB/ SIMULINK to simulate and analyze the whole system.
Finally, TMS320LF2407A is used on software design in grid-connected PV system. This section details the modulation of SPWM and SPLL technology. And some programs of Control System is compiled.
Key words:Grid-connected PV system; maximum power point tracking (MPPT); inverter; MATLAB Simulation；DSP
目录
摘要 ......................................................................................................................................... I Abstract ...................................................................................................................................... II 目录 ...................................................................................................................................... I V 第一章绪论 . (1)
1.1 光伏并网发电技术的研究背景 (1)
1.2 太阳能光伏技术与建筑一体化概述 (5)
1.3 光伏并网发电系统简介 (6)
第二章光伏电池特性和最大功率跟踪控制 (8)
2.1 光伏电池的基本原理及工作特性 (8)
2.1.1 光伏电池的基本原理及分类 (8)
2.1.2 影响光伏电池效率的因素............................................. 错误！未定义书签。
2.1.3 光伏电池的等效电路及输出特性................................. 错误！未定义书签。
2.2 最大功率点跟踪控制 ............................................................... 错误！未定义书签。第三章30KW并网系统中光伏阵列的具体设计.. (10)
3.1 光伏阵列设计的基本原理及计算公式 (11)
3.1.1 光伏阵列设计的基本原理[9] (11)
3.1.2 光伏阵列尺寸的计算公式 (12)
3.2 本系统的光伏阵列的具体设计................................................ 错误！未定义书签。第四章系统的主电路设计及工作原理 (13)
4.1 并网逆变器的工作原理 (13)
4.1.1 前级DC-DC升压电路工作原理[10] (14)
4.1.2 后级DC-AC逆变电路工作原理 (16)
4.2 光伏并网逆变器的选择 (16)
4.3 并网逆变器的控制技术 ........................................................... 错误！未定义书签。
4.4 系统主电路的总体方案 ........................................................... 错误！未定义书签。
4.4.1 系统主电路的具体设计................................................. 错误！未定义书签。
4.4.2 基于30KW系统的并网逆变器的参数确定................ 错误！未定义书签。第五章整个光伏并网发电系统的仿真部分. (20)
5.1 光伏电池的MA TLAB仿真和分析 (20)
5.2 最大功率点跟踪控制的仿真 (23)
5.3 并网逆变器的仿真及分析 ....................................................... 错误！未定义书签。
5.4 系统的整体仿真 ....................................................................... 错误！未定义书签。第六章基于DSP的光伏并网发电系统软件设计 (25)
6.1 TMS320LF2407A芯片功能介绍 (25)
6.2 系统软件的总体设计 (26)
6.2.1 系统软件总体实现功能 (26)
6.2.2 SPWM的实现 (28)
6.2.3 基于DSP的锁相控制技术 (29)
6.3 系统部分控制功能的实现程序 (31)
参考文献 (32)
附录A 整个系统仿真程序图 (34)
附录B 系统部分控制程序 (35)
致谢 (36)
第一章绪论
1.1 光伏并网发电技术的研究背景
随着全球经济的迅速发展和人口的不断增加，以及石油、天然气和煤炭等化石能源的逐步消耗。能源危机已成为世界各国共同面临的课题。与此同时，化石能源造成的环境污染和生态失衡等一系列问题，也成为制约社会经济发展的瓶颈。新能源应用正成为全球的热点。太阳能资源作为最丰富的可再生能源之一，它分布广泛，且不污染环境，因而是理想的替代能源。光伏并网发电是太阳能利用的一种形式。它可将光伏电池组件转换的直流电经逆变器逆变后向电网输送能量。可在一定程度上能缓解能源紧张的问题。目前，我国的光伏发电产业还处于起步阶段，还有很多问题需要解决。我国政府也高度重视光伏并网发电，并逐步推广“屋顶计划”。太阳能光伏并网发电正在由补充能源向替代能源方向迈进。因此，太阳能发电对今后能源发展有着特别重要的意义。
能源是人类社会生存和发展的动力源泉。随着社会经济的发展和人类生活水平的提高，世界范围内对能源的需求日益增长，目前世界能源的利用仍以煤炭、石油、天然气和水与核能等一次能源为主，然而这些有限的能源储量正在日趋枯竭。太阳能以其清洁、无污染，并且取之不尽、用之不竭等优点越来越得到人们的关注。
光伏发电在众多的可再生能源利用中独树一帜是因为它具有以下优点[1]：
⑴资源可再生。太阳能资源取之不尽用之不绝，每年地球表面所接受的太阳能约为
1.07×1014GWh/年，是全球能量年需求的35000倍，可以说是一种无限的资源。
⑵环保清洁。光伏发电本身不产生任何废弃物，没有污染、噪声等公害，是理想的清洁能源。
⑶资源分布广泛。不似水电受水力资源限制，火电受到煤炭资源及运输成本等影响，光伏发电不受地域的限制，在地球上绝大部分地方都可以方便地得到太阳能，所以理论上讲在任何可以得到太阳能的地方都可以安装光伏发电系统。
⑷建造灵活方便。光伏发电系统可以按照需要将光伏组件灵活地并、串联，达到所需功率，形成光伏阵列。
⑸可共地域。现行电站一般都建在较偏地区，电能要通过长距离输变电后再进入用电地区。但光伏发电和用电可以在同一地域，这样可大幅度节省远程输变电设备的投资费用。
⑹光伏建筑集成。光伏产品与建筑材料集成在一起是目前国际上研究发展的前沿，这种产品不光美观大方，还节省发电站使用的土地面积和费用。
最近几十年，太阳能的光伏利用得到了迅猛的发展。90年代以来，发达国家重新掀起了发展光伏并网系统的高潮，特别是发展“屋顶光伏并网系统”。屋顶光伏并网系统不单独占地，将太阳电池安装在现成的屋顶上，非常适应太阳能能量密度较低的特点，而且其灵活性和经济性都优于大型并网光伏电站，有利于普及，有利于战备和能源安全，受到了各国的普遍重视。并网发电是光伏利用的发展趋势，是太阳能发电规模化发展的必然方向。
一、光伏并网发电在国外的现状和发展
光伏并网发电系统是光伏发电技术步入大规模发电阶段、成为电力工业组成部分的重大技术步骤，是当今世界光伏发电技术发展的大趋势。其可分为直接并入电网的集中式并网系统和与建筑相结合的屋顶并网系统。
