家庭光伏发电系统设计与分析

I

类型：课程设计

名称：家用6KW光伏系统配置及分析

关键词：新能源；分布式；光伏；并网发电系统；可再生能源

1 第1章前言

1.1 太阳能光伏发电的背景

随着社会的快速发展，近年来全球能源危机和大气污染问题日益突出。为了维持社会的可持续发展，可再生的太阳能因具有取之不尽、用之不竭的、无污染等独有的优势受到越来越多的关注。

中国地处北半球，南北距离和东西距离都在公里以上。中国太阳能资源非常丰富，大多数地区年平均日福射量在每平方米千瓦时以上，其中西藏日福射量最高达每平米千瓦时，年日照时数大于小时。理论储量达每年17000亿吨标准煤。年以后，随着国家相关法律的颁布和“光明工程”先导项目、“送电到乡”工程、“送电到村”等光明工程的实施，我国的光伏产业得到了快速发展。

从电网角度而言，由于光伏并网发电特性有别于常规发电方式，大量光伏电站的接入，不可避免地会对传统电网的潮流分布、安全稳定、继电保护、供电可靠性、规划设计、调度运行、电能质量等多方面产生影响。

近年来，光伏发电技术进步很快，产业规模持续扩大，发电成本持续降低，在全国已经实现较大规模应用。在国际市场的带动下，我国光伏产业发展迅速，光伏技术和成本当面均已形成一定的国际竞争力。从发展趋势看，光伏发电即将成为技术可行、经济合理、具备规模化发展条件的可再生能源，对我国合理控制能源消费总量，实现非化石能源发展目标发挥总要作用。

1.2 国内外研究应用

就目前世界形势来看，光伏并网发电已经成为太阳能发电的主流趋势。特别是单相

3～5kwp的屋顶并网系统，以其投资门槛低、收益好，获得了德国等实施了《上网电价法》的国家居民的青睐。可以预计，今后的国际市场中，光伏系统90%以上的应用形式是以光伏电站为代表的大型并网电站和以屋顶并网系统为代表的小型光伏并网系统。而光伏建筑一体化由于专用建筑材料的限制还不会有太大规模的应用，离网系统则只是作为边远地区居民、手机基站、灯塔等不便接线地区的电源设备，市场需求比较固定，不会有太多的增加。

家用太阳能光伏发电系统应用电路的设计

太阳能是取之不尽用之不竭的清洁能源。本文提供了一款家庭用光伏发电系统的设计方案，首先是对系统用电负载特性和当地气象地理条件的收集分析;然后是系统容量的设计即太阳能电池组件功率和方阵构成的设计和计算;最后是光伏逆变器选型。该光伏发电系统拟采用并网运行方式，在阴雨天气时，能使用城市电网为负荷供电，阳光充足时可以将供电剩余电能送入上级城市电网。

标签： 太阳能光伏发电系统;方阵构成;光伏逆变器

前言：

随着煤炭和石油等化石能源的大量消耗，开发利用可再生能源对建设资源节约型和环境友好型社会，实现经济社会全面协调可持续发展，具有非常要的意义。

本文提供了一款家庭用光伏发电系统的设计方案。该光伏发电系统拟采用并网运行方式，在阴雨天气时，能使用城市电网为负荷，阳光充足时可以将供电剩余电能送入上级城市电网。

1、家庭用光伏发电系统的设计

1.1项目假设

假设在个人住宅屋顶上设计一个并网光伏发电系统，该地的气候、地理情况，负载情况如下：

①住户房屋朝向正南，屋顶倾斜角30°;

②当地纬度为30°，太阳能辐射总量为6498MJ/m2，换算后为1805KWh/m2;

③住宅屋顶面积为10000mm×4500mm;