太阳能光伏发电产业是20世纪80年代以来世界上增长最快的高新技术产业之一。目前国际上对太阳能资源已经十分重视。20世纪70年代以来，鉴于常规能源供给的有限性和环保压力，世界上许多国家掀起了开发利用太阳能和可再生能源的热潮。
西方一些发达国家纷纷出台有关政策、法规来扶持光伏并网产业。1990年德国率先提出并实施“一千屋顶计划”，在居民住宅屋顶上安装太阳能并网发电系统。由于采取了一些优惠政策，项目结束时共安装1-5KW的屋顶太阳能并网发电系统2056套。1999年1月进一步提出了“十万屋顶计划”，到2000年安装太阳能发电系统容量超过40MW。现在德国的太阳能发电市场已从探索阶段发展成为繁荣的专业市场。日本从20世纪70年代开始连续制订和实施了几个太阳能发电发展5年计划，到1996年底己安装2700套并网户用太阳能发电系统，每套容量平均为3MW。同时，日本政府又提出“30年计划”，预计到2030年光伏发电总容量达100GW。目前日本的光伏组件产量己超过美国居世界第一位。意大利1998年实施“全国太阳能屋顶计划”，总容量为50MW。在这类系统中，规模最大的是1997年6月美国总统克林顿在联合国环境发展会议上宣布的“百万太阳能屋顶计划”，到2010年将安装101.4万套光电系统，总安装容量高达3025MW。欧盟在1997年11月发表了名为《能源的未来：再生能源》的欧盟战略与行动白皮书提出，到2010年在欧盟范围内要安装100万套太阳能发电系统，其中50万套为屋顶太阳能并网发电系统，需要光伏组件1000MW，另外50万套是为乡村供电的独立太阳能发电系统。这就需要将目前30MW的光伏组件的年产量扩大100倍(3GW)。按美国国家可再生能源实验室的估计，到2010年太阳能发电电价将可与常见能源电价相当。多数人认为到下世纪中叶，太阳能发电量将占世界总发电量的15-20％，必将超过核电成为人类的基本能源之一[2]。
目前，光伏发电主要集中在日本、欧盟和美国，其光伏发电量约占世界光伏发电量的80%。今后光伏发电系统主要围绕高效率、低成本、长寿命等方向发展。专家们预测到2050年，光伏发电在发电总量中将占13%-15%，到2100年将约占64%。
总之，从能源利用的国际发展趋势来看，光伏发电最终将以替代常规能源的角色进入电力市场，而并网发电将是光伏发电进入电力市场的必由之路。
二、光伏并网发电在国内的现状和发展
我国正处在经济转轨和蓬勃发展时期，但能源问题严峻，由于城市中大量使用化石能源，环境持续恶化。2000年世界卫生组织公布的世界上污染最严重的十大城市中，中国占了8个。另一方面，我国具有丰富的太阳能资源，日照时数大于2000h、太阳能总辐射量高于5016MJ/(m2a)的地方约占全国总面积的三分之二以上，尤其是西部地区有很大的潜力。在这些地方发展并网发电计划，对于缓解当地的能源贫乏情况，提高当地人们生活水平有着极其重要的意义。
我国在20世纪50年代开始研究太阳能电池，于1971年首次成功应用于我国发射的东方红二号卫星。我国光伏产业发展经历了2个重要时期，第一个是在20世纪80年代中期，引进4条总计5MW的光伏电池生产线，光伏产业初步形成。第二个发展时期是在新世纪初，国家发改委在2002年启动了“送电到乡工程”，该工程光伏系统容量为20MW，极大的拉动了我国光伏市场的需求。尽管我国研制太阳能电池始于1958年，中国的光伏技术经过了50年的努力，己经具有一定的水平和基础，但是与世界先进国家相比仍有不小的差距。
近几年来，我国的光伏发电技术已经具有了一定的市场潜力和市场吸引力，但光伏并网发电的关键技术和设备主要依靠进口，光伏并网发电的技术更是刚刚起步，因此导致并网型光伏系统的造价高，依赖性强，制约了并网型光伏发电系统在国内的发展和推广。因此，掌握并网型光伏系统的核心——并网逆变技术对发展并网型光伏发电系统具有至关重要的作用。
国内光伏系统主要采用单位功率因数并网，不具备电能质量控制功能。因此，研究具有电能质量调节功能的光伏并网系统有重要意义，其研究主要放在并网逆变器的控制方法上，相同的拓扑电路，采用不同的控制方法能够产生不同的控制效果。对逆变器建立模型并进行分析，采用先进的控制策略对于光伏并网系统的性能是必不可少的。同时采用先进的控制算法是提高逆变器效率的方法之一。
1.2 太阳能光伏技术与建筑一体化概述
太阳能光伏发电系统可以有效地利用建筑物屋顶、幕墙和其他建筑构建，作为建筑电源系统或多能互补的建筑能源系统。太阳能光伏建筑一体化提出了一个21世纪“建筑物产生能源的新概念，即通过在建筑物的外围护结构表面上布设光伏阵列产生电力，为建筑物能源系统供电，实现建筑物与光伏发电的集成化，它将成为未来建筑一体化应用技术的热点和方向。
太阳能光伏与建筑的结合形式分为两种：一种是附着于建筑外，一种是包含于建筑内。第一种形式其大部分都是将太阳能光伏组件通过支架固定在屋顶结构上，这样既有利于降低屋顶的温升还减少屋顶的热量累积，并不与建筑物融为一体，而是附着在建筑物上独立发电，只有控制系统与建筑楼宇控制统一控制。第二种形式是光伏发电系统与建筑物完美的结合起来。例如，光伏建筑一体化屋顶设计—太阳能瓦，将单晶硅、多晶硅光伏电池单体封装到瓦状的光伏电池板中，与屋顶瓦板结合形成一体，并直接铺在屋面上，不需要在屋顶上安装支架。太阳能瓦的形状、尺寸、铺装时的构造方法都可加工成与平板式的大片屋面瓦一致。太阳能瓦的应用范围很广，可广泛用于无采光要求的屋面及墙面，其造价相对较低而发电效率较高。
从建筑、技术和经济角度来看，光伏建筑一体化有以下诸多优点[3]：
⑴光伏组件可以有效的利用围护结构表面，如屋顶或墙面：无需额外用地或增建其他设施，适用于人口密集的地方使用，这对于土地昂贵的城市尤其重要。
⑵可原地发电、原地用电，在一定距离范围内可以节省电站送电网的投资。在那些架起公共电网非常昂贵的地方，太阳能光伏发电是一个具有很高性价比的替代物。
⑶夏季，处于日照时，由于大量制冷设备的使用，形成电网用电高峰。BIPV并网系统除保证自身建筑用电外，还可以向电网供电，从而舒缓高峰电力需求，解决电网峰谷供需矛盾，具有极大的社会效益。
⑷由于光伏阵列安装在屋顶和墙壁等外围护结构上，吸收的太阳能转化为电能，大大降低了室外综合温度，减少了墙体得热和室内空调冷负荷，既节省了能源，又利于保证室内的空气品质。
⑸可确保自身建筑全部或大部分用电，这对于用电高峰期电力紧张的地区及无电地区极为重要。
⑹由于光伏电池的组件化，光伏阵列安装起来比较简便，光伏建筑系统没有移动部分，具有维护量少、检修方便等特点。
1.3 光伏并网发电系统简介
光伏并网发电系统主要由光伏阵列、并网逆变器、控制器、蓄电池等组成。光伏并网发电系统的结构框图如图1.1所示。
图1.1光伏并网发电系统的结构框图
光伏并网发电系统的各组成部分及其作用为：
⑴光伏阵列。光伏电池是组成太阳能光伏发电系统最基本的单位。但是单体光伏电池发出的电能很小，最大输出功率不超过5W，而且是直流电，在大多数情况下很难满足实际应用的需要。为了获得足够大的发电量，需要将单体光伏电池连接成电池组件，
再由电池组件组合连接成为太阳能光伏阵列。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。
⑵逆变器。由于太阳能光伏阵列的直接输出一般都是12V、24V、48V的直流电，为能并网向交流负荷供电，需要将太阳能光伏阵列所发出的直流电能转换成交流电能，所以系统中需要逆变单元。本设计系统采用DC-DC 和DC-AC 两级并网逆变器的结构。逆变器是光伏发电系统中一个关键环节。它的功能是受控制系统控制，将直流转变为与交流电网或本地交流相匹配的交流电。该环节的主要指标要求是变换的高可靠性和高转换效率。
⑶控制器。控制器控制光伏电池最大功率点跟踪、控制逆变器并网电流的波形和功率，使向电网转送的功率与光伏阵列所发的最大功率电能相平衡。控制器一般是由单片机或者数字信号处理芯片作为核心器件构成。主要负责采集直流、交流电压和电流等模拟量用于检测和控制，向功率器件驱动板提供用软件产生的脉宽和频率可实时改变的PWM信号，接受功率器件提供的过流、过压等保护信号，实现自动保护等功能。
⑷蓄电池。蓄电池将太阳电池组件产生的电能存储起来，当光照不足或晚上，或者负载需求大于太阳电池组件所发的电量时，将存储的电能释放以满足负载的能量需求，它是太阳能光伏系统的储能部件。
第二章光伏电池特性和最大功率跟踪控制
2.1 光伏电池的基本原理及工作特性
2.1.1光伏电池的基本原理及分类
太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏打效应。所谓光生伏打效应，就是当物体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。当太阳光或其他光照射半导体的PN结时，就会在PN结的两边出现电压，叫做光生电压。这种现象，就是著名的光生伏打效应。
当太阳光照射P-N结时，在半导体内就会产生电子－空穴对，由于P-N结势垒区存在着较强的内建静电场，因而产生在势垒区中的非平衡电子和空穴，或者产生在势垒区外但扩散进势垒区的非平衡电子和空穴，在内建静电场的作用下，电子被驱向N型区，空穴被驱向P型区。离开势垒区，结果使P型区电势升高，N型区电势降低，P-N结两端形成光生伏打电动势，这就是P-N结的光生伏打效应。由于光照产生的非平衡载流子各自向相反方向漂移，从而在内部构成自N区流向P区的光生电流，在P-N结短路情况下构成短路电流I sc。在P-N结开路情况下，P-N结两端建立起光生伏打电势差V oc，这就是开路电压。如将P-N结与外电路接通，只要光照不停止，就会不断地有电流流过电路，P-N结起了电源的作用，这就是太阳能电池发电的基本工作原理[4]。
太阳能光伏电池的发展历程：
第一代太阳能电池基于硅晶片基础之上，主要采用单晶体硅、多晶为材料，转换效率为11％～15％，其成本价格比较高。
第二代太阳能电池是基于薄膜技术之上的一种太阳能电池。薄膜电池在很大程度上解决了太阳能电池的成本问题，但是效率很低，目前商用薄膜电池的光电转换效率只有6％-8％。
为进一步提高效率，同样基于薄膜技术的第三代太阳能电池已经开始研制，其转换效率将是第一代和第二代太阳能电池的数倍。
本文以工程实践中较为常用的硅系列光伏电池为例来解释太阳能电池的工作原理。硅系列太阳能电池的种类有单晶硅及非晶硅、多晶硅三大类，而目前市场应用上大多为单晶硅及多晶硅。
单晶硅太阳电池。单晶硅电池最普遍，多用于发电厂、充电系统、道路照明系统及交通信号等，硅系列太阳能电池中，单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。目前单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15％左右，实验室成果也有20％以上的。
多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较，成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池，其实验室最高转换效率为18%，工业规模生产的转换效率为10%。因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。
非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力。但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用。如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，那么，非晶硅大阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。
第三章30KW并网系统中光伏阵列的具体设计太阳能电池板的作用是将太阳的光能转化为电能后，输出直流电一部分存入蓄电池中，另一部分通过逆变装置转换为交流电并入电网或直接为交流负荷供电。太阳能电池板是太阳能发电系统中最重要的部件之一，其转换率和使用寿命是决定太阳电池是否具有使用价值的重要因素。
一个单体光伏电池单片只能提供大约0.45-0.50V的电压，20-25mA的电流，无论是工作电压还是工作电流都远远低于供电电源的需求。所以在实际应用中，需要将多个单片电池经串联或并联起封装成电池组件。
光伏组件是由太阳能电池片群密封而成，是阵列的最小可换单元。目前大多数太阳能电池片是单晶硅或多晶硅电池。
一个光伏阵列包含两个或两个以上的光伏组件，具体需要多少个组件及如何连接组件与所需电压和电流与各个组件的参数有关。
综述，光伏阵列的最小组成单元为太阳能电池片，若干太阳能电池片经串并联组成具有一定电压、电流及功率等参数的光伏组件单元，若干光伏组件再经串并联组成满足设计系统要求的各个参数（电压、电流及功率）的光伏阵列。图3.1为太阳能光伏电池片、组件、阵列示意图[8]。
图3.1太阳能光伏电池片、组件、阵列示意图
3.1 光伏阵列设计的基本原理及计算公式
本文设计为30KW光伏并网发电系统，对光伏阵列的具体设计内容（太阳能电池板的选型及尺寸选择）均以30KW进行设计。
3.1.1光伏阵列设计的基本原理[9]
白天，太阳辐射的方位角一直在变化，对固定安装的光伏阵列来讲，由于太阳方位角变化导致的固定安装式的光伏电池板接受的辐射能量变化因子约为2 /π＝0.637，即若不跟踪太阳移动的方位角，会导致大约36.3%的太阳辐射能量的损失。
假定在无云的气象条件下，太阳辐射的标准能量密度为1KW/m2，即1m2面积每天接受的太阳辐射能量约为1 KW/m2*1.0 m2*0.5*0.637*24h=7.6KW·h其中，白天/黑夜变化影响因子取0.5，白天辐射的入射角变化的影响因子为0.673。
光伏阵列的估算，以常用的多晶硅光伏电池板为例，其转换效率约为13-15%。国内生产的光伏电池板大约为120-150W/m2。考虑到安装支架和安装倾角以及防风设计，光伏阵列大约为100W/m2。此系统为30KW的光伏阵列，占地面积：
面积功率面积功率（3.1）
*=
22
面积（3.2）
==
S m m
30000/100()300()
太阳能光伏电池的各个参数值为：
⑴单晶硅电池，基片为单晶硅片，表面颜色为黑色或蓝色，4-6英寸，效率最高16－20％；
⑵多晶硅电池，基片为多晶硅片，表面颜色一般为蓝色，4-8英寸，效率较高15－18％；
⑶非晶体硅电池，基片为导电玻璃，通过化学气相沉积非结晶的硅薄膜，表面颜色为黑色，通过内联直接形成电池组件，效率较低，一般为5－8％；
⑷其它薄膜电池，如铜铟硒(CIS)，表面颜色为黑色，通过内联直接形成电池组件，
效率较高，一般为9－12％。
3.1.2 光伏阵列尺寸的计算公式
㈠根据总功率求电池总面积A1
1cos 1P S F A θη=****
（3.3） ㈡根据总面积求电池片个数N
cos 1
01
A F S P A A N ****==ηθ （3.4） ㈢根据功率求电池片个数N
00
cos 1S P N F S P ****=θ
（
3.5） θcos 00
1****=F P S S P N
（3.6） 其中，上式(3.3)—(3.6)中的参数为：
P1为光伏发电系统要求光伏阵列输出的总功率；
S 为太阳光强，单位为W/m 2；
θ为太阳光在光伏阵列上的入射角；
η为光伏阵列的效率；
F 为所有光伏阵列设计和衰减系数的总和；
A1为光伏阵列的总面积；
A0为单片光伏电池的面积；
P0为单片光伏电池的输出功率；
S0为表示针对P0值的基准光强。
第四章系统的主电路设计及工作原理
4.1 并网逆变器的工作原理
并网逆变器是整个光伏并网发电系统的核心，它将光伏阵列发出的电能逆变成220V/50Hz的正弦波电流并入电网。本文并网逆变器选用电压型逆变器，其主要由电力电子开关器件组成，以脉宽调制的形式向电网提供电能。在光伏并网发电系统中，逆变器发挥着如下的作用：
⑴实现高质量的电能转换。并网逆变器输出的电流频率和相位与电网的必须严格一致，以使输出功率因数尽可能的达到1。将太阳能光电转换组件阵列产生的直流电转换成220V、50Hz的单相、正弦波交流电，其电流和电压的畸变率均小；
⑵实现系统的安全保护要求。如输出过载保护、输出短路保护、输入反接保护、直流过压保护、交流过压和欠压保护、孤岛保护及装置自身保护等，从而确保系统的安全性和可靠性。