④住户有家用电器、电脑及照明灯等，日消耗电量统计表见表1-1。

1.2光伏发电系统设计

表1-1 用户耗电量统计表

序号 负载名称 AC/DC 负载功率，W 数量 合计功率，W 每日工作时间，h 每日耗电量，Wh

1 彩色电视机 交流 120 1台 120 4 480

2 计算机 交流 300 1台 300 3 900

3 电冰箱 交流 95 1台 95 12 1140

4 照明灯 交流 15 5只 75 3 225

5 微波炉 交流 900 1台 900 0.1 90

6 数字机顶盒 交流 28 1台 28 4 112

7 合计 — — — 1518 — 2947

1 目录 一、项目概况........................................................ 5 1.1 项目背景 .................................................... 5 1.2 建筑与艺术 ................................................. 10 1.3 地理位置 ................................................... 12 1.4 本光伏家(+)——户用光伏发电系统的建设规模与主要工作成果 .... 12 1.5 设计原则及依据 ............................................. 13 1.5.1 相关国家法律、法规.................................... 13 1.5.2 光伏组件标准.......................................... 14 1.5.3 电能质量标准.......................................... 14 1.5.4 环保标准.............................................. 15 1.5.5 劳动安全与工业卫生相关规定............................ 15 1.6 设计基础资料 ............................................... 16 1.6.1 组件供应商资料........................................ 16 1.6.2 光伏电站建筑和电力系统设计依据........................ 17 二、光伏家(+)——户用光伏发电系统总体设计方案与思路 ................ 19 三、上海市崇明地区太阳能资源分析与评价............................. 21 3.1气象概况.................................................... 21 3.2 太阳能资源概况 ............................................. 22 3.3 太阳能资源分析与评价 ....................................... 23 四、上海崇明地区工程地质分析....................................... 26 4.1 上海崇明社会现状分析 ....................................... 26

家庭光伏发电成本分析

家庭光伏发电成本是指单位发电量（一个千瓦时）的价格。度电成本计算了

光伏发电的真实成本，涵盖光伏发电系统全部寿命周期内的所有投资和运行成本，

包括消耗的燃料和设备更替的成本。采用度电成本能够使光伏发电系统与任何一

种电站相比较。

1、光伏发电站建设成本分析

光伏发电系统主要由太阳能电池组件、光伏逆变器、支架及升压系统三大部

分组成。太阳能电池组件和光伏逆变系统主要成本分别为上游的电池组件和逆变

器设备，升压系统中主要是主变压器及电缆成本，另外电站的建筑工程和安装工

程（包括安装支架）也占有很大比重。

以国内智凯光电10MW光伏电站项目作为参考，上游太阳能电池组件占比

最多，约占60%。未来随着上游产业链成本的下跌，主要成本会越来越低；光

伏逆变系统随着进一步国产化以及技术进步带来容量的提升，将使得成本越来越低；主变压器和其他电器设备方面的成本也随着国产化及规模效应逐年降低。

项目 费用（万元） 每瓦费用（元） 占比

太阳能电池组件 12720 12.72 60.14%

逆变系统 1700 1.7 8.04%

主变压器 220 0.22 1.04%

电缆 580 0.58 2.74%

其他电器设备 310 0.31 1.47%

建筑安装费用 3320 3.32 15.70%

其他费用 2296.6 2.3 10.87%

总计 21146.6 21.15 100.00%

2、光伏发电站建设成本现状

光伏电池效率持续提升：太阳能光伏发电系统的核心是太阳能电池。近年来，

我国太阳能电池与组件规模迅速扩大的同时，电池与组件效率也大幅提升，太阳

能电池每年绝对效率平均提升0.3%左右。

光伏电池成本不断下降：伴随着太阳能电池效率持续提升，成本也在大幅下降。2015年我国晶硅组件平均价格为0.568美元/瓦，单晶硅电池组件的直接

制造成本约0.5美元/瓦，多晶硅电池组件成本已降至0.48美元/瓦以下。预计

未来3～5年，中国晶体硅太阳能电池成本将下降至每瓦0.4美元左右(2.5元人