⑶要求直流输入电压有较宽的适应范围，由于太阳电池的端电压随负载和日照强度而变化，这就要求逆变电源必须在较大的直流输入电压范围内保证正常工作，并保证交流输出电压的稳定。
⑷具有较高的可靠性。目前光伏并网发电系统主要在一些自然条件恶劣的地区，所以逆变器应在长时间的工作条件下保证低故障率，并具有较强的自我诊断能力，因此所设计的逆变器应具有合理的电路结构、严格的元器件筛选。
⑸最大功率的跟踪。最大限度的利用光伏阵列，提高逆变器的效率。
4.1.1前级DC-DC升压电路工作原理[10]
图4.1 Boost升压电路原理图
前级DC-DC直流升压电路采用Boost电路，其原理图如图4.1所示。Boost电路由开关Q，二极管D，电感L，电容C dc组成，通过控制开关管Q的通断将太阳能发电系统输出的直流电压U pv升压到U dc。
Boost电路的工作过程为：当开关管Q导通时，二极管反偏，于是将输出级隔离，由输入端向电感器供应能量，当开关管Q断开时，输出级吸收来自电感器和输入端的能量。其工作时，开关管Q导通和关断时的工作电路图如图2.2所示。
图4.2 Boost电路的工作过程
太阳能光伏发电系统课程设计家庭并网光伏发电系统的优 化设计 《太阳能光伏发电系统》 课程设计 课题名称: 家庭并网光伏发电系统的优化设计专业班级: 学生姓名: 学生学号: 指导教师: 设计时间: 沈阳工程学院 报告正文 目录 第1章绪 论 ..................................................................... . (3) 1.1 设计背 景 ..................................................................... .. (3) 1.2 设计意 义 ..................................................................... ......................................... 3 第2章朝阳市气象资料及地理情况...................................................................... ............... 4 第3章家用并网型...................................................................... .. (6)
太阳能光伏发电系统的优化设 计 ..................................................................... .. (6) 3.1 设计方 案 ..................................................................... .. (6) 3.2负载的计算...................................................................... . (8) 3.3 太阳能电池板容量及串并联的设计及选 型 (9) 3.4 太阳能电池板的方位角与倾斜角的设 计 (10) 3.5 蓄电池容量及串并联的设计及选型..................................................................... 11 3.6 控制器、逆变器的选 型 ..................................................................... (12) 3.7 电气配置及其设 计 ..................................................................... (13) 3.8 系统配置清 单 .....................................................................
小型光伏发电系统4K W的设计
南京信息职业技术学院 毕业设计论文 作者陈德清学号 31041P03 系部中认新能源技术学院 专业光伏发电技术及应用 题目小型独立光伏发电系统（4KW）的设计 指导教师程超 评阅教师张渊 完成时间： 2013年 5 月 2 日
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目录 1 引言 (5) 2 独立光伏发电系统概述 (7) 2.1 独立光伏发电系统的概念 (7) 2.2.1 结构 (8) 2.2.2 工作原理 (9) 3 独立光伏发电系统的设计 (9) 3.1 系统的设计原则、步骤和内容 (9) 3.1.1 系统设计原则 (9) 3.1.2 设计步骤和内容 (9) 3.2 系统容量的设计 (10) 3.2.1 数值计算值 (10) 3.3 太阳能电池组件及方阵的设计 (12) 3.3.1 光伏组件方阵需要考虑的问题 (12) 3.3.2 太阳能电池组件（方阵）的方位角与倾斜角 (12) 3.3.3 一般设计方法 (13) 3.4 直流接线箱的选型 (16) 3.5 光伏控制器的选型 (18) 3.6 光伏逆变器的选型 (19) 4 结论 (20) 5 致谢 (21) 6参考文献 (21)
1 引言 自人类社会诞生以来，能源一直是人类生存和发展的重要物质基础。随着社会的发展，能源在社会发展中的重要性越来越突出，尤其是近年来各国日益呈现出来的能源危机问题更加明显地把能源置于社会发展的首要地位。 根据《BP世界能源统2005》的统计数据，以目前的开采速度计算，全球石油储量可供生产40 多年，天然气和煤炭则分别可以供应67年和164年。而我国的能源资源储量情况更是危机逼人，按2000 年底的统计，探明可开发能源总储量约占世界总量的10.1%.我国能源剩余可开采总储量的结构为原煤占58.8%，原油占3.4%，天然气占1.3%，水资源占36.5%。我国能源可开发剩余可采储量的资源保证程度仅为129.7年。 目前世界大部分国家能源供应不足，不能满足经济发展的需要，各国纷纷出台各种法规支持开发利用新能源和可再生能源，使得新能源和可再生能源在全球升混。20世纪90年代以来，以欧盟为代表的地区集团，大力开发利用可再生能源，连续1 0 年可再生能源发电的年增长速度都在15%以上。以德国、西班牙为代表的一些国家通过立法方式，促进可再生能源的发展，1999 年以来可再生能源年均增长速度均达到3日%以上。四班牙2003 年风力发电装机占到全机总量的4% ，德国在过去11年间，风力发电增长21倍，2003年占全的3.1%，瑞典和奥地利的生物质能源在其能源消费结构中高达15%以上。 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5.95
1.太阳能及其应用 太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和维护性、资源的充足性及潜在的经济 性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位并且得到广泛的应用。 1.1太阳能的含义 一般是指太阳光的辐射能量，在现代一般用作发电。自地球形成生物就主要以太阳提供的热和光生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件，并作为保存食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。但在化石燃料减少下，才有意把太阳能进一步发展。太阳能的利用有光热转换和光电转换两种方式。太阳能发电是一种新兴的可再生能源。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等等。 1.2太阳能的发展历史 据记载，人类利用太阳能已有3000多年的历史。将太阳能作为一种能源和动力加以利用，只有300多年的历史。近代太阳能利用历史可以从1615年法国工程师所罗门·德·考克斯在世界上发明第一台太阳能驱动的发动机算起。该发明是一台利用太阳能加热空气使其膨胀做功而抽水的机器。真正将太阳能作为“近期急需的补充能源”，“未来能源结构的基础”，则是近来的事。20世纪70年代以来，太阳能科技突飞猛进，太阳能利用日新月异。 1.3我国太阳能资源 我国是太阳能资源相当丰富的国家，绝大多数地区年平均日辐射量在4 kWh/㎡以上，西藏最高达7kWh/㎡。 1.4太阳能的应用 就目前来说，人类直接利用太阳能还处于初级阶段，主要有太阳能集热、太阳能热水系统、太阳能暖房、太阳能发电等方式。 1.4.1太阳能集热器 太阳能集热器(solar collector)在太阳能热系统中，接受太阳辐射并向传热工质传递热量的装置。按传热工质可分为液体集热器和空气集热器。按采光方式
光伏并网发电系统设计 摘要：最大功率点跟踪是光伏并网发电系统中经常遇见的问题。系统设计采用电流型控制芯片UC3845实现最大功率点跟踪（MPPT），由单片机STC12C5408AD产生SPWM信号，实现频率相位跟踪功能、输入欠压保护功能、输出过流保护功能。结果表明，该设计不但电路设计简单，软硬件结合，控制方法灵活，而且能够有效的完成最大功率跟踪的目的。 关键词：STC12C5408AD DC-AC转换电路 MPPT 太阳能作为绿色能源,具有无污染、无噪音、取之不尽、用之不竭等优点,越来越受到人们的关注。光伏电池的输出是一个随光照、温度等因素变化的复杂量，且输出电压和输出电流存在非线性关系。光伏系统的主要缺点是初期投资大、太阳能电池的光电转换效率低。为充分利用太阳能必须控制电池阵列始终工作在最大功率点上，最大功率点跟踪(MPPT, Maximum Power Point Tracker)是太阳能并网发电中的一项重要的关键技术。 1 设计任务 为研究方便设计一光伏并网发电模拟装置，其结构框图如图1所示。用直流稳压电源U S和电阻R S模拟光伏电池，U S=60V，R S=30Ω~36Ω；u REF为模拟电网电压的正弦参考信号，其峰峰值为2V，频率f REF为45Hz~55Hz；T为工频隔离变压器，变比为n2:n1=2:1、n3:n1=1:10，将u F作为输出电流的反馈信号；负载电阻R L=30Ω~36Ω。要求系统具有最大功率点跟踪（MPPT）功能，频率、相位跟踪功能，输入欠压保护和输出过流保护功能。另外要求系统效率高、失真度低。 U R L
图1 并网发电模拟装置框图 2 系统总体方案 光伏并网系统主要由前级的DC-DC变换器和后级的DC-AC逆变器组成。在系统中,DC-DC 变换器采用BOOST结构,主要完成系统的MPPT控制;DC-AC部分采用全桥逆变器,维持中间电压稳定并且将电能转换成110 V/50 Hz交流电。设计采用单片机SPWM调制，驱动功率场效应管，经滤波产生正弦波，驱动隔离变压器，向负载输出功率。系统设计保证并网逆变器输出的正弦电流与电网电压同频同相。系统总体硬件框图如图2所示： 图2 系统总体硬件框图 3 MPPT原理及电路设计 MPPT原理 由于光伏阵列的最大功率点是一个时变量，可以采用搜索算法进行最大功率点跟踪。其搜索算法可分为自寻优和非自寻优两种类别。所谓自寻优算法即不直接检测外界环境因素的变化,而是通过直接测量得到的电信号,判断最大功率点的位置。典型的追踪方法有扰动观测法和增量导纳法等。增量导纳法算法的精确度最高,但是,由于增量导纳法算法复杂,对实现该算法的硬件质量要求较高、运算时间变长，会增加不必要的功率损耗,所以实际工程应用中,通常采用扰动观测法算法]1[。 扰动观测法原理:每隔一定的时间增加或者减少电压,并通过观测其后功率变化的方向,
】 南昌航空大学 自学考试毕业论文 【 题目太阳能并网光伏发电系统 专业光伏材料及应用 学生姓名 准考证号 指导教师 . 2012 年 04 月
光伏发电并网控制技术设计 摘要 随着全球经济社会的不断发展，能源消费也相应的持续增长。能源问题已经成为关系到人类生存和发展的首要问题。所以，迫切需要对新的能源进行开发和研究。而太阳能的利用近年来已经逐渐成为新能源领域中开发利用水平高，应用较广泛的能源，尤其在远离电网的偏远地区应用更为广泛。 本文主要对光伏并网发电系统作了分析和研究。论文首先介绍了太阳能发电的意义以及光伏并网发电在国内外的应用现状。其次，对太阳能发电系统的特性和基本原理分别做了具体分析，并对系统各组成部分的功能进行了详细的介绍。接着，对光伏并网中最重要部分——逆变器进行研究。再次，提出光伏并网发电系统的设计方案。最后，对光伏并网发电系统的硬件进行设计。并网光伏发电充分发挥了新能源的优势，可以缓解能源紧张问题，是太阳能规模化发展的必然方向。我国政府高度重视光伏并网发电，并逐步推广＂屋顶计划＂。太阳能并网发电正在由补充能源向替代能源方向迈进。 关键词：能源；太阳能；光伏并网；逆变器
目录 第一章太阳能光伏产业绪论 (1) 光伏发电的意义 (1) 光伏并网发电 (1) 第二章太阳能光伏发电系统 (5) 太阳能光伏发电简介 (5) 太阳能光伏发电系统的类别 (5) 太阳能光伏发电系统的发电方式 (6) 影响太阳能光伏发电的主要因素 (7) 第三章并网太阳能光伏发电系统组成 (10) 并网光伏系统的组成和原理 (10) 光伏电池的分类及主要参数 (12) 光伏控制器性能及技术参数 (14) 光伏逆变器性能及技术参数 (15) 第四章发展与展望 (18) 发展与展望 (18) 全文总结 (19) 参考文献 (20) 致谢 (21)
100kW光伏并网发电系统典型案例解 100kW光伏并网发电系统典型案例解析 1、项目地点分析 本项目采用光伏并网发电系统设计方案，应用类别为村级光伏电站项目。项目安装地为江西，江西位于位于中国的东南部,长江中下游南岸。地处北纬24°29′-30°04′，东经113°34′-118°28′之间。项目所在地坐标为北纬25°8′，东经114°9′。根据查询到的经纬度在NASA上查询当地的峰值日照时间如下： (以下数据来源于美国太空总署
根据项目所在地理位置坐标，项目所在地坐标为项目所在地坐标为北纬25°8′，东经114°9′，光伏组件安装最佳倾角为20°如下图所示： 2.3组件阵列间距及项目安装面积 采用260Wp的组件，组件尺寸为1650*990*35mm，共用400块太阳能电池板， 总功率104kWp。根据下表公式可以计算出组件的前后排阵列间距为2.4m，单 块组件及其间距所占用面积为2.39㎡。
104kWp光伏组件组成的光伏并网发电系统占地面积为2.39*400=956㎡,考虑到安装间隙、周围围墙等可能的占地面积，大约需要1000㎡。 3、光伏支架 本项目为水平地面安装，采用自重式支架安装方式。自重式解决方案适用于平屋顶及地面系统。利用水泥块压住支架底部的铝制托盘，起到固定系统的作用。
光伏并网发电系统设 计
光伏并网发电系统设计 摘要：最大功率点跟踪是光伏并网发电系统中经常遇见的问题。系统设计采用电流型控制芯片UC3845实现最大功率点跟踪（MPPT），由单片机STC12C5408AD产生SPWM信号，实现频率相位跟踪功能、输入欠压保护功能、输出过流保护功能。结果表明，该设计不但电路设计简单，软硬件结合，控制方法灵活，而且能够有效的完成最大功率跟踪的目的。 关键词：STC12C5408AD DC-AC转换电路 MPPT 太阳能作为绿色能源,具有无污染、无噪音、取之不尽、用之不竭等优点,越来越受到人们的关注。光伏电池的输出是一个随光照、温度等因素变化的复杂量，且输出电压和输出电流存在非线性关系。光伏系统的主要缺点是初期投资大、太阳能电池的光电转换效率低。为充分利用太阳能必须控制电池阵列始终工作在最大功率点上，最大功率点跟踪(MPPT, Maximum Power Point Tracker)是太阳能并网发电中的一项重要的关键技术。 1 设计任务 为研究方便设计一光伏并网发电模拟装置，其结构框图如图1所示。用直流稳压电源U S和电阻R S模拟光伏电池，U S=60V，R S=30Ω~36Ω；u REF为模拟电网电压的正弦参考信号，其峰峰值为2V，频率f REF为45Hz~55Hz；T为工频隔离变压器，变比为n2:n1=2:1、n3:n1=1:10，将u F作为输出电流的反馈信号；负载电阻R L=30Ω~36Ω。要求系统具有最大功率点跟踪（MPPT）功能，频率、相位跟踪功能，输入欠压保护和输出过流保护功能。另外要求系统效率高、失真度低。
R L U 图1 并网发电模拟装置框图 2 系统总体方案 光伏并网系统主要由前级的DC-DC 变换器和后级的DC-AC 逆变器组成。在系统中,DC-DC 变换器采用BOOST 结构,主要完成系统的MPPT 控制;DC-AC 部分采用全桥逆变器,维持中间电压稳定并且将电能转换成110 V/50 Hz 交流电。设计采用单片机SPWM 调制，驱动功率场效应管，经滤波产生正弦波，驱动隔离变压器，向负载输出功率。系统设计保证并网逆变器输出的正弦电流与电网电压同频同相。系统总体硬件框图如图2所示： 图2 系统总体硬件框图 3 MPPT 原理及电路设计 3.1 MPPT 原理
5kWp光伏太阳能并网发电系统 设 计 方 案 设计人：申小波（Mellon） 单位：个人 电话： 日期： 2013年10月27日
目录 一、光伏太阳能并网发电系统简介 (2) 二、项目地点及气候辐照状况 (2) 三、相关规范和标准 (5) 四、系统结构与组成 (5) 五、设计过程 (6) 1、方案简介 (6) 2、设计依据 (6) 3、组件设计选型 (7) 4、直流防雷汇流箱设计选型 (9) 5、交直流断路器 (11) 6、并网逆变器设计选型 (13) 7、电缆设计选型 (14) 8、方阵支架 (15) 9、配电室设计 (15) 10、接地及防雷 (15) 11、数据采集检测系统 (16) 六、仿真软件模拟设计 (17) 七、接入电网方案 (22)
八、设备配置清单及详细参数 (22) 九、系统建设及施工 (22) 十、系统安装及调试 (23) 十一、运行及维护注意事项 (26) 十二、设计图纸 (28) 十三、工程预算投资分析报告 (32)
5kWp光伏太阳能并网发电系统配置方案 一、光伏太阳能并网发电系统简介 并网系统（Utility Grid Connected）最大的特点：太阳电池组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网，并网系统中光伏方阵所产生电力除了供给交流负载外，多余的电力反馈给电网。在阴雨天或夜晚，太阳电池组件没有产生电能或者产生的电能不能满足负载需求时就由电网供电。 因为直接将电能输入电网，免除配置蓄电池，省掉了蓄电池储能和释放的过程，可以充分利用光伏方阵所发的电力，从而减小了能量的损耗，并降低了系统的成本。但是系统中需要专用的并网逆变器，以保证输出的电力满足电网电力对电压、频率等电性能指标的要求。因为逆变器效率的问题，还是会有部分的能量损失。这种系统通常能够并行使用市电和太阳能太阳电池组件阵列作为本地交流负载的电源，降低了整个系统的负载缺电率，而且并网系统可以对公用电网起到调峰作用。但并网光伏供电系统作为一种分散式发电系统，对传统的集中供电系统的电网会产生一些不良的影响，如谐波污染，孤岛效应等。 二、项目地点及气候辐照状况 图片来自Google地球 1、项目地点为：江苏省泰州市XX区XX镇； 2、纬度：32°22’，经度：120°12’； 3、平均海拔高度：7m；
光伏发电原理及发电系统简介 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，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。 一、光伏效应 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。 二、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。 三、系统组成 光伏发电系统是由太阳能电池方阵，蓄电池组，充放电控制器，逆变器，交流配电柜，太阳跟踪控制系统等设备组成。 1、电池方阵
专科生毕业论文（设计）题目：家用小型太阳能光伏发电系统设计 系（部）光伏发电及应用 专业光伏发电及应用 学号 201111120**** 姓名王 * 指导教师龚** 1
20 13年 10 月 6 日 摘要 太阳能是最普遍的自然资源，也是取之不尽的可再生能源。为解决边远的农牧地区、偏僻的山区、孤立的岛屿等地方人们日常生活、生产用电的需要，改善人们的生活水平，进行了家用太阳能光伏发电系统的设计。根据当地的气象、环境状况及具体用电情况，给出了系统的设计方法及施工要求，包括蓄电池容量的计算、控制器的选择、逆变器功率的选择、太阳能电池组件的选择和布置等。安装运行以来，系统工作稳定正常，验证了设计的正确性。 关键词：太阳能光伏发电；太阳能电池组件；系统设计。 Abstract:Solarenergyisthemostcommonformofnaturalresources,itisalsotheinexhaustiblerenewab leenergy.Aimingatsolvingthepeople'sdailylifeandproductionelectricityneedsinremotefarming,m ountainandislands,ahomeusesolarphotovoltaicgenerationsystemwasdesigned.Accordingtolocal weather,environmentalconditionsandspecificcasewithelectricity,thedesignmethodandconstructi onrequirementweredeveloped,includingthecalculationofthebatterycapacity,theselectionofthecon troller,thechoiceofinverterpower,theselectionandlayoutofthesolarcellmodules,etc..Theresultsind icatethatthesystemrunsstabilityandnormal，theaccuracyofthede-signisverified．
分类号：____________ 密 级：______________ ＵＤＣ：____________ 单位代码：______________ 安徽工业大学 硕士学位论文 论文题目：户用太阳能光伏发电系统的研究 学 号：_________________________ 作 者：_________________________ 专 业 名 称：_________________________ 2010年06 月10日 电力电子与电力传动 20070043 张高玉
安徽工业大学硕士学位论文 论文题目： Research on Residential Photovoltaic System 作 者： 学院： 指 导 教 师： 单位： 协助指导教师： 单位： 单位： 论文提交日期：2010年 06月 10日 学位授予单位：安 徽 工 业 大 学 安徽马鞍山243002 户用太阳能光伏发电系统的研究 张高玉 电气信息学院 郑诗程 安徽工业大学 安徽工业大学 安徽工业大学 汪小平 武卫华
独创性说明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得安徽工业大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 签名日期：____________ 关于论文使用授权的说明 本人完全了解安徽工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文,保密的论文在解密后应遵循此规定。 签名导师签名日期：____________
小型光伏发电系统设计 摘要：本文对小型光伏发电系统设计进行了详细阐述，主要包括：太阳能光伏发电系统结构、太能能光伏发电系统容量的选择与计算、太阳能电池组件功率和方阵的设计与计算、蓄电池 容量的设计与计算、控制器和逆变器的选型等内容，最后本文给出了一个装机容量为3kW 的小型光伏发电系统的典型配置。 关键词：小型光伏发电设计；成本分析；小型光伏系统典型配置 一、引言 2013 年以来，中国各地持续加重的雾霾天气，一再引发人们对环境的关注。 2014 年伊始，我国中东部地区因雾霾天气造成中重度空气污染，严重影响了公众的健康，不仅成为社会关注的焦点，而且也已经成为严重的社会问题。治理雾霾已成为政府工作的重中之重，继国务院出台《大气污染防治行动计划》后，相关部门陆续出台大气治理措施。当前，以光伏发电为代表的清洁能源为治理雾霾提供了破解路径，并得到了国家高度重视。 然而，当前由于大型光伏电站投资成本过高、对大型光伏发电站的成本测算、 预期投资回收期以及运营费用等各方面的研究还不成熟，导致资本不敢贸然投资光伏发电，当前看似如火如荼进展的光伏发电站则主要还是依赖政府补贴，大型光伏发电站真正进入市场还有较长一段路要走。 小型光伏发电系统相对而言具有投资成本小、技术瓶颈低、成本回收期短等 优势。在当前各投资资本对大型光伏发电产业持观望态度时期，小型光伏发电系 统无疑会成为各资本进入光伏产业的探路石。 在此背景下，本文提出一种小型光伏发电系统的设计，并对该系统中的各关 键问题进行研究分析。 二、小型光伏发电系统的基本设计思路 太阳能光伏发电系统的负载大小有别、用途各异、发电系统所处的地理位置、
太阳能光伏发电系统的控制问题研究 摘要：由于目前我们国家对于太阳能光伏发电的系统利用程度变得越来越高， 我们在进行光伏发电系统的使用过程当中，就必须加强对该系统关键问题的研究。因为在太阳能光伏发电系统的使用过程当中，如果不能够加强对他关键问题的研 究的话，那么就会导致出现很多的意外情况，这对于促进我们国家太阳能光伏发 电系统的改进具有一个十分重要的影响，所以说文章的下面，我们就针对太阳能 光伏发电系统控制问题进行一个全面的分析调查。 关键词：太阳能光伏发电系统；控制问题；研究分析 1.前言 根据目前我们国家对太阳能光伏发电系统的利用程度，我们可以看出我们对 太阳能光伏发电系统的依赖程度正在不断的加大，所以说如何才能够更好的将这 种技术真正的融入到我们国家供电系统当中，是我们目前所要研究的一个重要的 问题，所以说文章的下面，我们就针对太阳能光伏发电系统控制的主要的问题进 行了情况。通过我们对该方面主要问题的分析研究，能够更好的了解到目前太阳 能光伏发电系统控制问题的主要的情况，对于促进我们国家日后技术的改进又有 一个十分重要的帮助作用。 2.太阳能光伏发电系统在使用时主要的不足 要想能够更好的对一个事物，它的发展过程当中遇到的问题进行全面的分析 的话，我们就需要对他目前所存在的主要的不足进行全面的调查，这样的话才能 更好的促进该事物的发展，所以说文章下面我们就真对目前光伏发电并网电网过 程当中存在的主要的不足，进行全面的分析通过对问题的分析才能更好的提出解 决方案。所以文章的下面我们就通过两个方面来对太阳能光伏发电当中存在的主 要的不足进行详细的分析。 2.1光伏电池容易出现问题 首先在文章当中我们要介绍的太阳能光伏发电系统在使用时的主要不足，就 是光伏电池容易出现很多的问题。由于太阳能光伏发电系统在建立的过程当中， 光伏电池是一个十分重要的组成部分，所以说它对于整个系统的使用来说，就有 一个十分重要的作用，因此我们首先通过对光伏电池容易出现的问题进行一个全 面的数据分析来更好的了解提升太阳能光伏发电系统的办法。由于光伏电池在建 设的过程当中，我们国家的科学技术还不能达到更高的一个要求，所以说它在使 用的过程当中很容易出现很多的问题，这对于我们国家该系统的使用过程当中就 会产生很多的问题，因此光伏电池技术的改进是保障太阳能光伏发电系统质量提 升的一个十分重要的关键因素，所以说光伏电池的使用过程当中会受到各种因素 的影响，我们如何才能够更好的针对这些因素。提出更加科学合理的解决方案， 目前我们对该技术发展的十分重要的一个帮助作用，所以说太阳能光伏发电系统 过程当中存在的一个主要的不足就是光伏电池容易出现问题，这也是一个最重要 的原因，通过对光伏电池的分析影响才能够更好的帮助我们国家该技术日后的发展。 2.2其他的关键部位也会出现很多问题 由于该系统它在建立的过程当中最主要的构成部分是光伏电池，但是他在具 体的工作过程当中，还是有很多其他关键的部位进行协同工作的，所以说我们还 需要对其他的关键部位进行一个详细的分析与调查，因为其他的关键不在使用的 过程当中，如果出现了很严重的问题，那么也会影响整个系统的使用。因此要想
1. 引言 日常生活和社会生产都离不开能源。人们通过直接或间接利用某些自然资源得到能，因而，把具有某种形式能量资源以及由它加工或转换得到的产品统称为能源。前者叫自然能源或一次能源，如矿物燃料、植物燃料、太阳能、水能、风能、海洋能、地热能和潮汐能等，后者通常又把可再生的自然资源称为新能源，其围包括太阳能、生物质能、风能、地热能和海洋能等。矿物燃料（煤、石油、天然气等）又称为常规能源。 值得注意，几乎所有的自然资源，从广义的角度看都来自太阳能。由大气、陆地、海洋、生物等所接受的太阳能都是各种自然资源的源泉。矿物燃料是古生物长期沉积在地下形成的，它的形成源自远古的太阳能。[9]水的蒸发和凝结，风、雨、冰、雪等自然现象的动力也是靠太阳，因而水能、风能归根到底都来自太阳能。生物质能是通过光合、光化作用转化太阳辐射能取得的。由于太阳和月球对地球水的吸水作用产生潮汐能。 世界上最丰富的永久能源是太阳能。地球截取的太阳能辐射能通量为1.7ⅹ1014kW,比核能、地热和引力能储量总和还要大5000多倍。其中约30%被反射回宇宙空间；47%转变为热，以长波辐射形式再次返回空间；约23%是水蒸发、凝结的动力，风和波浪的动能，植物通过光合作用吸收的能量不到0.5%。地球每年接受的太阳能总量为1ⅹ1018kW·h。这相当于5ⅹ1014桶原油，是探明原油储量的近千倍，是世界年耗总能量的一万余倍。 太阳的能量是如此巨大，正如通常所说的“取之不尽、用之不竭”，但是太阳辐射能的通量密度较低，大气层外为1353W/m2.太通过大气层时会进一步衰减，还会受到天气、昼夜以及空气污染等因素的影响，因而，太阳能对地球又呈
南京信息职业技术学院 毕业设计论文 作者陈德清学号 31041P03 系部中认新能源技术学院 专业光伏发电技术及应用 题目小型独立光伏发电系统（4KW）的设计 指导教师程超 评阅教师张渊 完成时间： 2013年 5 月 2 日
毕业设计(论文)中文摘要
毕业设计(论文)外文摘要
目录 1 引言 (5) 2 独立光伏发电系统概述 (7) 2.1 独立光伏发电系统的概念 (7) 2.2.1 结构 (8) 2.2.2 工作原理 (9) 3 独立光伏发电系统的设计 (9) 3.1 系统的设计原则、步骤和内容 (9) 3.1.1 系统设计原则 (9) 3.1.2 设计步骤和内容 (9) 3.2 系统容量的设计 (10) 3.2.1 数值计算值 (10) 3.3 太阳能电池组件及方阵的设计 (12) 3.3.1 光伏组件方阵需要考虑的问题 (12) 3.3.2 太阳能电池组件（方阵）的方位角与倾斜角 (12) 3.3.3 一般设计方法 (13) 3.4 直流接线箱的选型 (16) 3.5 光伏控制器的选型 (18) 3.6 光伏逆变器的选型 (19) 4 结论 (20) 5 致谢 (21) 6参考文献 (21)
1 引言 自人类社会诞生以来，能源一直是人类生存和发展的重要物质基础。随着社会的发展，能源在社会发展中的重要性越来越突出，尤其是近年来各国日益呈现出来的能源危机问题更加明显地把能源置于社会发展的首要地位。 根据《BP世界能源统2005》的统计数据，以目前的开采速度计算，全球石油储量可供生产40 多年，天然气和煤炭则分别可以供应67年和164年。而我国的能源资源储量情况更是危机逼人，按2000 年底的统计，探明可开发能源总储量约占世界总量的10.1%.我国能源剩余可开采总储量的结构为原煤占58.8%，原油占3.4%，天然气占1.3%，水资源占36.5%。我国能源可开发剩余可采储量的资源保证程度仅为129.7年。 目前世界大部分国家能源供应不足，不能满足经济发展的需要，各国纷纷出台各种法规支持开发利用新能源和可再生能源，使得新能源和可再生能源在全球升混。20世纪90年代以来，以欧盟为代表的地区集团，大力开发利用可再生能源，连续1 0 年可再生能源发电的年增长速度都在15%以上。以德国、西班牙为代表的一些国家通过立法方式，促进可再生能源的发展，1999 年以来可再生能源年均增长速度均达到3日%以上。四班牙2003 年风力发电装机占到全机总量的4% ，德国在过去11年间，风力发电增长21倍，2003年占全的3.1%，瑞典和奥地利的生物质能源在其能源消费结构中高达15%以上。 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 5.95 GW ，比200 7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. 新能源是国家“十二五”规划重点要求发展的产业，政策对其扶持力度很大。2009年3月，由科技部、国家发改委等部门联合举办的2009年中国国际节能和新能源科技博览会上集中展示了节能减排和新能源科技的重大成果，引起了国内外的广泛关注。2009年5月全国财政新能源与节能减排工作会议指出，国家财政要全力支持新能源发展和节能减排工作，重点加快启动国内光伏发电市场、开
光伏发电系统发电效率研究 摘要：在生活中太阳能、风能和生物质能是各国最为看好的可再生能源,可再生能源的利用对于满足能源需求、改善能源结构、应对环境压力、保证经济发展等方面具有重要意义。近几年来,太阳能以其特有的优势成为各国关注的焦点,尤其是太阳能光伏发电得到了持续应用和发展。本文分析了光伏发电系统发电效率的相关方面。 关键词：光伏发电系统；发电效率；分析 引言 在人们对能源需求急剧增加,而化石能源日益匮乏的背景下,开发和利用太阳能等可再生能源越来越受到重视。世界各国政府纷纷把充分开发利用太阳能作为可持续发展的能源战略决策,其中光伏发电最受瞩目。太阳能光伏发电是新能源的重要组成部分,被认为是当前世界上最有发展前景的新能源技术,各发达国家均投入巨额资金竞相研究开发,并积极推进产业化进程,大力拓市场应用。太阳能的利用虽然是无地域限制,随处可得,但目前光伏发电系统效率偏低是光伏发电大规模推广应用的瓶颈,因此如何最大限度地利用光伏阵列所产生的能量是关键问题所在。 1、概述 能源是推动世界经济发展和繁荣的车轮，20世纪至今，在世界能源体系中，煤、石油、天然气等非可再生资源成为人类社会文明进步的主要能源结构。随着社会进步历程的加速发展，人类社会对非可再生能源的需求量也不断地增加，由于人类对非可再生资源过度地开采利用以及一些不合理的维护等，致使了全球性的环境污染及资源枯竭。 21世纪的今天，人类在能源利用方面面对着巨大的挑战，这主要包括：大规模地开采及不合理地利用煤、石油、天然气等非可再生资源，造成了非可再生资源储量的锐减和枯竭；另一方面，以煤、石油、天然气等化石燃料为主的传统能源体系在人类强调走可持续发展道路的今天遇到了极大的限制。 太阳能资源是一种分布广泛、储量无限的清洁无污染能源，被科学家誉为是世界上最理想的绿色资源，是人类开发和利用新能源的首选资源。开发和利用太
用户侧并网屋顶光伏电站介绍用户侧并网光伏发电系统 ①太阳电池②开关/保护/防雷③电缆④并网逆变器⑤电度表（光伏电量） 经济和社会效益分析 经济效益 一个10MWp的光伏电站，按系统效率80%，年利用小时数1100小时（江苏地区平均值）计算，一年可发电10000000*1100/1000=1100万度电，按1度电可比原购电价格便宜0.15元，可节省购电用户运营成本近165万元。 10MWp电站总投资约1.2亿左右，根据新能源产业政策，项目建成后税收是三免三减半（每个地区的政策要了解清楚），第四年后建成后每年可缴税约300～400万。
社会效益 每年可节省标准煤约2800t，减排烟尘约700t，减排灰渣约1000t，减排二氧化碳约5960t，减排二氧化硫约56.84t。 屋顶光伏电站案例 盐城阜宁3MWp屋顶光伏发电项目 （中国2009年度最大已并网屋顶光伏电站） 1）项目地址：盐城阜宁3MWp屋顶光伏电站位于阜宁经济开发区荣威塑胶厂。 2）项目规模：3MW（规划9.18MWp）。 3）占地面积：5万平米。 4）组件类型：晶硅电池。 5）组件品牌：常州天合，江苏林洋。 6）逆变器规格：500KW。 7）逆变器品牌：Satcon（美国赛康）。 8）支架类型：固定倾角（30度）支架。 9）支架品牌：中环光伏。 10）接入系统：电站所发电量升压至10kV 直接并入地区电力网。 11）进场施工时间：2009年10月10日。 12）并网时间：2009年12月31日正式并网发电。 13）系统组成：盐城阜宁3MWp屋顶并网光伏电站采用分块发
电，集中并网方案，采用晶硅电池组件。该工程由光伏发电系统、电气系统、接入系统组成，分9个厂房，6个子系统，。每个子系统分别由太阳电池组件、支架、直流防雷汇流箱、并网逆变器、升压变压器等组成。 本项目建设规模为3MW，全部采用固定倾角安装，共安装220W 晶硅太阳能电池13664块。 盐城阜宁3MWp屋顶光伏发电项目运行寿命25年，总体效率为80%，预计电站在25 年运营期内年平均上网电量为337万kW·h，总上网电量为8425 万kW·h，与火电厂相比每年可为电网节约标煤约1028吨，在25年使用期内共节省标煤2.57万吨。项目同时发挥重要的环境效益，每年减轻排放温室效应气体CO2约2743吨；每年减少排放大气污染气体SOx约21吨，NOx约7吨。 项目建设过程图片
华准6MW分布式光伏发电项目 4MWp龙蓬子站 10kV升压站初步设计说明书
项目负责人：审核：校对：设计：
目录 1总的部分 4 1.1设计依据 4 1.2设计遵循标准及规范 4 1.3 工程建设必要性及规模 5 1.4 项目概述 5 1.5 系统接线 5 2系统部分 6 2.1电力系统 6 2.2系统继电保护及安全自动装置 6 2.3调度自动化 7 2.4系统通信 8 3电气一次部分 8 3.1电气主接线 8 3.2 短路电流及主要设备、导体选择 9 3.3绝缘配合及过电压保护 10 3.4 雷电过电压保护 10 3.5接地 11 3.6 电气设备布置及配电装置 11 3.7 站用电及照明 11 3.8 电缆设置 12 4 电气二次部分 12 4.1 计算机监控 12 4.2系统概述 12 4.3 系统监控范围 13
4.4 系统构成 13 4.5 系统功能 14 4.6 继电保护 14 4.7 二次设备的布置 15 5．直流系统 15
1总的部分 1.1设计依据 1）南京南瑞太阳能科技有限公司与东南大学建筑设计研究院有限公司电力工程设计研究分院签订的工程设计服务合同2）华准6MW分布式光伏发电项目4MWp龙蓬子站接入系统报告1.2设计遵循标准及规范 火力发电厂设计技术规程(DL 5000-2000) 火力发电厂初步设计文件内容深度规定(DL/T5427-2009) 火力发电厂厂用电设计技术规定(DL/T 5153-2002) 火力发电厂和变电所二次接线设计技术规程(DL/T5136-2012) 电力工程直流系统设计技术规程(DL/T 5044-2004) 火力发电厂和变电所照明设计技术规定（DL/T5390-2007） 电力工程电缆设计规范（GB50217-2007） 电缆防火措施设计和施工验收标准（DLGJ154-2000） 高压配电装置设计技术规定（DL/T5352-2006） 导体和电器选择设计技术规定（DL/T5222-2005） 建筑物防雷设计规范（GB50057-2010） 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合（DL/T620-1997） 交流电气装置的接地设计规范（GB\T50065-2011） 火力发电厂厂内通信设计技术规定（DL/T5041-2012） 继电保护和安全自动装置技术规程（GB14285-2006） 电测量及电能计量装置设计技术规程（DL/T5137-2001） 火力发电厂与变电所设计防火规范（GB50229-2006） 35KV~110KV变电所设计规范（GB50059-2011） 电能质量电压波动和闪变（GB12326-2008） 电能质量电力系统供电电压允许偏差（GB12325-2008）